Aluminium 6201: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen
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Umfassender Überblick
6201 ist eine Legierung aus der 6xxx-Aluminiumserie (Al-Mg-Si-Familie), die wärmebehandelbar ist und eine Kombination aus moderater Festigkeit, guter Extrudierbarkeit und angemessener Korrosionsbeständigkeit bietet. Die Hauptlegierungselemente sind Magnesium und Silizium, die beim Auslagern Mg2Si-Ausscheidungen bilden; geringe Zusatzmengen und kontrollierte Verunreinigungen (Fe, Mn, Cu, Cr, Ti) werden verwendet, um das mechanische Verhalten und die Verarbeitbarkeit gezielt einzustellen.
Die Festigkeitssteigerung bei 6201 erfolgt hauptsächlich durch Lösungsglühen, gefolgt von Abschrecken und künstlichem Auslagern (Ausscheidungshärtung), wobei eine gewisse Eigenschaftseinstellung durch kontrollierte Kaltumformung vor dem Auslagern möglich ist. Wichtige Merkmale sind eine moderate bis hohe Festigkeit im wärmebehandelten Zustand, gute Anodisierbarkeit, gute Umformbarkeit im weichen Zustand sowie eine akzeptable Schweißbarkeit unter Berücksichtigung der Anlauffarben-Weichzone (HAZ); diese Kombination macht 6201 besonders geeignet für Anwendungen, die eine Balance zwischen Extrusionsleistung, struktureller Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit erfordern.
Typische Anwendungsbereiche für 6201 umfassen den Transportsektor (strukturgebende Profile und funktionale Bauteile), die elektrische Energieübertragung (Leiter und Sammelschienen, bei denen Leitfähigkeit und Festigkeit ausgeglichen werden müssen), architektonische Profile sowie mechanische Komponenten, die extrudierte Profile erfordern. Konstrukteure wählen 6201 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein Kompromiss zwischen der hohen Festigkeit von 6xxx-Legierungen wie 6061 und der besseren Extrudierbarkeit sowie Leitfähigkeit von Legierungen für Leiteranwendungen nötig ist, oder wenn spezifische Profilgeometrien von den Fließeigenschaften und dem Alterungsverhalten von 6201 profitieren.
Im Vergleich zu anderen 6xxx-Legierungen wird 6201 häufig für spezifische Produktformen (Extrusionen, gezogene Leiter) und thermische Prozessfenster ausgewählt; es zeigt eine gute Ausscheidungshärtungsreaktion bei gleichzeitig akzeptabler Korrosionsbeständigkeit und oberflächenverträglicher Eignung für Anodisieren oder Lackieren.
Ausführungen (Temperzustände)
| Temperzustand | Festigkeitsniveau | Dehnung | Umformbarkeit | Schweißbarkeit | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Niedrig | Hoch | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformungen |
| T4 | Mittel | Mittel-Hoch | Gut | Gut | Gelöst und natürlich ausgelagert; guter Kompromiss aus Umformbarkeit und Festigkeit |
| T6 | Hoch | Niedrig-Mittel | Akzeptabel | Akzeptabel | Gelöst und künstlich ausgelagert auf Höchstfestigkeit; üblich für strukturelle Anwendungen |
| T5 | Mittel-Hoch | Mittel | Gut | Gut | Vom Warmumformen abgeschreckt und künstlich ausgelagert; oft bei Extrusionen mit sofortiger Alterung genutzt |
| T651 | Hoch | Niedrig | Akzeptabel | Akzeptabel | Gelöst, spannungsarm vergütet durch Dehnung, dann künstlich ausgelagert; verringerte Eigenspannungen für Bearbeitung |
| H14 | Mittel | Niedrig-Mittel | Begrenzt | Gut | Kaltverfestigt und teilweise geglüht zu stabilem Kaltverfestigungszustand; verwendet für geformte Blechteile |
Die Temperaturbehandlung ändert die mechanischen Eigenschaften von 6201 erheblich, da der Ausscheidungszustand von Mg2Si Streckgrenze und Zugfestigkeit steuert. Weiche Zustände (O, T4) werden bevorzugt bei Umformungen und Ziehvorgängen eingesetzt, während T5/T6/T651 gewählt werden, wenn Maßhaltigkeit und Höchstfestigkeit für den Einsatz gefordert sind; bei geschweißten Baugruppen sind Schweißbarkeit und Weichzonen-Eigenspannungen zu berücksichtigen.
Chemische Zusammensetzung
| Element | Prozentbereich | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Si | 0,5–1,2 | Fördert Mg2Si-Ausscheidungen; steuert Festigkeit und Fließverhalten beim Extrudieren |
| Fe | 0,0–0,7 | Verunreinigung; erhöht Festigkeit und senkt Duktilität sowie Oberflächenqualität bei hohen Werten |
| Mn | 0,0–0,5 | Körnerfeinung und verbesserte Zähigkeit; typischerweise gering bei Leitwert-Legierungen |
| Mg | 0,4–0,9 | Hauptelement zur Festigkeitssteigerung durch Mg2Si |
| Cu | 0,0–0,2 | Kleine Mengen erhöhen die Festigkeit, vermindern jedoch die Korrosionsbeständigkeit |
| Zn | 0,0–0,2 | Typischerweise gering; höhere Zn-Gehalte steigern Festigkeit, senken jedoch die Spannungskorrosionsbeständigkeit |
| Cr | 0,0–0,25 | Steuert die Kornstruktur und Rekristallisation während der Verarbeitung |
| Ti | 0,0–0,15 | Wird als Kornfeinungsmittel in Guss- und Walzprodukten verwendet |
| Andere (jeweils) | 0,0–0,05 | Spurenelemente und Reststoffe; Balance Aluminium |
Die Zusammensetzung ist optimiert für eine wirksame Ausscheidungshärtung (Mg + Si), wobei Verunreinigungen niedrig gehalten werden, um Leitfähigkeit und Oberflächenqualität zu erhalten. Kleine Mengen von Elementen wie Cr und Mn regulieren die Rekristallisation und das Kornwachstum während Warmumformung und nachfolgenden Wärmezyklen, was eine bessere Maßhaltigkeit und Ermüdungsfestigkeit unterstützt.
Mechanische Eigenschaften
Das Zugverhalten von 6201 ist typisch für wärmebehandelbare Al-Mg-Si-Legierungen: im geglühten oder T4-Zustand weich und hoch duktil mit einem weiten plastischen Bereich, während T5/T6-Zustände höhere Festigkeit mit reduzierter Dehnung durch feine Mg2Si-Ausscheidungen aufweisen. Streck- und Zugfestigkeit hängen stark vom Alterungsschema, Kaltumformung vor dem Auslagern und Querschnittsdicke ab; dünne Extrusionen erreichen die Höchstwerte schneller und gleichmäßiger als dickere Querschnitte.
Die Härte folgt dem Ausscheidungszustand und steigt typischerweise von etwa 35 HB im Zustand O auf 70–95 HB im peak ausgelagerten T6-Zustand, was korrespondierende Vorteile bei Streck- und Zugfestigkeit zeigt. Die Ermüdungsbeständigkeit wird durch Oberflächenqualität, Extrusionsfehler und lokale Porosität beeinflusst; korrekt verarbeitetes und altersbehandeltes 6201 zeigt gute Hochzyklusermüdungsfestigkeit für strukturelle Profile, ist aber weniger ermüdungsbeständig als manche 2xxx/7xxx-Hochfestlegierungen.
Dicke und Profilgeometrie beeinflussen die Lösungsglüh- und Alterungskinetik; dickere Querschnitte kühlen langsamer und erfordern zum Verhindern von Unteralterung im Kernbereich gegebenenfalls angepasste Alterungszyklen. Herstellprozesse wie Streckrichten (T651) und kontrollierte Voralterung durch Kaltverformung können das Verhältnis von Streckgrenze zu Dehnung individuell anfordern.
| Eigenschaft | O/Geglüht | Wesentlicher Temper (z.B. T6) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | ~90–140 MPa | ~240–310 MPa | Zugfestigkeit abhängig von Alterung und Querschnittsdicke; typische Spanne im peak ausgelagerten Zustand |
| Streckgrenze | ~40–80 MPa | ~130–260 MPa | Streckgrenze steigt deutlich durch Ausscheidung; Kaltumformung vor dem Auslagern erhöht diese weiter |
| Dehnung | ~20–35 % | ~6–14 % | Duktilität reduziert im peak ausgelagerten Zustand; Dehnung variiert je nach Querschnitt und Prüfrichtung |
| Härte | ~25–40 HB | ~70–95 HB | Brinell-Härtewerte ungefähre Angaben; Härte korreliert mit Ausscheidungsverteilung |
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Wert | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Dichte | 2,68–2,70 g/cm³ | Typisch für Al-Mg-Si-Legierungen; relevant für Festigkeit-zu-Gewicht-Berechnungen |
| Schmelzbereich | ~580–650 °C (Solidus–Liquidus-Bereich) | Legierungselemente senken und verbreitern das Schmelzintervall gegenüber reinem Aluminium |
| Wärmeleitfähigkeit | 140–170 W/m·K | Niedriger als bei reinem Aluminium, aber ausreichend für viele wärmetechnische Anwendungen |
| Elektrische Leitfähigkeit | ~30–45 % IACS | Niedriger als bei reinem Aluminium; Leitfähigkeit wird zugunsten der Festigkeit durch Legierung reduziert |
| Spezifische Wärme | ~0,90 kJ/kg·K (900 J/kg·K) | Typischer Wert für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur |
| Wärmeausdehnung | ~23–24 µm/m·K (23–24 ×10⁻⁶ /K) | Typischer Wärmeausdehnungskoeffizient für Aluminiumlegierungen, wichtig für Füge- und Verbindungsdesign |
6201 vereint die günstige Kombination aus niedriger Dichte und guten thermischen Eigenschaften von Aluminium, weshalb es häufig in leitfähigen oder wärmeableitenden Strukturen mit Fokus auf Gewichtsersparnis eingesetzt wird. Wärme- und elektrische Leitfähigkeiten sind gegenüber reinem Aluminium durch Legierungselemente wie Mg und Si aufgrund Streuung geringer; dies sollte bei Designs mit hoher Leitfähigkeitsanforderung berücksichtigt werden.
Produktformen
| Form | Typische Dicke/Größe | Festigkeitsverhalten | Gängige Zustände | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Blech | 0,5–6,0 mm | Dünne Bleche sprechen schnell auf Alterung an; gute Umformbarkeit in O/T4 | O, H14, T4 | Verwendung für geformte Bleche und leichte Strukturelemente |
| Platte | 6–50+ mm | Dicke Sektionen haben langsameren Wärmetransport; nach der Alterung kann die Kernfestigkeit geringer sein | O, T4, T651 | Dicke Platten benötigen angepasste Wärmebehandlungen zur Gewährleistung homogener Eigenschaften |
| Strangpressprofil | Wandstärken von 1–100+ mm | Hervorragende Strangpressbarkeit; ausscheidungshärtet für Festigkeit | T5, T6, T651 | Üblich für komplexe Profile, Schienen, Sammelschienen und Strukturbauteile |
| Rohr | Ø wenige mm bis große Durchmesser | Eigenschaften variieren mit Kaltziehen und Alterung | O, T4, T6 | Verwendung für Strukturrohre und Leiterhülsen |
| Stab/Rundstahl | Ø wenige mm bis 50+ mm | Massive Sektionen beeinflusst durch Abkühlraten | O, T6 | Verwendung für bearbeitete Bauteile und Bolzen |
Die Umform- und Verarbeitsverfahren unterscheiden sich deutlich zwischen Blechen und Strangpressprofilen: Strangpressprofile profitieren von der Fließfähigkeit von 6201 bei Warmumformung und reagieren gut auf sofortige Alterung (T5) oder Lösungsglühen und anschließende Alterung nach dem Strangpressen (T6). Platten und dicke Sektionen erfordern längere Lösungsglühzeiten oder modifizierte Alterungszyklen, um gleichmäßige Eigenschaften durch den Querschnitt zu gewährleisten, während dünne Bleche nachsichtiger sind und häufig in geformten Bauteilen oder gezogenen Produkten verwendet werden.
Äquivalente Legierungen
| Norm | Legierung | Region | Hinweise |
|---|---|---|---|
| AA | 6201 | USA | Bezeichnung nach Aluminum Association für die geschmiedete Legierung 6201 |
| EN AW | 6201 | Europa | Üblich als EN AW-6201 genannt; Chemie und Zustände entsprechen AA-Standards |
| JIS | — | Japan | Keine direkte 1:1 JIS-Entsprechung; ähnliches Verhalten wie JIS A6061/A6063 je nach Zustand |
| GB/T | — | China | Nicht immer als eigenständige GB-Legierung gelistet; vergleichbar mit inländischen Al‑Mg‑Si Schmiedellegierungen |
Die Vergabe von Bezeichnungen und Spezifikationspraxis variiert je nach Region; EN AW-6201 und AA 6201 sind in Zusammensetzung und Zuständen meist kompatibel, jedoch können Details wie Verunreinigungsgrenzen, mechanische Prüfrichtungen und zulässige Zustände abweichen. Wo direkte Entsprechungen in nationalen Normen (JIS, GB/T) fehlen, verwenden Konstrukteure die nächstgelegenen Al‑Mg‑Si Legierungen mit vergleichbarer Chemie und Alterungsreaktion und prüfen bei kritischen Anwendungen die mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
Korrosionsbeständigkeit
6201 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit ähnlich anderen Al‑Mg‑Si Legierungen, da die Aluminiumschicht die Oberfläche passiviert und geringe Legierungsanteile die Lochfraßbeständigkeit nicht stark beeinträchtigen. In ländlichen und städtischen Atmosphären zeigt die Legierung gute Beständigkeit, nimmt dekorative Oberflächenbehandlungen oder Eloxieren gut an, was Korrosionsschutz und Verschleißfestigkeit zusätzlich verbessert.
In maritimen oder chloridreichen Umgebungen ist 6201 mäßig beständig, jedoch weniger tolerant als Al‑Mg (5xxx) Legierungen, die speziell für Meerwassereinsatz entwickelt wurden; Spalt- und Lochkorrosion können an Kratzern, Schweißnähten oder salzangesammelten Stellen auftreten. Für längere Meeresexposition sind Schutzbeschichtungen, Eloxieren oder Auswahl höher korrosionsbeständiger Legierungen empfehlenswert, zudem ist auf galvanische Paare zu achten.
Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) bei 6xxx Legierungen ist im Vergleich zu hochfesten 2xxx und 7xxx Serien gering, jedoch können überalterte oder zu wenig gealterte Mikrostrukturen und Zugrestspannungen nahe Schweißnähten das Risiko erhöhen. Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Metallen (Kupfer, Edelstahl) können die lokale Korrosion von 6201 beschleunigen, weshalb elektrische Isolierung oder Opferanoden in Mehrkomponentensystemen berücksichtigt werden sollten.
Fertigungseigenschaften
Schweißbarkeit
6201 ist generell schweißbar mit gängigen Schmelzprozessen (TIG/GTAW, MIG/GMAW) und kann mit passenden Zusatzwerkstoffen verbunden werden (üblich 4043 (Al‑Si) oder 5356 (Al‑Mg) je nach erforderlicher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit). Die Schweißwärmezone (HAZ) weist Festigkeitsabfall durch Auflösung und Grobkorngbildung der Ausscheidungen auf; Konstrukteure sollten die verminderte Festigkeit im Schweißbereich berücksichtigen und gegebenenfalls Nachwärmen oder mechanische Gestaltung zur Vermeidung von Spannungskonzentrationen einbeziehen.
Zerspanbarkeit
Die Zerspanbarkeit von 6201 ist moderat und vergleichbar mit anderen 6xxx Serienlegierungen; das Spanbild ist unter weichen Zuständen meist glatt mit langen Spänen, unter härtenden Zuständen kurz und bröckelig. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und ausreichender Kühlung sind für Drehen und Fräsen empfohlen; Vorschub und Schnittgeschwindigkeit sollten optimiert werden, um Freiwinkelbildung zu vermeiden. Spannungsarmglühen kann zur Minimierung von Verzug bei bearbeiteten Teilen erforderlich sein.
Umformbarkeit
Die Umformleistung ist in O- und T4-Zuständen ausgezeichnet, ermöglicht Biegen, Tiefziehen und komplexe Profilformung mit relativ geringem Rückfederverhalten. Biegeradien sollten die allgemeinen Aluminium-Regeln beachten (mindestens Innenradius ca. 1–2× Blechdicke für die meisten Verfahren), und die Rückfederkompensation muss Zustand und Alterung berücksichtigen. Nach Lösungsglühen ist häufig eine Alterung oder Stabilisierung erforderlich, um Maßänderungen im Einsatz zu kontrollieren.
Verhalten bei Wärmebehandlung
6201 spricht auf Standard-Wärmebehandlungszyklen für Al‑Mg‑Si Legierungen an: Lösungsglühen im Bereich von ca. 520–560 °C zur Auflösung von Mg2Si in festen Zustand, schnelles Abschrecken zur Erhaltung der übersättigten Matrix, gefolgt von natürlicher Alterung (T4) oder gesteuerter künstlicher Alterung (T5/T6) zur Ausscheidung feinverteilter Mg2Si-Partikel und Festigkeitsentwicklung. Alterungszyklen variieren (z. B. 160–180 °C für mehrere Stunden) je nach Querschnitt und gewünschtem Eigenschaften-Mix aus Festigkeit und Duktilität.
T-Zustandsübergänge werden durch Zeit-Temperatur-Verläufe gesteuert: Unteralterung erhöht Duktilität und senkt die Streckgrenze, Vollalterung (T6) maximiert die Festigkeit, und Überalterung reduziert die Festigkeit bei gleichzeitig gesteigerter Zähigkeit und SCC-Beständigkeit. T651 (gelöst geglüht, gedehnt gerichtet, künstlich gealtert) wird häufig verwendet, wenn Restspannungen reduziert und Maßhaltigkeit verlangt wird.
Für nicht wärmebehandelbare Fertigungsschritte kann Kaltverfestigung die Streckgrenze moderat anheben, ist jedoch nicht der Hauptfestigkeitsmechanismus von 6201; Vollglühen (O-Zustand) stellt maximale Duktilität wieder her und wird vor Umform- oder Ziehprozessen eingesetzt.
Hochtemperatureigenschaften
Die Einsatzfestigkeit von 6201 nimmt bei moderat erhöhten Temperaturen ab, da sich Ausscheidungen vergrößern und die übersättigte Matrix entspannt; Langzeitstabilität oberhalb von ca. 120–150 °C reduziert die Festigkeit im ausgeprägten Alterungszustand erheblich und ist für Konstruktionen nicht empfohlen. Kurze Temperaturbelastungen bis ca. 100–120 °C beeinflussen die Eigenschaften meist nur gering, sofern keine längeren Überalterungsprozesse einsetzen.
Die Oxidation bei hohen Temperaturen ist durch die schützende Aluminiumschicht begrenzt, aber längere Einwirkungen in aggressiven Atmosphären können die Oberflächenchemie verändern und die Ermüdungsfestigkeit mindern. Die Wärmebeeinflusste Zone (HAZ) an Schweißnähten ist besonders anfällig für Erweichung bei erhöhter Temperatur; Konstruktionen müssen mögliche Kriech- oder Relaxationsprozesse bei warmen Einsatzbedingungen berücksichtigen.
Anwendungsbereiche
| Branche | Beispielkomponente | Grund für den Einsatz von 6201 |
|---|---|---|
| Automobilindustrie | Stranggepresste Strukturprofile, Zierleisten | Gutes Gleichgewicht aus Strangpressbarkeit, Festigkeit und Oberflächenqualität für komplexe Profile |
| Maritime Technik | Nicht-kritische Strukturprofile, Beschläge | Ausreichende Korrosionsbeständigkeit und Eloxierbarkeit für schützende Oberflächen |
| Luft- und Raumfahrt | Sekundäre Inneneinbauten, leitfähige Sammelschienen | Günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie gute Ermüdungs- und Bearbeitbarkeit bei korrekter Verarbeitung |
| Elektrotechnik | Sammelschienen, Leiter, Steckprofil | Angemessene elektrische Leitfähigkeit kombiniert mit verbesserter mechanischer Festigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium |
| Architektur | Fensterrahmen, Vorhangfassadenprofile | Ausgezeichnete Oberflächenqualität, Eloxierbarkeit und Maßhaltigkeit nach der Alterung |
6201 wird überwiegend für stranggepresste Profile gewählt, die eine Kombination aus struktureller Leistungsfähigkeit, guter Oberflächenqualität und Fertigung in komplexe Formen erfordern. Die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Zustände und Nachbehandlungen (Eloxieren, Lackieren) macht die Legierung zu einer häufigen Wahl, wenn sowohl Ästhetik als auch Funktionalität wichtig sind.
Auswahlhinweise
Wählen Sie 6201, wenn Sie eine wärmebehandelbare Al‑Mg‑Si Legierung benötigen, die eine gute Strangpressbarkeit, mittlere bis hohe Festigkeit und akzeptable Leitfähigkeit für Leiter oder Sammelschienenkombinationen bietet. Es ist eine gut geeignete Mittelklasselegierung für technische Profile, bei denen T5/T6 Zustände die erforderliche Festigkeit ohne die höheren Kosten und Prozesskomplexität sehr hochfester Legierungen ermöglichen.
Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) bietet 6201 höhere mechanische Festigkeit und bessere Maßhaltigkeit bei gleichzeitig reduzierter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit; 6201 wird dort eingesetzt, wo Festigkeit im Vordergrund steht, aber eine gewisse Leitfähigkeit erhalten bleiben muss. Im Vergleich zu durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 weist 6201 (im angelassenen Zustand) eine höhere Festigkeit auf, bietet jedoch eine etwas geringere Korrosionsbeständigkeit in stark chloridhaltigen Umgebungen; wählen Sie 6201 für strukturelle Profile statt für dauerhaften Kontakt mit Meerwasser. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 wird 6201 bevorzugt, wenn eine gute Extrudierbarkeit und verarbeitungsfreundliche Leiterfenster gefragt sind oder wenn trotz vergleichbarer oder etwas niedrigerer Höchstfestigkeit ein spezifisches Gleichgewicht aus Ausscheidungskinetik und Oberflächenbeschaffenheit benötigt wird.
Abschließende Zusammenfassung
6201 bleibt eine relevante Aluminiumlegierung für moderne Ingenieuranwendungen, da sie eine praxisgerechte Kombination aus Extrusionsleistung, wärmebehandelbarer Festigkeit und Oberflächenverarbeitbarkeit bietet. Dadurch ist sie wertvoll für strukturelle Profile, leitfähige Bauteile und architektonische Anwendungen, bei denen ausgewogene mechanische, thermische und Korrosionseigenschaften erforderlich sind.