Aluminium 6065: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen
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Umfassender Überblick
Die Legierung 6065 gehört zur 6xxx-Serie der warmumgeformten Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen, die hauptsächlich durch die Ausscheidung von Mg2Si-Partikeln während der Wärmebehandlung gehärtet werden. Die wichtigsten Legierungselemente sind Silizium und Magnesium, mit geringen Zusatzmengen von Kupfer, Chrom, Titan und Eisen, die Festigkeit, Gefügestruktur und Ansprechverhalten auf die Wärmebehandlung beeinflussen. Die Legierung ist wärmebehandelbar und wird nicht primär durch Kaltverfestigung verstärkt. Ihre Festigkeit wird durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern erreicht, wodurch fein verteilte intermetallische Ausscheidungen entstehen. Typische Eigenschaften sind eine Kombination aus moderater bis hoher Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit, angemessener Umformbarkeit bei weicheren Zuständen sowie gute Schweißbarkeit unter Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe und Verfahren.
6065 wird in strukturellen und semistrukturellen Bauteilen eingesetzt, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis von Extrudierbarkeit, Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Korrosionsbeständigkeit gefordert ist; typische Branchen sind Transportwesen, Gebäudesysteme, elektrische Gehäuse und bestimmte Luftfahrtanwendungen. Im Vergleich zu anderen 6xxx-Legierungen wird 6065 gewählt, wenn Konstrukteure eine Legierung benötigen, die in komplexe Profile extrudiert und anschließend künstlich gealtert werden kann, um stabile mechanische Eigenschaften bei fertigen Abmessungen zu erzielen. Ingenieure entscheiden sich für 6065 gegenüber weicheren Legierungen, wenn eine höhere Auslegungsfestigkeit erforderlich ist, ohne zu höherfesten, jedoch empfindlicheren Legierungen der 7xxx-Serie bezüglich Spannungsrisskorrosion (SCC) zu wechseln. Die Verfügbarkeit und Normung variieren regional, weshalb bei der Beschaffung temperbezogene Eigenschaften mit den Lieferanten bestätigt werden sollten.
In der Praxis wird 6065 bevorzugt, wenn der Fertigungsweg (Extrusion, Biegen, Schweißen) mit einer nachfolgenden Temperkontrolle kombiniert werden muss, um die Zielwerte der mechanischen Leistung zu erreichen. Das Korrosionsverhalten und die Ansprechbarkeit auf das Eloxieren machen die Legierung geeignet für mäßig korrosive Umgebungen, und ihre thermischen sowie elektrischen Leitfähigkeiten sind vorteilhaft für wärmeableitende Bauteile. Konstrukteure müssen bei der Auswahl von 6065 gegenüber benachbarten Legierungen Kompromisse zwischen maximaler Festigkeit, Kaltumformbarkeit und dem Bedarf an Nachbehandlung nach dem Schweißen abwägen.
Zustandsvarianten
| Zustand | Festigkeitsniveau | Dehnung | Umformbarkeit | Schweißbarkeit | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Niedrig | Hoch | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Vollständig weichgeglüht; ideal zum Umformen und Zerspanen |
| H14 | Medium | Moderat | Gut | Ausgezeichnet | Kaltverfestigt und teilweise ausgelagert für moderate Festigkeit |
| T4 | Medium | Gut | Gut | Ausgezeichnet | Lösungsglühen und natürliche Alterung; gute Balance für Umformung und anschließendes Altern |
| T5 | Mittelhoch | Moderat | Ausreichend | Gut | Abgekühlt nach Warmumformung und künstlich gealtert; kein Lösungsglühen nach dem Umformen |
| T6 | Hoch | Moderat-Niedrig | Ausreichend | Gut (Weichwerden im Wärmeeinflussbereich) | Lösungsglühen und künstliches Altern für Höchstfestigkeit |
| T651 | Hoch (Stabil) | Moderat-Niedrig | Ausreichend | Gut (Weichwerden im Wärmeeinflussbereich) | T6 mit Spannungsarmglühen durch Dehnen oder kontrolliertes Richten |
| Andere H-Zustandskombinationen | Variabel | Variabel | Variabel | Variabel | Maßgeschneiderte Kaltverfestigung für spezifische Anwendungen |
Die Wahl des Zustands beeinflusst maßgeblich die mechanischen Eigenschaften: geglühte O-Zustände maximieren Duktilität und Umformbarkeit, haben jedoch die niedrigsten Streck- und Zugfestigkeiten, während T6/T651 die höchsten statischen Festigkeiten zulasten der Biege- und Dehnfähigkeit bieten. Für komplexe Extrusionen, die eine Nachgeradung oder Zerspanung erfordern, werden häufig T5- und T651-Zustände genutzt, da sie nach der Fertigung Maßhaltigkeit und gute Restfestigkeit gewährleisten.
Chemische Zusammensetzung
| Element | Bereich (%) | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Si | 0,2 – 0,9 | Verbindet sich mit Mg zur Ausscheidungsverfestigung durch Mg2Si |
| Fe | ≤ 0,7 | Verunreinigungselement; steuert die Anzahl der intermetallischen Partikel und beeinflusst die Zähigkeit |
| Mn | ≤ 0,15 | Kleinere Zugabe zur Kornfeinung und Verbesserung der Zähigkeit |
| Mg | 0,6 – 1,2 | Hauptverfestigungselement in Kombination mit Si |
| Cu | 0,15 – 0,4 | Verbessert Festigkeit und Bearbeitbarkeit; kann jedoch Korrosionsbeständigkeit verringern |
| Zn | ≤ 0,25 | In der Regel gering; kein primärer Festigkeitsbeitrag in 6xxx-Legierungen |
| Cr | 0,04 – 0,35 | Steuert Rekristallisation und Gefüge, verbessert Zähigkeit |
| Ti | ≤ 0,15 | Kornverfeinerer bei Gießen und Extrusion; verbessert das Herstellungsgefüge |
| Sonstige (jeweils) | ≤ 0,05 | Spurenelemente zur konstanten Alterungsreaktion kontrolliert |
Die Zusammensetzung von 6065 entspricht der typischen Mg-Si-Ausscheidungshärtungslage: Silizium und Magnesium stellen das Potenzial zur Höchstfestigkeit durch Mg2Si-Ausscheidungen bereit, während geringe Mengen Kupfer und Chrom zur Feinabstimmung von Festigkeit und mikrostruktureller Stabilität eingesetzt werden. Eisen und andere Verunreinigungen bilden grobe intermetallische Ausscheidungen, die Zähigkeit und Dauerfestigkeit negativ beeinflussen können, weshalb moderne Produktionsverfahren diese Elemente streng kontrollieren, um vorhersehbare Alterungsergebnisse und mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.
Mechanische Eigenschaften
Im Zugversuch verhält sich 6065 wie eine wärmebehandelbare 6xxx-Legierung: weiche Zustände zeigen hohe Duktilität und ausgeprägtes Streckverhalten, während die Zustände T6/T651 eine klar definierte Streckgrenze und höhere Zugfestigkeit durch kohärente und halbkohärente Ausscheidungen aufweisen. Streck- und Zugfestigkeit steigen deutlich nach Lösungsglühen und künstlichem Altern, aber Duktilität und Biegefähigkeit nehmen entsprechend ab; die Bruchdehnung im T6-Zustand kann im Vergleich zu O- oder T4-Zuständen halbiert sein. Die Härte verhält sich ähnlich, mit erheblichen Steigerungen nach dem Altern, und das Material zeigt eine moderate Kerbempfindlichkeit im Vergleich zu 5xxx-Legierungen.
Die Dauerfestigkeit wird beeinflusst durch Oberflächenfinish, Eigenspannungen und Wärmebehandlung; korrekt gealtertes 6065 bietet eine vernünftige Hochzyklus-Dauerfestigkeit für strukturelle Extrusionen, liegt jedoch in der Regel unter der von hochfesten 2xxx- oder 7xxx-Legierungen. Bauteildicke und thermische Historie haben entscheidenden Einfluss auf die erreichbaren mechanischen Werte: dickere Querschnitte kühlen beim Abschrecken langsamer ab und erreichen möglicherweise ohne längere Lösungsglühzeiten oder angepasste Alterungsprogramme nicht die T6-Festigkeit. Nach dem Schweißen zeigen Wärmeeinflusszonen (HAZ) typischerweise lokale Erweichungen, die die lokale Streckgrenze mindern, sofern kein erneutes Lösungsglühen und Altern durchgeführt wird.
| Eigenschaft | O/Geglüht | Wichtiger Zustand (z.B. T6/T651) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit (MPa) | 140 – 220 | 260 – 340 | Werte abhängig von Produktform und Blechdicke; Lieferantendaten sind zu prüfen |
| Streckgrenze 0,2 % (MPa) | 60 – 140 | 200 – 320 | T6 bietet die größte Auslegbarkeit; O wird bevorzugt bei dominanter Umformung |
| Dehnung (%) | 12 – 25 | 6 – 14 | Dehnung nimmt mit steigender Festigkeit und dickerem Querschnitt ab |
| Härte (HB) | 40 – 70 | 85 – 120 | Härte steigt mit dem Altern; Werte abhängig vom Zustand und Prüfverfahren |
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Wert | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Dichte | 2,70 g/cm³ | Typisch für warmumgeformte Aluminiumlegierungen; relevant für gewichts-sensitive Konstruktionen |
| Schmelzbereich | Solidus ~555°C – Liquidus ~650°C | Legierungsschmelzintervall; Solidus niedriger als bei reinem Aluminium durch Legierungselemente |
| Wärmeleitfähigkeit | 140 – 170 W/m·K (typisch) | Niedriger als bei reinem Al, aber weiterhin gut für wärmeableitende Anwendungen |
| Elektrische Leitfähigkeit | ~28 – 38 % IACS | Geringer als bei reinem Al aufgrund der Legierungselemente; variiert mit dem Zustand |
| Spezifische Wärmekapazität | ~0,9 J/g·K (900 J/kg·K) | Relevant für thermische Masserechnungen |
| Wärmeausdehnung | ~23,0 – 24,5 µm/(m·K) | Vergleichbar mit anderen Al-Mg-Si-Legierungen; wichtig für bimetallische Verbindungen |
Diese physikalischen Eigenschaften unterstreichen die Vorteile von Aluminium im Leichtbau und im Wärmemanagement; 6065 behält eine gute Leitfähigkeit für wärmeableitende Bauteile und bietet gleichzeitig eine höhere mechanische Leistung als reinere Legierungen. Die elektrische Leitfähigkeit ist ausreichend für viele Stromschienen- und Gehäuseanwendungen, liegt jedoch typischerweise unter der von 1xxx-Serienlegierungen, weshalb Konstrukteure, die elektrische Leitfähigkeit gegen mechanische Festigkeit abwägen, Leiterquerschnitte überprüfen sollten. Die Wärmeausdehnung muss in Baugruppen mit Stahl oder Verbundwerkstoffen berücksichtigt werden, um Ermüdungserscheinungen durch zyklische thermische Spannungen zu vermeiden.
Produktformen
| Form | Typische Dicke/Größe | Festigkeitsverhalten | Übliche Zustände | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Blech | 0,4 – 6,0 mm | Gute Festigkeit bei dünneren Stärken nach dem Auslagern | O, T4, T5, T6 | Häufig für Verkleidungen und geformte Gehäuse verwendet; dünne Bleche sprechen schnell auf das Auslagern an |
| Platte | >6,0 mm bis 150 mm | Festigkeit kann nach Wärmebehandlung aufgrund von Abschreckempfindlichkeit geringer sein | O, T6 (begrenzt) | Dicke Abschnitte erfordern maßgeschneiderte Wärmebehandlung zur Vermeidung eines weichen Kerns |
| Strangpressprofil | Querschnitte bis mehrere hundert mm | Ausgezeichnete gleichmäßige Festigkeit entlang des Profils nach dem Auslagern | T5, T6, T651 | Weit verbreitet; komplexe Profile mit engen Toleranzen realisierbar |
| Rohr | Außendurchmesser 10 – 200 mm, wandstärkenabhängig | Ähnliche Festigkeit wie Strangpressprofile; Schweißnahtzone (HAZ) bei geschweißten Rohren wird berücksichtigt | O, T6 | Verwendet für tragende und fluidführende Anwendungen; geschweißte und nahtlose Varianten |
| Stab/Stange | Durchmesser 3 – 100 mm | Gute axiale Eigenschaften; Auslagerungsverhalten ähnlich wie bei Platten | O, T6 | Standardmaterialien für Zerspanung und gefertigte Fittings |
Strangpressprofile sind die wesentliche Handelsform für 6065, da die Mg-Si-Legierung eine gute Fließfähigkeit und Oberflächenbeschaffenheit in komplexen Werkzeugen ermöglicht und das nachfolgende Auslagern vorhersehbare mechanische Eigenschaften liefert. Platten und dicke Abschnitte stellen wegen Abschreck- und Auslageranforderungen Herausforderungen dar; Konstrukteure begrenzen typischerweise die Dicke oder spezifizieren modifizierte Auslagerrezepte für gleichmäßige Eigenschaften. Bleche werden häufig für geformte Verkleidungen und Gehäuse eingesetzt, wobei die Wahl des Zustands einen Kompromiss zwischen Umformbarkeit und Endfestigkeit darstellt.
Entsprechende Werkstoffgüten
| Norm | Güte | Region | Hinweise |
|---|---|---|---|
| AA | 6065 | USA | Bezeichnung der Aluminum Association, verwendet in Lieferantendatenblättern |
| EN AW | 6065 | Europa | EN AW-6065 ist gebräuchlich; chemische und mechanische Anforderungen entsprechen den AA-Standards |
| JIS | — | Japan | Kein häufig verwendeter direkter JIS-Äquivalent vorhanden; Angabe von AA-/EN-Normen oder Materialchemie empfohlen |
| GB/T | 6065 | China | GB-Varianten können existieren; lokale Normnummer und Zustandsangaben prüfen |
Die Quervergleichbarkeit der Normen ist für 6065 im Allgemeinen unproblematisch, da die Legierung der gebräuchlichen Mg‑Si-Ausscheidungshärtungschemie weltweit folgt. Dennoch unterscheiden sich geringe Zusammensetzungstoleranzen und Verarbeitungspraktiken regional; für kritische Anwendungen ist die tatsächliche chemische und mechanische Spezifikation in den Beschaffungsdokumenten zu prüfen. Wenn kein direktes JIS-Äquivalent vorliegt, ist es üblich, die AA- oder EN-Bezeichnung mit vollständiger Angabe der Zusammensetzung und mechanischen Anforderungen zu spezifizieren.
Korrosionsbeständigkeit
Im atmosphärischen Einsatz bietet 6065 eine gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit, wie sie für 6xxx-Legierungen typisch ist, die durch Anodisieren und organische Beschichtungen weiter verbessert werden kann. In marinen und chloridbelasteten Umgebungen schnitt die Legierung zufriedenstellend ab, ist jedoch nicht so korrosionsbeständig wie die 5xxx-Magnesiumlegierungen; schützende Oberflächenbehandlungen und eine konstruktive Gestaltung zur Vermeidung von Hohlräumen werden empfohlen. Die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion ist geringer als bei vielen hochfesten 7xxx-Legierungen, dennoch kann 6065 unter Zugbeanspruchung in aggressiven Halidumgebungen SCC entwickeln; das Vermeiden von residualen Zugspannungen und die Kontrolle der schweißbedingten Mikrostruktur reduzieren das Risiko.
Galvanische Wechselwirkungen entsprechen dem Standardverhalten von Aluminium: 6065 ist gegenüber vielen rostfreien Stählen und kupferbasierten Legierungen anodisch, weshalb anodischer Schutz oder Opferanoden übliche Schutzmaßnahmen bei Mischmetallverbindungen sind. Im Vergleich zu 1xxx-Legierungen bietet 6065 eine deutlich höhere Festigkeit bei etwas reduzierter elektrischer Leitfähigkeit und in einigen Fällen leicht erhöhter Neigung zur lokalen Korrosion, wenn Schutzbeschichtungen beschädigt sind. Eine sorgfältige Oberflächenvorbereitung, Beschichtungen und Anodisierungen sind wirksame Maßnahmen zur Erhaltung langzeitiger Leistungsfähigkeit in anspruchsvollen Umgebungen.
Füge- und Bearbeitungseigenschaften
Schweißbarkeit
6065 lässt sich mit gängigen Schmelzverfahren wie TIG und MIG gut schweißen, wobei die Schweißbarkeit ähnlich wie bei anderen Mg-Si-Legierungen ist, sofern geeignete Schweißzusätze verwendet werden. Typische Zusatzwerkstoffe sind ER4043 (Al-Si) zur Verringerung von Heißrissen und zur Verbesserung des Fließverhaltens oder ER5356 (Al-Mg), wenn höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen erforderlich sind; die Wahl hängt von den geforderten mechanischen und korrosiven Eigenschaften ab. Die Wärmeeinflusszone zeigt eine gewisse Erweichung gegenüber dem T6-Grundmaterial, und die vollständige Wiederherstellung der T6-Festigkeit im Schweißbereich erfordert in der Regel Lösungsglühen und erneutes Auslagern, was bei Fertigbaugruppen selten praktikabel ist. Eine sorgfältige Steuerung der Schweißparameter, Vor- und Nachbehandlungen sowie der Fügekonstruktion minimieren Verzug und Eigenschaftsverschlechterung in der Wärmeeinflusszone.
Zerspanbarkeit
Die Zerspanbarkeit von 6065 ist moderat und vergleichbar mit vielen 6xxx-Legierungen; sie ist besser spanbar als viele hochfeste Aluminiumlegierungen, jedoch nicht so gut wie einige frei spanbare Legierungen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und ausreichender Kühlung werden empfohlen, um Aufbauschneiden zu vermeiden und die Oberflächenqualität bei höheren Schnittgeschwindigkeiten zu sichern. Typische Bearbeitungsempfehlungen umfassen moderate bis hohe Drehzahlen mit erhöhtem Vorschub zur Spanabfuhr; feine Oberflächen werden durch geeignete Werkzeuggeometrie und stabile Werkstückspannung erreicht. Bei eng tolerierten Bauteilen sind der Zustand und die Vorgeschichte der Wärmebehandlung zu berücksichtigen, da Eigenspannungen und Rückfedern nach der Bearbeitung die Maßhaltigkeit beeinflussen.
Umformbarkeit
Kaltumformungen und Biegen werden am besten in weichen Zuständen wie O oder T4 durchgeführt; diese Zustände bieten die erforderliche Duktilität für enge Radien und komplexe Formen. Im T6-Zustand nimmt die Umformbarkeit ab, und die minimalen Biegeradien müssen erhöht werden, um Risse und Kantensprünge zu vermeiden; typische Konstruktionsregeln empfehlen Innenradien von 2–3× Blechdicke für T6 und 0,5–1× Blechdicke für O-Zustände, abhängig von Schnittgeometrie und Werkzeug. Die durch Biegeprozesse hervorgerufene Kaltverfestigung erhöht die lokale Streckgrenze und erschwert nachfolgende Umformungen oder Wärmebehandlungen. Für großtechnische Umformprozesse ist die Integration von Glüh- oder Lösungsglüh-/Auslagerzyklen empfehlenswert, um Maßhaltigkeit und Endfestigkeit zu steuern.
Wärmebehandlungsverhalten
6065, als wärmebehandelbare Legierung, spricht auf klassische Ausscheidungshärtungszyklen an: Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Auslagern. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen im Bereich 520–550°C, mit ausreichender Haltezeit für die vollständige Auflösung der Ausscheidungen, gefolgt von schnellem Abschrecken zur Erhaltung der Übersättigung. Das künstliche Auslagern zur Erzielung des T6-Zustands erfolgt üblicherweise bei 160–175°C über mehrere Stunden; die maximale Härte wird erreicht