Aluminium 6151: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

6151 ist ein Mitglied der Aluminiumlegierungen der Serie 6xxx (Al-Mg-Si-Klasse) und wird als wärmebehandelbare, ausscheidungshärtbare Legierung klassifiziert. Die Zusammensetzung ist geprägt von Magnesium und Silizium, die während der künstlichen Alterung Mg2Si-Ausscheidungen bilden und somit eine signifikante Festigkeitssteigerung bewirken.

Die Legierung vereint mäßige bis hohe Festigkeit mit guter Korrosionsbeständigkeit und angemessener Umformbarkeit bei Lieferung in weicheren Zuständen. Typische industrielle Anwendungen umfassen architektonische Profile, Auto-Außenteile und Strukturkomponenten, maritime Beschläge sowie allgemeine technische Profile, wo ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Oberflächenfinish und Eloxierbarkeit gefordert ist.

6151 wird gewählt, wenn eine Kombination aus höherer Festigkeit als reines Aluminium oder kaltverfestigte Legierungen benötigt wird, ohne die Kosten oder Verbindungsbeschränkungen höherfester Legierungen der Serie 7xxx. Häufig wird es bevorzugt gegenüber Legierungen mit geringerer Festigkeit für strukturelle oder tragende Profile und wenn Nachbearbeitung wie Eloxieren oder Lackieren geplant ist.

Ausführungen (Temper)

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; beste Eigenschaften für Umformen und Bearbeitung.
H14	Mittel	Mittel	Gut	Gut	Kaltverfestigt auf eine bestimmte Festigkeit; begrenzte Verfestigung.
T4	Mittel	Mittel	Gut	Gut	Natürlich gealtert nach Lösungsglühen; gute Basis für künstliches Altern.
T5	Mittel-Hoch	Mittel	Ausreichend	Gut	Abgekühlt nach Umformung und künstlich gealtert; gebräuchlich für Profile.
T6	Hoch	Mittel-Niedrig	Ausreichend	Gut	Nach Lösungsglühen künstlich gealtert bis zur Höchstfestigkeit; Standard für Strukturprofile.
T651	Hoch	Mittel-Niedrig	Ausreichend	Gut	Nach Lösungsglühen spannungsarm geglüht durch Dehnen, künstlich gealtert; verwendet für Platten/Extrusionen mit reduziertem Eigenspannungsniveau.

Der Temperzustand beeinflusst das Gleichgewicht von Festigkeit, Duktilität und Umformbarkeit bei 6151 erheblich, da Größe und Verteilung der Ausscheidungen das mechanische Verhalten steuern. Weiche Tempers (O, H1x) ermöglichen Tiefziehen und enge Biegeradien, während T5/T6 die Höchstfestigkeit erreichen und die Dehnung reduzieren, was eine sorgfältige Auslegung für Umformung und Fügetechnik erfordert.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,4 – 0,9	Silizium verbindet sich mit Mg zu Mg2Si-Ausscheidungen; steuert Festigkeit und Gieß-/Fließeigenschaften.
Fe	≤ 0,50	Eisen ist ein Verunreinigungselement, das intermetallische Phasen bildet und bei erhöhten Mengen Duktilität und Korrosionsbeständigkeit mindern kann.
Mn	≤ 0,15	Mangan verfeinert die Kornstruktur und kann die Festigkeit leicht erhöhen, ohne die Duktilität signifikant zu vermindern.
Mg	0,6 – 1,2	Magnesium ist das primäre Festigungselement zusammen mit Silizium; steuert das Alterungsverhalten.
Cu	≤ 0,15 – 0,30	Kupfer kann in kleinen Anteilen vorhanden sein, um Festigkeit und Härtungskinetik zu beeinflussen; zu viel reduziert die Korrosionsbeständigkeit.
Zn	≤ 0,25	Zink ist üblicherweise niedrig; höhere Zn-Gehalte verschieben die Eigenschaften Richtung der Serie 7xxx und erhöhen die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC).
Cr	≤ 0,25	Chrom steuert die Kornstruktur und begrenzt die Rekristallisation bei thermomechanischer Bearbeitung.
Ti	≤ 0,15	Titan wird in Spuren als Kornfeiner bei Gießen oder Barrenverarbeitung eingesetzt.
Sonstige	≤ 0,15 Gesamt	Kleine Restmengen (z. B. Sr, B) werden kontrolliert, um konsistente mechanische und Oberflächeneigenschaften sicherzustellen.

Das Mg–Si-Verhältnis und die absoluten Gehalte bestimmen die Ausscheidungssequenz (GP-Zonen → β″ → β′ → β) und somit Höchstfestigkeit, Alterungskinetik und Ansprechen auf Lösungsglühen. Spurenelemente und Verunreinigungen beeinflussen Kornfeinung, Rekristallisationsverhalten sowie Anfälligkeit für interkristalline Korrosion oder Versprödung.

Mechanische Eigenschaften

6151 weist das klassische Zugfestigkeitsverhalten einer ausscheidungshärtbaren Legierung auf, wobei Streck- und Zugfestigkeit nach dem Altern zu T5/T6 signifikant ansteigen. Der geglühte Zustand (O) liefert gute Dehnung und Energieaufnahme, aber tragende Anwendungen spezifizieren in der Regel T6 oder T651 zur Erzielung stabiler, höherer Streckgrenzen.

Die Werte für Streck- und Zugfestigkeit sind abhängig von Blechdicke und Temperzustand; dünne Profile erreichen gleichmäßigere Höchstwerte als dickere Platten aufgrund gleichermaßenem Lösungsglühen und Abschreckung. Die Härte korreliert mit der Zugfestigkeit; T6-Zustände zeigen häufig deutlich höhere Brinell- oder Vickershärtewerte im Vergleich zu O- oder H1x-Zuständen.

Die Ermüdungsfestigkeit von 6151 ist im Allgemeinen für Strukturbauteile ausreichend und verbessert sich durch Oberflächenfinish und Druckeigenspannungen, die durch Kaltumformung oder Strahlen entstehen. Das Vorhandensein grober intermetallischer Partikel (eisenreiche Phasen) und Oberflächenfehler sind häufige Ermüdungsinitiationspunkte, weshalb saubere Guss- und Extrusionsprozesse wichtig sind.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Temper (z. B. T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~100 – 150 MPa	~260 – 320 MPa	Werte variieren mit Querschnittsdicke und Alterungsprozess; T6 erreicht Höchstfestigkeit für Strukturverwendung.
Streckgrenze	~40 – 90 MPa	~220 – 280 MPa	Streckgrenzenanstieg durch Alterung ist deutlich; Auslegung sollte temperabhängige Messwerte nutzen.
Dehnung	~15 – 25%	~8 – 15%	Duktilität nimmt mit steigender Festigkeit ab; kleine Querschnitte zeigen meist höhere Dehnung.
Härte (Brinell)	~30 – 60 HB	~90 – 130 HB	Härte korreliert mit dem Ausscheidungszustand; Oberflächenbehandlungen und Kaltumformung beeinflussen die Werte.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für Al–Mg–Si-Legierungen; relevant für berechnete Leichtbau-Konstruktionen.
Schmelzbereich	~582 – 652 °C	Fest- und Flüssigbereich abhängig von genauen Si/Mg-Gehalten und Verunreinigungen.
Wärmeleitfähigkeit	~160 – 180 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium wegen Legierungselementen, aber im Vergleich zu Stahl hoch; gut für Wärmeableitung.
Elektrische Leitfähigkeit	~28 – 38 % IACS	Legierungselemente reduzieren die Leitfähigkeit gegenüber reinem Al; Temper hat geringen Einfluss.
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Typischer Wert für thermische Simulationen und transienten Wärmeaustausch.
Wärmeausdehnungskoeffizient	~23 – 24 µm/m·K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen; wichtig für bimetallische Verbindungen.

Diese physikalischen Eigenschaften machen 6151 attraktiv, wenn ein hohes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis bei gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit gefordert ist. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind gegenüber reinem Aluminium reduziert, bleiben aber für Wärmeableitung und leichte Leiteranwendungen mit mechanischen Anforderungen günstig.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	0,3 – 6 mm	Einheitlich bei dünnen Stärken; nach der Bearbeitung leicht wärmebehandelbar	O, T4, T5, T6	Verwendet für Zierleisten, Verkleidungen und Halterungen; exzellente Oberflächenqualität für Anodisierung.
Platte	6 – 50+ mm	Dicke Querschnitte erfordern längere Lösungsglühzeiten und können reduzierte Höchstwerte aufweisen	O, T6, T651	Dicke Platten sind durch Abschreckgeschwindigkeiten begrenzt; Einsatz für tragende Bauteile.
Strangpressprofil	Komplexe Querschnitte, bis mehrere Meter Länge	Sehr gut ansprechbar auf T5/T6 Ausscheidungshärtung; dünne Wandstärken erreichen Eigenschaften schnell	T5, T6	Üblich für Fensterrahmen, architektonische Profile und tragende Strangpressprofile.
Rohr	Ø klein bis groß, Wandstärke variabel	Hergestellt durch Strangpressen oder Ziehen; Eigenschaften ähnlich wie Blech/Strangpressprofile	O, T6	Genutzt für Tragrohre, Rohrleitungen für nicht druckbeaufschlagte Anwendungen.
Stab/Rundstahl	Ø wenige mm bis 200+ mm	Homogen; Vollstäbe erlauben konsistente mechanische Eigenschaften nach Wärmebehandlung	O, T6	Verwendung für bearbeitete Fittings, Verbindungselemente und später geformte Strangpressprofile.

Der Herstellungsweg (Strangpressen vs. Walzen von Platten) beeinflusst stark Mikrostruktur und Anisotropie; Strangpressprofile weisen typischerweise eine längliche Kornstruktur und richtungsabhängige Festigkeiten auf. Die Wärmebehandlungsfähigkeit und erreichbare Abschreckraten begrenzen die Eigenschaften bei dicken Sektionen, daher müssen Konstruktion Größe, Zustand und nachfolgende Bearbeitungsschritte wie Dehnen oder Zerspanung berücksichtigen.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	6151	USA/International	Anerkannt im System der Aluminum Association; spezifische Spezifikationen definieren Grenzwerte.
EN AW	6151 (AlMgSi)	Europa	Oft als EN AW-6151 in Europa bezeichnet; chemische und mechanische Grenzwerte nach EN-Normen.
JIS	A6151/A6061*	Japan	Japanische Normen verweisen häufig auf nächstliegende Al–Mg–Si Legierungen; spezifische JIS-Bezeichnung und Zustand beachten.
GB/T	6151	China	Chinesische GB/T Bezeichnungen verwenden meist dieselbe Nummernfamilie, Toleranzen können abweichen.

Exakte Äquivalenz zwischen Normen ist komplex: chemische Toleranzen, geforderte Prüfdaten und Zustandsdefinitionen können je nach Normgeber und Produktform variieren. Ingenieure sollten zertifizierte Werkstoffzeugnisse und mechanische Eigenschaftstabellen bei Austausch von Legierungen zwischen Regionen sorgfältig prüfen.

Korrosionsbeständigkeit

6151 zeigt gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit vergleichbar mit anderen Al–Mg–Si Legierungen aufgrund der schützenden Al2O3 Passivschicht und relativ niedrigem Kupfer- und Zinkgehalt. Bei mäßig aggressiven Umgebungen ist die Leistung gut, und die Anodisierung verbessert Aussehen und Oberflächenschutz zusätzlich.

In maritimen Umgebungen bietet 6151 akzeptable Leistung für Überwasser- und Spritzwasserbereiche, erfordert jedoch konstruktive Sorgfalt; Lochfraß und Spaltkorrosion können in stehendem Salzwasser auftreten, besonders an Befestigungen und galvanischen Kontaktstellen. Eine geeignete Oberflächenvorbereitung, anodische oder organische Beschichtungen sowie die Auswahl kompatibler Befestigungselemente sind für Langzeitbeständigkeit wichtig.

Die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei 6151 niedrig bis moderat und deutlich geringer als bei hochfesten 7xxx-Serien Legierungen. Unter Zugbelastung und aggressiven Chloridumgebungen besteht jedoch ein gewisses Risiko, insbesondere bei lokalem Überalterungszustand oder mikrostruktureller Inhomogenität. Galvanische Effekte erfordern vorsichtigen Einsatz ähnlicher oder edlerer Metalle; Aluminium korrodiert bevorzugt bei Kontakt mit Stahl oder Kupfer, sofern keine Isolation oder Opferanoden vorhanden sind.

Fertigungseigenschaften

Schweißeignung

6151 lässt sich gut mit konventionellen Lichtbogenverfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW) schweißen, sofern die Einflüsse der Wärmebeeinflussten Zone (HAZ) auf die Materialweichung berücksichtigt werden. Zusatzwerkstoffe wie ER4043 (AlSi) oder ER5356 (AlMg5) kommen je nach benötigter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zum Einsatz; Siliziumhaltige Drähte verbessern die Schweißbarkeit und minimieren Rissbildungen. Nachgeschweißte Wärmebehandlung kann die T6-Eigenschaften in der HAZ nicht vollständig wiederherstellen; Maßnahmen gegen Porosität und Heißrisse bei Nahtvorbereitung und Schweißparametern sind erforderlich.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 6151 in weicheren Zuständen ist gut und entspricht weitgehend den Normwerten der 6xxx-Familie, was moderate Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten mit modernen Hartmetallwerkzeugen ermöglicht. Die Spanbildung ist abhängig von Zustand und Querschnitt meist kontinuierlich bis segmentiert; der Einsatz von Spanwinkel-positive Werkzeugen, Kühlschmierstoffen und stabiler Werkstückspannung verbessert die Oberflächenqualität. Höherfeste Zustände (T6) führen zu erhöhtem Werkzeugverschleiß; geringere Schnitttiefen und hohe Maschinensteifigkeit sind empfohlen.

Umformbarkeit

Die Kaltumformbarkeit ist in O- und H1x-Zuständen exzellent, ermöglicht Tiefziehen, enge Biegeradien und komplexe Profile. In T5/T6-Zuständen ist die Umformbarkeit reduziert und Rückfederung nimmt zu; diese Zustände eignen sich besser zur Umformung vor der Endaushärtung oder nach Zwischenglühen. Empfohlene minimale Biegeradien sind abhängig von Zustand und Dicke meist im Bereich von 1–3× Blechdicke im weichgeglühten Zustand und größer im T6-Zustand.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare 6xxx-Legierung folgt 6151 dem üblichen Ablauf aus Lösungsglühen, Abschrecken und Ausscheidungshärtung. Das Lösungsglühen erfolgt bei Temperaturen, die ausreichend sind, um Mg2Si aufzulösen (typisch im Bereich für Al–Mg–Si Legierungen), gefolgt von schnellem Abschrecken zur Erhaltung einer übersättigten festen Lösung; die nachfolgende künstliche Alterung bei moderaten Temperaturen lässt die härtenden Ausscheidungen entstehen.

Natürliche Alterung (T4) führt zu einer anfänglichen Zunahme der Festigkeit über die Zeit, jedoch nicht bis zu den Höchstwerten der künstlichen Alterung. Die künstlichen Alterungstemperaturen (T5, T6) werden ausgewählt, um Spitzenfestigkeit und Zähigkeit auszubalancieren und Bauteilverzug zu minimieren; Überalterung bewirkt grobkörnige Ausscheidungen und senkt Höchstfestigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Duktilität und SCC-Beständigkeit.

Für Konstrukteure zeigt die Variante T651 eine Lösungsglühung mit anschließendem Dehnen zur Eigenspannungsentfernung vor der künstlichen Alterung an, was für enge Toleranzen bei Strangpressprofilen und dicken Sektionen von Bedeutung ist, da Verzugs- und Eigenspannungsprobleme so reduziert werden.

Hochtemperatureigenschaften

6151 verliert einen bedeutenden Anteil seiner Festigkeit bei Raumtemperatur, wenn die Betriebstemperatur über die typischen Alterungstemperaturen steigt, mit markanter Erweichung ab etwa 150–200 °C. Langzeitbelastung bei erhöhten Temperaturen fördert das Wachstum größerer Ausscheidungen und verringert Streckgrenze sowie Ermüdungswiderstand, was die kontinuierlichen Einsatztemperaturen für tragende Anwendungen begrenzt.

Oxidation bei hohen Temperaturen in Luft ist im Vergleich zu Eisenwerkstoffen minimal aufgrund der stabilen Aluminiumschicht, jedoch können aggressive Umgebungen und thermische Zyklen zu Abplatzungen und lokal begrenzter Korrosion führen. Hitzebelastete Zonen an Schweißnähten (HAZ) sind besonders anfällig für Festigkeitsverluste und Kornwachstum; deshalb sind Wärmebehandlung und Temperkontrolle nach dem Schweißen für Hochtemperatureinsätze wichtig.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Warum 6151 verwendet wird
Kraftfahrzeugbau	Zierleisten, tragende Strangpressprofile, leichte Halterungen	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Oberflächenfinish und Umformbarkeit für Stanz- und Strangpressbauteile.
Schiffbau	Deckbeschläge, Geländer, architektonische Elemente	Ausgewogene Korrosionsbeständigkeit und Anodisierbarkeit für sichtbare Beschläge.
Luft- und Raumfahrt	Sekundäre Beschläge, Innenstrukturen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und gute Bearbeitbarkeit für nicht tragende Strukturen.
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Hohe Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit Strukturfestigkeit für Gehäuse.

6151 wird häufig dort spezifiziert, wo Konstrukteure einen mittel- bis höherfesten Aluminiumwerkstoff benötigen, der anodisiert oder lackiert werden kann und herkömmliche Fügeverfahren und Bearbeitung zulässt. Seine Vielseitigkeit über Produktformen und Zustände macht die Legierung zur bevorzugten Wahl für stranggepresste architektonische Elemente und mittelschwere Strukturteile.

Auswahlhinweise

Für leichte tragende Bauteile, die höhere Festigkeit als handelsübliche Reinaluminiumlegierungen wie 1100 erfordern, bietet 6151 eine deutliche Verbesserung von Streckgrenze und Zugfestigkeit bei gleichzeitig leicht verringertem elektrischen Leitwert und Umformbarkeit. Wählen Sie 6151, wenn mechanische Belastbarkeit und Oberflächenqualität (Anodisierung) Priorität haben und Leitfähigkeit nicht der Hauptfaktor ist.

Im Vergleich zu durch Kaltverfestigung erhöhten Legierungen wie 3003 oder 5052 ermöglicht 6151 höheres Festigkeitsniveau durch Alterung bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit in vielen Einsatzumgebungen. Greifen Sie zu 6151, wenn Spitzenfestigkeit und thermische Alterungsfähigkeit gewünscht sind; bevorzugen Sie 5052/3003, wenn Umformbarkeit und maritimer Korrosionsschutz unter schwierigen Bedingungen dominieren.

Im Vergleich zu nah verwandten wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 kann 6151 aufgrund spezifischer Eigenschaften bei der Extrusion, der Oberflächenqualität oder der Verfügbarkeit gewählt werden, obwohl die maximalen Festigkeiten oft ähnlich oder leicht unterschiedlich sind. Ingenieure sollten bei der Auswahl zwischen 6151 und anderen Al–Mg–Si-Legierungen die mechanischen Eigenschaften je nach Zustand, das Anodisierungsverhalten und die Verfügbarkeit sorgfältig bewerten.

Abschließende Zusammenfassung

6151 bleibt eine relevante und vielseitige Al–Mg–Si-Legierung für technische Anwendungen, die eine pragmatische Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenqualität erfordern. Durch ihre wärmebehandelbare Eigenschaft und breite Verfügbarkeit in stranggepressten sowie gewalzten Formen ist sie eine praktische Wahl für architektonische, automotive und marine Komponenten, bei denen ausgewogene Leistungsmerkmale und gute Oberflächenveredelbarkeit erforderlich sind.