Aluminium 2117: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Alloy 2117 ist ein Mitglied der 2xxx-Reihe der Aluminium-Kupfer-Legierungen und wird zu den wärmebehandelbaren Al-Cu-Legierungen gezählt. Die chemische Zusammensetzung basiert hauptsächlich auf Kupfer als wesentlichem Festigungselement, ergänzt durch kontrollierte Mengen an Mangan, Magnesium und Spurelementen, um Festigkeit, Umformbarkeit und Rekristallisationsverhalten gezielt zu beeinflussen.

2117 wird hauptsächlich durch Lösungsglühen gefolgt von Ausscheidungshärtung (Auslagerung) gehärtet, wobei feine Al2Cu (θ) und verwandte Ausscheidungen gebildet werden; zudem weist die Legierung eine gewisse Kaltverfestigungskapazität in nicht voll ausgealterten Zuständen auf. Die Legierung bietet eine ausgewogene Kombination aus moderater bis hoher Festigkeit, akzeptabler Korrosionsbeständigkeit bei geeigneter Oberfläche oder Beschichtung sowie eingeschränkter Schweißbarkeit im Vergleich zu reinem Aluminium; die Umformbarkeit ist in geglühten und leicht verformten Zuständen gut.

Typische Anwendungsbereiche für 2117 sind die Luft- und Raumfahrt (sekundäre Strukturen und Befestigungen), Verteidigung (Strukturbauteile), Automobilindustrie (Bauteile mit höheren Festigkeitsanforderungen als bei 5xxx/3xxx-Familien) und spezielle gewerbliche Anwendungen wie Nieten, Verbindungselemente und geformte Strangpressprofile, wo eine Kombination aus wärmebehandelbarer Festigkeit und guter Umformbarkeit benötigt wird. Ingenieure wählen 2117, wenn ein stärkeres Al-Cu-Verhalten gefordert wird, jedoch die extrem hohe Festigkeit der Premium-2xxx-Legierungen (z. B. 2024) nicht erforderlich ist oder wenn bessere Umformbarkeit bzw. geringere Kosten gegenüber höherleistungsfähigen wärmebehandelbaren Legierungen gewünscht sind.

Zuschnittvarianten

Zuschnitt	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	20–35%	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglühter Zustand für maximale Duktilität und Umformbarkeit.
H12 / H14	Mittel	8–18%	Gut	Eingeschränkt	Kaltverfestigt auf mittlere Festigkeit; verwendet für gezogene/geformte Teile.
T3	Mittel-hoch	8–15%	Gut	Begrenzt	Lösungsglühen, Kaltverfestigung und natürliche Auslagerung; guter Kompromiss aus Festigkeit und Umformbarkeit.
T4 / T5	Mittel-hoch	10–18%	Gut	Begrenzt	Lösungsglühen gefolgt von natürlicher (T4) bzw. künstlicher Auslagerung (T5) für stabile Eigenschaften.
T6 / T651	Hoch	6–12%	Eingeschränkt	Begrenzt	Lösungsglühen und künstliche Auslagerung zur Erzielung von Höchst- oder Nahe-Höchstfestigkeit; T651 beinhaltet zusätzlich Spannungsarmglühen durch Dehnen.

Die Wahl des Zuschnitts beeinflusst maßgeblich den Kompromiss aus Festigkeit und Duktilität bei 2117; geglühtes Material wird bevorzugt für starke Umformprozesse, während T6/T651 für Anwendungen mit höheren statischen Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen eingesetzt wird. Die Schweißbarkeit und die Erhaltung der Eigenschaften nach dem Schweißen verschlechtern sich in der Regel mit zunehmendem künstlichem Auslagerungsgrad, weshalb eine Planung von Umformung und Fügen im geglühten oder leicht bearbeiteten Zustand mit anschließender Wärmebehandlung empfohlen wird.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Hinweise
Si	max. 0,20	Kontrolliert niedriger Siliziumgehalt zur Begrenzung spröder Intermetallische Phasen und Erhaltung der Zerspanbarkeit.
Fe	max. 0,50	Fremdelement; erhöhter Fe-Gehalt reduziert Duktilität und kann Intermetallische Phasen bilden.
Mn	0,30–0,9	Verbessert Festigkeit, Kornstrukturkontrolle und verleiht gewissen Widerstand gegen Rekristallisation.
Mg	0,10–0,6	Kleine Zusätze erhöhen die Ausscheidungsreaktion und tragen zur Festigkeitssteigerung bei.
Cu	3,0–4,0	Haupverstärkungselement, bildet während der Auslagerung Al2Cu-Ausscheidungen.
Zn	max. 0,25	Spurenelement; niedrig gehalten, um unerwünschte Wechselwirkungen mit Cu zu vermeiden, die die Korrosionsbeständigkeit mindern.
Cr	0,05–0,25	Spurenzusatz zur Kornstrukturkontrolle; reduziert das Grobwerden von Korngrenzenausscheidungen.
Ti	0,05–0,15	Kornfeiner zur Verbesserung der Guss- und Mikrostrukturkontinuität bei Geschmiedeten Produkten.
Andere (jeweils)	max. 0,05	Restlemente; Aluminium ergänzt bis 100 %.

Der Kupferanteil ist der dominierende Faktor für Zug- und Streckfestigkeit durch Ausscheidungshärtung; Mangan und Chrom steuern die Kornstruktur und begrenzen die Rekristallisation, was die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und während der Verformung verbessert. Kleinere Mg- und Spurenelemente passen die Auslagerungskinetik an und können die Ausscheidungshärtung leicht erhöhen; niedrige Si- und Fe-Gehalte erhalten die Duktilität und vermeiden grobe spröde Intermetallische Phasen, die Zähigkeit und Umformbarkeit beeinträchtigen.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 2117 entspricht dem typischer Al-Cu-Legierungen: relativ hohe Zug- und Streckgrenzen nach geeigneter Lösungsglühung und künstlicher Auslagerung, mit abnehmender Dehnung bei zunehmender Festigkeit. Geglühtes Material zeigt gute gleichmäßige Dehnung und vorhersehbare Kaltverfestigung; ausgealterte Zustände weisen höhere Streckgrenz-/Zugfestigkeits-Verhältnisse und reduzierte Gesamtdehnung auf, was bei Umformprozessen oder im Crash-Design zu berücksichtigen ist.

Die Härte korreliert stark mit dem Zuschnitt; sie steigt signifikant von O bis T6/T651 an, da feine Ausscheidungen in der Matrix entstehen. Die Dauerfestigkeit ist moderat bis gut für Al-Cu-Legierungen, wenn Oberflächenfinish und Eigenspannungen kontrolliert werden; die Ermüdungsrissinitiierung ist empfindlich gegenüber Oberflächendefekten, Korrosionspickeln und groben Intermetallischen Phasen, weshalb Oberflächenbearbeitung und Korrosionsschutzmaßnahmen die Lebensdauer wesentlich beeinflussen.

Die Blech- bzw. Abschnittsdicke beeinflusst erreichbare Eigenschaften, da die Abkühlgeschwindigkeiten durch die Dicke beim Abschrecken die Übersättigung und Ausscheidungsverteilung steuern; dickere Querschnitte neigen zu Unteralterung oder verringerten Spitzenfestigkeiten im Vergleich zu dünnen Blechen, sofern keine angepassten Wärmebehandlungen vorgenommen werden. Konstrukteure sollten mit Variabilität der Eigenschaften in Abhängigkeit von der Bauteildicke rechnen und den Zuschnitt/Auslagerungen entsprechend der Geometrie spezifizieren.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Zuschnitt (T6/T651)	Hinweise
Zugfestigkeit	180–260 MPa	350–450 MPa	Großer Bereich abhängig von Auslagerung, Abschnittsdicke und genauer chemischer Zusammensetzung.
Streckgrenze	70–150 MPa	300–380 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit T6; T651-Varianten zeigen verbesserte Maßhaltigkeit durch Spannungsarmglühen.
Dehnung	20–35%	6–12%	Duktilität nimmt mit zunehmender künstlicher Auslagerung und Festigkeit ab.
Härte (HB)	40–70 HB	100–150 HB	Brinellhärte steigt mit Ausscheidungsbildung; Umrechnung in HRC/Vickers je nach Bedarf möglich.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	~2,78 g/cm³	Etwas höher als reines Aluminium durch Kupferzusatz; relevant für Masseberechnungen.
Schmelzbereich	~500–640 °C	Legierung erweitert das Schmelzintervall; Solidus/Liquidus hängen von der Zusammensetzung ab.
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium (≈235 W/m·K) aufgrund von Kupfer und Legierungselementen.
Elektrische Leitfähigkeit	~25–40 % IACS	Reduziert gegenüber 1xxx-Serie durch Kupfergehalt und Ausscheidungen.
Spezifische Wärmekapazität	~0,9 J/g·K	Typisch für Aluminiumlegierungen; wichtig für thermische Massenberechnungen.
Thermische Ausdehnung	~22–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen; bei Verbindung mit unterschiedlichen Materialien thermische Spannungen beachten.

Die thermischen und elektrischen Leitwerte von 2117 liegen im mittleren Bereich für Aluminiumlegierungen und spiegeln den Kompromiss zwischen mechanischen Eigenschaften und Leitfähigkeit wider, der für Al-Cu-Systeme typisch ist. Die durch Kupfer bedingte Dichteerhöhung sollte bei gewichtsrelevanten Konstruktionen berücksichtigt werden, und der Ausdehnungskoeffizient erfordert Beachtung bei Fügungen an unterschiedliche Werkstoffe, um thermische Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Ausgezeichnetes Festigkeitsverhalten durch die Dicke	O, H14, T4, T6	Weit verbreitet für tiefgezogene oder geformte Bleche sowie kleine Strukturteile.
Platte	6–100 mm	Verminderte Härtbarkeit in dicken Querschnitten	O, T3, T6 (maßgeschneidert)	Dicke Platten erfordern spezialisierte Lösungen und Abschreckzyklen, um einheitliche Eigenschaften zu erreichen.
Strangpressprofil	Wandstärken 1–20 mm	Richtungsabhängige Eigenschaften; gut für komplexe Profile	O, T6 (Auslagerung nach dem Strangpressen)	Das Strangpressen erfordert kontrolliertes Abschrecken und künstliches Altern, um die angestrebten T-Zustände zu erreichen.
Rohr	Außendurchmesser 6–200 mm	Ähnlich wie bei Strangpressprofilen; Wandstärke beeinflusst die Festigkeit	O, T6	Verwendet für Strukturrohre und montagefertige Baugruppen.
Stab/Stange	Durchmesser 3–100 mm	Bearbeitbarkeit und Stabilität variieren mit dem Durchmesser	O, T6	Stabmaterial für Drehteile und Verbindungselemente; die Wahl des Zustands beeinflusst die Zerspanbarkeit.

Die Fertigungswege unterscheiden sich erheblich: Dünnblecherzeugung ermöglicht schnelles Abschrecken und gleichmäßiges Altern mit höheren Spitzenfestigkeiten, während dicke Platten und große Strangpressprofile maßgeschneiderte Wärmezyklen benötigen, um örtliche Weichstellen zu vermeiden. Für geformte oder tiefgezogene Teile ist die Lieferung im O-Zustand oder leicht umgeformten Zuständen vorteilhaft, gefolgt von der Auslagerung zur Erreichung der erforderlichen Härte; bei geschweißten Baugruppen sind Vor- und Nachwärmebehandlungen oder eine konstruktive Vermeidung von Schweißnähten gängige Strategien.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	2117	USA	Primäre Bezeichnung im ASTM/AA-System für schmiedbares 2117.
EN AW	—	Europa	Kein direktes eins-zu-eins EN AW-Äquivalent; die Konstruktion orientiert sich an der AA-Bezeichnung und ähnlichen 2xxx-Listen.
JIS	A2117 (inoffiziell)	Japan	Einige Lieferanten verwenden die Bezeichnung A2117, Anwender müssen aber Zusammensetzung gegen AA-Spezifikation prüfen.
GB/T	2A17 oder ähnlich	China	Lokale Normen verwenden oft numerische Codes nahe der AA-Kennzeichnung; Chemie und Zustände sind zu bestätigen.

Direkte Querverweise für 2117 sind begrenzt, da regionale Normen 2117 nicht immer explizit aufführen; Hersteller und Spezifizierer verlassen sich in der Regel auf AA/ASTM-Chemie und mechanische Eigenschaften. Beim Einkauf aus unterschiedlichen Regionen ist eine Zertifizierung der Elementbereiche und Zustände für die Austauschbarkeit zu prüfen, insbesondere bei kritischen Luft- und Raumfahrt- oder Verteidigungsanwendungen.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Beständigkeit von 2117 ist moderat und typisch für Al-Cu-Legierungen: Sie zeigt akzeptables Verhalten in Industrieatmosphären, ist jedoch anfälliger für lokale Korrosion als viele Al-Mg- oder Al-Mn-Legierungen. Oberflächenbehandlungen wie Anodisieren, Konversionsbeschichtungen oder Verblendungen verbessern die Lebensdauer erheblich; blankes 2117 kann in aggressiven Umgebungen Lochfraß an intermetallischen Stellen ausbilden.

Im maritimen Bereich ist Vorsicht geboten; chloridhaltige Umgebungen beschleunigen Lochfraß und Spaltkorrosion bei Al-Cu-Legierungen im Vergleich zu 5xxx-Serien. Der Einsatz von Opferanoden, Beschichtungen oder die Isolation von ungleichen Metallen wird für dauerhafte marine Anwendungen empfohlen.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei einigen wärmebehandelten Al-Cu-Legierungen unter Zugspannung und erhöhten Temperaturen höher; T6-Zustände können empfindlich sein, daher sollten Kombinationen aus Zug-Eigenspannungen, korrosiven Medien und hohen Temperaturen vermieden werden. Galvanische Wechselwirkungen sind wichtig: 2117 ist anodisch gegenüber Edelstahl und kathodisch gegenüber vielen Magnesiumlegierungen; eine fachgerechte Isolierung von Verbindungen, Befestigungen und die Auswahl kompatibler Materialien reduzieren galvanisch bedingte Korrosion.

Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien bietet 2117 bessere mechanische Eigenschaften als 1xxx/3xxx/5xxx auf Kosten einer höheren Korrosionsanfälligkeit; im Vergleich zu 6xxx-Serien erreicht es vergleichbare Festigkeiten, zeigt jedoch aufgrund des Kupferanteils anderes Korrosions- und Anodisierungsverhalten.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 2117 ist im Vergleich zu Al-Mg- oder Al-Mn-Familien schwierig, da Kupfer die Neigung zu Warmrissen erhöht und die Duktilität im Schmelzbereich reduziert. TIG- und MIG-Schweißen sind mit spezialisierten Verfahren möglich, wie niedrigem Wärmeeintrag und passenden Füllwerkstoffen (Al-Cu-Füller wie 2319 oder andere kompatible Al-Cu-Systeme), jedoch zeigen Schweißverbindungen oft verringerte Festigkeit und lokale Versprödungen im Wärmeeinflussbereich. Nachwärmebehandlungen können die Eigenschaften teilweise wiederherstellen, sind aber oft für Baugruppen unpraktisch; daher meiden Konstrukteure häufig kritische Schweißnähte oder ersetzen sie durch mechanische Verbindungen oder Klebetechnik.

Zerspanbarkeit

2117 bietet eine angemessene Zerspanbarkeit für eine wärmebehandelbare Legierung und kann schneller bearbeitet werden als viele hochfeste Luftfahrtlegierungen; Standzeit und Oberflächengüte hängen vom Zustand und der Wärmebehandlung ab. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und guter Spänevakuierung sind empfohlen, mit moderaten Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben, um Aufbauschneiden zu vermeiden; die Legierung neigt zu relativ kontinuierlichen Spänen, die kontrolliert werden müssen für Sicherheit und Oberflächengüte. Die Wahl des Zustands vor und nach der Bearbeitung (z. B. Bearbeitung in weicherem O- oder H12-Zustand gefolgt von Auslagerung) kann Standzeit und Endfestigkeit optimieren.

Umformbarkeit

Die Umformeigenschaften sind günstig in O- und leicht verformten H-Zuständen, was Tiefziehen, Biegen und Streckformen für komplexe Geometrien erlaubt. Mindestbiegeradien und Federmaß hängen vom Zustand und der Dicke ab; weichgeglühtes Blech lässt kleine Radien und hohe Umformgrade beim Tiefziehen zu, während T6-Materialien größere Radien und konservativere Umformgrenzen benötigen. Für Bauteile, die sowohl Umformung als auch hohe Festigkeit erfordern, ist eine gängige Praxis, in O- oder T4-Zustand zu formen und anschließend final künstlich auszulagern, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Al-Cu-Legierung reagiert 2117 auf Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen nahe der Solvus-Temperatur (üblich zwischen 500 und 540 °C, abhängig von der Werkstückdicke), gefolgt von schnellem Abschrecken, um Kupfer und Magnesium in übersättigter Festlösung zu halten. Das anschließende künstliche Altern (z. B. 150–200 °C für mehrere Stunden, je nach Querschnitt und angestrebtem T-Zustand) führt zur Ausscheidung feiner Al2Cu- und verwandter Phasen und erzielt T5/T6-Eigenschaften.

Die T-Zustände sind innerhalb der Fertigungsgrenzen reversibel: T4 (gelöst und natürlich gealtert) kann mit kontrolliertem Altern zu T6 (künstlich gealtert) überführt werden; T651 beinhaltet Spannungsaustreibung durch Dehnen vor dem Altern. Überalterung vermindert die Festigkeit, kann aber Zähigkeit und SCC-Beständigkeit verbessern, daher sind Alterungspläne ein Kompromiss zwischen Spitzenfestigkeit und Umweltresistenz. Für nicht wärmebehandelte Bearbeitungsverfahren wird Kaltverfestigung mit teilweisem Glühen verwendet, um H-Zustände zu erzeugen, mit vorhersehbaren Festigkeitssteigerungen durch Kaltumformung.

Hochtemperatureinsatz

2117 beginnt oberhalb von etwa 150–200 °C signifikant an Festigkeit zu verlieren, da die Ausscheidungen aufgroßen und Überalterung eintritt; die Einsatzgrenzen für Dauerbelastung liegen typischerweise darunter. Die Kriechfestigkeit ist mäßig; für dauerhafte Hochtemperatureinsätze oder thermische Zyklen sollten andere legierte Werkstoffe mit speziell für hohe Temperaturen ausgelegten Eigenschaften in Betracht gezogen werden. Die Aluminiumoxidbildung ist selbstbegrenzend und normalerweise kein großes Problem, doch die Kombination aus thermischer Belastung und korrosiven Umgebungen kann den Korrosionsabbau beschleunigen, insbesondere in Schweißnähe oder Beanspruchungszonen.

Das Verhalten des Wärmeeinflussbereichs (HAZ) unter thermischer Belastung ist kritisch: lokale Versprödung und Überalterung in Schweißnähe können mechanische Schwachstellen und verminderte Dauerfestigkeit verursachen. Konstrukteure sollten Wärmemanagement, kontrollierte Wärmeeinbringung beim Schweißen und Nachbehandlungen berücksichtigen, um Festigkeitsverluste zu minimieren.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 2117 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Sekundärstruktur und Beschläge	Gute Kombination aus wärmebehandelbarer Festigkeit, Zerspanbarkeit und dimensionsstabilität.
Automobil	Strukturhalterungen und geformte Bauteile	Höhere Festigkeit als gängige 1xxx/3xxx-Legierungen bei vernünftiger Umformbarkeit und Kosten.
Marine	Beschläge und Befestigungen (beschichtet)	Bei entsprechender Behandlung/Beschichtung akzeptables Korrosionsverhalten mit gutem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis.
Elektronik	Kleine leitfähige Gehäuse und mechanische Halterungen	Ausgewogenes Verhältnis von mechanischen Eigenschaften und Wärmeleitfähigkeit für kompakte Bauteile.

2117 wird häufig für mittel- bis hochfeste Anwendungen gewählt, bei denen das übliche Verhalten der 2xxx-Serie gewünscht ist, ohne die Enge höherleistungsfähiger Legierungen. Der Einsatz ist typisch, wenn moderate Korrosionsschutzmaßnahmen (Beschichtungen, Anodisieren, Verblendung) akzeptabel sind und die wärmebehandelbare Eigenschaft genutzt wird, um nach Umformung oder Bearbeitung die notwendige Festigkeit zu erreichen.

Auswahlhinweise

Die Legierung 2117 ist eine praktische Wahl, wenn Ingenieure eine wärmebehandelbare Aluminiumlegierung benötigen, die eine höhere Festigkeit als handelsübliche Reinaluminiumgrade bietet und dabei eine gute Zerspanbarkeit und Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand beibehält. Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (1100) geht 2117 zulasten der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie ein wenig Umformbarkeit, bietet aber im Gegenzug einen deutlich höheren Streckgrenze und Zugfestigkeit; 2117 sollte verwendet werden, wenn konstruktive Festigkeit erforderlich ist, aber die Leitfähigkeit eine untergeordnete Rolle spielt.

Im Vergleich zu gebräuchlichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 2117 nach dem Auslagern eine höhere maximale Festigkeit, jedoch im Allgemeinen eine geringere Korrosionsbeständigkeit in chloridreichen Umgebungen; 2117 ist zu wählen, wenn Festigkeit im Vordergrund steht und Korrosionsschutzmaßnahmen (Beschichtung oder Eloxieren) möglich sind. Im Vergleich zu üblichen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 kann 2117 bevorzugt werden, wenn spezifische Al-Cu-Eigenschaften (wie Auslagerungsverhalten oder Zerspanbarkeit in bestimmten Zuständen) vorteilhaft sind, trotz typischerweise geringerer maximaler Festigkeit oder abweichendem Korrosionsverhalten gegenüber diesen Al-Mg-Si-Legierungen.

Bei der Auswahl von 2117 sollten Kosten und Verfügbarkeit im Vergleich zu anderen Werkstoffen der 2xxx-Serie berücksichtigt werden, ebenso wie die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung nach der Umformung und die Umwelteinflüsse — bei maritimer Beanspruchung oder Schweißanwendungen können alternative Legierungen oder Schutzmaßnahmen geeigneter sein.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 2117 bleibt ein relevantes technisches Material, indem sie eine ausgewogene Kombination aus wärmebehandelbarer Festigkeit, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit für mittelgewichtige Struktur- und Fertigungskomponenten bietet; ihre Auswahl ist gerechtfertigt, wenn Konstrukteure eine durch Ausscheidungshärtung verstärkte Al-Cu-Leistung mit kontrollierbarem Fertigungs- und Korrosionsschutz anstreben.