Aluminium 2424: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

Aluminum 2424 ist eine schweißbare, wärmebehandelbare Legierung aus der 2xxx-Serie von Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungen. Sie steht in enger Beziehung zur bekannten 2024-Familie und wurde durch moderate Anpassungen der Kupfer-, Magnesium- und Mangananteile sowie eine strengere Kontrolle der Eisen- und Siliziumverunreinigungen für höhere Festigkeit und verbesserte Bruchzähigkeit optimiert.

Die dominierenden Legierungselemente sind Kupfer (primäres Ausscheidungshärtungsmittel), Magnesium (bildet Guinier–Preston-Zonen und Mg2Si-ähnliche Ausscheidungen, die zur Alterungshärtung beitragen) und Mangan (Steuerung der Korngestalt und Bildung von Dispersoiden). Die Festigkeitssteigerung erfolgt hauptsächlich durch Ausscheidungshärtung nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung, ergänzt durch Kaltverfestigung in bestimmten Zuständen.

Wesentliche Eigenschaften sind eine hohe spezifische Festigkeit und gute Ermüdungsbeständigkeit bei entsprechender Behandlung und Oberflächenveredelung, mäßige Umformbarkeit in weichgegüteten Zuständen, eingeschränkte korrosive Beständigkeit im Vergleich zu 5xxx/6xxx-Legierungen sowie eine mäßige Schweißbarkeit bei korrekter Durchführung und Wahl der Schweißzusatzwerkstoffe. Typische Einsatzbereiche sind Luft- und Raumfahrt (Strukturen und Beschläge), Verteidigung (Flugzeugkomponenten), Motorsport und spezielle industrielle Anwendungen, bei denen hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnisse und Ermüdungsleistung gefragt sind.

Ingenieure wählen 2424 gegenüber anderen Legierungen, wenn im Design hohe Bruchzähigkeit und Ermüdungsleistung in einer wärmebehandelbaren Legierung Priorität haben oder eine ausgewogene Kombination aus hoher statischer Festigkeit und Schadensduldung erforderlich ist. Sie wird gegenüber den höherfesten 7xxx-Legierungen bevorzugt, wenn verbesserte Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit wichtig sind, sowie gegenüber 6xxx/5xxx-Legierungen, wenn eine höhere Spitzenfestigkeit verlangt wird.

Ausführungszustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität und Umformbarkeit
T3	Mittel-Hoch	Mäßig	Gut	Begrenzt	Kaltverfestigt und natürlich gealtert; gute Ermüdungseigenschaften
T4	Mittel	Mäßig-Hoch	Gut	Begrenzt	Lösungsglühen und natürliche Alterung
T6	Hoch	Niedrig-Mäßig	Begrenzt	Anspruchsvoll	Lösungsglühen und künstliche Alterung für Spitzenfestigkeit
T8 / T851	Hoch	Niedrig-Mäßig	Begrenzt	Anspruchsvoll	Lösungsglühen, Kaltverfestigung und künstliche Alterung / Stabilisierung für verbesserte Bruchzähigkeit
T351	Mittel-Hoch	Mäßig	Gut	Begrenzt	Spannungsarm geglüht durch Dehnen nach dem Lösungsglühen

Der Ausführungszustand beeinflusst die Eigenschaften von 2424 stark, da er die Verteilung, Größe und Kohärenz der Kupfer- und Magnesium-Ausscheidungen verändert. Weichzustände (O, T4) maximieren Duktilität und Umformbarkeit, während gealterte Zustände (T6, T8) die höchste Streckgrenze und Zugfestigkeit bei Einbußen bei Dehnung und Biegbarkeit liefern.

Wärmebehandlungs- und Kaltarbeitszyklen beeinflussen zudem Eigenspannungen, Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und Zerspanbarkeit; stabilisierte Zustände (z. B. T851) werden verwendet, wenn Maßstabilität und Alterungsbeständigkeit gefordert sind.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,50	Kontrolliert niedriger Siliziumgehalt zur Minimierung spröder Intermetallische Phasen und Verbesserung der Zähigkeit
Fe	≤ 0,50	Gering gehalten zur Reduktion grober Eisen-reicher Intermetallischer Phasen, die die Duktilität beeinträchtigen
Mn	0,3–1,2	Korngestaltung, Bildung von Dispersoiden, verbessert Zähigkeit
Mg	1,2–1,9	Trägt zur Ausscheidungshärtung mit Kupfer und zur festen Lösung bei
Cu	3,8–5,0	Hauptelement zur Festigkeitssteigerung, bildet Al2Cu und weitere Ausscheidungen
Zn	≤ 0,25	Kleinanteilig, meist Rest; gering gehalten um nachteilige Ausscheidungen zu vermeiden
Cr	≤ 0,10	Spurenelement zur Steuerung der Korngröße und Rekristallisation in bestimmten Chargen
Ti	≤ 0,15	Körnungverfeinerer bei Zugabe in Spuren während der Barrenherstellung
Andere (jeweils)	≤ 0,05	Restliche Legierungs- und Begleitelemente; Al als Restanteil

Die Zusammensetzung konzentriert sich auf Kupfer und Magnesium, um klassische Al–Cu–Mg-Ausscheidungshärtungsreaktionen zu ermöglichen, bei denen GP-Zonen und metastabile Ausscheidungen (θ′- und S-Phase) entstehen, welche die mikrostrukturelle Basis der Festigkeit von 2424 bilden. Mangan und kleine Zusätze von Titan oder Chrom wirken als Korngrenzenverfeinerer und Dispersoidbildner, verbessern die Zähigkeit und verringern die Anfälligkeit für Rekristallisation bei thermischen Zyklen.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 2424 ist geprägt von einer hohen Zugfestigkeit und einem proportionalen Anstieg der Streckgrenze bei künstlicher Alterung zu T6/T8-Zuständen. Die Legierung zeigt in einigen Wärmebehandlungszuständen eine ausgeprägte Streckgrenze sowie einen relativ linearen elastischen Bereich bis zur Streckgrenze; die Nachstreckverfestigung wird durch vorherige Kaltverformung und Ausscheidungsverteilung beeinflusst. Die Bruchdehnung nimmt mit zunehmender Festigkeit ab; geglühtes Material ist deutlich duktiler als T6- oder T8-Zustände.

Die Härte korreliert deutlich mit der Wärmebehandlungs- und Alterungsbedingung; T6/T8-Zustände erzeugen Spitzenwerte, die mit kohärenten/halbkohärenten Ausscheidungen verbunden sind, während gelöste oder geglühte Zustände deutlich weichere Werte zeigen. Die Ermüdungsfestigkeit ist bei richtiger Verarbeitung und Oberflächenbehandlung ein großer Vorteil von 2424: Kugelstrahlen, peenig-induzierte Druckeigenspannungen sowie das Entfernen oder Unterdrücken von Oberflächenfehlern können die Ermüdungsrissinitiierung deutlich verzögern. Dicke und Produktform beeinflussen die mechanischen Ergebnisse erheblich – dickere Abschnitte kühlen nach Lösungsglühen langsamer ab, was zu gröberen Ausscheidungskörnungen mit etwas geringerer Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich zu dünnwandigem Blech führt.

Eigenschaft	O/Geglüht	Typischer Zustand (T6 / T851)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	~240–300 MPa	~450–510 MPa	Typische Bereiche; genaue Werte abhängig von Chemie, Dicke und Alterungszyklus
Streckgrenze (0,2 %)	~100–160 MPa	~320–420 MPa	Streckgrenze steigt deutlich bei künstlicher Alterung und Kaltverfestigung vor der Alterung
Dehnung	~18–30%	~6–14%	Duktilität nimmt in hochgradig gealterten Zuständen ab; Dehnung abhängig von Dicke und Wärmebehandlung
Härte (HB)	~40–60 HB	~120–150 HB	Härte korreliert mit Ausscheidungsvolumenanteil und Kohärenz

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,78 g/cm³	Typisch für Al–Cu–Mg-Schmiedegusslegierungen; höher als reines Aluminium wegen Kupferanteil
Schmelzbereich	~500–640 °C	Legierungs-Solidus- und Liquidusbereich; vollständiges Schmelzen nahe Schmelzpunkt von reinem Al, beeinflusst durch Legierungsphasen
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Reduziert gegenüber reinem Al durch Legierung, jedoch immer noch gut für viele thermische Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–40 % IACS	Abhängig vom Zustand; höhere Leitfähigkeit in geglühten Zuständen
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Umgebungstemperaturen
Wärmeausdehnung	~23–24 µm/m·K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen; thermische Dehnungen sind bei Baugruppen mit Mischmetallen zu beachten

Das physikalische Eigenschaftsprofil ordnet 2424 als hochfeste Aluminiumlegierung ein, deren thermische und elektrische Leitfähigkeit niedriger als bei reinem Aluminium ist, aber für viele strukturelle und wärmeleitende Anwendungen ausreichend bleibt. Die Dichte wird durch den Kupferanteil leicht erhöht, was bei gewichtsoptimierten Konstruktionen berücksichtigt werden muss. Die Wärmeausdehnung entspricht der der meisten Aluminiumlegierungen und kann bei Kombination mit Stahl oder Verbundwerkstoffen zu unterschiedlichen thermischen Spannungen führen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,4–6,4 mm	Dünne Bleche erreichen nach dem Ausscheidungshärten die Höchstfestigkeit; gute Oberflächenqualität	O, T3, T4, T6, T8	Häufig für Luftfahrtbleche und Beschläge verwendet; oft mit Deckschicht zum Korrosionsschutz
Platte	6,4–50 mm+	Dicke reduziert erreichbare Festigkeit und erfordert längere Lösungsglühzeiten	O, T6, T851	Schwere Querschnitte für Strukturbauteile und Spanten; Abschreckempfindlichkeit ist wichtig
Profil	Profilabhängig	Begrenzt im Vergleich zu 6xxx-Legierungen, aber für bestimmte Profile möglich	T4, T6	Schwieriger zu extrudieren; Kontrolle der Homogenisierung ist wichtig
Rohr	Wandstärke/ Außendurchmesser variabel	Verhalten ähnlich wie Blech/Platte, abhängig von der Wandstärke	O, T6	Verwendung für Tragrohre mit hohen Festigkeitsanforderungen
Stab/Stange	Ø wenige mm bis 100+ mm	Schmieden/Extrusion erforderlich für große Querschnitte	O, T6	Geschmiedete Bauteile für Beschläge und hochbelastete Verbindungselemente

Der Fertigungsweg (Walzen vs. Schmieden vs. Extrusion) sowie die Querschnittsdicke beeinflussen Mikrostruktur, Abschreckgeschwindigkeit und Ausscheidungskinetik maßgeblich. Blech- und Dünnblechformen erzielen konstantere Hochfestigkeitszustände aufgrund schnellerer Abschreckgeschwindigkeiten, während dicke Platten Prozessanpassungen (längere Lösungsglühzeiten, kontrollierte Abschreckvorrichtungen) benötigen, um weiche Mittelschichten zu vermeiden und gleichmäßige mechanische Eigenschaften sicherzustellen.

Äquivalente Güten

Norm	Güte	Region	Hinweise
AA	2424	USA	Primäre nordamerikanische Bezeichnung, verwendet in Luftfahrtanwendungen
EN AW	2xxx Serie (variabel)	Europa	Exaktes EN-Pendant kann eine 2xxx-Legierung mit ähnlichem Cu-Mg-Verhältnis sein
JIS	A2xxx (variabel)	Japan	Lokale Bezeichnungen vorhanden; Vergleich muss durch Chemie und Eigenschaften bestätigt werden
GB/T	2A24	China	Gängige chinesische Walzgütenbezeichnung mit „2Axx“-Nummer, die AA 2424 annähert

Die Querverweise zwischen Normen sind annähernd und müssen für kritische Anwendungen anhand der chemischen Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften validiert werden. Unterschiede in zulässigen Verunreinigungen, Zertifizierungspraktiken und Zustandsdefinitionen bedeuten, dass Konstruktive stets Werkstoffprüfzeugnisse prüfen und, wo vorhanden, direkte Norm-zu-Norm-Äquivalenztabellen verwenden oder mechanische Prüfungen zur Qualifikation durchführen sollten.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 2424 ist mittelmäßig und niedriger als bei 5xxx- und 6xxx-Serienlegierungen aufgrund des höheren Kupfergehalts, der lokal begrenzte Korrosion (Lochfraß) in aggressiven Umgebungen fördert. Im normalen atmosphärischen Einsatz ist 2424 ausreichend beständig, wenn es lackiert, eloxiert oder mit einer reinen Aluminium-Deckschicht (Alclad) zum opferanodischen Schutz versehen ist; das Bedeckungsverfahren ist in der Luftfahrt üblich, um Oberflächenschutz mit hoher Kernfestigkeit zu kombinieren.

In marinen oder chloridreichen Umgebungen ist 2424 anfällig für beschleunigten Lochfraß und interkristalline Korrosion, besonders in ausscheidungsharten Zuständen; Schutzmaßnahmen wie Deckschichten, Beschichtungen, kathodischer Schutz oder die Wahl alternativer Legierungen (5xxx) sind oft notwendig. Zugbelastungen zusammen mit korrosiven Medien können Spannungsrisskorrosion (SCC) in 2xxx-Serienlegierungen auslösen; stabilisierte Zustände und Vermeidung dauerhafter Zugspannungen in aggressiven Umgebungen reduzieren das SCC-Risiko.

Galvanische Wechselwirkungen erfordern sorgfältige Konstruktion, wenn 2424 mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl, Kupferlegierungen) kombiniert wird, da kupferhaltige Aluminiumlegierungen im Meerwasser relativ kathodisch sind; isolierende Schnittstellen, Beschichtungen oder Opferanoden mindern galvanische Korrosion. Im Vergleich zu 6xxx (Al–Mg–Si) und 5xxx (Al–Mg) Familien tauscht 2424 Korrosionsbeständigkeit gegen höhere Festigkeit und Ermüdungsleistung ein und wird deshalb häufiger mit Oberflächenschutzmaßnahmen in korrosiven Einsatzbereichen verwendet.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 2424 ist im Vergleich zu 5xxx/6xxx-Serienlegierungen herausfordernd wegen der Neigung zu Heißrissen und Festigkeitsverlusten im Wärmeeinflussbereich (WEZ). Lichtbogenschweißen (TIG/MIG/GMAW) erfordert meist spezialisierte Al–Cu-Fülldrahtlegierungen (z. B. 2319) sowie thermische Kontrolle vor und nach dem Schweißen; die Füllwerkstoffauswahl zielt auf Minimierung von Rissbildung und kompatible mechanische Eigenschaften ab. Widerstandsschweißen und mechanische Verbindungen sind gebräuchliche Alternativen für volltragende Verbindungen; falls Schweißen angewendet wird, sind oft Nachbehandlung durch Lösungsglühen und Ausscheidungshärten erforderlich, was bei großen Baugruppen oft unpraktisch ist.

Zerspanbarkeit

2424 lässt sich in bestimmten Zuständen gut bearbeiten, da die höhere Festigkeit und Verfestigungsrate eine vorhersehbare Spanbildung ermöglichen; jedoch verursacht der Spitzenhärtezustand höheren Werkzeugverschleiß. Der Bearbeitbarkeitsindex wird häufig als moderat bewertet; Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und ausreichender Kühlschmierung werden empfohlen. Üblich sind geringere Schnittgeschwindigkeiten und höhere Vorschübe als bei reinem Aluminium, um Klemm- und Aufbauschneiden zu kontrollieren und Maßhaltigkeit bei unterbrochenem Schnitt zu gewährleisten.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist am besten in den Zuständen O, T4 und teils T3, da Duktilität und Biegbarkeit hoch sind; Mindestbiegeradien sind bei T6/T8 wegen eingeschränkter Dehnung und höherem Rückfedern größer. Kaltumformen ist für Bleche unter kontrollierten Bedingungen mit passenden Werkzeugen und Ziehmatrizen möglich, um Risse an Biegeradien und Lochrändern zu vermeiden. Warmumformen oder weichere Zustände kombiniert mit lokaler Wärmebehandlung können die Umformbarkeit für komplexe Formen erweitern.

Wärmebehandlungsverhalten

Das Lösungsglühen von 2424 erfolgt typischerweise bei etwa 495–520 °C, um Cu- und Mg-haltige Phasen in eine übersättigte Festlösung aufzulösen. Ein vollständiges Durchglühen des Querschnitts und Vermeidung von Einzelschmelzstellen niedrig schmelzender Bestandteile sind erforderlich; die Abschreckgeschwindigkeit nach dem Lösungsglühen muss schnell genug sein, um die Übersättigung zu erhalten, besonders bei dickeren Querschnitten.

Das künstliche Ausscheidungshärten (T6) erfolgt meist im Temperaturbereich von 160–190 °C für mehrere Stunden und erzeugt kohärente metastabile Ausscheidungen (θ′ und S′), die die Höchstfestigkeit bringen; Variation von Zeit und Temperatur erzeugt Kompromisse zwischen Höchstfestigkeit und Zähigkeit. Die Zustandsbenennungen wie T8 und T851 beinhalten Vorverfestigung durch Kaltumformung und Stabilisierungsschritte zur Optimierung von Ermüdungs- und Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit.

Wird ein nicht wärmebehandelbarer Fertigungsweg genutzt, kann die Festigkeit durch Kaltverfestigung (H-Zustände) erhöht werden, wobei die Kaltumformung gesteigerte Streck- und Zugfestigkeit bewirkt; das Weichglühen (O Zustand) stellt durch Ausscheidungsvergröberung und Auflösung der Kaltverfestigung die Duktilität wieder her. Nachhärten und Stabilisierungsvorgänge werden in Baugruppen eingesetzt, um langzeitliche Eigenschaftsentwicklungen im Betrieb zu kontrollieren.

Hochtemperatureigenschaften

Die Einsatztemperaturen für 2424 sind im Vergleich zu Stählen und einigen hochtemperaturbeständigen Aluminiumlegierungen begrenzt; langzeitige Belastung über etwa 120–150 °C reduziert schrittweise Streck- und Zugfestigkeit, da Ausscheidungen gröber werden und sich auflösen. Kurzzeitige Belastung bis etwa 200 °C ist möglich, beeinträchtigt aber Ermüdungsfestigkeit und Maßhaltigkeit.

Die Oxidation an Luft ist im typischen Temperaturbereich für Strukturbauteile minimal aufgrund der schützenden Aluminiumoxidschicht, jedoch können Hochtemperaturoxidation und interkristalline Oxidation bei langem Einsatz und höheren Temperaturen auftreten. Das Nachlassen der Festigkeit im WEZ um Schweißnähte und durch thermische Behandlungen ist bei zyklischer thermischer Beanspruchung zu berücksichtigen.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 2424 verwendet wird
Luftfahrt	Beschläge, Flügelrippen, Steuerflächen	Hoher Festigkeits-zu-Gewicht-Faktor, gute Ermüdungsleistung, Möglichkeit der Deckschicht zum Korrosionsschutz
Marine	Strukturbauteile (geschützt), Zierteile	Hohe Ermüdungsfestigkeit bei geschützt/beschichtetem Zustand; Einsatz, wenn Festigkeit Korrosionsnachteile überwiegt
Automobil / Motorsport	Aufhängungsglieder, Fahrwerkskomponenten	Hohe spezifische Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit für Hochleistungsanwendungen
Elektronik	Tragstrukturen, moderate Wärmeverteiler	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit Tragfähigkeit
Verteidigung	Armatur-Beschläge, Befestigungen	Schadensresistenz und hohe Belastbarkeit bei kritischen Bauteilen

2424 wird überall dort eingesetzt, wo eine Balance aus hoher statischer Festigkeit, Schadensverträglichkeit und Ermüdungsdauer erforderlich ist und zugleich durch Oberflächenschutz Korrosion gemindert werden kann. Die Legierung findet häufig Verwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie in Hochleistungsfahrzeugen, wo Gewichtsersparnis entscheidend ist, die Zähigkeit aber nicht geopfert werden darf.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 2424, wenn das Design eine höhere spezifische Festigkeit sowie überlegene Ermüdungs- und Bruchfestigkeit im Vergleich zu gängigen kaltverfestigten Legierungen erfordert und wenn die Anwendung Beschichtungen, Ummantelungen oder konstruktive Maßnahmen zur Korrosionskontrolle zulässt. Die Legierung ist besonders geeignet für Luftfahrtbefestigungen, Strukturbauteile sowie Hochleistungsfahrwerksteile, bei denen wärmebehandelbare Festigkeit und Zähigkeit im Vordergrund stehen.

Im Vergleich zu handelsüblichen reinem Aluminium (1100) bietet 2424 deutlich höhere Festigkeit und Ermüdungswiderstand, geht jedoch mit reduzierter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie eingeschränkter Umformbarkeit in den Spitzenzuständen einher. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 weist 2424 eine deutlich höhere statische Festigkeit auf, besitzt jedoch typischerweise eine geringere Korrosionsbeständigkeit, weshalb oft Schutzbeschichtungen oder Ummantelungen erforderlich sind. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 bietet 2424 in vielen Zuständen eine höhere Spitzenfestigkeit sowie bessere Ermüdungs- und Bruchzähigkeit und wird bevorzugt eingesetzt, wenn diese Eigenschaften die Vorteile der überlegenen Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von 6061 überwiegen.

Abschließende Zusammenfassung

Aluminium 2424 bleibt eine relevante hochfeste, wärmebehandelbare Wahl für anspruchsvolle Struktur- und ermüdungsrelevante Anwendungen, bei denen das ausgewogene Verhältnis von Festigkeit, Zähigkeit und Lebensdauer wichtiger ist als die intrinsische Korrosionsbeständigkeit. Mit passender Zustandsauswahl, Oberflächenschutz und Fertigungskontrolle liefert 2424 eine überzeugende Kombination mechanischer Eigenschaften für Luftfahrt, Motorsport und spezielle Industrieanwendungen.