Aluminium 2018: Zusammensetzung, Eigenschaften, Härteleitfaden & Anwendungen

Umfassender Überblick

Die Legierung 2018 gehört zur 2xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Klasse, die hauptsächlich durch Kupfer als Hauptelement gekennzeichnet ist. Die 2xxx-Familie ist für ihre hohe Festigkeit bekannt, die durch Ausscheidungshärtung erzielt wird. 2018 enthält typischerweise einen erhöhten Kupfergehalt sowie kontrollierte Mengen an Mangan, Eisen und Magnesium, um Festigkeit und Zähigkeit gezielt einzustellen.

2018 ist eine wärmebehandelbare Legierung, die ihre Festigkeit durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern entwickelt, wobei Al2Cu und zugehörige Phasen ausfallen; Kaltverfestigung spielt in einigen Zuständen eine sekundäre Rolle. Die Legierung bietet hohe statische Festigkeit und gute Zerspanbarkeit, besitzt jedoch eine relativ schlechte Korrosionsbeständigkeit und eingeschränkte Schweißbarkeit im Vergleich zu vielen 5xxx- und 6xxx-Legierungen.

Typische Einsatzbereiche für 2018 sind Luftfahrtbefestigungen und -baugruppen, militärische Ausrüstung, Werkzeuge und Vorrichtungen sowie bestimmte hochfeste Anwendungen im Automobilbau, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend ist und Korrosion durch Beschichtungen oder Verkleidungen kontrolliert werden kann. Ingenieure wählen 2018, wenn die Kombination aus hoher Festigkeit, guter Bruchzähigkeit nach dem Altern und Zerspanbarkeit die Nachteile bei atmosphärischer oder mariner Korrosion sowie Schweißbarkeit überwiegt.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Gering	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; ideal zum Umformen und Löten
H14	Mittel	Niedrig–Mittel	Ausreichend	Schlecht	Kaltverfestigt; eingeschränkte Duktilität
T3	Mittel–Hoch	Mittel	Ausreichend	Schlecht	Lösungsglühen, kaltverformt, natürlich gealtert
T4	Mittel–Hoch	Mittel	Ausreichend	Schlecht	Lösungsglühen und natürliches Altern
T5	Hoch	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Schlecht	Abgekühlt aus erhöhter Temperatur und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Schlecht	Lösungsglühen und künstliches Altern für Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Schlecht	T6 mit Spannungsabgleich durch Dehnen zur Verzugsverminderung

Der Zustand hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von 2018, da die kupferreichen Ausscheidungen Festigkeit und Zähigkeit steuern. Geglühtes Material (O) wird bevorzugt dort eingesetzt, wo Formgebung im Vordergrund steht, während T6/T651 für maximale Festigkeit und Maßstabilität trotz reduzierter Duktilität verwendet wird.

Der Bearbeitungsweg (Kaltverformung vor dem Altern, Streckrichten) beeinflusst ebenfalls die Eigenspannungen und die Dauerfestigkeit; die Spezifikation des Zustands muss mit den vorgesehenen Fertigungs- und Einsatzbedingungen abgestimmt sein, um eine Über- oder Unterdimensionierung der Bauteile zu vermeiden.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	max. 0,15	Verunreinigung; geringer Siliziumgehalt minimiert spröde intermetallische Phasen
Fe	0,5–1,2	Verunreinigung; erhöht Festigkeit, kann aber Duktilität reduzieren
Mn	0,4–1,0	Steuert Kornstruktur und verbessert Bruchzähigkeit
Mg	0,2–0,8	Trägt zu Alterungshärtung in Verbindung mit Cu bei
Cu	3,5–5,0	Haupt-Element für Festigkeitssteigerung (bildet Al2Cu-Ausscheidungen)
Zn	max. 0,25	Geringfügig; begrenzter Beitrag zur Festigkeit
Cr	0,1–0,3	Kornstrukturkontrolle; reduziert Rekristallisation
Ti	0,05–0,20	Kornfeinung für gewalzte Produkte
Sonstige / Al-Balance	Rest	Reststoffe und Spurenelemente; Aluminium bildet die Balance

Die Leistungsfähigkeit von 2018 wird vom Kupferanteil dominiert, der Ausscheidungshärtung und hohe Festigkeit im gealterten Zustand ermöglicht. Kleine Zugaben wie Mangan und Chrom verfeinern die Kornstruktur und stabilisieren die mechanischen Eigenschaften während thermischer Belastungen und Bearbeitung, während Eisen- und Siliziumgehalte kontrolliert werden, um schädliche intermetallische Phasen zu begrenzen, die die Legierung verspröden würden.

Mechanische Eigenschaften

Im Höchstalterungszustand (T6/T651) zeigt 2018 eine hohe Zugfestigkeit und gute Streckgrenze im Vergleich zu den meisten gewalzten Aluminiumlegierungen, was sie für hochbelastete Strukturbauteile geeignet macht. Die Dehnung ist in den Höchstzuständen eingeschränkt, aber für viele zerspante oder leicht umgeformte Bauteile ausreichend; die Dauerfestigkeit ist akzeptabel, jedoch empfindlich gegenüber Oberflächenzustand und Korrosion.

Geglühtes (O) 2018 weist deutlich höhere Duktilität und niedrigere Streck- und Zugfestigkeiten auf, was vorteilhaft für Umform- und Biegevorgänge ist, jedoch eine nachfolgende Wärmebehandlung für Strukturbauteile erfordert. Die Dicke beeinflusst zudem Streck- und Zugfestigkeit; dickere Sektionen sind schwer gleichmäßig lösungsglühbar und können eine reduzierte Alterungsreaktion oder unterschiedliche Eigenschaften durch den Querschnitt zeigen.

Die Härte in den Höchstzuständen steigt deutlich im Vergleich zum O-Zustand und korreliert mit Zugfestigkeit; allerdings sinken Härte und Festigkeit in wärmebeeinflussten Zonen beim Lichtbogenschweißen sowie bei Überalterung bei erhöhten Einsatztemperaturen. Die Initiierung von Ermüdungsrissen im gealterten 2018 erfolgt häufig an Bearbeitungsmarken oder Korrosionsstellen, weshalb Oberflächenbehandlung und konstruktive Maßnahmen zur Rissausbreitungshemmung entscheidend sind.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z. B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~200–260 MPa	~430–520 MPa	T6 zeigt deutlich höhere Zugfestigkeit durch Ausscheidungshärtung
Streckgrenze	~70–150 MPa	~320–380 MPa	Streckgrenze steigt mit Alterung; Kaltverfestigung erhöht Streckgrenze weiter in einigen H-Zuständen
Dehnung	>20%	~6–12%	Duktilität sinkt im Höchstzustand; abhängig von Bauteildicke
Härte (Brinell)	~40–60 HB	~110–140 HB	Korrelieren mit Zugfestigkeit; HAZ-Erweichung vermindert lokale Härte nach Schweißen

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78–2,82 g/cm³	Etwas höher als reines Aluminium aufgrund von Kupferanteil
Schmelzbereich	~500–635 °C	Bereich zwischen Solidus und Liquidus; Legierungen schmelzen über einen Bereich, nicht bei einem Punkt
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium; Kupfer reduziert Wärmeleitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit	~20–35% IACS	Kupfer verringert Leitfähigkeit gegenüber 1xxx-Legierungen
Spezifische Wärmekapazität	~0,88–0,92 J/g·K	Ähnlich anderen Aluminiumlegierungen; variiert leicht mit Temperatur
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100°C)	Vergleichbar mit anderen Aluminiumlegierungen; wichtig für thermisches Zyklendesign

Die thermischen und elektrischen Transporteigenschaften von 2018 sind aufgrund des Kupfergehalts und weiterer Legierungselemente gegenüber kommerziell reinem Aluminium reduziert. Diese Reduzierungen sind relevant, wenn 2018 für Wärmemanagement eingesetzt wird; andere Legierungen oder Kupfer können bevorzugt werden, wenn Leitfähigkeit kritisch ist.

Die Schmelz- und Erstarrungseigenschaften beeinflussen Wärmebehandlung und Schweißen; der relativ breite Schmelzbereich erhöht die Anfälligkeit für Heißrisse beim Lichtbogenschweißen und erfordert kontrollierte Heiz- und Kühlzyklen während des Lösungsglühens, um partielle Schmelzvorgänge zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,5–6 mm	Gut in T6; O zum Umformen	O, T3, T4, T6, T651	Weit verbreitet für zerspante Teile und kleine Strukturen
Platte	>6 mm bis 150+ mm	Abschnittsbedingt empfindliche Wärmebehandlung	O, T6 (wo möglich)	Dicke Platten sind schwer gleichmäßig zu altern
Strangpressteile	Profilabhängig	Gute axiale Festigkeit; alterungshärtbar	T6 nach Alterung	Begrenzt durch Warmumformbarkeit und Auflösung der Cu-Phasen
Rohr	Verschiedene Durchmesser/Wanddicken	Ähnlich wie Strangpressteile im gealterten Zustand	O, T6	Verwendet für Strukturrohre und Verbindungsstücke bei Festigkeitsanforderungen
Stab/Rundstahl	Durchmesser von einigen mm bis 150 mm	Gute Zerspanbarkeit im gealterten Zustand	O, T3, T6	Häufig für Drehteile und Befestigungselemente

Formfaktor und Bearbeitungsweg beeinflussen die erreichbaren mechanischen Eigenschaften erheblich, da die Wirksamkeit der Wärmebehandlung abhängig von Abschnittsgröße und Abkühlgeschwindigkeit ist. Bleche und dünne Strangpressteile können gleichmäßiger gelöst und gealtert werden als dicke Platten, weshalb die Wahl der Produktform sowohl die Fertigung als auch die finalen mechanischen Anforderungen berücksichtigen muss.

Kaltverfestigung vor dem Altern (T3) bietet einen Kompromiss zwischen Maßhaltigkeit und endgültiger Festigkeit, während der O-Zustand komplexe Umformungen erleichtert; Konstrukteure sollten die Fähigkeiten des Lieferanten (z. B. Lösungsglühen dicker Abschnitte) an die vorgesehenen Einsatzbelastungen anpassen.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	2018	USA	Bezeichnung der Primary Aluminum Association
EN AW	2018 / 2018A	Europa	Oft als EN AW-2018A gelistet; chemische und mechanische Toleranzen können abweichen
JIS	A2018	Japan	Lokale Spezifikationsunterschiede bei Verunreinigungsgrenzen und Härtezuständen
GB/T	2A01	China	Chinesische Normbezeichnung; eingeschränkter Austausch ohne Prüfung der Spezifikationen

Äquivalente Bezeichnungen existieren zwar, sind aber nicht universell identisch; Mikrolegierungslimits, erlaubte Verunreinigungen und Härtezustände können zwischen den Normen variieren. Ingenieure müssen bei der Substitution von material aus verschiedenen Regionen stets die genaue Norm und das Werkszeugnis konsultieren, um übereinstimmende mechanische Eigenschaften und Wärmebehandlungsreaktionen sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

2018 weist aufgrund seines Kupfergehalts, der lokal begrenzte Korrosion und interkristalline Angriffe in aggressiven Umgebungen fördert, eine deutlich geringere allgemeine atmosphärische und Lochfraßkorrosionsbeständigkeit auf als die meisten 5xxx- und 6xxx-Serienlegierungen. In maritimen und chloridhaltigen Atmosphären neigt ungeschütztes 2018 zu Loch- und Spaltkorrosion und benötigt typischerweise eine Verblendung (Alclad) oder robuste Beschichtungen für den Langzeiteinsatz.

Die Legierung ist außerdem anfälliger für Spannungsrisskorrosion (SCC) als Legierungen mit geringerem Kupferanteil, insbesondere in hochfesten Härtezuständen und unter Zugbelastung in korrosiven Umgebungen. Galvanische Wechselwirkungen müssen berücksichtigt werden: 2018 ist anodisch gegenüber Edelstahl und Kupfer-Nickel-Legierungen, was in einem leitfähigen Umfeld galvanische Ströme erzeugen kann, wenn ein elektrischer Kontakt besteht.

Für Anwendungen mit unvermeidbarer Korrosion sind Konstruktionsmaßnahmen wie Beschichtungen, kathodischer Schutz, Isolierung mit nichtleitenden Befestigungselementen sowie die Verwendung von verblendeten Produkten üblich. Im Vergleich bieten 6xxx-Serienlegierungen eine deutlich bessere Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, allerdings bei etwas niedrigerer Höchstfestigkeit, was häufig zu Kompromissen bei der Legierungsauswahl führt.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schmelzschweißen von 2018 ist anspruchsvoll; die kupferreiche Matrix reduziert die Schweißbarkeit und erhöht die Anfälligkeit für Heißrisse und Porosität. Übliche Praxis vermeidet das Schmelzschweißen bei hochbeanspruchten Bauteilen und setzt stattdessen auf mechanische Befestigung, Löten mit geeigneten Flussmitteln oder Rührreibschweißen, das das Erweichen und Rissbildung im Wärmeeinflussbereich deutlich verringert. Wenn Schweißen erforderlich ist, werden angepasste oder kompatible Schweißzusatzwerkstoffe wie Al-Cu-Füller (z. B. Varianten 2319/4043 je nach Einsatz) und strenge Vor-/Nachwärmmaßnahmen empfohlen, wobei mit einer Reduktion der lokalen mechanischen Eigenschaften im Wärmeeinflussbereich zu rechnen ist.

Mechanische Bearbeitbarkeit

2018 wird unter den hochfesten Aluminiumlegierungen oft als gut bis sehr gut bearbeitbar eingestuft, da gealterte 2xxx-Legierungen sauber und mit vorhersagbarer Spanbildung zerspanbar sind. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel, steife Maschinenaufbauten, Überflutungskühlung und Spanbrecher helfen, Aufbauschneidenbildung zu kontrollieren und Maßhaltigkeit zu gewährleisten. Übliche Praxis verwendet moderate bis hohe Schnittgeschwindigkeiten, relativ geringe Vorschübe bei Feinbearbeitungen und für unterbrochene Schnitte ausgelegte Werkzeuge bei der Bearbeitung von verfestigten Bereichen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit von 2018 ist stark vom Härtezustand abhängig; im weichen O-Zustand sind die besten Biegeradien und Umformgrade möglich, während T6/T651 eine eingeschränkte Duktilität aufweisen und größere Biegeradien erfordern. Für das Biegen ist als Richtwert bei O-Zustand ein minimaler Innenbiegeradius von etwa 1–2× Blechdicke praktikabel, während gealterte Härtezustände häufig >3× Blechdicke und sorgfältige Werkzeugauslegung erfordern. Bei erforderlichen komplexen Umformungen und anschließendem Einsatz in hochfestem Zustand kann die Umformung im O-Zustand mit anschließender Lösungsglühtemperung und Alterung (sofern möglich) verwendet werden, wobei Verzugs- und Weichungsverhalten bei der nachfolgenden Wärmebehandlung kontrolliert werden müssen.

Wärmebehandlungsverhalten

Die Lösungsglühung von 2018 dient der Auflösung kupferreicher Phasen in der Aluminium-Matrix und erfolgt typischerweise bei Temperaturen von ca. 500–535 °C, abhängig von Bauteilquerschnitt und Folien-/Plattengrenzen. Gleichmäßiges Erhitzen und schnelles Abschrecken sind entscheidend, um das Cu im übersättigten Festkörperzustand zu halten; langsameres Abschrecken in dicken Abschnitten führt zur Ausfällung grober Partikel und verringert das Alterungspotenzial.

Künstliches Altern (T6) erfolgt bei Temperaturen von etwa 150–190 °C über mehrere Stunden, um fein verteilte Al2Cu-Niederschläge zu erzeugen, die Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöhen. Die Alterungszyklen sind darauf abgestimmt, eine Balance zwischen Höchstfestigkeit und akzeptabler Zähigkeit zu erzielen und Überalterung zu vermeiden. Überalterung oder längere thermische Belastung im Einsatz führen zur Koaleszenz der Niederschläge und reduzieren Härte und Festigkeit, wodurch sich die Eigenschaften in Richtung T4-ähnlicher Zustände verschieben.

Die Härtebezeichnungen geben den Verarbeitungsverlauf an: T3 bedeutet Lösungsglühen, Kaltumformung und natürliche Alterung, während T4 Lösungsglühen und natürliche Alterung bezeichnet. Der Wechsel zwischen Härtezuständen (z. B. erneutes Lösungsglühen eines T6-Teils) setzt die Alterungsuhr zurück, kann jedoch Verzugserscheinungen und mikrostrukturelle Veränderungen verursachen; deshalb werden bei Präzisionsteilen häufig Nachgerade- oder Spannungsarmglühverfahren (T651) vorgeschrieben.

Hochtemperatureinsatz

2018 verliert mit steigender Temperatur deutlich an Festigkeit, da die feinen Alterungs-Niederschläge zwischen ca. 120–200 °C, abhängig vom Härtezustand und Expositionsdauer, koaleszieren und sich auflösen. Langzeitbetrieb ist daher meist auf moderate Temperaturen beschränkt, und Bauteile mit dauerhafter Temperaturbelastung über ca. 150 °C müssen auf Kriechverhalten und Festigkeitsabfall hin überprüft werden.

Die Oxidation bei erhöhten Temperaturen entspricht der anderer Aluminiumlegierungen und führt in der Regel zur Bildung einer passiven Aluminiumoxidschicht, jedoch können kombinierte thermische und korrosive Einflüsse (z. B. heiße Salzsprühnebel) die Materialdegradation beschleunigen. Nach dem Schweißen sind Wärmeeinflusszonen oft besonders anfällig für Festigkeitsverluste und Kornwachstum bei erhöhten Temperaturen, weshalb konstruktive Sicherheitsreserven und Nachbehandlungsmaßnahmen nötig sind.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 2018 verwendet wird
Luftfahrt	Beschläge, Halterungen, Befestigungen	Hoher Festigkeits-zu-Gewicht-Quotient und gute Bruchzähigkeit in gealtertem Zustand
Militär / Verteidigung	Strukturteile, Aufnahmen	Hohe statische Festigkeit und Bearbeitbarkeit für kritische Komponenten
Automobilindustrie	Hochfeste, zerspante Halterungen, Werkzeuge	Festigkeit bei guter Bearbeitbarkeit, wenn Korrosionsschutz gegeben ist
Werkzeugbau / Vorrichtungen	Lehren, Matrizen, Spannmittel	Maßhaltigkeit (T651) und Härte für Verschleißfestigkeit
Elektronik	Bestimmte Strukturrahmen	Steifigkeit und Festigkeit für kleine Bauteile

2018 wird für Bauteile gewählt, bei denen Höchstfestigkeit im gealterten Zustand, gute Bearbeitbarkeit und stabile mechanische Eigenschaften unter statischer Belastung entscheidend sind und Korrosionseinwirkungen durch Beschichtung, Verblendung oder kontrollierte Umgebungen gemindert werden können.

Auswahlhinweise

Für Ingenieure, die zwischen 2018 und niedriglegiertem oder handelsüblichem Aluminium wählen, sind die Kompromisse klar: Gegenüber 1100 opfert 2018 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit zugunsten deutlich höherer Festigkeit, was für tragende zerspante Teile nützlich ist.

Im Vergleich zu gängigen, work-härtenden Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 2018 deutlich höhere Höchstfestigkeit und bessere Bearbeitbarkeit, aber schlechteren Korrosionsschutz und geringere Schweißbarkeit; 2018 ist zu bevorzugen, wenn Festigkeit und Ermüdungslebensdauer wichtiger sind als Korrosionsrobustheit.

Gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 liefert 2018 meist vergleichbare oder höhere Festigkeit in bestimmten Härtezuständen und bessere Bearbeitbarkeit bei bearbeitungslastigen Komponenten; allerdings zeichnet sich 6061 durch bessere Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und eine tolerantere Alterungsreaktion aus, sodass 2018 nur dann bevorzugt wird, wenn das spezifische Festigkeits-, Zähigkeits- oder Verschleißprofil der Al-Cu-Niederschläge gefordert ist.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 2018 bleibt relevant, wenn hohe statische Festigkeit, zuverlässige Alterungsreaktion und gute Bearbeitbarkeit entscheidende Auswahlkriterien sind und Korrosions- sowie Schweißbedingungen durch Konstruktion, Verblendung oder Beschichtung beherrschbar sind. Ihr Einsatzfeld liegt weiterhin in Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und spezialisierten Industrieanwendungen, in denen das Al-Cu-Ausscheidungshärtungssystem mechanische Leistungen bietet, die mit anderen geschmiedeten Aluminiumlegierungen schwer erreichbar sind.