Aluminium A1100: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

A1100 ist eine Aluminiumlegierung der 1000er-Serie und wird als kommerziell reines Aluminium mit einem typischen Aluminiumgehalt von mindestens 99,0 % eingestuft. Sie gehört zur „11xx“-Familie, die durch einen sehr niedrigen Legierungsgehalt und nur minimale gezielte Zusatzstoffe über Spuren hinaus gekennzeichnet ist.

Die wichtigsten Legierungselemente sind nur in kleinen Mengen enthalten und umfassen Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Chrom und Titan als Reststoffe. Diese Spurenelemente beeinflussen die Verunreinigungskontrolle, die Kornstruktur und die mechanische Konsistenz, ohne das Material in eine wärmebehandelbare Legierung zu verwandeln.

A1100 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung, deren Festigkeit fast ausschließlich durch Kaltverfestigung (Kaltumformung) und ausgewählte Wärmeannealing-Operationen erzielt wird. Wichtige Eigenschaften sind hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, ausgezeichnete Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie generell geringe mechanische Festigkeit im Vergleich zu legierten Qualitäten.

Typische Branchen, die A1100 verwenden, umfassen Anlagen für die Chemieprozesse, Elektrik und Elektronik (Sammelschienen, Folien und Kühlkörper), Reflektoren und architektonische Elemente, Verpackung und Lebensmittelkontaktanwendungen sowie allgemeine Blechverarbeitung. Ingenieure wählen A1100, wenn maximale Duktilität, Oberflächenqualität, Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind, während sie auf Spitzenfestigkeit und Steifigkeit im Vergleich zu 3xxx-, 5xxx- oder 6xxx-Legierungen verzichten.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität
H12	Niedrig-Mittel	Hoch-Mittel	Sehr Gut	Ausgezeichnet	Viertelhart, mäßige Festigkeitssteigerung
H14	Mittel	Mäßig	Gut	Ausgezeichnet	Halbhart, gebräuchlich für moderate Umformung
H16	Mittel-Hoch	Mäßig-Niedrig	Ausreichend	Ausgezeichnet	Dreiviertelhart, erhöhte Festigkeit
H18	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausgezeichnet	Vollhart, höchste Kaltzugfestigkeit
H22/H24	Niedrig-Mittel	Gut	Sehr Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt, dann stabilisiert; behält Umformbarkeit

Die Wahl des Zustands bei A1100 wird überwiegend durch das Maß der Kaltverformung (Verfestigung) und nicht durch Ausscheidungshärtung bestimmt, da die Legierung nicht ausscheidungshärtbar ist. Der geglühte O-Zustand bietet die beste Umformbarkeit und höchste Duktilität für Tiefziehen und Spinnprozesse. Kaltverfestigte Zustände (H-Serie) tauschen Duktilität gegen Festigkeit und werden gewählt, wenn die Umformung begrenzt ist oder zusätzliche Steifigkeit ohne den Einsatz legierter Materialien erforderlich ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0.25	Üblicherweise als Reststoff vorhanden; geringer Einfluss auf Gießbarkeit
Fe	≤ 0.95	Hauptverunreinigung; beeinflusst Festigkeit und Oberflächenqualität
Mn	≤ 0.05	Minimal; vernachlässigbare Verstärkung
Mg	≤ 0.05	Sehr niedrig; keine signifikante Mischkristallverstärkung
Cu	≤ 0.05	Niedrig gehalten, um Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit zu erhalten
Zn	≤ 0.10	Reststoff; begrenzter Einfluss auf mechanische Eigenschaften
Cr	≤ 0.05	Nur Spuren; zur Kornsteuerung verwendet
Ti	≤ 0.03	Kornverfeinerer im Guss und Schmiedeprozess
Andere	≤ 0.15 insgesamt	Weitere Reststoffe niedrig gehalten, um Reinheitsspezifikation einzuhalten

Die Leistung von A1100 wird von seinem hohen Aluminiumanteil dominiert; Spurenelemente und minimale Zusatzstoffe werden kontrolliert, um elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit zu bewahren. Eisen ist die wichtigste Restsubstanz, die Anisotropie und Oberflächenqualität beeinflussen kann, während Spurentitan für die Kornverfeinerung beim Gießen und primären Umformprozess wichtig ist.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von A1100 ist durch relativ niedrige Zugfestigkeit und sehr gute Dehnung im geglühten Zustand gekennzeichnet. Die Streckgrenze ist im O-Zustand niedrig und steigt proportional mit der Kaltverformung in H-Zuständen; die Legierung zeigt keine Ausscheidungshärtung. Die Dehnung ist im O-Zustand hoch und sinkt mit zunehmendem H-Zustand, weshalb H18 oder Vollhart (H18) für Tiefziehen ungeeignet, aber für steife Bauteile geeignet sind.

Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Zugfestigkeit und korreliert eng mit dem Kaltverfestigungsgrad; Rockwell- und Vickerswerte sind im O-Zustand niedrig und steigen mit den H-Zuständen. Die Ermüdungsfestigkeit ist typisch für niedrigfeste Aluminiumlegierungen: Die Ermüdungsgrenze ist nicht präzise definiert, aber die Ermüdungslebensdauer nimmt mit verbesserter Oberflächenqualität, Kaltverfestigung und Verminderung von Spannungskonzentratoren zu. Die Blechdicke wirkt sich erheblich auf die mechanischen Werte aus; dünnere Bleche lassen sich leichter kaltverfestigen und zeigen nach Walzen und Schnittkantenverfestigung eine höhere scheinbare Festigkeit.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (H14 / H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~65–110 MPa	~110–180 MPa	Breiter Bereich je nach Zustand und Dicke; H18 erreicht obere Werte
Streckgrenze	~10–35 MPa	~40–150 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung; sehr niedrige Streckgrenze im O-Zustand
Dehnung	~35–45%	~3–20%	Hohe Duktilität im O-Zustand; Abnahme bei härteren Zuständen je nach Verformung
Härte	~20–35 HB	~40–60 HB	Härte steigt mit Kaltverfestigung; Werte je nach Messskala und Zustand

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2.71 g/cm³	Typisch für kommerziell reines Aluminium
Schmelzbereich	~660 °C (Solidus/Flüssigus nahe 660 °C)	Verhält sich wie nahezu reines Aluminium; enger Schmelzbereich
Wärmeleitfähigkeit	~220–235 W/m·K	Hoch unter den Konstruktionsmetallen; nimmt mit Verunreinigungen leicht ab
Elektrische Leitfähigkeit	~45–65 % IACS	Hohe Leitfähigkeit; abhängig von Verunreinigungen und Kaltverfestigung
Spezifische Wärme	~0.897 J/g·K (897 J/kg·K)	Typische spezifische Wärmekapazität bei Umgebungstemperatur
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Moderate thermische Ausdehnung für Metallkonstruktionen

Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeiten machen A1100 attraktiv für thermisches Management und Leiteranwendungen, bei denen Umformbarkeit gefordert wird. Die moderate Dichte kombiniert mit ausgezeichneter thermischer Diffusivität bietet ein günstiges Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis für nicht-strukturelle Bauteile. Die thermische Ausdehnung muss bei der Konstruktion von Baugruppen mit unterschiedlichen Materialien berücksichtigt werden, um Spannungen durch Temperaturwechsel zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0.2–6.0 mm	Niedrig bis Mittel nach Kaltverfestigung	O, H14, H16, H18	Weit verbreitet für Verkleidungen, Reflektoren und allgemeine Fertigung
Platte	>6.0 mm	Niedrig; schwierig durch Kaltverfestigung bei großer Dicke zu härten	O, H22	Wenig verwendet; Bearbeitung und Umformung begrenzt
Strangpressprofil	Wandstärken variabel	Niedrig; Strangpressprofile können kaltverfestigt sein	O, H12/H14	Begrenzt im Vergleich zu 6xxx-Legierungen; eingesetzt wenn Reinheit und Leitfähigkeit Vorrang haben
Rohr	Dünn- bis mittelwandig	Niedrig; lässt sich schweißen und ziehen	O, H14	Häufig für Wärmetauscherlamellen und Leitungen
Stab/Stange	Durchmesser klein bis mittel	Niedrig; Bearbeitbarkeit ist mäßig	O, H14	Einsatz für Stäbe und Bolzen, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit wichtig sind

Bleche und Folien sind die gebräuchlichsten Formen von A1100, insbesondere in Verpackung, Verkleidung und Wärmetransferanwendungen, da das Walzen eine ausgezeichnete Oberflächenqualität und dünne Dicken erzeugt. Strangpressprofile und Stäbe werden hergestellt, wenn Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Legierung Vorteile bringen, aber für hochfeste strukturelle Strangpressprofile werden andere Legierungen wie 6061 oder 6063 bevorzugt. Platten und dickere Abschnitte werden seltener spezifiziert, wenn Festigkeit ein wesentlicher Designfaktor ist, aufgrund der niedrigen Streckgrenze.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	A1100	USA	Primäre Bezeichnung für kommerziell reines Aluminium mit 99 % Al
EN AW	1100 / 1050A*	Europa	EN-Äquivalente sind annähernd; AW-1050A und AW-1100 werden in der Praxis oft synonym verwendet
JIS	A1050 / A1100*	Japan	JIS verwendet die Familien A1050 und A1100 für hochreines Aluminium; chemische Zusammensetzungen überschneiden sich
GB/T	1100	China	GB/T-Bezeichnungen stimmen in Zusammensetzung und Verwendungszweck eng mit AA A1100 überein

Die Äquivalenz zwischen den Normen ist ungefähr, da verschiedene Regionen leicht unterschiedliche Grenzwerte für Verunreinigungen und zulässige Nebenlegierungselemente festlegen. Beim Quervergleich sollten Ingenieure tatsächliche chemische Datenblätter und Tabellen mit mechanischen Eigenschaften verifizieren und sich nicht ausschließlich auf Werkstoffbezeichnungen verlassen. Für kritische Anwendungen in der Elektrik, Thermik oder im Lebensmittelkontakt sollten Werkszeugnisse zur Bestätigung von Zusammensetzung und Zustandsangaben angefordert werden.

Korrosionsbeständigkeit

A1100 weist eine ausgezeichnete allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, da es einen sich selbst heilenden Oxidfilm bildet, der die Oberfläche schützt. Es widersteht vielen chemischen Umgebungen und wird daher häufig in Anlagen der chemischen Verfahrenstechnik und für Lebensmittelkontaktanwendungen eingesetzt. In maritimer Umgebung zeigt A1100 eine akzeptable atmosphärische Beständigkeit, ist jedoch weniger korrosionsbeständig als höher-magnesiumhaltige Legierungen wie die der 5xxx-Serie im Eintauchwasser; lokales Lochfraßkorrosion kann bei hohen Chloridkonzentrationen problematisch sein.

Die Legierung hat eine geringe Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC), bedingt durch niedrige Festigkeitswerte und das Fehlen hochfester mikrostruktureller Phasen, die SCC fördern. Galvanische Wechselwirkungen müssen berücksichtigt werden: A1100 ist gegenüber vielen Edelstahl- und Kupferlegierungen anodisch und korrodiert bevorzugt, wenn es elektrisch in einem Elektrolyten gekoppelt ist. Konstrukteure verwenden häufig Beschichtungen, Isoliermaterialien oder Opferanoden, um galvanischen Angriff in Kombinationen unterschiedlicher Metalle zu vermeiden.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

A1100 lässt sich mit gängigen Verfahren wie TIG (GTAW), MIG (GMAW) und Widerstandsschweißen hervorragend schweißen, was auf die hohe Reinheit und den niedrigen Legierungsgrad zurückzuführen ist. Empfohlene Schweißzusätze sind 1100, 4043 oder 5356, abhängig von der Fügeart und den Einsatzbedingungen; die Wahl des Zusatzwerkstoffes beeinflusst die Korrosionsbeständigkeit und Duktilität nach dem Schweißen. Heißrisse sind bei A1100 selten, und eine Erweichung der Wärmeeinflusszone ist unkritisch, da der Werkstoff nicht wärmebehandelbar ist; die Fügestellen behalten in der Regel das zähe Verhalten des Grundwerkstoffs bei.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von A1100 wird als mittel bis gut bewertet; die niedrige Festigkeit reduziert die Schnittkräfte, aber die hohe Zähigkeit kann lange zusammenhängende Späne erzeugen, die kontrolliert werden müssen. Hartmetallwerkzeuge und scharfe Geometrien sind für unterbrochene Schnitte zu bevorzugen, während für leichte Bearbeitungen Schnellarbeitsstahl eingesetzt werden kann. Üblich sind moderate Schnittgeschwindigkeiten, positive Spanwinkel sowie Spanbrecher oder "Pecking"-Strategien, um einen Aufbauschneideneffekt zu verhindern und Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Umformbarkeit

A1100 gehört zu den am besten umformbaren Aluminiumlegierungen, insbesondere im weichgeglühten Zustand (O-Zustand), wo Tiefziehen, Spinndrehen und komplexes Biegen routinemäßig möglich sind. Minimale Biegeradien können bei weichgeglühtem Blech sehr klein sein; eine typische Faustregel für O-Zustand bei Blech ist ein Innenbiegeradius von 0,5–1,0 mal der Blechdicke bei vielen Verfahren. Kaltverfestigte H-Zustände haben reduzierte Dehnbarkeit und erfordern größere Biegeradien oder inkrementelle Umformverfahren; Warmumformung und Zwischenanneale werden genutzt, um die Duktilität in komplexen Fertigungsabläufen wiederherzustellen.

Wärmebehandlungsverhalten

A1100 ist nicht wärmebehandelbar; es reagiert nicht auf Lösungsglühen und künstliches Altern zur Erzielung von Ausscheidungshärtung. Der wesentliche Festigkeitssteigerungsmechanismus ist die plastische Verformung (Kaltumformung), die die Versetzungsdichte erhöht und in H-Zuständen eine höhere Festigkeit bewirkt. Das Glühen (O-Zustand) erweicht die Legierung durch Rekristallisation und Erholung, stellt die Duktilität wieder her und baut Eigenspannungen durch Umformen oder Schweißen ab.

Typische Verarbeitungsfolgen umfassen Glühen → Kaltumformung → Stabilisierung (bei einigen H2x-Zuständen) anstelle von Lösungsglühen oder Altern. Stabilisierte H22/H24-Zustände verwenden eine milde Wärmebehandlung, um Spannungsalterungseffekte zu reduzieren und Maßhaltigkeit ohne Ausscheidungsverfestigung zu sichern. Für Anwendungen mit höheren Festigkeitsanforderungen sind ausgesuchte Kaltumformzustände oder der Einsatz legierter, wärmebehandelbarer Werkstoffe notwendig.

Hochtemperaturverhalten

A1100 verliert mit steigender Temperatur deutlich an Festigkeit, mit praktischen Einsatzgrenzen meist unter 150 °C für tragende Anwendungen. Über diesen Temperaturen reduzieren Erholungsprozesse die Kaltverfestigungsfestigkeit und können zu Erweichung führen, auch ohne gezieltes Glühen. Die Oxidation an Luft ist durch den schützenden Oxidfilm minimal im Vergleich zu Eisenwerkstoffen, aber längere Hochtemperatureinwirkung kann die Oberflächenqualität beeinträchtigen und die thermische sowie elektrische Leitfähigkeit leicht vermindern.

Die schweißnahe Wärmeeinflusszone leidet nicht unter Ausscheidungslösungen wie bei ausscheidungshärtbaren Legierungen, aber lokale Erweichung durch thermische Beanspruchung ist möglich, wenn Rekristallisationstemperaturen überschritten werden. Für Anwendungen mit erhöhten Temperaturen oder zyklischen thermischen Beanspruchungen müssen Konstruktionsingenieure Kriechen, Maßänderungen und den Verlust der Eigenspannungen bei Kaltumformzuständen berücksichtigen.

Einsatzgebiete

Branche	Beispielkomponente	Grund für den Einsatz von A1100
Automobilindustrie	Innenverkleidungen, Reflektoren	Hohe Umformbarkeit und Oberflächenqualität für sichtbare Bauteile
Schiffbau/Marine	Kanäle, Armaturen	Gute Korrosionsbeständigkeit bei atmosphärischer Meeresexposition
Luft- und Raumfahrt	Nicht-strukturelle Befestigungen, Verkleidungen	Hohe Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei geringem Gewicht
Elektronik	Kühlkörper, Sammelschienen, Folien	Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bei guter Umformbarkeit

A1100 ist eine bevorzugte Legierung, wenn elektrische und thermische Leitfähigkeit, Oberflächenqualität und Umformbarkeit wichtiger sind als hohe strukturelle Festigkeit. Die einfache Fertigung und das gleichbleibende Verhalten bei gängigen Umform- und Fügeverfahren machen es zu einer kosteneffektiven Wahl für viele nicht tragende Bauteile.

Auswahlhinweise

Wählen Sie A1100, wenn maximale Duktilität, Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit Priorität haben und das Bauteil niedrige Streck- und Zugfestigkeiten tolerieren kann. Es wird häufig für Folien, Bekleidungen, Kühlkörper und chemisch sensible Umgebungen eingesetzt, wo Legierungszusätze nachteilig wären.

Im Vergleich zu höherreinen Varianten wie 1050 oder 1060 bietet A1100 ähnliche Leitfähigkeit und Umformbarkeit, kann aber etwas höhere zulässige Verunreinigungen enthalten, die Oberfläche und mechanische Konsistenz beeinflussen. Gegenüber kaltverfestigten Handelslegierungen wie 3003 oder 5052 zeichnet sich A1100 durch überlegene Leitfähigkeit und gelegentlich bessere Korrosionsbeständigkeit aus, allerdings auf Kosten deutlich geringerer Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird A1100 gewählt, wenn Umformbarkeit, Kosten und Leitfähigkeit wichtiger sind als hohe Festigkeit und wenn das Bauteil nicht tragend oder hoch belastet ist.

Abschließende Zusammenfassung

A1100 bleibt eine praxisbewährte Legierung, wenn Reinheit, Duktilität, Umformbarkeit und Leitfähigkeit wichtiger sind als Spitzenmechanische Eigenschaften. Die kostengünstige Verarbeitung, das vorhersehbare Kaltumformverhalten und die breite Kompatibilität mit üblichen Fertigungstechniken machen sie zu einer robusten Wahl für thermisch, elektrisch und korrosionssensiblen Anwendungen in der modernen Technik.