Aluminium 2007: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

2007 gehört zur Serie der 2xxx Aluminiumlegierungen, einer Gruppe, bei der Kupfer das hauptsächliche Legierungselement ist. Legierungen dieser Serie werden als wärmebehandelbare Aluminium-Kupfer(-Magnesium/Mangan)-Legierungen eingestuft und sind so ausgelegt, dass sie ihre hohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtung und nicht nur durch Kaltverfestigung erreichen.

Die wichtigsten Legierungselemente in 2007 sind Kupfer (primäres Festigungselement) mit kontrollierten Zusatzmengen an Magnesium und Mangan zur Steuerung der Ausscheidungskinetik und Kornstruktur; Eisen, Silizium, Chrom und Titan treten typischerweise als kontrollierte Verunreinigungen oder Mikrolegierungselemente auf. Der Festigungsmechanismus beruht auf klassischer Alterungshärtung: Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern erzeugen feine Theta (Al2Cu)-Ausscheidungen und assoziierte Partikel, die Streckgrenze und Zugfestigkeit deutlich erhöhen.

Wesentliche Merkmale von 2007 sind ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, mäßige Zerspanbarkeit und eine angemessene Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu anderen 2xxx-Legierungen. Die Korrosionsbeständigkeit ist geringer als bei Legierungen der Serien 5xxx und 6xxx, und die Schweißbarkeit ist ohne spezielle Zusatzwerkstoffe und Nachbehandlungen begrenzt; die Umformbarkeit ist in geglühten und natürlich gealterten Zuständen gut, nimmt jedoch mit zunehmender Festigkeit durch künstliches Altern ab.

Branchen, die 2007 verwenden, sind typischerweise die Luft- und Raumfahrt für Unterstrukturen und Beschläge, bei denen hohe Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit gefordert sind, Verteidigungs- und Waffensysteme für Strukturkomponenten sowie spezielle Automobilanwendungen, bei denen lokal eine Festigkeitssteigerung erforderlich ist. Ingenieure wählen 2007, wenn eine Kombination aus relativ hoher statischer und dynamischer Festigkeit ohne die höheren Kosten oder die Prozesskomplexität exotischer Aluminium-Lithium- oder hochfester 7xxx-Legierungen gewünscht ist.

Ausführungszustände

Ausführungszustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Hervorragend	Hervorragend	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformprozesse
H14	Mittel	Niedrig–Mittel	Schlecht–Mäßig	Mäßig	Kaltverfestigt auf mittlere Festigkeit; eingeschränkte Biegbarkeit
T4	Mittel	Mittel	Gut	Mäßig	Lösungsglühen und natürliche Alterung; ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Umformbarkeit
T5	Mittel–Hoch	Niedrig–Mittel	Mäßig	Mäßig	Abgekühlt von erhöhter Temperatur und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig	Schlecht–Mäßig	Herausfordernd	Lösungsglühen und künstliches Altern bis zur Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedrig	Schlecht–Mäßig	Herausfordernd	T6 mit spannungsarmem Dehnen zur Minimierung von Eigenspannungen

Der gewählte Ausführungszustand von 2007 steuert maßgeblich den Kompromiss zwischen Festigkeit und Duktilität. Geglühte Zustände (O) und natürlich gealterte Zustände (T4) ermöglichen Tiefziehen und komplexe Umformungen, während künstlich gealterte Zustände (T5/T6/T651) die höchsten statischen und Ermüdungsfestigkeiten liefern, allerdings auf Kosten der Biegbarkeit und Rückfederungskontrolle.

Wärme- und mechanische Behandlungen beeinflussen auch die Schweißbarkeit und Eigenspannungen. Höherfeste Zustände neigen im Wärmeeinflussbereich (WEZ) zur Schwächung und erfordern möglicherweise Nachalterung oder lokale Verstärkung, um die Tragfähigkeit wiederherzustellen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0.5	Kontrolliertes Silizium zur Begrenzung von Guss- und Füllphasen; höherer Si-Gehalt verringert die Duktilität
Fe	≤ 0.5	Eisen ist eine Verunreinigung; zu viel Fe bildet spröde Intermetallische Phasen
Mn	0.3–1.0	Kornstrukturkontrolle, Dispersoidbildner; verbessert Zähigkeit und Rekristallisationsverhalten
Mg	0.2–1.0	Fördert Ausscheidungshärtung und Festigkeit in Kombination mit Cu
Cu	3.5–5.0	Hauptstärkungsbestandteil durch Ausscheidungen von Al2Cu
Zn	≤ 0.25	Nebenbestandteil; höhere Konzentrationen sind für die 2xxx-Serie untypisch
Cr	≤ 0.25	Mikrolegierung zur Kornfeinung und Verringerung der Abschreckempfindlichkeit
Ti	≤ 0.15	Kornverfeinerer bei gezielter Zugabe
Sonstige (jeweils)	≤ 0.05–0.15	Spurenelemente und Ausgleich zu 100 % Aluminium

Der Rest ist Aluminium; die genannten Elemente sind so abgestimmt, dass mechanische Eigenschaften und Verarbeitbarkeit erreicht werden. Der Kupfergehalt steuert direkt die maximale Alterungshärte sowie die erreichbare Zugfestigkeit, während Magnesium und Mangan die Ausscheidungskinetik sowie die Rekristallisationsbeständigkeit bei thermomechanischer Bearbeitung optimieren.

Mechanische Eigenschaften

Bei Verarbeitung in den maximal gealterten Zuständen (T6/T651) zeigt 2007 hohe Zugfestigkeiten und Streckgrenzen, die mit anderen hochfesten 2xxx-Legierungen vergleichbar sind. Zugversuche zeigen typischerweise einen ausgeprägten Streckgrenzenplateau oder allmähliche Kaltverfestigung, abhängig von Ausführungszustand und Produktform. Die Dehnung nimmt mit steigender Festigkeit ab; Bleche oder Platten im Höchstzustand zeigen oft reduzierte Dehnung gegenüber dem geglühten Zustand.

Die Härte korreliert mit der Alterungshärtung und ist ein praktikabler Kontrollparameter während der Produktion; Rockwell- oder Brinell-Härtewerte steigen deutlich vom geglühten Zustand bis T6 an. Das Ermüdungsverhalten ist im Vergleich zu niedrigfesten Legierungen in gleicher Produktform allgemein günstig, jedoch sensibilisiert die Oberflächenbeschaffenheit, lokale Spannungsüberhöhungen und das Korrosionsumfeld die Lebensdauer. Dicke und Produktform beeinflussen mechanische Eigenschaften durch die Abschreckempfindlichkeit; dickere Sektionen erreichen oft geringere Höchstwerte und zeigen stärkere abschreckinduzierte Eigenspannungen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (T6 / T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	180–260	400–480	Maximalwerte abhängig von Blechdicke und Alterungszyklus
Streckgrenze (MPa)	70–140	300–370	0,2%-Offset; beeinflusst durch Bearbeitungsgeschichte und Zustand
Dehnung (%)	20–35	8–15	Höher in O/T4; Zustände T6 opfern Dehnung zugunsten der Festigkeit
Härte (HB)	35–80	110–160	Brinell-Härtebereiche; Härte korreliert mit Ausscheidungsverteilung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,78 g/cm³	Typisch für Al-Cu-Legierungen; etwas höher als reines Aluminium wegen Legierungselementen
Schmelzbereich	~500–650 °C	Solidus/Liquidus variieren mit lokaler Zusammensetzung und Verunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	120–160 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium aufgrund von Kupfer und anderen Legierungselementen
Elektrische Leitfähigkeit	25–40 %IACS	Reduziert im Vergleich zu 100 % Al; variiert mit Ausführungszustand und Kaltverformung
Spezifische Wärmekapazität	~880–900 J/kg·K	Ungefährer Wert bei Umgebungstemperatur
Thermische Ausdehnung	22–24 µm/m·K	Ausdehnungskoeffizient im üblichen Bereich für Aluminiumlegierungen

Die physikalischen Eigenschaften spiegeln den Kompromiss wider, dass durch die Zugabe hoher Kupfermengen für Festigkeit brauchbare thermische und elektrische Leistungen erhalten bleiben. Die Wärmeleitfähigkeit bleibt deutlich höher als bei Stählen, was Anwendungen im Wärmemanagement unterstützt, jedoch sollte die Leitfähigkeitsminderung gegenüber 6xxx- oder 1xxx-Legierungen bei Konstruktionen mit maximaler Wärmeübertragung berücksichtigt werden.

Die thermische Ausdehnung ähnelt anderen Aluminiumlegierungen, was 2007 kompatibel mit Aluminium-Baugruppen macht, jedoch bei Kombination mit verschiedenen Materialien eine Konstruktionsplanung zur Kompensation von Temperaturdifferenzen erfordert. Schmelz- und Solidusbereiche verlangen kontrollierte Schweiß- und Lötverfahren, um lokale Schmelzerscheinungen und Korngrenzenauflösung zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Härtegrade	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Gut in dünnen Stärken; Abschreckempfindlichkeit weniger kritisch	O, T4, T6	Weit verbreitet für geformte Bauteile und Verkleidungen
Platte	6–100+ mm	Festigkeit kann bei dicken Querschnitten durch langsames Abschrecken reduziert sein	T4, T6	Dicke Platten erfordern kontrolliertes Abschrecken und ggf. Nachalterung
Strangpressprofil	Querschnitte variabel	Mechanische Eigenschaften abhängig von Querschnittsdicke und Lösungsglühen	T4, T5, T6	Strangpressprofile erlauben komplexe Formen; Steuerung der Ausscheidungsverteilung ist entscheidend
Rohr	Außendurchmesser und Wandstärke variabel	Ähnlich wie Strangpressprofile; Wärmeeinflusszone (HAZ) und Verzug müssen kontrolliert werden	O, T4, T6	Nahtlose oder geschweißte Rohre werden in Tragwerken verwendet
Stab/Stange	≤ 200 mm Durchmesser	In der Regel gute Längseigenschaften; Gleichmäßigkeit der Alterung wichtig	O, T4, T6	Verwendet für geschmiedete oder bearbeitete Bauteile

Verschiedene Produktformen stellen unterschiedliche Anforderungen an Wärmebehandlung und Abschreckgeschwindigkeit. Dünne Bleche und kleine Strangpressquerschnitte können schnell abgeschreckt werden und erreichen zuverlässig die Höchstfestigkeit nach Alterung, während dicke Platten oder große Strangpressprofile unterbrochenes Abschrecken, geringere Spitzenfestigkeiten oder längere künstliche Alterungsphasen benötigen, um ausgewogene Eigenschaften im gesamten Querschnitt zu gewährleisten.

Die Fertigungsverfahren bestimmen auch den finalen Anwendungszweck: Blech und Platte werden häufig dort eingesetzt, wo Stempeln und Umformen vor der Endalterung erforderlich sind, während Strangpressprofile und Stangen oft gelöst geglüht und gealtert werden, um das richtungsabhängige mechanische Verhalten auszunutzen. Das Schweißen verschiedener Produktformen kann eine sorgfältige Auswahl der Zusatzwerkstoffe und lokale Wärmekontrolle erfordern, um das Erweichen der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu minimieren.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	2007	USA	Anerkannt in der Aluminiumlegierungs-Klassifikation; Zusammensetzungen können mit Subvarianten variieren
EN AW	2007 (oder 2xxx-Serie)	Europa	Oft gelistet unter EN AW-2007 oder EN AW-2xxx-Familie; nationale Datenblätter beachten
JIS	A2007 (oder ähnlich)	Japan	Japanische Normen können nahe Äquivalente mit leicht unterschiedlichen Verunreinigungsgrenzen aufweisen
GB/T	2007	China	Chinesische Industriebezeichnungen umfassen 2007 und 2007A Varianten; chemische Toleranzen können abweichen

Exakte Äquivalenzen hängen von der spezifischen Varianz und der maßgeblichen Spezifikation ab; einige Regionen führen 2007A oder 2007S mit subtilen Unterschieden bei Kupfer-, Magnesium- und Mangan-Grenzwerten. Beim Austausch zwischen Normen sollten mechanische Eigenschaften, Wärmebehandlungsverfahren und zulässige Verunreinigungsgrade geprüft werden und nicht allein der Werkstoffname als Maßstab dienen.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 2007 ist moderat bis gering im Vergleich zu nicht wärmebehandelbaren Serien; der Kupfergehalt erhöht die Anfälligkeit für allgemeine und lokale Korrosion im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Legierungen. Schutzbeschichtungen, Bedeckungen (z. B. Alclad) oder Umwandlungsbehandlungen werden häufig eingesetzt, um Umwelteinflüsse im Außenbereich abzumildern.

Marine Anwendungen stellen eine Herausforderung dar: Hochsalzhaltige Umgebungen beschleunigen Loch- und Spaltkorrosion in kupferhaltigen Legierungen, und ungeschütztes 2007 wird üblicherweise nicht für primäre tragende Bauteile im Schiffbau unter maritimer Atmosphäre empfohlen. Kathodischer Schutz und Isolationsmaterialien zur Vermeidung galvanischer Paare sind übliche Gegenmaßnahmen, wenn 2007 in der Nähe anderer Metalle eingesetzt werden muss.

Spannungsrisskorrosion (SCC) kann bei hochfesten 2xxx-Legierungen unter Zugbelastung in chloridhaltigen korrosiven Medien auftreten. Die Kombination aus Zug-Restspannungen, empfindlicher Mikrostruktur und aggressivem Medium fördert interkristalline Angriffe und SCC; in der Konstruktion vermeidet man meist dauerhafte hohe Zugspannungen in korrosiver Umgebung oder schreibt Schutzmaßnahmen vor.

Galvanische Wechselwirkungen mit unterschiedlichen Metallen müssen gesteuert werden: 2007 in Kombination mit Edelstahl kann akzeptabel sein, wenn elektrische Isolierung gegeben ist, aber der Kontakt mit edleren Metallen ohne Isolation fördert die Aluminiumauflösung. Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien bietet 2007 höhere Festigkeit, erfordert jedoch aggressivere Korrosionsschutzstrategien als Aluminiumlegierungen der 5xxx- und 6xxx-Serie.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 2007 erfordert Vorsicht, da der hohe Kupferanteil die Neigung zu Heißrissen erhöht und die Festigkeit im Wärmeeinflussbereich (HAZ) reduziert. Üblich ist das Vermeiden von volldurchgängigen Stahlstrukturen, wo möglich; bei notwendigem Schweißen sollten Zusatzwerkstoffe für Al-Cu-Systeme (z. B. Al-Cu-Mn Füller wie 2319) verwendet und Wärmeeintrag sowie Vor- und Nachwärmen kontrolliert werden. Aufwändiges Nachlöschen und Rekonstruieren durch Nachalterung oder lokale Verstärkung kann erforderlich sein, um die ursprüngliche Werkstoffleistung wiederherzustellen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 2007 ist im Vergleich zu vielen Luftfahrtaluminiumlegierungen gut, da die relativ hohe Festigkeit kontrollierte Spanbildung ermöglicht; sie lässt sich sauberer bearbeiten als einige hochsiliziumhaltige Legierungen, ist aber nicht so gut zerspanbar wie frei zerspanbare 2xxx-Varianten. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel sowie ausreichende Kühlung werden empfohlen; typische Oberflächenqualitäten lassen sich bei moderaten bis hohen Schnittgeschwindigkeiten erzielen, die Vorschübe so wählen, dass kurze, gut kontrollierbare Späne entstehen und Aufbauschneiden vermieden werden.

Umformbarkeit

Die Umformeigenschaften hängen stark vom Härtegrad ab: O- und T4-Zustände bieten die beste Biege- und Tiefziehfähigkeit, während T6- und kaltverfestigte Zustände nur begrenzte Umformbarkeit bei Raumtemperatur aufweisen. Mindestbiegeradien sollten auf Härtegrad und Dicke abgestimmt sein; als grobe Richtlinie können weichgeglühte Bleche Radien von 1–2× Blechdicke für viele Umformoperationen annehmen, während T6 größere Radien oder Warmumformen benötigt, um Rissbildung zu vermeiden. Inkrementelles Abkanten und passende Werkzeugradien helfen, lokale Risse bei höherfesten Zuständen zu minimieren.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Legierung spricht 2007 gut auf klassische Lösungsglüh- und Alterungszyklen an. Das Lösungsglühen erfolgt typischerweise im Bereich von 495–520 °C (abhängig von Querschnittsgröße und spezifischer Variante), um kupferhaltige Phasen in die Matrix aufzulösen, gefolgt von schnellem Abschrecken, um eine übersättigte Festlösung zu erhalten. Die Abschreckgeschwindigkeit ist entscheidend: zu langsames Abschrecken führt zur Bildung grobkörniger Ausscheidungen, reduziert die erreichbare Höchstfestigkeit und erhöht die Abschreckempfindlichkeit bei dicken Abschnitten.

Die künstliche Alterung für den T6-Zustand erfolgt meist bei 150–190 °C über eine Zeitspanne, die von Querschnittsdicke und gewünschtem Eigenschaftsprofil abhängt; niedrigere Temperaturen mit längerer Zeit verringern die Abschreckempfindlichkeit und verbessern die Zähigkeit zulasten einer leicht reduzierten Höchstfestigkeit. T4 (natürliche Alterung) liefert moderate Festigkeit und bessere Umformbarkeit durch kontrollierte Ausscheidung bei Raumtemperatur; T5 wird angewendet, wenn Bauteile nach erhöhter Temperaturverarbeitung abgekühlt und danach auf eine spezifizierte Härte gealtert werden.

Bei nicht wärmebehandelbarer Verarbeitung (Kaltverfestigung) wird die Kaltumformung sowie die Glühtemperatur zur Einstellung von Zwischenzuständen genutzt. Glühzyklen führen zur vollständigen Rückfederung auf den O-Zustand, was Umformoperationen vor der finalen Alterung mit Spitzenleistung ermöglicht.

Hochtemperatureigenschaften

2007 verliert mit steigender Temperatur fortschreitend an Festigkeit, da die Ausscheidungen grobkörnig werden und die Matrix weicher wird; Einsatztemperaturen oberhalb von ca. 120–150 °C führen zu deutlicher Abnahme von Streck- und Zugfestigkeit gegenüber Raumtemperatur. Für kurzzeitigen oder unterbrochenen Betrieb bis ca. 200 °C können einige Eigenschaften erhalten bleiben, aber längere Belastung bei erhöhten Temperaturen beschleunigt die Überalterung und Mikrostrukturvergröberung.

Der Oxidationsschutz entspricht dem für Aluminiumlegierungen typischen Niveau — eine schützende Al2O3-Schicht bildet sich schnell bei erhöhten Temperaturen — jedoch ist die innere Mikrostrukturinstabilität und nicht Oberflächenoxidation der begrenzende Faktor für mechanische Leistung. Das Verhalten der Wärmeeinflusszone (HAZ) während hochtemperaturiger Verarbeitung oder Schweißens erfordert Aufmerksamkeit, da lokale Erweichung Spannungskonzentrationen verursachen und die Ermüdungsfestigkeit verringern kann.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 2007 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Fittings, Halterungen, Unterrahmen	Hohes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis und Ermüdungsbeständigkeit für kritische Fittings
Automobilindustrie	Strukturverstärkungen, Fahrwerkskomponenten	Lokalisierte hohe Festigkeit bei Gewichtsreduzierung
Schiffbau	Spezialisierte Strukturfittings (beschichtet)	Gute Festigkeit bei Schutz; eingesetzt für nicht-kritische maritime Bauteile
Verteidigung	Waffengehäuse, Strukturteile	Hohe statische Festigkeit und Bearbeitbarkeit für Präzisionsteile
Elektronik	Wärmeverteiler, mechanische Halterungen	Wärmeleitfähigkeit und Steifigkeit kombiniert mit Bearbeitbarkeit

2007 wird bevorzugt für Bauteile gewählt, die eine höhere Festigkeit als gängige 6xxx-Legierungen erfordern, dabei aber die niedrige Dichte und Bearbeitbarkeit von Aluminium beibehalten. Schutzbehandlungen und konstruktive Maßnahmen sind üblicherweise vorgesehen, wenn mit Korrosionsbelastung zu rechnen ist.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 2007, wenn in Ihrem Design hohe Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bei Aluminium mit akzeptablen Zerspanungseigenschaften im Vordergrund stehen und die Korrosionsbelastung durch Beschichtungen oder Ummantelungen kontrolliert werden kann. Die Legierung eignet sich besonders, wenn eine Austenithärtung (Aushärtung) nach Umformung oder Bearbeitung zur Erreichung eines spezifischen Festigkeitsniveaus gewünscht ist.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) gibt 2007 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit zugunsten deutlich höherer Festigkeit und verbesserter Ermüdungsleistung auf. Gegenüber kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 2007 eine deutlich höhere Höchstfestigkeit, erfordert jedoch strengeren Korrosionsschutz und ist im T6-Zustand weniger gut zum Tiefziehen geeignet. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 liefert 2007 in vielen Zuständen höhere Festigkeit, weist jedoch eine geringere Korrosionsbeständigkeit und anspruchsvolleres Schweißverhalten auf; wählen Sie 2007, wenn Festigkeit und Ermüdungsvorteile die Einbußen bei Schweißbarkeit und Korrosionsschutz überwiegen.

Fazit

2007 bleibt relevant, wenn Aluminium mit seiner niedrigen Dichte mit erhöhter Festigkeit und Ermüdungsleistung kombiniert werden muss, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und ausgewählten Automobilanwendungen. Der effektive Einsatz von 2007 setzt eine sorgfältige Wahl des Zustands, kontrollierte Wärmebehandlung und gezielte Korrosionsschutzmaßnahmen voraus, um die Vorteile hoher Festigkeit mit den Einschränkungen bei Schweißbarkeit und Umweltsensitivität auszubalancieren.