Aluminium 6181: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Alloy 6181 gehört zur 6xxx-Serie der Aluminiumlegierungen (Al-Mg-Si-Familie) und wird hauptsächlich durch Ausscheidungshärtung nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung gehärtet. Die wichtigsten Legierungselemente sind Magnesium und Silizium, die Mg2Si-Ausscheidungen bilden, welche den primären Härtungsmechanismus darstellen.

Typische Eigenschaften von 6181 sind eine ausgewogene Kombination aus moderater bis hoher Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit für allgemeine atmosphärische und mäßig korrosive Umgebungen sowie gute Umformbarkeit in weicheren Zuständen. Die Schweißbarkeit ist für diese Legierungsfamilie generell günstig, wobei jedoch das Erweichen im Wärmeeinflussbereich und die Auswahl des Zusatzwerkstoffs bei Strukturbauteilen berücksichtigt werden müssen.

6181 wird häufig im Automobilbereich (Karosseriebleche und Strukturpaneele), im allgemeinen Maschinenbau sowie in Anwendungen eingesetzt, die einen Kompromiss zwischen Umformbarkeit und Festigkeit bei guter Oberflächenqualität erfordern. Ingenieure wählen 6181, wenn sie eine gut verarbeitbare, wärmebehandelbare Blech- oder Strangpresslegierung benötigen, die eine bessere Festigkeit als reines Aluminium bietet, dabei aber die Umformbarkeit und ausreichende Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu höherfesten 2xxx- oder 7xxx-Legierungen bewahrt.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–35%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; optimal für Tiefziehen und starke Umformungen
H14	Niedrig bis Mittel	Mittel (10–20%)	Gut	Ausgezeichnet	Durch Kaltumformung erhöht, um die Streckgrenze zu verbessern und dennoch Umformbarkeit zu erhalten
T4	Mittel	Mittel (10–18%)	Gut	Ausgezeichnet	Gelöst und natürlich gealtert; eingesetzt, wenn eine nachfolgende Alterung gewünscht ist
T5	Mittel bis Hoch	Mittel (8–15%)	Mäßig bis gut	Gut	Aus dem Warmumformen abgeschreckt und künstlich gealtert; stabilere Abmessungen
T6	Hoch	Niedriger (6–12%)	Mäßig	Gut	Gelöst und künstlich gealtert zur Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedriger (6–12%)	Mäßig	Gut	Gelöst, spannungsarm geglüht durch Strecken und anschließend künstlich gealtert; für verbesserte dimensionsstabilität

Der Zustand hat einen großen Einfluss auf die Leistung von 6181: weichere Zustände (O, H1x) maximieren die Umformbarkeit und werden für komplexe Stanzvorgänge gewählt. Peak-gealterte Zustände (T6/T651) bieten die höchste statische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit, verringern jedoch Dehnung und Umformbarkeit und werden daher für struktur- oder steifigkeitskritische Bauteile verwendet.

Chemische Zusammensetzung

Element	Gew.-% Bereich	Bemerkungen
Si	0,3–0,8	Steuert die Mg2Si-Bildung; beeinflusst Festigkeit sowie Guss- und Verarbeitungseigenschaften
Fe	0,15–0,7	Verunreinigung; höherer Fe-Gehalt verringert Duktilität und kann intermetallische Phasen bilden
Mn	0,0–0,15	Kleinzugabe zur Kornfeinung und Verbesserung der Zähigkeit
Mg	0,4–1,0	Haupthärtungselement zusammen mit Si zur Bildung von Mg2Si-Ausscheidungen
Cu	0,0–0,2	Kleinmengen können die Festigkeit erhöhen, aber Korrosionsbeständigkeit verringern
Zn	0,0–0,2	Typischerweise niedrig; hoher Zn-Gehalt untypisch für 6xxx-Familie
Cr	0,0–0,05	Begrenzt Rekristallisation und steuert Kornstruktur in einigen Zuständen
Ti	0,0–0,15	Kornfeiner bei Zugabe in kleinen Mengen während Guss/Semmelfertigung
Sonstige (jeweils)	≤0,05	Restspuren wie V, Zr usw.; Rest Al

Das Verhältnis von Mg zu Si ist entscheidend für das wärmebehandelbare Verhalten, da Mg2Si-Ausscheidungen die Ausscheidungshärtung bewirken. Nebenbestandteile wie Fe und Cu beeinflussen die Ausscheidungskinetik, die Bildung intermetallischer Phasen und das Korrosionsverhalten; Hersteller steuern diese Verunreinigungen, um Umformbarkeit und Oberflächenqualität von Blech- und Strangpressprodukten zu optimieren.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 6181 ist stark zustandsabhängig. Im geglühten Zustand weist die Legierung eine niedrige Streckgrenze und eine hohe gleichmäßige Dehnung auf, was das Umformen und Tiefziehen erleichtert. Nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung (T6) steigen Zug- und Streckgrenze deutlich durch feine, disperse Mg2Si-Ausscheidungen, während Dehnung und lokale Umformbarkeit abnehmen.

Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Zugfestigkeit, mit BHN-Werten im niedrigeren Bereich im geglühten Zustand und deutlich höheren BHN- oder Vickers-Werten im Peak-gealterten Zustand. Die Ermüdungsfestigkeit wird durch den Zustand und den Oberflächenzustand verbessert; Kaltverfestigung und Eigenspannungen aus Umformprozessen beeinflussen die Lebensdauer und können durch Spannungsarmglühen oder Streckvorgänge verbessert werden. Dickeneffekte sind für diese Legierungsfamilie typisch: Dünneres Blech erreicht bei manchen Umformprozessen höhere Streck- und Zugfestigkeit pro Dickeneinheit, während dickere Platten und Strangpressprofile ein anderes Abkühl- und Ausscheidungsverhalten zeigen, was die endgültigen mechanischen Eigenschaften verändern kann.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentliche Zustände (T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	110–150 MPa	260–320 MPa	Werte variieren mit Dicke und Alterung; T5 etwas niedriger als T6
Streckgrenze	40–70 MPa	150–260 MPa	Streckgrenze steigt deutlich durch künstliche Alterung
Dehnung	20–35%	6–12%	Die Duktilität sinkt mit steigender Festigkeit; beste Umformbarkeit in O/H1x
Härte (HB)	30–55 HB	80–110 HB	Härte korreliert mit dem Ausscheidungszustand und Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für aluminiumeutektische Legierungen
Schmelzbereich	~555–650 °C	Solidus–Liquidus-Bereich variiert mit exakter Zusammensetzung und Verunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	~150–170 W/m·K	Niedriger als reines Al, aber noch hoch für Wärmeableitungsanwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 % IACS	Niedriger als reines Al; Zustand und Kaltverfestigung beeinflussen die Leitfähigkeit
Spezifische Wärme	~0,9 J/g·K (900 J/kg·K)	Ähnlich wie bei anderen Al-Legierungen; nützlich für Wärmeberechnung
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K	Typischer Wärmeausdehnungskoeffizient für Al-Legierungen, wichtig für Mehrstoffkonstruktionen

Die physikalischen Eigenschaften sind typisch für die 6xxx-Serie: gute Wärmeleitfähigkeit und geringe Dichte ergeben ein günstiges Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis sowie gute thermische Managementeigenschaften. Die elektrische Leitfähigkeit ist gegenüber reinem Aluminium aufgrund der Legierungselemente und Ausscheidungen reduziert; das Design sollte die zustands- und prozessabhängige Variabilität berücksichtigen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,2–4,0 mm	Dicke beeinflusst Abkühlung/Alterung; dünnes Blech wird für Außenverkleidungen genutzt	O, H14, T4, T5, T6	Weit verbreitet für Karosserie- und Haushaltsgerätpaneele
Platte	>4,0 mm	Langsamere Abkühlraten können erreichbare Höchstfestigkeit verringern	O, T4, T6	Verwendet für Strukturteile mit dickeren Querschnitten
Stranggussprofil	Profile bis 200 mm	Stranggussprofile können lösungsgeglüht und gealtert werden	T4, T5, T6	Gute Oberflächenqualität, eingesetzt für Strukturprofile und Rahmen
Rohr	Verschiedene Durchmesser	Geschweißte oder gezogene Rohre behalten ähnliches Ausscheidungsverhalten	O, T4, T6	Verwendet für Strukturrohre und Automobilkomponenten
Stab/Stange	Durchmesser bis ca. 100 mm	Abkühlrate und Querschnitt beeinflussen das endgültige Zustandsverhalten	O, T6	Zerspanbares Material für Fittings und bearbeitete Bauteile

Blechprodukte dominieren den Einsatz von 6181 aufgrund der Anwendung in äußeren und inneren Karosseriebauteilen; Strangpressprodukte werden gewählt, wenn komplexe Querschnitte und gute Dimensionsstabilität gefordert sind. Verarbeitungsunterschiede (Walzen vs Strangpressen vs Schmieden) wirken sich auf Mikrostruktur und Eigenspannungen aus, sodass die abschließende Wärmebehandlung und Alterung pro Produktform abgestimmt werden, um die Zielwerte zu erreichen.

Äquivalente Werkstoffgüten

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	6181	USA/International	Aluminium Association Kennzeichnung für gewalzte Legierung
EN AW	6181	Europa	Europäische EN AW Bezeichnung stimmt oft überein, exakte chemische Zusammensetzung und Anlasstemperaturen sind jedoch normiert nach EN
JIS	A6xxx (variabel)	Japan	Keine direkte 1:1 Entsprechung; vergleichbar mit Al-Mg-Si Serienlegierungen, die im Automobilblech verwendet werden
GB/T	6181	China	China Standard mit chemischen und mechanischen Tabellen für Al-Mg-Si Automobilbleche

Die Äquivalenz zwischen den Normen ist ungefähr, da Verarbeitungswege, genaue Reinheitsgrenzen und Definitionen der Anlasstemperatur je nach Normgeber und Hersteller variieren. Ingenieure sollten zertifizierte chemische und mechanische Prüfzeugnisse vergleichen und sich nicht nur auf nominale Werkstoffbezeichnungen verlassen, wenn Materialien aus verschiedenen Regionen substituiert werden.

Korrosionsbeständigkeit

Die Legierung 6181 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Al-Mg-Si-Legierungen, bedingt durch die schnell bildende schützende Aluminiumoxid-Oberfläche. In milden Industrie- und Stadtbereichen leistet sie gute Dienste, besonders bei sachgemäßer Lackierung oder Beschichtung; Oberflächenbehandlung und Anlasstemperatur können die Anfälligkeit für lokale Korrosion beeinflussen.

In marinen oder chloridreichen Umgebungen ist 6181 für viele nicht-kritische Anwendungen geeignet, jedoch weniger korrosionsbeständig als speziell für Meerwasser ausgelegte 5xxx (Al-Mg) Legierungen. Lochfraß kann auf ungeschützten Oberflächen auftreten, wenn Schutzbeschichtungen beschädigt sind. 6181 sollte in aggressiven Spritzwasserzonen am Meer geschützt werden.

Das Risiko für Spannungsrisskorrosion bei 6xxx-Legierungen ist generell niedrig im Vergleich zu 2xxx- oder hochfesten 7xxx-Legierungen, aber nicht zu vernachlässigen: Sensibilisierung durch falsche Wärmezyklen oder Eigenspannungen zusammen mit korrosiven Umgebungen kann Abschuppung oder interkristallinen Angriff fördern. Kontaktkorrosion durch galvanische Kopplung mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl) kann lokale Korrosion von 6181 beschleunigen; Designer sollten ungleichartige Metalle isolieren oder kompatible Befestigungen und Oberflächenbehandlungen verwenden.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von 6181 gilt als gut für gängige Schmelzverfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW), wobei empfohlenen Zusatzwerkstoffe typischerweise aus der Al-Si-Familie (z. B. ER4043/ER4047) oder Al-Mg-Si (ER5356) je nach geforderter Nachschweißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit stammen. Die Neigung zu Heißrissen ist bei Al-Mg-Si-Legierungen relativ gering, allerdings erfordert das Minimieren von Porosität und Vergütungsschädigung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) eine sorgfältige Kontrolle von Nahtgeometrie, Wärmeeintrag und Vor-/Nachbehandlungen. Weichung im HAZ kann die lokale Streckgrenze in ausgereiften Anlasstemperaturen verringern, daher ist eine nachträgliche künstliche Alterung nach dem Schweißen oder die Verwendung weicherer Anlässe für die Umformung mit anschließendem Endalumen gängige Praxis.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 6181 ist moderat im Vergleich zu frei zerspanbaren Legierungen; sie lässt sich besser bearbeiten als viele hochfeste Luft- und Raumfahrtlegierungen, aber nicht so sauber wie blei- oder bleiähnliche 2xxx-Legierungen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel, geeigneter Kühlung und kontrollierten Vorschüben erzielen beste Ergebnisse; spanförmigkeit ist meist akzeptabel, aber es kann bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zum Anbacken kommen. Übliche Werkstätten wählen Schnittgeschwindigkeiten etwas geringer als für reines Aluminium, um klebrige Späne und anlasstemperaturabhängige Härteschwankungen zu vermeiden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist in geglühtem Zustand (O) und leicht verfestigten Zuständen (H1x) ausgezeichnet sowie für viele Umformungen in T4/T5-Zuständen ausreichend. Mindestbiegeradien hängen von Anlasstemperatur und Dicke ab, typische Konstruktionsempfehlungen sind ein bis zwei Materialdicken für Abkanten in weichen Zuständen und zwei bis drei Materialdicken für ausgehärtete Zustände, um Oberflächenrisse zu vermeiden. Kaltumformung und Tiefziehen sind in weicheren Zuständen gut möglich; für höherfeste Zustände können inkrementelles Umformen oder Warmumformen plus anschließende Alterung eingesetzt werden, um komplexe Geometrien herzustellen.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Al-Mg-Si-Legierung spricht 6181 auf Lösungsglühen und künstliche Alterung an. Das Lösungsglühen erfolgt typischerweise bei etwa 520–540 °C, um lösliche Phasen aufzulösen und eine übersättigte feste Lösung zu erzeugen, gefolgt von schneller Abschreckung zur Erhaltung der übersättigten Form. Die künstliche Alterung (T6) bei ca. 160–200 °C über mehrere Stunden bewirkt die Ausscheidung feiner Mg2Si-Dispersoidphasen und erreicht die Höchstfestigkeit.

Die Übergänge der Anlasstemperaturen sind vorhersehbar: T4 (lösungsglühen + natürliche Alterung) bietet moderate Festigkeit und gute Umformbarkeit, während T6 (lösungsglühen + künstliche Alterung) die Festigkeit auf Kosten der Duktilität maximiert. Werden Bauteile nach Lösungsglühen kalt umgeformt, müssen natürliche Alterung und eventuelle nachfolgende künstliche Alterungsverfahren koordiniert sein; Erholung und Überalterung können auftreten, wenn Bauteile während der Fertigung oder Nutzung höheren Temperaturen ausgesetzt sind.

Hochtemperatureinsatz

6181 verliert bei erhöhten Temperaturen einen signifikanten Teil seiner Festigkeit bei Raumtemperatur; ab etwa 150–200 °C vergröbert die Ausscheidungsstruktur und Streck- bzw. Zugfestigkeit sinken. Für Dauerbetrieb begrenzen Konstrukteure typischerweise die Einsatztemperatur auf unter ~120–150 °C, um mechanische Eigenschaften und Maßhaltigkeit zu bewahren.

Die Oxidation von Aluminium bleibt durch den schützenden Oxidfilm minimal, aber längere Hitzeeinwirkung kann das Oberflächenbild beeinflussen und das Wachstum intermetallischer Phasen beschleunigen. In geschweißten Strukturen kann der Wärmeeinflussbereich (HAZ) Mikrostrukturen mit verringerter Festigkeit aufweisen, die Kriechen und Dauerbelastung bei höheren Temperaturen beeinträchtigen; Nachbehandlungen oder konstruktive Reserven sind für dauerhafte Hochtemperatureinsätze erforderlich.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 6181 verwendet wird
Automobilindustrie	Außenbleche, Innenverkleidungen, Verstärkungen	Kombination aus Umformbarkeit, Oberflächenqualität und ausscheidungshärtbarer Festigkeit
Marine	Nicht-kritische Strukturbauteile, Zierleisten	Ausreichende Korrosionsbeständigkeit bei entsprechender Beschichtung und gute Herstellbarkeit
Luft- und Raumfahrt	Sekundäre Bauteile und Halterungen	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und saubere Oberflächen für nicht-primäre Strukturen
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit und geringe Dichte
Haushaltsgeräte	Kühlschrankbleche, Gehäuse	Umformbarkeit, Oberflächenoptik und Lackierbarkeit

Die Kombination aus guter Umformbarkeit in weicheren Zuständen und der Möglichkeit, die Festigkeit durch Alterung zu erhöhen, macht 6181 wertvoll für Anwendungen, die gestanzte, lackierte oder extrudierte Bauteile mit ausgewogenem Verhältnis von Fertigungsfreundlichkeit und Einsatzleistung erfordern.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 6181, wenn eine wärmebehandelbare Aluminiumlegierung benötigt wird, die höhere Festigkeit als rein kommerzielles Aluminium bietet und gleichzeitig gute Umformbarkeit für Stanzen und Feinbearbeitung aufweist. Besonders pragmatisch ist dieser Werkstoff für Karosserieaußen- und Innenbleche, bei denen Oberflächenqualität und Lackierbarkeit wichtig sind.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) tauscht 6181 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine geringfügig niedrigere Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und bessere strukturelle Leistung ein. Im Vergleich zu Kaltumformlegierungen wie 3003 oder 5052 bietet 6181 nach der Alterung meist höhere Höchstfestigkeit und erhält gute Korrosionsbeständigkeit, allerdings sind 5xxx-Legierungen in stark chloridbelasteten marinen Umgebungen häufig überlegen. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 kann 6181 in einigen Zuständen eine geringere Höchstfestigkeit aufweisen, bietet jedoch oft bessere Umformbarkeit und Oberflächenqualität für Automobilbleche und wird bevorzugt eingesetzt, wenn Tiefziehen plus Ausscheidungshärtung gefordert sind.

Zusammenfassung

Die Legierung 6181 bleibt eine relevante und weit verbreitete Al-Mg-Si-Legierung, da sie eine praxisgerechte Kombination aus Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und ausscheidungshärtender Festigkeit für Blech- und Extrusionsanwendungen bietet, insbesondere in der Automobil- und allgemeinen Technik, wo Fertigungsfreundlichkeit und Oberflächenqualität entscheidend sind.