Aluminium 6160: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen
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Umfassender Überblick
Legierung 6160 gehört zur 6xxx-Serie der Aluminiumlegierungen (Al-Mg-Si-Familie), die durch Ausscheidungshärtung über die Bildung von Mg2Si gekennzeichnet sind. Die Hauptlegierungselemente sind Silizium und Magnesium, die typischerweise so abgestimmt sind, dass eine kontrollierbare Zeitverfestigung und gute Extrudierbarkeit erreicht werden.
Der Festigungsmechanismus bei 6160 ist eine wärmebehandelbare Ausscheidungshärtung; die Legierung erreicht ihre nutzbaren Festigkeiten durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern und nicht durch Kaltverfestigung. Typische Eigenschaften umfassen eine moderate bis hohe Festigkeit innerhalb der 6xxx-Familie, gute Korrosionsbeständigkeit in vielen Atmosphären, günstige Schweißbarkeit bei Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe sowie eine angemessene Kaltumformbarkeit abhängig vom Zustandszustand.
6160 wird eingesetzt in Strukturprofilen, Automobilverkleidungen und Unterbaugruppen, Schienenfahrzeug- und Architekturprofilen sowie in speziellen Luft- und Raumfahrtanwendungen, wo ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Extrudierbarkeit, Zerspanbarkeit und durch Ausscheidungshärtung erzielbarer Festigkeit erforderlich ist. Ingenieure wählen 6160, wenn ein Kompromiss zwischen guter Extrudierbarkeit und vorhersehbarer Ausscheidungsreaktion gegenüber Legierungen gewünscht ist, die entweder maximale Festigkeit (7xxx-Serie) oder maximale Umformbarkeit/Leitfähigkeit (1xxx-Serie) betonen.
Temperzustände
| Temperzustand | Festigkeitsniveau | Dehnung | Umformbarkeit | Schweißbarkeit | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Gering | Hoch (>20%) | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformprozesse |
| H111 | Gering bis Mittel | Hoch | Sehr gut | Sehr gut | Leicht kaltverfestigt, eingeschränkte Eigenschaftskontrolle |
| H14 | Mittel | Mittel | Gut | Sehr gut | Einzelstufig kaltverfestigt, keine Wärmebehandlung |
| T4 | Mittel | Mittel bis hoch | Gut | Sehr gut | Lösungsglühen und natürliche Alterung |
| T5 | Mittel bis hoch | Mittel | Gut | Sehr gut | Abgekühlt nach Umformung und künstlich gealtert |
| T6 | Hoch | Mittel (8–15%) | Mäßig bis gut | Gut | Lösungsglühen und künstliche Alterung |
| T61 / T651 | Hoch | Mittel | Mäßig bis gut | Gut | Spannungsarmgegüllt nach Abschrecken (T651) für Strukturbauteile |
Der Temperzustand beeinflusst maßgeblich das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität bei 6160; der geglühte O-Zustand bietet die beste Umformbarkeit für Tiefziehen und komplexe Biegungen, während T6 die maximale statische Festigkeit für Strukturbauteile liefert. Die Alterungsprogramme (T5 vs. T6) verändern die Größe und Verteilung der Ausscheidungen, was wiederum die Ermüdungsbeständigkeit, das Schweißverhalten im Wärmeeinflussbereich (HAZ) und die Widerstandsfähigkeit gegen spannungsrisskorrosion beeinflusst.
Chemische Zusammensetzung
| Element | Wertbereich [%] | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Si | 0,6–1,0 | Steuert die Ausscheidung von Mg2Si; verbessert die Fließfähigkeit und Extrudierbarkeit |
| Fe | max. 0,15 | Verunreinigung; hoher Fe-Gehalt bildet intermetallische Phasen, die die Duktilität verschlechtern |
| Mn | max. 0,05 | Geringfügig, unterstützt Kornstrukturkontrolle falls vorhanden |
| Mg | 0,45–0,9 | Bindet sich mit Si zur Bildung der härtenden Mg2Si-Ausscheidungen |
| Cu | 0,05–0,25 | Kleine Mengen erhöhen die Festigkeit, können aber die Korrosionsbeständigkeit vermindern |
| Zn | max. 0,2 | Typischerweise niedrig gehalten; höhere Zn-Gehalte sind für 6160 nicht vorgesehen |
| Cr | max. 0,1 | Spurenelement zur Kornstruktur- und Rekristallisationskontrolle |
| Ti | max. 0,1 | Kornerzfeinerer bei gezielter Zugabe |
| Andere (jeweils) | max. 0,05 | Rückstände und Spurenelemente werden niedrig gehalten; Gesamtanteil weiterer Elemente begrenzt |
Das Verhältnis Si/Mg sowie deren absolute Mengen bestimmen die Ausscheidungskinetik und die erzielbare Spitzfestigkeit nach künstlicher Alterung. Spurenelemente und Rückstände steuern Kornfeinung, Rekristallisationsverhalten und die Neigung zur Bildung grobkörniger intermetallischer Phasen, die als Initiationsstellen für Ermüdungsrisse wirken können.
Mechanische Eigenschaften
Im Zugversuch zeigt 6160 das klassische Verhalten einer ausscheidungshärtbaren Legierung: geringe Festigkeit und hohe Dehnung im geglühten Zustand sowie erhöhte Zug- und Streckfestigkeiten nach künstlicher Alterung. Die Streckgrenze in ausgeprägten Alterungszuständen erreicht gewöhnlich einen großen Anteil der Zugfestigkeit, die Kaltverfestigung ist moderat; die Dehnung nimmt mit zunehmendem Ausscheidungsvolumen ab. Das Ermüdungsverhalten wird stark von Oberflächenbeschaffenheit, Wärmebehandlungszustand und dem Vorhandensein von Guss- bzw. Extrusionsfehlern beeinflusst; fachgerecht gealterte Profile weisen gute Hochzyklus-Ermüdungseigenschaften für Aluminium-Strukturanwendungen auf.
Die Blechdicke beeinflusst die Abschreckwirkung und die Gleichmäßigkeit der Ausscheidung; dickere Querschnitte können im Kernbereich bei üblichen Abschreckverfahren unteraltert bleiben, was zu niedrigeren Festigkeiten und reduzierter Ermüdungslebensdauer gegenüber dünnwandigen Profilen führt. Die Härte korreliert gut mit der Zugfestigkeit bei 6160 und dient als praktischer Indikator zur Kontrolle des Alterungszustands auf der Werkstattfläche; Vickers- oder Brinell-Härtewerte sind hilfreicher als alleinige Zeit-Temperatur-Kurven.
| Eigenschaft | O/Geglüht | Typischer Temper (z.B. T6) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | ~100–140 MPa | ~240–290 MPa | T6 zeigt deutlich höhere Zugfestigkeit durch Mg2Si-Ausscheidungen |
| Streckgrenze | ~50–90 MPa | ~210–260 MPa | Starker Anstieg nach Lösungsglühen + künstlichem Altern |
| Dehnung | >20% | ~8–15% | Duktilität reduziert im Spitzenalterungszustand, aber ausreichend für viele Strukturbauteile |
| Härte (HB) | ~30–45 HB | ~65–95 HB | Härte steigt proportional zur Ausscheidungsstärke |
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Wert | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Dichte | 2,70 g/cm³ | Typisch für gewalzte Aluminiumlegierungen |
| Schmelzbereich | 555–650 °C | Fest-Flüssig-Bereich variiert mit Legierungselementen; Überhitzung beim Prozessieren vermeiden |
| Wärmeleitfähigkeit | ~160–180 W/m·K | Gute Wärmeleitung im Vergleich zu Stählen; nützlich für wärmeableitende Bauteile |
| Elektrische Leitfähigkeit | ~30–40 % IACS | Niedriger als reines Aluminium durch Legierung; akzeptabel für strukturelle Leiter ohne Optimierung der Leitfähigkeit |
| Spezifische Wärmekapazität | ~0,90 kJ/kg·K | Typisch für Al-Legierungen; wichtig für thermische Masse und Wärmespeicherung |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | ~23–24 µm/m·K (20–100 °C) | Relativ hoher Wert; zu berücksichtigen bei zusammengesetzten Baugruppen durch unterschiedliche Ausdehnung |
Die Kombination aus niedriger Dichte und guter Wärmeleitfähigkeit macht 6160 besonders attraktiv für gewichts-sensitive Wärmemanagementanwendungen. Schmelzbereich und Wärmeausdehnungsverhalten bestimmen die Prozessfenster für Löten, Schweißen und thermische Belastungen.
Produktformen
| Form | Typische Dicke/Größe | Festigkeitsverhalten | Häufige Temperzustände | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|
| Blech | 0,5–6,0 mm | Dünne Querschnitte altern gleichmäßig; gute Oberflächenqualität | O, T4, T5, T6 | Verwendet für leichte Verkleidungen und Zierleisten |
| Platte | 6–25 mm | Dickere Querschnitte können Abschreckverzögerungen und Unteralterung aufweisen | O, T6 (nach geeignetem Abschrecken) | Strukturplatten für mäßige Beanspruchungen |
| Profil/Extrusion | Wandstärke 1–20 mm; komplexe Profile | Ausgezeichnete Alterungsreaktion; extrudierte Mikrostruktur beeinflusst Eigenschaften | O, T4, T5, T6, T651 | Hauptproduktform von 6160; breit eingesetzt in Architektur- und Transportbereich |
| Rohr | Außendurchmesser von klein bis mehrere hundert mm | Schweißen und Wärmebehandlung beeinflussen Wandqualität | O, T6 | Nahtlose oder geschweißte Rohre für strukturellen und architektonischen Einsatz |
| Stab/Rundstahl | Durchmesser bis zu 200 mm | Ähnliches Alterungsverhalten wie Profile; ausreichende Zerspanbarkeit | O, T6 | Verwendet für zerspante Bauteile und Verbindungselemente |
Extrusionen sind die dominierende Produktform für 6160, da die speziell entwickelte Chemie für gute Fließfähigkeit im Pressprozess und kontrollierte Ausscheidungen bei der nachfolgenden Alterung genutzt wird. Platten und dickere Querschnitte erfordern angepasste Abschreckpraktiken und gelegentlich spezielle Alterungsprozesse, um unteralterte Kerne und variable Eigenschaften über den Querschnitt zu vermeiden.
Äquivalente Legierungen
| Norm | Legierung | Region | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| AA | 6160 | USA | Hauptbezeichnung in den Auflistungen der Aluminum Association |
| EN AW | 6160 | Europa | Oft gelistet als EN AW‑6160; chemische und mechanische Grenzwerte variieren leicht je nach Norm |
| JIS | A6160 (ungefähr) | Japan | Lokale Normen können 6160 listen oder nächstliegende Alternativen wie die A6xxx-Familienäquivalente angeben |
| GB/T | 6160 (ungefähr) | China | Chinesische Bezeichnungen ordnen sich möglicherweise der 6xxx-Familie zu; genaue Spezifikationen für mechanische Grenzwerte prüfen |
Direkte Querverweise zwischen Regionen erfordern die Prüfung der jeweiligen Normtexte, da Definitionen zum Zustand (Temper), zulässige Verunreinigungsgrenzwerte und Akzeptanzkriterien für mechanische Eigenschaften unterschiedlich sein können. Wenn keine formale Entsprechung vorliegt, substituieren Konstrukteure häufig nach Validierungstests nahegelegene 6xxx-Legierungen wie 6063 oder 6061.
Korrosionsbeständigkeit
Die Legierung 6160 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Al‑Mg‑Si-Legierungen, durch die Ausbildung eines stabilen Oxidfilms, der vor gleichmäßiger Korrosion schützt. In industriellen oder leicht belasteten Atmosphären bleibt der Oxidfilm schützend, jedoch steigt in chloridreichen Meeresumgebungen die Empfindlichkeit gegenüber Lochfraß, insbesondere bei Schweißnähten, bearbeiteten Oberflächen und unter Zug-Restspannungen.
Das Risiko für Spannungsrisskorrosion ist vergleichsweise gering im Vergleich zu hochfesten 7xxx-Legierungen, kann aber bei peak-aged Zuständen unter kombinierter Zugbeanspruchung und chloridhaltiger Umgebung auftreten; die Konstruktion sollte daher keine dreiaxiale Zugspannung in aggressiven Umgebungen zulassen. Galvanische Wechselwirkungen begünstigen den Schutz des Aluminiums bei Verbindung mit edleren Metallen; bei Baugruppen mit Stahl oder Kupfer wird daher eine elektrische Isolierung oder kompatible Beschichtungen empfohlen, um eine beschleunigte galvanische Korrosion zu verhindern.
Verglichen mit 5xxx (Al-Mg) Legierungen weist 6160 typischerweise eine etwas geringere Korrosionsbeständigkeit in rein chloridischen Umgebungen aufgrund des Siliziumgehalts und der Ausscheidungsmikrostruktur auf, übertrifft jedoch im ausgewogenen Zusammenspiel von Korrosionsschutz und moderaten Festigkeitsanforderungen viele wärmebehandelbare Legierungen.
Fertigungseigenschaften
Schweißbarkeit
6160 lässt sich mit TIG- und MIG-Schweißverfahren gut schweißen, wenn geeignete Schweißzusatzwerkstoffe und eine passende Fügeauslegung verwendet werden; übliche Füllmaterialien sind Al-Si (z. B. 4043) und Al-Mg-Si (z. B. 5356 Varianten), abhängig von den Einsatzanforderungen. Das Schweißen führt zu einer Aufweichung der Wärmeeinflusszone (HAZ) durch Auflösung und Größenzunahme der Ausscheidungen, daher ist oft eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen oder eine Auslegung für geringere lokale Festigkeit erforderlich. Das Risiko von Heißrissen ist gering, kann jedoch bei hohem Kupferanteil oder schlechter Passgenauigkeit der Fügepartner zunehmen, deshalb sind Kontrolle der Schweißparameter und Sauberkeit wichtig.
Zerspanbarkeit
Als natürlich auslagerhärtbare Legierung lässt sich 6160 im lösungsgeglühten und milderen Zustand ausreichend gut zerspanen; die Zerspanbarkeitsbewertung liegt im mittleren Bereich im Vergleich zu besser zerspanbaren Knetlegierungen. Carbideinsatzwerkzeuge mit positivem Freiwinkel und wirksamer Spanbruch sind empfohlen; mittelschnelle bis hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe erzeugen gute Oberflächen, wobei Zustand und Auslagerungsgrad die Werkzeugstandzeit stark beeinflussen. Kühlung und Spanabfuhr sind wichtig, um Aufbauschneiden und Oberflächenbeschädigungen zu vermeiden.
Umformbarkeit
Die beste Umformbarkeit erzielen Werkstücke im O-, T4- oder H111-Zustand, wo die Duktilität am höchsten ist; minimale Biegeradien liegen typischerweise bei 2–4× der Materialstärke, abhängig von Bauteilgeometrie und Werkzeugen. Kaltumformung im H-Zustand ist möglich, reduziert jedoch die erreichbare höchste Auslagerungshärtung; für komplexe Umformsysteme mit anschließender Festigkeitsanforderung wird häufig ein Weg mit Umformen im O- oder T4-Zustand gefolgt von Lösungsglühen oder künstlicher Alterung gewählt.
Wärmebehandlungsverhalten
6160 ist eine wärmebehandelbare Legierung, die auf Lösungsglühen, Abschrecken und künstliche Alterung zur Festigkeitssteigerung durch Mg2Si-Ausscheidungen anspricht. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen im Bereich von 520–550 °C, um Mg und Si in feste Lösung zu bringen; das Abschrecken muss schnell genug erfolgen, um das Lösungsglied für die nachfolgende Auslagerungshärtung zu erhalten.
Die künstliche Alterung für T5/T6-Zustände erfolgt üblicherweise bei 150–190 °C über mehrere Stunden, um Höchstwerte an Härte und Festigkeit zu erreichen; niedrigere Alterungstemperaturen führen zu höherer Zähigkeit und besserer Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit auf Kosten der maximalen Festigkeit. T651-Varianten umfassen Dehnungsspannen oder thermisches Richten nach dem Abschrecken, um Maßhaltigkeit zu stabilisieren und Eigenspannungen vor der Alterung zu reduzieren.
Hochtemperatureinsatz
Mit steigender Temperatur sinken Streckgrenze und Zugfestigkeit aufgrund von Ausscheidungscoarsening und geringerer Matrixfestigkeit; praxisgerechte Dauerbetriebstemperaturgrenzen liegen oft unter 120 °C für tragende Bauteile. Kurzzeitige Belastung bei höheren Temperaturen (150–200 °C) beschleunigt das Überaltern und verringert die mechanischen Eigenschaften, daher sollten Auslegungen für Hochtemperatureinsatz mit gezielten Alterungsprogrammen und Kriechversuchen validiert werden.
Oxidation ist bei Aluminiumbestandteilen bei moderaten Temperaturen minimal, jedoch müssen die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften in der Wärmeeinflusszone nach dem Schweißen sowie in thermisch zyklisch belasteten Bauteilen berücksichtigt werden, vor allem wenn Maßhaltigkeit und Dauerfestigkeit kritisch sind.
Anwendungen
| Industrie | Beispielbauteil | Warum 6160 verwendet wird |
|---|---|---|
| Automobil | Strukturelle Profilstangen, Zierleisten und Unterrahmen | Gute Extrudierbarkeit und Auslagerungshärtung für moderate Festigkeit und Gewichtsreduktion |
| Marine | Architektonische Geländer und Strukturprofile | Ausgewogene Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit für gefertigte Strukturen |
| Luft- und Raumfahrt | Sekundäre Beschläge und nicht-kritische Halterungen | Günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und gute Zerspanbarkeit für komplexe Teile |
| Elektronik | Gehäuse und wärmeableitende Profile | Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit extrudierbaren komplexen Querschnitten |
6160 wird bevorzugt eingesetzt, wenn komplexe extrudierte Profile mit vorhersehbarem Auslagerungsverhalten und guter Zerspanbarkeit für Nachbearbeitung benötigt werden. Das ausgewogene Eigenschaftsprofil macht die Legierung zu einer häufigen Wahl in den Bereichen Transport und Architektur, wo moderate Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit gefordert sind.
Auswahlhinweise
Verwenden Sie 6160, wenn Extrudierbarkeit und kontrollierte Ausscheidungshärtung Priorität haben und das Design moderate bis hohe Festigkeit nach dem Altern verlangt, ohne die sehr hohe Festigkeit oder Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit der 7xxx-Legierungen. Im Vergleich zu handelsüblichem Aluminium (1100) opfert 6160 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit zugunsten deutlich höherer Festigkeit und besserer struktureller Einsatzfähigkeit. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 6160 eine höhere Spitzfestigkeit durch Wärmebehandlung bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit in vielen Atmosphären, wobei das Umformen bei 3003/5052 für komplexe Tiefziehungen oft einfacher ist.
Im Vergleich zu gängigen 6xxx-Legierungen wie 6061 oder 6063 wird 6160 ausgewählt, wenn ein spezieller Extrusionsfluss oder eine leicht abweichende Alterungsreaktion gewünscht sind; es kann bessere Extrudierbarkeit oder ein anderes mechanisches Eigenschaftsprofil für bestimmte Profilgeometrien bieten, selbst wenn die Spitzfestigkeit ähnlich oder geringfügig niedriger ist. Verfügbarkeit, Oberflächenanforderungen und Qualifizierungsvorgaben sollten neben mechanischen Abwägungen ebenfalls in die Legierungswahl einfließen.
Abschließende Zusammenfassung
Die Legierung 6160 bleibt eine relevante und praktische Al‑Mg‑Si-Legierung für konstruktive Extrusionen und zerspante Strukturbauteile, bei denen eine ausgewogene Kombination aus Extrudierbarkeit, vorhersehbarer Ausscheidungshärtung und ausreichender Korrosionsbeständigkeit gefordert ist. Ihre Vielseitigkeit über verschiedene Zustände und die produktive Wärmebehandlungsreaktion machen sie zu einer nützlichen Option für Konstrukteure, die Gewicht reduzieren und komplex herstellbare Profile realisieren möchten.