Aluminium 6951: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

6951 gehört zur 6xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die allgemein als Al-Mg-Si-Legierungen klassifiziert sind und durch Ausscheidungshärten wärmebehandelt werden können. Es zählt zu einer Untergruppe der 6xxx-Legierungen, die einen moderaten Kupferanteil sowie kontrollierte Mengen an Zink und Chrom enthalten, um die Festigkeit zu erhöhen und die Alterungskinetik zu verändern, während eine gute Korrosionsbeständigkeit erhalten bleibt.

Die wichtigsten Legierungselemente in 6951 sind Magnesium und Silizium (für die Mg2Si-Ausscheidungsphase), wobei Kupfer gezielt als Festigkeits- und Härtungsbeschleuniger eingesetzt wird. Spuren von Chrom, Titan sowie kontrollierte Eisen- und Mangananteile werden zur Kornstruktursteuerung, Rekristallisation sowie Bildung von Dispersoiden verwendet, die Zähigkeit, Verhalten im Wärmeeinflussbereich (HAZ) und Ermüdungsfestigkeit beeinflussen.

Der hauptsächliche Festigkeitsmechanismus ist Ausscheidungshärtung kombiniert mit begrenzter Kaltverfestigung; eine Lösungsglühbehandlung gefolgt von künstlicher Alterung erzeugt feine Mg-Si- (und Kupfer-modifizierte) Ausscheidungen, die Versetzungen blockieren. Wichtige Eigenschaften sind ein erhöhtes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis im Vergleich zu Standard-6xxx-Legierungen, gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit, eine vernünftige Schweißbarkeit mit etwas Risiko für Erweichung im HAZ sowie eine gute Umformbarkeit bei weicheren Zuständen.

Typische Anwendungsbranchen für 6951 sind Luftfahrt-Unterstrukturen und Beschläge, Militärtechnik, Hochleistungs-Automobilkomponenten sowie einige marine Strukturteile, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Fertigbarkeit gefordert ist. Ingenieure wählen 6951, wenn eine höhere Spitzfestigkeit und ein günstiger Ermüdungs-zu-Gewicht-Kompromiss benötigt werden, ohne die Kosten, Fertigungseinschränkungen oder Anodisierungsprobleme der hochfestesten 7xxx-Serie.

Ausführungen (Temper)

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für Umformen und Tiefziehen
H111 / H11	Niedrig-Mittel	Mittel-Hoch	Sehr gut	Gut	Leicht kaltverfestigt, behält gewisse Umformbarkeit
H14	Mittel	Mittel	Gut	Gut	Einstufig kaltverfestigt für erhöhte Streckgrenze
T4	Mittel	Mittel-Hoch	Gut	Gut	Natürlich gealtert nach Lösungsglühen; Zwischenwerte
T5	Mittel-Hoch	Mittel	Mäßig	Gut	Abgekühlt nach Umformung und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig-Mittel	Begrenzt	Gut (mit HAZ-Erweichung)	Lösungsglühen und künstliche Alterung bis zur Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedrig-Mittel	Begrenzt	Gut (mit HAZ-Erweichung)	T6 plus Spannungsarmglühen durch Dehnen; häufig in der Luftfahrt
H24/H34	Mittel-Hoch	Mittel	Mäßig	Gut	Kombinierte Kaltverfestigung und künstliche Alterung für kontrollierte Eigenschaften

Der Temperzustand hat einen maßgeblichen Einfluss auf Festigkeit, Duktilität und Umformbarkeit bei 6951, wobei O- und H-Reihen für starke Umformprozesse wie Tiefziehen eingesetzt werden. T6 und T651 bieten die höchsten statischen Festigkeiten und beste Ermüdungsleistungen, verringern jedoch die Umformbarkeit und erhöhen die Empfindlichkeit gegenüber Wärmeeinträgen beim Schweißen.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Hinweise
Si	0,4–1,0	Bildet mit Mg die stärkenden Mg2Si-Ausscheidungen
Fe	0,1–0,5	Verunreinigung; bildet Intermetallische Verbindungen; kontrolliert zur Vermeidung von Versprödung
Mn	0,05–0,3	Kornstrukturmodifizierer; kleine Mengen verbessern Zähigkeit
Mg	0,6–1,3	Haupt-Festigungselement über Mg2Si; steuert Alterungshärtung
Cu	0,6–1,5	Erhöht Festigkeit, beschleunigt Alterung, beeinflusst Korrosion und HAZ
Zn	0,05–0,30	Geringe Zugabe zur Feinabstimmung von Festigkeit und Alterungsreaktion
Cr	0,05–0,35	Steuert Rekristallisation, Dispersoidbildung und Stabilität des HAZ
Ti	0,02–0,15	Kornfeinungsmittel während Guss/Strangpressen
Sonstige	Rest (inkl. Spuren von Zr, B)	Kleine Zusätze/Verunreinigungen zur Prozesskontrolle

Die Chemie von 6951 ist darauf abgestimmt, die Mg-Si-Ausscheidungen zu begünstigen, wobei Kupfer als Festigkeits- und Alterungsmodifikator wirkt. Das Verhältnis von Silizium zu Magnesium steuert Volumenanteil und Stabilität der Mg2Si-Ausscheidungen, während Kupfer die Abfolge und thermische Stabilität der Ausscheidungen so verändert, dass höhere Spitzfestigkeiten erzielt werden. Chrom und Spurenelemente bilden Dispersoide, die das Kornwachstum begrenzen und die Eigenschaften im HAZ sowie Ermüdung verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 6951 ist typisch für wärmebehandelbare Al-Mg-Si-Cu-Legierungen: Nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung steigt die Festigkeit deutlich durch die Bildung feiner Ausscheidungen an. Das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit hängt vom Temper und der Verarbeitung ab; Zustände mit Spitzenalterung zeigen relativ hohe Streckgrenzen bei moderater Dehnung. Die Dehnung ist im geglühten Zustand hoch für Umformprozesse, sinkt jedoch deutlich in T6/T651, wo das Material empfindlicher gegen lokale Einschnürungen wird.

Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Zugfestigkeit und ist ein nützliches Werkstattmaß zur Temperprüfung; die Härte steigt in vergleichbarem Material etwa um den Faktor 2–3 von O zu T6. Die Ermüdungsfestigkeit profitiert von feinen, gleichmäßig verteilten Ausscheidungen und kontrollierter Mikrostruktur; Oberflächenzustand, Eigenspannungen und Materialdicke beeinflussen die Ermüdungsgrenze stark. Der Einfluss der Dicke ist signifikant, da dickere Querschnitte grobere Ausscheidungsverteilungen und langsamere Abschreckraten aufweisen, was die maximal erreichbare Festigkeit verringert und das Erweichungsverhalten im HAZ verändert.

Eigenschaft	O / Geglüht	Wichtiger Temper (z.B. T6/T651)	Hinweise
Zugfestigkeit	110–180 MPa	320–420 MPa	Breiter Bereich abhängig von Blechdicke, Alterung und Chemie
Streckgrenze	55–110 MPa	280–380 MPa	Streckgrenze steigt deutlich durch künstliche Alterung
Dehnung	18–30%	8–15%	Duktilität sinkt bei Spitzenalterungszuständen; Blechdicke beeinflusst Werte
Härte	25–50 HB	90–140 HB	Härte korreliert mit Ausscheidungsdichte und Verteilung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,78 g/cm³	Typisch für Al-Mg-Si-Familienlegierungen
Schmelzbereich	555–640 °C	Ungefährer Bereich von Solidus bis Liquidus
Wärmeleitfähigkeit	~140–160 W/m·K	Leicht reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Legierungselemente
Elektrische Leitfähigkeit	~30–38 %IACS	Niedriger als bei reinem Aluminium; abhängig vom Temper
Spezifische Wärme	~880–910 J/kg·K	Nahe dem Wert von reinem Aluminium
Wärmeausdehnung	~23,5–24,5 µm/m·K	Typischer linearer Wärmeausdehnungskoeffizient für Aluminiumlegierungen

Diese physikalischen Eigenschaften machen 6951 attraktiv für Anwendungen, in denen geringes Gewicht und Wärmemanagement erforderlich sind, wobei jedoch die Leitfähigkeit zugunsten der Festigkeit durch Legierungselemente reduziert ist. Wärmeausdehnung und Leitfähigkeit sollten in Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigt werden, da Materialunterschiede thermische Ermüdung und Belastungen an Verbindungen verursachen können.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Temper	Hinweise
Blech	0,4–6,0 mm	Festigkeit sinkt leicht mit zunehmender Dicke	O, H14, T4, T6	Verwendet für geformte Platten und Verkleidungen
Platte	>6 mm bis 100 mm	Geringere Abschreckempfindlichkeit; niedrigere Höchstfestigkeit als Dünnblech	O, T6	Strukturteile und Maschinenfundamente
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter Länge	Gute Festigkeit in T6/T651 nach Alterung	T5, T6, T651	Komplexe Profile für Beschläge und Schienen
Rohr	Verschiedene Durchmesser, Wandstärken	Geschweißt oder nahtlos; Eigenschaften abhängig von Verarbeitung	Hx, T5, T6	Flüssigkeitsleitungen, Tragrohre
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 200 mm	Homogenisierte Mikrostruktur zur Gewährleistung einheitlicher Eigenschaften	O, T6	Beschläge, bearbeitete Bauteile

Formfaktor und Herstellungsprozess steuern die Abkühlraten und Rekristallisation, die die endgültige Festigkeit und Zähigkeit von 6951 beeinflussen. Strangpressprofile und dünne Bleche können schnell abgeschreckt werden und erreichen leicht Spitzentemperzustände, während dicke Platten sorgfältige Prozesskontrolle und eventuell thermomechanische Behandlung erfordern, um vergleichbare Eigenschaften zu erzielen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Bezeichnung	Region	Hinweise
AA	6951	USA	Bezeichnung verwendet in Hersteller- bzw. Produktliteratur
EN AW	Kein direkter Äquivalent	Europa	Naheliegendste Alternativen: EN AW-6061 / EN AW-6082 je nach Einsatz
JIS	Kein direkter Äquivalent	Japan	Keine einzelne standardisierte JIS-Bezeichnung deckt 6951 direkt ab
GB/T	Kein direkter Äquivalent	China	Lokale Legierungen mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung möglich; Daten prüfen

Für viele proprietäre Varianten wie 6951 gibt es nicht immer eine exakt passende internationale Entsprechung; Anwender sollten statt alleiniger Nennwert-Äquivalenz die Chemie und Eigenschaftsdaten verifizieren. In der Praxis werden 6061 oder 6082 häufig als funktionelle Vergleichswerte für Designvergleiche herangezogen, jedoch führen der Kupfergehalt und die Ansprechbarkeit beim Altern von 6951 zu unterschiedlichen Spitzenfestigkeiten und unterschiedlichen Empfindlichkeiten im Wärmeeinflussbereich (HAZ).

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Umgebungen bietet 6951 eine solide allgemeine Korrosionsbeständigkeit vergleichbar mit anderen 6xxx-Legierungen, begünstigt durch die Ausbildung einer stabilen Oxidschicht und einen reduzierten Kupferanteil im Vergleich zu 2xxx- oder 7xxx-Serienlegierungen. Die lokale Korrosionsbeständigkeit ist gut, hängt jedoch vom Wärmebehandlungszustand und der Oberflächenbeschaffenheit ab; spitzgealterte Zustände mit Kupfer können eine reduzierte Lochfraßbeständigkeit gegenüber Legierungen mit geringem Kupfergehalt aufweisen.

Bei maritimer Exposition ist Vorsicht geboten: 6951 zeigt akzeptable Leistungen in Offshore- und Spritzwasserzonen, benötigt jedoch möglicherweise Beschichtungen, Eloxieren oder Opferanoden für längere Tauchzeiten in aggressivem Meerwasser. Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist moderat und wird vom Zustand des Zustands und den Eigenspannungen beeinflusst; spitzgealterte Zustände mit Zug-Eigenspannungen sind empfindlicher als lösungsgeglühte oder spannungsarme Materialien.

Galvanische Wechselwirkungen entsprechen dem üblichen Verhalten von Aluminium: in Verbindung mit edleren Metallen (Edelstahl, Kupfer/Messing) korrodiert 6951 bevorzugt, es sei denn, es ist elektrisch isoliert; Eloxieren verbessert den Oberflächenschutz und reduziert die galvanische Kopplung. Im Vergleich zu Magnesium-gefüllten 5xxx-Legierungen tauscht 6951 eine etwas geringere anlagebedingte Meeresbeständigkeit gegen höhere Festigkeit und bessere Alterungshärtung ein.

Fabricationseigenschaften

Schweißeignung

Das Schweißen von 6951 mittels gängiger Schmelzverfahren (WIG, MIG) ist möglich, jedoch zeigt die Legierung eine gewisse Erweichung im Wärmeeinflussbereich durch Auflösung und Grobkornbildung der ausscheidungsgehärteten Partikel. Die Auswahl von passenden Füllwerkstoffen mit kompatibler Festigkeit (z. B. 4043, 5356 je nach Verbindungsanforderung) und vor-/nachgeschaltete Wärmebehandlungen können den Festigkeitsverlust teilweise kompensieren. Die Gefahr durch Heißrisse ist moderat und wird durch Schweißnahtgestaltung, Schweißgeschwindigkeit und Sauberkeit beeinflusst; korrekte Nahtvorbereitung und Kontrolle der Schmelzbadzusammensetzung sind wichtig.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 6951 entspricht typischen wärmebehandelbaren Al-Mg-Si-Legierungen und ist im T6/T651-Zustand durch die höhere Härte gut, da sie eine stabile Spanbildung ermöglicht. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und geeigneter Kühlung erzielen die besten Bearbeitungszeiten; Schnittgeschwindigkeiten sind im Vergleich zu Stählen hoch, sollten jedoch so gewählt werden, dass Aufbauschneiden vermieden werden. Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sind hervorragend, jedoch können Eigenspannungen durch spanende Bearbeitung die Ermüdungsfestigkeit kritisch beanspruchter Bauteile beeinflussen, sodass Prozessplanung und spannungsarmglühende Nachbearbeitung erforderlich sein können.

Verformbarkeit

Die Umformbarkeit ist in weicheren Zuständen (O, H1x, T4) bevorzugt, wobei Umformbarkeit und Biegeradien ausgezeichnet sind; mit zunehmender Härte (H2x, H14) nimmt die Umformbarkeit ab, die Rückfederung ist aber besser beherrschbar. Im T6/T651-Zustand ist die Legierung nur begrenzt kaltumformbar und neigt bei engen Radien zu Rissbildung; Lösungsglühen und erneute Alterung oder Warmumformen können eingesetzt werden, um komplexe Geometrien mit minimaler Rissbildung zu erzielen. Empfohlene Mindestbiegeradien und Umformzulagen sollten für kritische Geometrien durch Versuch festgelegt werden.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Legierung spricht 6951 auf konventionelle Lösungsglühen und künstliche Alterungszyklen an. Das Lösungsglühen erfolgt bei Temperaturen, die Mg2Si- und Kupfer-phasen auflösen (typisch im Bereich 510–540 °C für viele 6xxx-Legierungen) und wird durch Abschrecken ergänzt, um die übersättigte Feststofflösung zu erhalten. Die Abschreckgeschwindigkeiten sind entscheidend, um das maximale Volumen an Lösungselementen für die anschließende Ausscheidungshärtung zu sichern.

Die künstliche Alterung (T5/T6) bewirkt die Ausscheidung feiner Mg-Si- (und Kupfer-haltiger) Phasen; die Alterungskinetik ist bei Kupfermodifikation schneller und die Spitzenfestigkeiten höher, jedoch müssen thermische Stabilität und Überalterung kontrolliert werden, um übermäßigen Eigenschaftenabbau zu vermeiden. T-Zustände sind innerhalb gewisser Grenzen reversibel: Bauteile können lösungsgeglüht und künstlich gealtert zum T6-Zustand oder teilweise kaltverformt und künstlich gealtert zu H2x/H3x-Kombinationen für maßgeschneiderte Streckgrenze/Zähigkeits-Kombinationen behandelt werden. Für nicht wärmebehandelbare Verfahren werden inkrementelle Kaltverfestigung und Anlassen eingesetzt, um die Eigenschaften anzupassen.

Hochtemperatureigenschaften

6951 zeigt über den üblichen Einsatzt temperaturen einen fortschreitenden Festigkeitsverlust in Streck- und Zugfestigkeit; oberhalb von etwa 150 °C ist mit deutlichem Festigkeitsabbau durch Ausscheidungsgrobkornbildung und Auflösung zu rechnen. Die Oxidation an Luft ist bei moderat erhöhten Temperaturen aufgrund der stabilen Aluminiumoxid-Schicht gering, aber langfristige thermische Beanspruchung verändert die Ausscheidungsstruktur und verringert Ermüdungs- und statische Festigkeit.

Schweiß-Wärmeeinflusszonen sind besonders anfällig für Erweichung bei lokal erhöhten Temperaturen durch Ausscheidungsauflösung und Überalterung; durch geringere Wärmeeinträge, Nachalterung oder lokale Wärmebehandlungen kann ein wesentlicher Teil der ursprünglichen Festigkeit wiederhergestellt werden. Für Dauerbetrieb bei erhöhten Temperaturen sollten alternative hochtemperaturbeständige Aluminiumlegierungen oder metallische Werkstoffe ohne Aluminiumbasis berücksichtigt werden, je nach Kriechbeanspruchung.

Anwendungsbereiche

Industrie	Beispielkomponente	Warum 6951 verwendet wird
Automobilindustrie	Strukturverstärkungen, Fahrwerksbügel	Hohe spezifische Festigkeit, gutes Ermüdungsverhalten
Marine	Versteifungen und Strukturunterrahmen	Ausgewogene Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit
Luft- und Raumfahrt	Beschläge, kleinere Strukturbauteile	Gutes Verhältnis Festigkeit zu Gewicht und kontrollierte HAZ mit T651
Verteidigung	Waffenhalterungen und gehärtete Gehäuse	Hohe statische Festigkeit bei guter Zerspanbarkeit
Elektronik	Gehäuse und Wärmeverteiler	Gute Wärmeleitfähigkeit und Zerspanbarkeit

6951 wird dort eingesetzt, wo eine höherfeste 6xxx-Legierung benötigt wird, ohne auf schwerere oder weniger korrosionsbeständige Serien auszuweichen. Die gute Zerspanbarkeit und Formgebung ermöglichen es Konstrukteuren, komplexe Bauteile mit höherer Spitzenfestigkeit bei zufriedenstellender Korrosionsperformance zu spezifizieren.

Auswahlhinweise

Verwenden Sie 6951, wenn Sie eine höhere Spitzenfestigkeit als bei Standard-6xxx-Legierungen bei gleichzeitig angemessener Korrosionsbeständigkeit und guter Zerspanbarkeit benötigen. Es ist eine praxisnahe Wahl für mittel- bis hochfeste Bauteile, bei denen die Ermüdungslebensdauer eine wichtige Rolle spielt und T6/T651-Zustände akzeptabel sind.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 6951 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie ausgezeichnete Umformbarkeit gegen einen erheblichen Festigkeits- und Ermüdungsgewinn. Im Vergleich zu Kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 6951 deutlich höhere Streckgrenzen und Zugfestigkeiten, allerdings etwas geringer eingeborene Meerwasserbeständigkeit und eingeschränktere Kaltumformbarkeit. Gegenüber gebräuchlichen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 kann 6951 bevorzugt werden, wenn ein leicht verändertes Verhältnis aus Festigkeit, Alterungsreaktion und Ermüdungsverhalten gewünscht ist, auch wenn es nicht immer Spitzenwerte gegenüber den leistungsstarken 7xxx- oder spezialisierten 2xxx-Serien erreicht.

Abschließende Zusammenfassung

6951 bleibt relevant für moderne Anwendungen, in denen eine abgestimmte Kombination aus ausscheidungshärtbarer Festigkeit, Ermüdungsleistung und angemessener Korrosionsbeständigkeit gefordert wird. Die Verarbeitungsflexibilität über Blech, Platte und Strangpressprofile kombiniert mit verlässlicher Zerspanbarkeit macht die Legierung zu einem starken Kandidaten für Luftfahrt-, Verteidigungs- und Hochleistungsautomobilanwendungen, bei denen optimierte Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnisse entscheidend sind.