Aluminium 2018A: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Die Bezeichnung 2018A gehört zur 2xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die vor allem durch Kupfer als Hauptlegierungselement gekennzeichnet ist. Diese Serie ist wärmebehandelbar durch Ausscheidungshärtung und wird üblicherweise durch Lösungsglühen gefolgt von künstlicher Alterung auf hochfeste Zustände wie T6 und T651 gehärtet.

Wesentliche Legierungselemente in 2018A sind Kupfer (Hauptelement), mit Magnesium, Mangan, Eisen und Silizium in geringeren Mengen zur Steuerung von Festigkeit, Kornstruktur und Zerspanbarkeit. Der Kupferanteil fördert starke ausscheidungshärtende Phasen (hauptsächlich Al2Cu-Varianten), die im Vergleich zu nicht wärmebehandelbaren Legierungen hohe Streck- und Zugfestigkeiten bieten.

Wichtige Eigenschaften von 2018A sind hohe statische Festigkeiten und gute Zerspanbarkeit in vielen Zuständen, während die Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Legierungen mäßig bis schlecht sind. Die Umformbarkeit im geglühten Zustand ist gut, nimmt jedoch nach der Wärmebehandlung deutlich ab. Die Legierung wird häufig in Branchen eingesetzt, die Stärke und Maßhaltigkeit über Rohduktilität priorisieren.

Typische Einsatzbereiche von 2018A sind Luft- und Raumfahrt (Strukturbauteile, Halterungen), Verteidigung, hochfeste Verbindungselemente sowie bestimmte Hochleistungsfahrzeugkomponenten. Konstrukteure wählen 2018A, wenn ein hohes spezifisches Festigkeitsgewicht und vorhersehbare wärmebehandelte mechanische Eigenschaften erforderlich sind und wenn Zerspan- oder Fügeverfahren die metallurgischen Einschränkungen berücksichtigen können.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformungen
H14	Mittel	Niedrig bis Mittel	Befriedigend	Schlecht	Verfestigt durch Kaltumformung, begrenzter Festigkeitsanstieg
T3	Mittel-Hoch	Mittel	Befriedigend	Schlecht	Lösungsglühen und natürliche Alterung
T4	Mittel-Hoch	Mittel	Befriedigend	Schlecht	Lösungsglühen und natürliche Alterung (nicht stabilisiert)
T5	Hoch	Niedrig	Schlecht	Schlecht	Abgekühlt aus erhöhter Temperatur und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig bis Mittel	Schlecht	Schlecht	Lösungsglühen und künstliche Alterung auf Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedrig bis Mittel	Schlecht	Schlecht	T6 mit Spannungsausgleich durch kontrolliertes Dehnen

Der Zustand beeinflusst maßgeblich den Ausscheidungszustand und die Versetzungsdichte; Lösungsglühen und künstliche Alterung (T6/T651) maximieren die Festigkeit und reduzieren die Duktilität. Der geglühte O-Zustand wird für Umform- und Ziehoperationen eingesetzt, während T5/T6 für Endbauteile mit hoher Maßhaltigkeit und Spitzenfestigkeiten spezifiziert sind.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,10 – 0,50	Entoxidationsmittel/Verunreinigung; zu viel Si kann harte Zwischenmetallische Verbindungen bilden.
Fe	0,20 – 0,70	Übliche Verunreinigung, beeinflusst Korngrenzphasen und Festigkeit.
Mn	0,30 – 1,20	Steuert Rekristallisation und Kornstruktur; erhöht Festigkeit.
Mg	0,20 – 0,80	Geringer Beitrag zur Festigkeit durch feste Lösungs- und Ausscheidungshärtung.
Cu	3,9 – 5,0	Hauptlegierungselement zur Festigkeitssteigerung; bildet Al2Cu-Ausscheidungen bei Alterung.
Zn	≤ 0,25	Spurenelement; übermäßiges Zn kann unter bestimmten Bedingungen Versprödung verursachen.
Cr	0,05 – 0,25	Hilft, Kornstruktur zu kontrollieren und Rekristallisation zu hemmen.
Ti	≤ 0,15	Kornerverfeinerer bei geringen Mengen.
Sonstige (jeweils)	≤ 0,05	Spurenelemente und Rückstände; kontrolliert gemäß Spezifikation.

Der relativ hohe Kupfergehalt ist der dominierende Faktor für die ausscheidungshärtende Reaktion und die hohe Festigkeit von 2018A. Mangan und Chrom werden zugegeben, um die Kornstruktur zu stabilisieren und die Rekristallisation während der thermomechanischen Verarbeitung zu begrenzen. Eisen und Silizium sind kontrollierte Verunreinigungen; bei erhöhten Konzentrationen bilden sie spröde Zwischenmetallische Verbindungen und verringern Zähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Das Zug- und Streckgrenzenverhalten von 2018A ist stark zustandsabhängig, da die Legierung wärmebehandelbar ist. Im geglühten Zustand zeigt die Legierung moderate Zugfestigkeit mit hoher Dehnung, geeignet für Umformprozesse. Nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung (T6/T651) steigen Zug- und Streckgrenze deutlich an, bedingt durch feinverteilte Al2Cu-Ausscheidungen, die der Legierung eine hohe statische Belastbarkeit bei reduzierter Dehnung verleihen.

Die Härte folgt dem gleichen Trend; Vickers-/Brinell-Härte steigt nach T6-Alterung deutlich an und korreliert mit Streck- und Zugfestigkeit. Die Ermüdungsfestigkeit profitiert von der hohen statischen Festigkeit und homogenen Ausscheidung im gut verarbeiteten Material, ist jedoch empfindlich gegenüber Oberflächenbeschaffenheit, Kerben und wärmebeeinflussten Zonen durch Schweißen. Die Blechdicke hat einen zweitrangigen Effekt: dickere Querschnitte gelingen langsamer im Lösungsglühen und Abschrecken, was zu Gradienten in den mechanischen Eigenschaften führen kann, sofern keine angepassten Wärmebehandlungszyklen angewandt werden.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Zustand (T6 / T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~180 – 240 MPa	~430 – 480 MPa	T6/T651-Werte typisch für hochfeste Al-Cu-Legierungen; Werte variieren je nach Produktform und Verarbeitung.
Streckgrenze	~60 – 120 MPa	~350 – 390 MPa	Streckgrenze steigt bei Alterung stark an; Auslegung sollte Mindestwerte vom Lieferanten verwenden.
Dehnung	~18 – 30%	~8 – 15%	Duktilität sinkt nach Alterung; geringere Dehnung in dickeren Querschnitten und ausscheidungsgelhärteten Zuständen.
Härte (HB)	~35 – 60 HB	~100 – 135 HB	Härte und Zugfestigkeit steigen zusammen an; Härtemessung dient der Einschätzung der Wärmebehandlungsqualität.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78 g/cm³	Typisch für Al-Cu-Legierungen; etwas schwerer als reines Aluminium.
Schmelzbereich	~500 – 650 °C	Solidus und Liquidus hängen von der Legierung ab; sorgfältige Kontrolle bei Löten/Wärmebehandlung erforderlich.
Wärmeleitfähigkeit	~120 – 160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium durch Legierungsbestandteile; dennoch gut für Wärmeleitung im Vergleich zu Stählen.
Elektrische Leitfähigkeit	~25 – 35 % IACS	Reduziert gegenüber technisch reinem Aluminium aufgrund von Kupfer und anderen Legierungsbestandteilen.
Spezifische Wärmekapazität	~880 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen im Umgebungstemperaturbereich.
Wärmeausdehnung	~23 – 24 ×10⁻⁶ /K	Ähnlich zu anderen Aluminiumlegierungen; bei Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen zu beachten.

Das physikalische Eigenschaftsprofil macht 2018A vorteilhaft, wenn eine Kombination aus niedrigem Gewicht und Wärmeleitung gefragt ist, obwohl es nicht ganz an die 1xxx-Serie bei elektrischer und thermischer Leitfähigkeit heranreicht. Dichte und Wärmeausdehnung sind gut vorhersagbar und ermöglichen zuverlässige thermomechanische Finite-Elemente-Simulationen für übliche Einsatzbereiche. Schmelzverhalten und Wärmeleitfähigkeit beeinflussen Wärmebehandlungsstrategien und die Kontrolle thermischer Verformungen während der Verarbeitung.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3 – 6 mm	Homogen bei korrektem Walzen und Wärmebehandlung	O, T3, T5, T6	Weit verbreitet für zerspante und umgeformte Bauteile; genaue Steuerung von Abschreck- und Alterungsprozess erforderlich.
Platte	6 – 50 mm	Möglichkeit von Eigenschaftengradienten durch Dicke	O, T6, T651	Dicke Querschnitte erfordern angepasste Lösungsglüh- und Abschreckzyklen zur Vermeidung weicher Kerne.
Strangpressprofil	Bis zu großen Profilen	Gute Eigenschaften im pressgeformten Zustand, nachfolgend gealtert	T5, T6	Strangpressgeschwindigkeit und Werkzeugdesign beeinflussen Ausscheidungen und Kornstruktur.
Rohr	Unterschiedliche Durchmesser/Wandstärken	Ähnlich zu Platte/Rohrverhalten	O, T6	Verwendung bei hochfesten und zugleich leichten Rohrbauteilen.
Stab/Stange	Durchmesser bis 200 mm	Gute Zerspanbarkeit und Maßhaltigkeit	O, T6	Stäbe für Fittings, Verbindungselemente und präzisionsbearbeitete Komponenten.

Der Verarbeitungsweg beeinflusst Mikrostruktur und Endprodukteigenschaften: Umgeformte Produkte (Blech, Platte, Strangpressprofile) werden typischerweise lösungsglüht und gealtert, um Ziel-Festigkeiten zu erreichen, während dicke Platten oft verlängerte Haltezeiten und spezielle Abschreckmedien erfordern. Die Wahl der Produktform sollte Wärmeübergang beim Abschrecken, Verzugsrisiko sowie nachfolgende Zerspan- und Umformprozesse berücksichtigen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	2018A	USA	Übliche ASTM/AA-Bezeichnung für Al-Cu-Legierung mit definierter Zusammensetzung und Wärmebehandlung.
EN AW	2018A	Europa	EN AW-2018A ist eine analoge Bezeichnung nach EN-Normen; spezifische EN-Grenzwerte für Spurenelemente sind zu prüfen.
JIS	A2017/A2018*	Japan	Lokale JIS-Legierungen mit ähnlicher Chemie, jedoch können Härtegrade und Grenzwerte für Verunreinigungen variieren.
GB/T	2A01 / 2018A*	China	Chinesische Normen enthalten ähnliche Legierungen; mechanische Garantien und Zustände sind mit dem Lieferanten abzuklären.

Äquivalente Bezeichnungen sind nur annähernd vergleichbar und mit Vorsicht zu behandeln: Nennzusammensetzungen, Reststoffgrenzen und zulässige Verunreinigungen unterscheiden sich je nach Norm und Hersteller. Beim Werkstoffersatz über Regionen hinweg sind exakte chemische Grenzwerte, mechanische Eigenschaftsgarantien und Definitionen der Wärmebehandlung (z. B. T651 versus lokale stabilisierte Zustände) zu verifizieren.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 2018A ist moderat; die kupferreiche Matrix reduziert die natürliche Passivität im Vergleich zu Aluminium-Magnesium-Legierungen. In günstigen atmosphärischen Umgebungen bietet die Legierung mit fachgerecht aufgebrachten Beschichtungen eine akzeptable Leistung, jedoch sind nackte 2xxx-Serien-Legierungen anfälliger für Lochfraß und interkristalline Korrosion als viele 5xxx- und 6xxx-Legierungen.

In maritimen oder chloridhaltigen Umgebungen zeigt 2018A eine verringerte Beständigkeit im Vergleich zu Al-Mg-Legierungen; lokal begrenzter Lochfraß und Spaltkorrosion sind besonders bei Bauteilen mit zugbeanspruchten Eigenspannungen problematisch. Chloridinduzierte Angriffe und Abblätterungen lassen sich durch Schutzbeschichtungen, Eloxalbehandlung (Anodisieren) wo möglich oder kathodischen Schutz bei kritischen Strukturen mindern.

Die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei hochfesten Al-Cu-Legierungen unter dauerhaftem Zugstress und aggressiven Umgebungen erhöht. Konstrukteure sollten Kombinationen aus hohen äußeren oder Eigenspannungen, anfälligen Zuständen und Chlorideinwirkung vermeiden. Bei galvanischer Kopplung ist 2018A edler als reines Aluminium, aber weniger edel als rostfreie Stähle; galvanische Kontakte zu kathodischen Metallen erfordern Isolation oder konstruktive Trennung, um beschleunigte Korrosion zu verhindern.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit
Das Schweißen von 2018A ist herausfordernd, da die Legierung im Wärmeeinflussbereich an Festigkeit verliert und wegen kupferreicher Bestandteile bei hohen Temperaturen anfällig für Heißrisse ist. Das Schmelzschweißen mittels WIG/MAG führt oft zu signifikanter Erweichung im HAZ und wird generell für hochbelastete Bauteile nicht empfohlen, außer es folgt eine lokale Nachwärmebehandlung und eine strenge Verfahrensqualifikation. Zusatzwerkstoffe wie Al-Cu-basierte Schweißelektroden werden selten verwendet; in der Praxis kommen für tragende Verbindungen vorwiegend Nieten, Schrauben oder Klebverfahren zum Einsatz.

Zerspanbarkeit
2018A gilt als eine der gut zerspanbaren hochfesten Aluminiumlegierungen, da sie sauber spannt mit vorhersagbarer Späneform und vergleichsweise geringem Werkzeugverschleiß gegenüber härteren Legierungen. Schneidwerkzeuge, die für Nichteisenmetalle optimiert sind – beschichtete Hartmetalle oder Schnellarbeitsstahl mit positivem Spanwinkel – werden empfohlen, zusammen mit kontrollierten Vorschubgeschwindigkeiten, um Schneidkantenbildung zu vermeiden. Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sind bei der Bearbeitung von T6- oder T651-Stangen aufgrund der stabilen Ausscheidungsstruktur ausgezeichnet.

Umformbarkeit
Die Umformung erfolgt am besten im geglühten O-Zustand, wo die Legierung deutlich höhere Dehnung und Duktilität aufweist. Kaltbiegen in T6 oder ähnlichen Zuständen ist begrenzt und erfordert größere Biegeradien sowie Zugaben für Rückfederung; Warmumformen oder vorangehendes Glühen mit anschließender Wärmebehandlung ermöglichen komplexe Geometrien. Konstrukteure sollten die Umformzustände früh im Prozess definieren, um Nachbehandlung und mechanische Bearbeitung abzustimmen.

Wärmebehandlung

2018A ist eine klassische wärmebehandelbare (aushärtbare) Aluminiumlegierung, die auf etablierte Al-Cu-Lösungs- und Auslagerungszyklen anspricht. Das typische Lösungsglühen löst Cu-haltige Phasen bei erhöhten Temperaturen auf, um einen übersättigten Festkörper zu erzeugen; ein häufig genannter Temperaturbereich liegt bei ca. 495–525 °C, die Dauer ist abhängig von der Bauteildicke. Direkt nach dem Lösungsglühen ist eine schnelle Abschreckung erforderlich, um den Übersättigungszustand zu erhalten und die Grundlage für die anschließende Auslagerung zu schaffen.

Künstliche Alterung (Typ T6) erfolgt bei moderaten Temperaturen (typischerweise 150–190 °C) über Stunden bis zu mehreren zehn Stunden, abhängig vom gewünschten Kompromiss zwischen Höchstfestigkeit und Zähigkeit. Überglühen verringert die Festigkeit, kann aber die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und die Zähigkeit verbessern. T651 bezeichnet einen T6-ähnlichen Zustand mit einer Zusatzoperation zum Strecken oder Richtvorgang, um Eigenspannungen zu reduzieren und die Maßhaltigkeit zu verbessern.

Hochtemperatureinsatz

2018A ist nicht für den dauerhaften Einsatz bei hohen Temperaturen vorgesehen; erhöhte Temperaturen beschleunigen das Wachstum und die Auflösung der Ausscheidungen, was zu schnellem Festigkeitsverlust führt. Praktische Dauerbetriebstemperaturen sind üblicherweise unter etwa 120–150 °C für tragende Anwendungen begrenzt; darüber hinaus ist eine starke Eigenschaftsdegradation über Zeit zu beobachten.

Hohe Temperaturen bedingen nur geringe oxidative Beanspruchung im Vergleich zu Eisenwerkstoffen aufgrund des schützenden Aluminiumoxids, jedoch sind mechanische Leistung und Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen gegenüber speziellen Hochtemperaturlegierungen gering. Wärmeeinflusszonen vom Schweißen oder lokale Erwärmungen können überproportional an Festigkeit verlieren und müssen bei Konstruktion und Prüfungen berücksichtigt werden.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Warum 2018A verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Beschläge, Halterungen, Fahrwerksteile (nicht sicherheitsrelevant)	Hohe Festigkeit bei geringem Gewicht und vorhersehbare wärmebehandelte Eigenschaften
Schifffahrt	Tragende Bauteile, zerspante Komponenten	Gute Kombination aus Festigkeit und Zerspanbarkeit bei Schutz durch Beschichtungen
Verteidigung	Panzerschutzelemente, Waffenhalterungen, hochfeste Beschläge	Hohe statische Festigkeit und gute Zerspanbarkeit für Präzisionsteile
Automobilindustrie	Hochfeste zerspante Halterungen und Aufnahmen	Gewichtsreduzierung bei gleichzeitig hoher statischer Tragfähigkeit
Elektronik	Wärmeableitende Strukturteile	Angemessene thermische Leitfähigkeit kombiniert mit hoher Steifigkeit

2018A wird gewählt, wenn die Designpriorität auf hoher statischer Festigkeit, enger Maßhaltigkeit und guter Zerspanbarkeit liegt. Die Kompromisse – verringerte Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bei überlegener Festigkeit – machen die Legierung ideal für geschraubte, genietete oder zerspante Bauteile in mechanisch beanspruchten Baugruppen.

Auswahlhinweise

2018A tauscht elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit gegen signifikante Festigkeitsgewinne gegenüber reinem Aluminium (1100). Verwenden Sie 2018A, wenn Festigkeit und Zerspanbarkeit entscheidend sind und Korrosionsrisiken durch schützende Beschichtungen oder Isolation beherrschbar sind.

Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 2018A deutlich höhere Streck- und Zugfestigkeiten nach Wärmebehandlung, jedoch geringere Korrosionsbeständigkeit und verschlechterte Schweißbarkeit. Wählen Sie 2018A für hochfeste, zerspante oder geschraubte Baugruppen, bei denen Umformung und extreme Korrosionsbeständigkeit nicht vorrangig sind.

Im Vergleich zu gebräuchlichen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 2018A meist höhere Höchstfestigkeiten bei statischer Belastung, kann aber empfindlicher gegenüber SCC sein und ist schlechter schweißbar. Entscheiden Sie sich für 2018A, wenn die höhere Festigkeit im ausgehärteten Zustand und die Zerspanbarkeit den zusätzlichen Aufwand für Oberflächenschutz und Fügetechnik rechtfertigen.

Zusammenfassung

2018A bleibt eine relevante hochfeste Aluminiumlegierung für technische Anwendungen, bei denen aushärtbare Festigkeit, ausgezeichnete Zerspanbarkeit und Maßhaltigkeit über Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit im blanken Zustand gestellt werden. Mit sorgfältiger Spezifikation von Zuständen, Wärmebehandlung und Schutzmaßnahmen bietet 2018A eine ausgewogene Leistung für Luft- und Raumfahrt, Verteidigung sowie hochfeste Industriebestandteile.