Aluminium 2017A: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

2017A gehört zur 2xxx-Serie der Aluminium-Kupfer-Legierungen, einer Klasse, die historisch für hohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtung optimiert wurde. Die Matrix besteht überwiegend aus Aluminium, wobei Kupfer das hauptsächliche Legierungselement ist, ergänzt durch Mangan sowie geringe Zusätze von Magnesium, Eisen und Spuren von Elementen, die die Mikrostruktur verfeinern und die Ausscheidungskinetik steuern.

Die Festigkeitssteigerung bei 2017A erfolgt hauptsächlich durch wärmebehandelbare Ausscheidungshärtung: Das Lösungsbehandeln löst Kupfer-reiche Phasen auf, das Abschrecken erhält eine übersättigte Festlösung, und die anschließende natürliche oder künstliche Alterung scheidet feine Al2Cu (θ') und verwandte Phasen aus, die Streck- und Zugfestigkeit erhöhen. Diese Legierung zeigt einen charakteristischen Kompromiss zwischen erhöhter Zugfestigkeit und verringerter Duktilität sowie eine Anfälligkeit für lokale Korrosion und Spannungsrisskorrosion im Vergleich zu nicht wärmebehandelbaren Legierungen.

Zu den wichtigsten Eigenschaften zählen eine hohe erreichbare statische Festigkeit in T6-ähnlichen Zuständen, eine angemessene Ermüdungsbeständigkeit bei ordnungsgemäßer Wärmebehandlung und Spannungsarmglühen sowie eine moderate Wärme- und elektrische Leitfähigkeit, die gegenüber kommerziell reinem Aluminium reduziert ist. Typische Anwendungsbereiche für 2017A sind Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung für Beschläge und Schmiedeteile, Transport und Automotive für strukturelle Verbindungselemente und Nieten sowie spezialisierte Hardware, bei der das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und die Bearbeitbarkeit im Vordergrund stehen.

Ingenieure wählen 2017A, wenn eine Kombination aus hoher Festigkeit, guter Bearbeitbarkeit und vorhersehbarer Alterungsreaktion erforderlich ist und die Anwendung deren Korrosionsanfälligkeit sowie Schweißbeschränkungen ausgleichen oder tolerieren kann. Die Legierung wird gegenüber anderen hochfesten Serien bevorzugt, wenn eine feine Kontrolle der Ausscheidungen und Dimensionsstabilität nach der Alterung für passgenaue Baugruppen wichtig sind.

Temper-Zustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Duktilität
H14	Mittel-Hoch	Niedrig-Mittel	Befriedigend	Begrenzt	Halbhärtung durch Kaltverfestigung; erhöhte Festigkeit durch Kaltverformung
T4	Mittel	Mittel	Gut	Begrenzt	Lösungsgeglüht + natürliche Alterung; weich genug für Umformung vor der Endalterung
T6	Hoch	Niedrig	Befriedigend	Schlecht	Lösungsgeglüht + künstliche Alterung; Höchstfestigkeitszustand für strukturelle Bauteile
T651	Hoch	Niedrig	Befriedigend	Schlecht	T6 mit Spannungsarmglühen durch Streck- oder Druckbehandlung zur Minimierung von Eigenspannungen

Der Temper-Zustand hat einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung von 2017A, da der Zustand der Ausscheidungen und die Versetzungsstruktur Streckgrenze, Duktilität und Ermüdung bestimmen. Geglühter O-Zustand wird bei tiefen Umformungen eingesetzt, während T6/T651 angewendet wird, wenn maximale statische Festigkeit und Dimensionsstabilität erforderlich sind und die Umformung minimiert wird.

Wärmebehandlungsverfahren beeinflussen auch die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und lokale galvanische Effekte; spannungsarmgeglühte Zustände wie T651 oder gestreckte Zustände reduzieren Verzerrungen bei der Bearbeitung und verbessern die Konsistenz in ermüdungskritischen Anwendungen.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Hinweise
Si	≤ 0,50	Entoxidationsmittel und Verunreinigung; niedrig gehalten zur Kontrolle von Intermetallischen Phasen und Bearbeitbarkeit
Fe	≤ 0,70	Verunreinigung, bildet intermetallische Partikel, die Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeginn beeinflussen
Mn	0,30–1,00	Verfeinert die Kornstruktur und verbessert Festigkeit und Zähigkeit
Mg	0,10–0,80	Geringer Festigkeitsbeitrag durch feste Lösung und fördert Alterungshärtung
Cu	3,5–4,5	Hauptstärkungsbestandteil; bildet Al2Cu-Ausscheidungen, die die Höchstfestigkeit bestimmen
Zn	≤ 0,25	Geringer Anteil; trägt in 2xxx-Legierungen nicht primär zur Festigkeit bei
Cr	≤ 0,10	Kornstrukturkontrolle und Rekristallisationshemmung in manchen Zuständen
Ti	≤ 0,15	Kornfeiner in Guss und einigen gewalzten Erzeugnissen
Sonstige (jeweils)	≤ 0,05	Spurenelemente kontrolliert zur Aufrechterhaltung vorhersehbarer Alterungs- und Korrosionsverhalten

Der relativ hohe Kupferanteil ist der Hauptgrund für die mechanische Leistungsfähigkeit von 2017A, da er während der Alterung eine dichte und feine Verteilung der θ'-Ausscheidungen fördert. Mangan und Chrom sind zur Kontrolle von Korngröße, Textur und Rekristallisation während der Wärmebehandlung und mechanischen Verarbeitung vorhanden, was eine Balance zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungslebensdauer bewirkt.

Die Verunreinigungen Eisen und Silizium werden niedrig gehalten, um grobe Bestandteile zu vermeiden, die als Keimbildungsstellen für Korrosion und Rissinitiierung wirken; die Gesamtzusammensetzung ist wichtig für reproduzierbare Alterungskinetik und mechanische Eigenschaften über verschiedene Produktionschargen.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugversuch zeigt 2017A eine starke Abhängigkeit von Temperzustand und Blechstärke, da Ausscheidungshärtung und Kaltverfestigung Streck- und Zugfestigkeit bestimmen. Höchstgealterte (T6/T651) Zustände erreichen die höchsten Zug- und Streckgrenzen, allerdings mit deutlich reduzierter Dehnung und Kerbschlagzähigkeit im Vergleich zu geglühtem Material. Die Ermüdungsbeständigkeit ist für ein wärmebehandeltes, spannungsarmgeglühtes Bauteil mit kontrollierter Mikrostruktur im Allgemeinen gut, jedoch muss die Planung die verringerte Korrosions-Ermüdungsbeständigkeit in chloridhaltigen oder feuchten Umgebungen berücksichtigen.

Die Härte folgt dem Zugverhalten: geglühte O-Zustände erreichen niedrige Brinellwerte und hohe Umformbarkeit, während T6/T651 deutlich höhere Härtewerte aufweisen, die Bearbeitung und Verschleißfestigkeit im Einsatz unterstützen. Dickeneffekte sind bei der Lösungsbehandlung und Alterung signifikant; dicke Querschnitte können die Höchsthärte und Festigkeit durch langsamere Abkühlraten und unvollständige Lösung beeinträchtigen, weshalb Prozessparameter bei großen Schmiedeteilen oder Platten angepasst werden müssen.

Eigenschaft	O/geglüht	Wichtiger Zustand (T6 / T651)	Hinweise
Zugfestigkeit	220–320 MPa	430–480 MPa	T6-Werte variieren mit Blechstärke und Alterungstakt
Streckgrenze	100–160 MPa	350–420 MPa	Streckgrenze steigt stark mit Alterungshärtung und Kaltverfestigung
Dehnung	18–30 %	6–12 %	Duktilität reduziert in Höchstfestigkeitszuständen; Brucharten können spröder sein
Härte (HB)	50–80 HB	120–150 HB	Härte korreliert mit Ausscheidungsdichte und Versetzungsinteraktionen

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,78 g/cm³	Leicht höher als reines Al durch Cu-Anteil
Schmelzbereich (ca.)	Solidus ~500 °C – Liquidus ~640 °C	Legierungsschmelzintervall; wichtig für Löten und Gießprozesse
Wärmeleitfähigkeit	~140–160 W/m·K (bei 20 °C)	Niedriger als reines Al; Cu reduziert Leitfähigkeit, aber noch ausreichend für viele thermische Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30 % IACS (typisch)	Durch Legierung reduziert; nicht geeignet für Hochleitungs-Elektroleitungen
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Wärmeausdehnung	~23,5 µm/m·K (20–100 °C)	Vergleichbar mit anderen Al-Legierungen; relevant für passgenaue Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen

Der erhöhte Kupferanteil verringert die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit gegenüber kommerziell reinem Aluminium und 6xxx-Serien, aber die thermische Leistung bleibt für Anwendungen mit sekundärer Leitfähigkeitsanforderung akzeptabel. Der Schmelzbereich verlangt besondere Vorsicht bei thermischen Verfahren; Löten und lokale Erwärmung sollten Temperaturen nahe dem Solidus vermeiden, um An-schmelzungen und Phasenausscheidungen zu verhindern.

Die Wärmeausdehnung entspricht anderen Aluminiumlegierungen, weshalb beim Design von verschraubten oder gepressten Baugruppen mit unterschiedlichen Materialien thermisch bedingte Ausdehnungsdifferenzen innerhalb der erwarteten Einsatztemperaturbereiche berücksichtigt werden müssen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Gute Festigkeit im T6-Zustand; O-Zustand zum Umformen	O, H14, T4, T6	Weit verbreitet für Verkleidungen, Außenhaut und fertigungstechnische Bauteile
Platte	>6 mm bis über 150 mm	Dicke Querschnitte zeigen oft reduzierte maximale Härte	T6, T651	Größere Komponenten erfordern längere Lösungsglühtemperaturen und sorgfältiges Abschrecken
Strangpressprofil	Profile bis 200 mm Querschnitt	Festigkeit abhängig von Zustand und anschließender Auslagerung	T4, T6	Strangpressprofile ermöglichen komplexe Querschnitte, erfordern jedoch Prozesskontrolle der Eigenschaften
Rohr	Ø10–300 mm	Ähnlich wie Strangpressprofile; Wandstärke beeinflusst Auslagerungsverhalten	T6, T651	Stark genutzt in konstruktiven und hydraulischen Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen
Stab/Rundstahl	Ø4–150 mm	Stäbe bieten hohe Zerspanbarkeit im T6-Zustand	T6, O	Verwendung für Verbindungselemente, Fittings und präzisionsgefertigte Bauteile

Die Verarbeitung von Blech und Platte unterscheidet sich hauptsächlich hinsichtlich Wärmekapazität und Abschreckbarkeit; Platte benötigt längere Einwirkzeiten für vollständiges Lösungsglühen und aggressivere Abschreckverfahren, um eine Grobkörnigkeit der Ausscheidungen zu vermeiden. Strangpressprofile und Rohre müssen unter Berücksichtigung von Zustandstransitionen während der Wärmebehandlung sowie der Möglichkeit von Eigenspannungen konstruiert werden, welche durch Streck- oder Stabilisierungsvorgänge abgebaut werden können.

Umgeformte oder kaltverformte Produkte durchlaufen häufig eine T4 → T6-Sequenz, bei der Bauteile nach Lösungsglühen und natürlicher Alterung geformt und anschließend künstlich gealtert werden, um eine optimale Balance aus Umformbarkeit und finaler mechanischer Leistung zu erzielen.

Entsprechende Werkstoffbezeichnungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	2017A	USA/International	Gängige Bezeichnung der Aluminum Association für warmumgeformte Al-Cu-Mn-Legierung
EN AW	2017A	Europa	EN-Klassifikation entspricht im Wesentlichen der Chemie, weist aber abweichende Grenzwerte auf
JIS	A2017	Japan	Ähnliche Zusammensetzung mit lokal angepassten Toleranzen und Zuständen gemäß JIS
GB/T	2A17 (oder 2017A)	China	Chinesische Standardentsprechungen als 2A17 mit vergleichbaren Kompositionsbereichen

Entsprechende Werkstoffbezeichnungen reflektieren im Allgemeinen ähnliche Al-Cu-Mn-Chemien, wobei regionale Normen sich in spezifischen Verunreinigungsgrenzwerten, erlaubten Zuständen und Maßtoleranzen unterscheiden. Anwender sollten Prüfzertifikate für kritische Eigenschaften heranziehen, da kleine Unterschiede in Mn, Fe oder Si die Alterungsmechanik, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit beeinflussen können.

Beim Austausch zwischen verschiedenen Normen ist die Einhaltung der mechanischen Eigenschaften und zulässigen Zustände zu überprüfen; manche Normen gestatten leicht unterschiedliche Lösungsglüh- und Auslagerungszyklen, welche die Endfestigkeit und den Eigenspannungszustand beeinflussen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Umgebungen weist 2017A eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, ist jedoch aufgrund kupferreicher intermetallischer Phasen, die als kathodische Stellen wirken, anfälliger als Legierungen der Serien 5xxx und 6xxx. Lokalisierte Korrosion wie Lochfraß und interkristalline Angriffe können an Einschlüssen oder Korngrenzen auftreten, besonders nach unsachgemäßer Wärmebehandlung oder in Gegenwart von Chloridionen. Schutzbeschichtungen, Eloxieren und konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung von Hohlräumen mindern diese Risiken deutlich und sind Standard bei Teilen für den Außen- und Marineeinsatz.

Das Korrosionsverhalten im Meerwasser ist weniger günstig als bei Al-Mg-Legierungen für marine Anwendungen; 2xxx-Legierungen werden üblicherweise für primäre Rumpfstrukturen unter stark korrosiven Salzbedingungen vermieden, sofern nicht umfangreicher Korrosionsschutz und Opferanoden eingesetzt werden. Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei hochfesten Al-Cu-Legierungen unter Zugbeanspruchung in feuchten Chloridumgebungen eine bekannte Gefahr und muss bei der Werkstoffauswahl und Qualifizierung kritischer Bauteile berücksichtigt werden.

Galvanische Wechselwirkungen setzen 2017A einem erhöhten Risiko aus, wenn es mit edleren Werkstoffen wie Edelstahl gekoppelt wird; die Konstruktion sollte daher isolierende Schichten oder Opferanoden vorsehen, um eine galvanisch beschleunigte Korrosion zu verhindern. Im Vergleich zu den Familien 1xxx/3xxx/5xxx tauscht 2017A Korrosionsbeständigkeit gegen höhere mechanische Festigkeit und benötigt zusätzlichen Oberflächenschutz in aggressiven Umgebungen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 2017A mittels Lichtbogenverfahren (MIG/TIG) stellt eine Herausforderung dar, da Al-Cu-Legierungen im Wärmeeinflussbereich an Festigkeit verlieren und anfällig für Heißrisse sowie Porosität sind. Festkörper-Verfahren wie das Reibreibschweißen (FSW) werden häufig bevorzugt, da sie das Risiko von Ausscheidungsrissen verringern und einen größeren Erhalt der Grundwerkstofffestigkeit ermöglichen. Bei unvermeidbarem Lichtbogenschweißen empfiehlt sich der Einsatz duktiler Zusatzwerkstoffe sowie Nachwärmebehandlung, wobei jedoch die erhebliche Erweichung im Wärmeeinflussgebiet und mögliche Rekristallisation zu berücksichtigen sind.

Zerspanbarkeit

2017A zeigt im Vergleich zu vielen Aluminiumlegierungen eine gute Zerspanbarkeit, was auf die höhere Festigkeit und stabile Spanbildung im T6-Zustand zurückzuführen ist. Die Bearbeitung erfolgt mit vorhersehbarem Werkzeugverschleiß und hoher Maßstabilität. Hartmetall-Werkzeuge mit passenden Beschichtungen (TiN, AlTiN) sowie kontrollierte Schnittparameter (moderate Schnittgeschwindigkeiten und robuste Vorschübe) erzielen besonders bei unterbrochenen Schnitten optimale Ergebnisse; Kühlschmierstoffe minimieren den Spananback am Werkzeug. Die Spanform variiert von kurzen Segmenten in härteren Zuständen bis zu kontinuierlichen Spänen im geglühten Zustand; Werkzeuggeometrie und Kühlung sollten an den Zustand und die Blechstärke angepasst werden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist in weichen Zuständen wie O oder T4 am besten, da hier die Duktilität Biegen und Tiefziehen bei moderaten Radien erlaubt; der im T6-Zustand maximale Festigkeitsgrad limitiert die Umformbarkeit und begünstigt Risse bei Kaltumformung. Empfohlene Mindestbiegeradien variieren mit Zustand und Dicke, liegen aber typischerweise bei 2–6× Materialdicke für O und T4, während sie im T6-Zustand erheblich größer sind; hier ist oft eine Vormontage vor der Endalterung üblich. Kontrolliertes Warmumformen sowie Lösungsglühen/Formen/Auslagern-Zyklen werden genutzt, um komplexe geometrische Formen bei Erhalt finaler Festigkeit herzustellen.

Wärmeverhalten

2017A ist eine wärmebehandelbare Legierung, bei der Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern die finalen mechanischen Eigenschaften bestimmen. Typische Temperaturen für das Lösungsglühen liegen bei 500–525°C, um kupferreiche Ausscheidungen in das Aluminiumgitter zu lösen, gefolgt von schnellem Abschrecken (Wasserabschreckung), um einen übersättigten Festkörper zu erhalten. Abschreckgeschwindigkeit und Bauteildicke sind kritisch; langsames Abkühlen oder unzureichendes Abschrecken verringert die Ausscheidungskräfte und senkt die erreichbare Höchstfestigkeit.

Künstliches Auslagern erfolgt typischerweise bei 150–190°C über 4–12 Stunden, abhängig von gewünschter Festigkeit und Zähigkeit; die Bezeichnung T6 steht für lösungsgeglüht und künstlich ausgelagert mit Fokus auf Höchstfestigkeit. Natürliche Alterung (T4) kann eine Teilerstärkung bei Raumtemperatur bewirken, liefert jedoch niedrigere Spitzenwerte als kontrolliertes Auslagern und eignet sich als Zwischenschritt, wenn Bauteile vor Endalterung geformt werden müssen.

Zustandsübergänge wie T4 → T6 sind gängige Fertigungsprozesse: Bauteile werden nahezu vollständig lösungsgeglüht und leicht gealtert, um Umformen zu ermöglichen, und danach zu Endfestigkeiten künstlich gealtert. Eigenspannungsabbau durch Strecken (T651) vermindert Verzug und verbessert die Dauerfestigkeit bei gefügten oder bearbeiteten Baugruppen.

Hochtemperatureinsatz

2017A behält bei mäßig erhöhten Temperaturen brauchbare Festigkeit, jedoch führen Ausscheidungsgrobkorngbildung und Überalterung ab etwa 150°C zu einem deutlichen Festigkeitsverlust. Dauerbetrieb über 150–175°C schwächt die feinen Ausscheidungen, welche für die Verfestigung verantwortlich sind, mit einem Absinken von Streckgrenze und Zugfestigkeit und einer Zunahme der Duktilität im überalterten Zustand. Konstruktionen für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen sollten beschleunigte Alterungstests und Service-Temperatur-Qualifikationen einschließen, um den zeitlichen Verlust der mechanischen Integrität zu quantifizieren.

Oxidation stellt bei Aluminium in mittleren Temperaturbereichen kein großes Problem dar, da die schützende Aluminiumoxidschicht intakt bleibt. Lokale Überhitzungen beim Schweißen oder Zerspanen können jedoch zur Oberflächenschmelze (Liquation) und zum Verlust mechanischer Eigenschaften führen. Das Wärmeeinflussgebiet in der Nähe von Schweißnähten ist besonders anfällig für Erweichung und Ausscheidungen