Aluminium 7012: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandstabelle & Anwendungen

Umfassender Überblick

7012 gehört zur 7xxx-Reihe der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die durch Zink als Hauptlegierungselement mit Magnesium und Kupfer als sekundären Bestandteilen definiert ist. Diese Legierungen sind im Allgemeinen für hohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtung formuliert und werden als wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen klassifiziert, nicht als reine Kaltumformlegierungen.

Hauptlegierungselemente in 7012 sind Zink (Zn), Magnesium (Mg) und Kupfer (Cu), oft begleitet von gezielten Zusätzen von Chrom (Cr), Titan (Ti) sowie Spuren von Eisen (Fe) und Silizium (Si) zur Prozesskontrolle. Der Festigkeitsmechanismus beruht überwiegend auf Alterungshärtung (Ausscheidung von MgZn2 und verwandten Phasen) nach Lösungsglühen und kontrollierten Alterungszyklen; Körnerkontrolle und Dispergierungen durch Spurenelemente unterstützen die Schadensresistenz und Steuerung der Rekristallisation.

Zentrale Merkmale von 7012 sind hohe spezifische Festigkeit, moderate bis gute Dauerfestigkeit und erzielbare Zähigkeit bei korrekter Verarbeitung; die Korrosionsbeständigkeit ist moderat und abhängig vom Zustand sowie der lokalen Metallurgie, während die Schweißbarkeit aufgrund von Erweichung im Wärmeeinflussgebiet (WEZ) und Anfälligkeit für Heißrisse unter bestimmten Bedingungen eingeschränkt sein kann. Typische Einsatzbranchen für 7xxx-Legierungen wie 7012 sind Strukturbauteile in der Luftfahrt, Militär- und Verteidigungskomponenten, Hochleistungssportartikel sowie spezielle Automobil- und Marinebauteile, bei denen ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis entscheidend ist.

Ingenieure wählen 7012 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein Ausgleich zwischen hoher statischer Festigkeit, guter Dauerfestigkeit und angepasster Zähigkeit gefordert ist und wenn die konstruktiven Anforderungen die Einschränkungen in Umformbarkeit und einfacherer Schweißbarkeit geringfügig höherfester Legierungen überwiegen. Es wird bevorzugt statt der höherfesten, jedoch korrosions- und spannungsrissanfälligeren 7075-Varianten eingesetzt, wenn verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Duktilität in bestimmten Zuständen gewünscht sind.

Vergütungszustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig weichgeglüht, ideal für Umformung und Fügen vor der Endwärmebehandlung
H14	Moderat	Moderat (10–18%)	Gut (begrenztes Tiefziehen)	Gut	Kaltverfestigt, verwendet für unverstärkte Bauteile
T5	Moderat-Hoch	Moderat (8–14%)	Mäßig	Begrenzt	Abgekühlt aus erhöhter Temperatur und künstlich gealtert; schnellere Verarbeitung
T6	Hoch	Moderat (6–12%)	Begrenzt	Begrenzt (WEZ-Erweichung beim Schweißen)	Gelöstgeglüht und künstlich gealtert für höchste Festigkeit
T651	Hoch	Moderat (6–12%)	Begrenzt	Begrenzt	T6-Zustand mit Spannungsabbau durch Nachdehnen nach Abschrecken; verwendet in kritischen Strukturbauteilen

Der Vergütungszustand beeinflusst maßgeblich den Kompromiss zwischen Festigkeit und Duktilität des 7012, wobei der weichgeglühte (O) Zustand maximale Umformbarkeit bietet und T6/T651 die höchste mechanische Festigkeit auf Kosten der Dehnung. Praktische Fertigungsabläufe kombinieren oft ein O-Umformen gefolgt von Lösungsglühen und Alterung oder setzen kontrolliertes Voraldern (T5) ein, wenn dimensionsstabile Bauteile ohne vollständiges Lösungsglühen benötigt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	0,10–0,40	Typisches Verunreinigungslimit zur Vermeidung spröder Intermetallische Phasen
Fe	0,10–0,50	Verunreinigung; fördert grobe Intermetallische Teilchen bei unkontrollierter Zugabe
Mn	0,05–0,30	Geringe Zugabe zur Verbesserung der Kornstruktur und Zähigkeit
Mg	1,0–2,5	Hauptfestigungselement neben Zn durch MgZn-Ausscheidungen
Cu	0,2–2,0	Erhöht Spitzenfestigkeit und Härte, kann aber Spannungsrisskorrosion (SCC) fördern
Zn	3,5–6,5	Hauptträger der Festigkeit über MgZn2-Ausscheidungen während der Alterung
Cr	0,05–0,25	Steuerung der Mikrostruktur zur Hemmung der Rekristallisation und Verbesserung der Zähigkeit
Ti	0,02–0,15	Kornfeinungsmittel in Guss- und Schmiedeerzeugnissen
Sonstige	Rest Al, Spurenverunreinigungen	Aluminiumrest mit strenger Kontrolle von Elementen, die niedrigschmelzende Phasen bilden

Die relativen Anteile von Zn, Mg und Cu bestimmen die Ausscheidungskinetik sowie die erreichbare Spitzenfestigkeit im Verhältnis zu Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Spurenelemente und Verunreinigungen beeinflussen die Korngröße, das Rekristallisationsverhalten, die Bildung von Dispergierungen sowie die Anfälligkeit für lokale Korrosion oder Heißrisse während der Verarbeitung.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugbetrieb zeigt 7012 bei korrekt gealterten Zuständen hohe Zugfestigkeit, wobei die Streckgrenze tendenziell nahe folgt, da die Matrix durch Ausscheidungen verstärkt ist. Die Bruchdehnung nimmt mit steigender Festigkeit ab; typische T6-ähnliche Zustände weisen moderate Duktilität auf, die für viele Strukturbauteile ausreichend ist, jedoch bei hochbeanspruchten Anwendungen vorsichtig ausgelegt werden muss.

Die Härte korreliert mit dem Alterungsgrad; im Spitzenalterungszustand werden maximale Härte und statische Festigkeit erreicht, während Überalterung Festigkeit zugunsten verbesserter Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit reduziert. Die Dauerfestigkeit ist bei optimierter Mikrostruktur und kontrolliertem Oberflächenzustand generell gut für 7xxx-Legierungen, jedoch sensitiv gegenüber lokalen metallurgischen Unregelmäßigkeiten und Oberflächenkratzer.

Die Blechdicke hat starken Einfluss auf die erreichbaren mechanischen Eigenschaften, da Abschreckgeschwindigkeit und Eigenspannungen mit zunehmender Dicke variieren; dickere Abschnitte sind schwieriger vollständig zu lösungsglühen und abzuschrecken, was die erreichbare Festigkeit reduziert und die Neigung zu abschreckbedingten Verformungen erhöhen kann.

Eigenschaft	O/weichgeglüht	Hauptzustand (z. B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~120–200 MPa	~450–560 MPa	Typische T6-Spitzenfestigkeiten für hochzinkhaltige 7xxx-Legierungen
Streckgrenze	~40–110 MPa	~380–500 MPa	Streckgrenze nähert sich der Zugfestigkeit in hochfesten Zuständen; entsprechend auslegen
Dehnung	20–30%	6–12%	Duktilität reduziert im Spitzengealterten Zustand; abhängig von Blechdicke
Härte (HB)	30–60 HB	120–170 HB	Härte spiegelt den Ausscheidungszustand wider; Überalterung reduziert Härte, verbessert aber Zähigkeit

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78 g/cm³	Etwas höher als reines Aluminium wegen der Legierungselemente
Schmelzbereich	~475–635 °C	Typisch für 7xxx-Serie; Solidus/Liquidus abhängig von der lokalen Zusammensetzung
Wärmeleitfähigkeit	~120–160 W/m·K	Niedriger als reines Al; Leitfähigkeit nimmt mit höherem Legierungsgehalt ab
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45% IACS	Reduziert durch Legierungselemente; variiert je nach Zustand und Zusammensetzung
Spezifische Wärme	~0,88–0,95 J/g·K	Vergleichbar mit anderen Al-Legierungen; wichtig für thermische Massenberechnungen
Wärmeausdehnung	~23,5 ×10⁻⁶ /K	Ähnlicher Koeffizient wie bei anderen gewalzten Aluminiumlegierungen im Raumtemperaturbereich

Das physikalische Verhalten von 7012 macht es attraktiv für Anwendungen mit hohem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, die dennoch eine nützliche Wärmeleitfähigkeit für bestimmte Wärmemanagementkomponenten erfordern. Die Kombination aus moderater Wärmeleitfähigkeit und vergleichsweise niedriger Dichte ist vorteilhaft für gewichts-sensitive thermische und strukturelle Anwendungen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Gute Gleichmäßigkeit in dünnen Stärken	O, T5, T6	Häufig für Paneele und geformte Bauteile; Abschrecken in dünnen Stärken wirksam
Platte	6–200 mm	Niedrigere erreichbare Spitzenfestigkeiten in dicken Abschnitten	T6 (begrenzt), T651	Dicke Abschnitte können durch Abschreckgeschwindigkeiten und Verzug in der Vergütbarkeit eingeschränkt sein
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter	Gute Längsfestigkeit; von Querschnitt abhängig	T6, T5	Komplexe Querschnitte können hergestellt werden; Abschreckmanagement ist kritisch
Rohr	Außendurchmesser 6–200 mm	Festigkeit abhängig von Wanddicke und Verarbeitung	T6, T651	Verwendung für hochfeste Strukturrohre; Schweißen/ERW-Optionen möglich
Stab/Rundstahl	Durchmesser 5–200 mm	Homogene Eigenschaften bei korrekter Verarbeitung	O, T6	Verwendet für bearbeitete Fittings und Verbindungselemente; Alterungshärtung nach Umformung

Bleche und dünne Strangpressprofile werden am häufigsten eingesetzt, um nach schnellem Abschrecken hohe Spitzenfestigkeiten zu erzielen; Platten und dickere Strangpressprofile erfordern sorgfältige Prozessgestaltung, um abschreckbedingten Festigkeitsverlust zu minimieren. Die Auswahl der Produktform richtet sich nach den geforderten mechanischen Eigenschaften, Maßtoleranzen und der Weiterverarbeitung (Zerspanen, Schweißen, Wärmebehandlung).

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	7012	USA	In einigen Lieferantenlisten als Schmiedelegierung der Serie 7xxx anerkannt
EN AW	Kein direkter Äquivalent	Europa	Kein genaues EN AW-Äquivalent; ähnliches Verhalten wie höherfeste Al-Zn-Mg-Legierungen
JIS	Kein direkter Äquivalent	Japan	Lokale Spezifikationen variieren; Auslegung erfolgt nach chemischer Zusammensetzung statt direktem Werkstofftausch
GB/T	Kein direkter Äquivalent	China	Chinesische Normen bieten möglicherweise funktionelle Äquivalente innerhalb der kommerziellen 7xxx-Familien

Direkte Eins-zu-eins-Äquivalente für 7012 sind selten; Ingenieure gleichen in der Regel über chemische Zusammensetzung und Werkstoffeigenschaften ab und verlassen sich nicht ausschließlich auf Werkstoffbezeichnungen. Bei internationaler Beschaffung sollten Zusammensetzungsbereiche und mechanische Eigenschaftsgarantien validiert werden, anstatt sich nur auf die Werkstoffbezeichnung zu stützen.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 7012 ist moderat und stark von der Legierungshärtung (Temper), der Oberflächenbeschaffenheit und der Legierungschemie abhängig. Im ausgeprägten Vergütungszustand kann die Kombination aus Zn und Cu die Anfälligkeit für lokale Korrosion im Vergleich zu gering legierten 5xxx- oder 6xxx-Serien erhöhen, insbesondere wenn die Integrität der Oberflächenpassivschicht beeinträchtigt ist.

In maritimen Einsatzbereichen sind Schutzmaßnahmen wie Klattieren, Anodisieren oder spezielle Beschichtungen erforderlich, um die ähnlich langzeitige Leistungsfähigkeit korrosionsbeständigerer Legierungen zu erreichen; ohne Schutz können Lochfraß und interkristalline Korrosion in aggressiven Chloridumgebungen auftreten. Spannungsrisskorrosion (SCC) tritt vor allem bei hochfesten Zuständen auf und wird durch Cu-Gehalt, Wärmebehandlung, Eigenspannungen und Einsatzbedingungen beeinflusst; Gegenmaßnahmen umfassen Überglühung (Überalterung), kathodischen Schutz und konstruktive Maßnahmen zur Reduzierung von Zug-Eigenspannungen.

Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Metallen (Edelstahl, Kupfer) können die lokale Korrosion beschleunigen; 7012 sollte elektrisch isoliert werden, wenn es in maritimen oder feuchten Umgebungen mit solchen Materialien in Kontakt kommt. Im Vergleich zu Mg-reichen 5xxx-Legierungen bietet 7012 meist höhere statische Festigkeit, aber geringere allgemeine Korrosionsbeständigkeit und erfordert aggressivere Korrosionsschutzmaßnahmen in chloridbelasteten Anwendungen.

Fertigungseigenschaften

Schweißeignung

Das Schweißen von 7012 ist bei hochfesten Zuständen anspruchsvoll, da die Wärmeeinflusszone (WEZ) aufgrund der Auflösung und Vergröberung der ausscheidungsgehärteten Phasen weich wird. Werkstoffeignung für das Wolfram-Inertgasschweißen (TIG) oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) ist mit geeigneten Füllwerkstoffen (z. B. schwächer legierte 5xxx- oder speziell formulierte 7xxx-Füller) möglich, jedoch muss die Schweißnahtauslegung die verringerte Festigkeit der WEZ und die Gefahr von Heißrissen berücksichtigen; Vor- und Nachbehandlungen können einige Probleme mindern.

Spanbarkeit

Die Spanbarkeit von 7012 ist im überalterten oder geglühten Zustand grundsätzlich gut, nimmt jedoch im ausgeprägten Härtezustand ab, bedingt durch erhöhte Härte und Festigkeit. Hartmetallwerkzeuge, stabile Spannvorrichtungen und konservative Vorschubgeschwindigkeiten werden empfohlen, um Werkzeugverschleiß zu kontrollieren; das Späneverhalten tendiert bei optimierter Vorschub- und Werkzeuggeometrie zu kurzen, segmentierten Spänen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im geglühten Zustand (O-Zustand) am besten und nimmt mit zunehmender Härtung stark ab. Mindestbiegeradien und Ziehgrenzen sollten den Lieferantendaten entnommen werden; bei erforderlicher Umformung von Bauteilen, die anschließend wärmebehandelt werden, empfiehlt sich die Umformung im O-Zustand mit anschließender Lösungsglühung und Ausscheidungshärtung oder unter Verwendung von vorgealterten Zuständen (T5) für mäßige Verformungen bei geringeren Eigenschaftseinbußen.

Wärmebehandlungsverhalten

7012 ist wärmebehandelbar und unterliegt der klassischen Ausscheidungshärtung: Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen bei ca. 470–500 °C, abhängig von Bauteilstärke und Zusammensetzung, mit einer Haltezeit ausreichend zum Lösen der löslichen Phasen und Homogenisierung der Gefügestruktur.

Das Abschrecken muss schnell erfolgen, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten; Wasserabschreckung oder Polymerabschreckmittel werden für dünne Querschnitte verwendet, dickere Abschnitte erfordern eine sorgfältige Kontrolle, um Abschreckverzug und Eigenschaftsvariationen zu vermeiden. Das künstliche Altern findet bei moderaten Temperaturen (typischerweise 120–170 °C) statt, um MgZn2-ähnliche härtende Ausscheidungen zu bilden; im T6-Zustand wird die maximale Festigkeit erreicht, während Überalterung (T7) Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöht.

Die T-Zustände regeln das Verhältnis von Kaltverfestigung (H-Zustände) und thermischem Altern; T651 steht speziell für einen T6-Zustand mit Spannungsarmglühen durch Dehnen nach dem Abschrecken und vor dem Altern zur Reduzierung von Eigenspannungen und Verzug. Das Prozessfenster der Wärmebehandlung ist enger als bei vielen 6xxx-Legierungen, weshalb eine präzise Prozesssteuerung für reproduzierbare Ergebnisse erforderlich ist.

Hochtemperatureigenschaften

Die mechanische Festigkeit von 7012 nimmt mit steigender Temperatur ab, merklich oberhalb von ca. 100 °C und deutlich bei Temperaturen um 150–200 °C. Die Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen ist im Vergleich zu speziellen Hochtemperaturelegierungen begrenzt, weshalb ein Dauerbetrieb typischerweise nur bei moderaten Temperaturen möglich ist, bei denen die Festigkeitsanforderungen noch erfüllt werden.

Oxidation ist bei üblichen Einsatztemperaturen im Allgemeinen kein begrenzender Faktor, allerdings führen mikrostrukturelle Veränderungen durch längere thermische Beanspruchung (Überalterung und Vergröberung der Ausscheidungen) zu Verminderungen der statischen und Ermüdungsfestigkeit. Die WEZ beim Schweißen ist besonders anfällig für Eigenschaftsdegradation bei Wärmeeinwirkung und erfordert Vorsicht bei thermischen Belastungen oder wechselnden Temperaturen.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 7012 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Beschläge, Halterungen	Hohes Festigkeitsgewicht und gute Ermüdungsleistung
Marine	Strukturhalterungen	Ausgewogenes Verhältnis aus Festigkeit und anwendbaren Korrosionsschutzmaßnahmen
Automobil	Leichtbau-Strukturbauteile	Erhöhte statische Festigkeit für gewichtsoptimierte Bauteile
Verteidigung	Waffenhalterungen, kleine Strukturteile	Hohe Festigkeit mit angepasster Zähigkeit
Elektronik	Tragrahmen, Wärmeverteiler	Strukturelle Steifigkeit und akzeptable Wärmeleitfähigkeit

7012 wird dort eingesetzt, wo Konstrukteure eine Kombination aus hoher statischer Festigkeit und guter Ermüdungsfestigkeit benötigen, zugleich aber Kompromisse bei Umformbarkeit und Schweißbarkeit eingehen. Der Einsatz erfolgt oft bei Bauteilen, bei denen Gewichtsreduzierung überwiegt und eine nachgelagerte Wärmebehandlung wirtschaftlich umsetzbar ist.

Auswahlhinweise

7012 sollte gewählt werden, wenn ein hochfester, wärmebehandelbarer Aluminiumwerkstoff mit akzeptabler Ermüdungsbeständigkeit benötigt wird und eine kontrollierte Verarbeitung sowie Korrosionsschutz realisierbar sind. Es ist eine Option für Bauteile, die von der Ausscheidungshärtung profitieren und bei denen Maßhaltigkeit über T651-typische Wärmebehandlungen erreicht werden kann.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (z. B. 1100) tauscht 7012 deutlich reduzierte elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie geringere Umformbarkeit gegen deutlich höhere statische Festigkeit und Ermüdungsfähigkeit ein. Gegenüber gängigen kaltverfestigten Legierungen (z. B. 3003, 5052) bietet 7012 erhebliche Festigkeitsvorteile, benötigt aber oft Beschichtungen oder Klattierungen, um vergleichbare Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Im Vergleich zu weit verbreiteten wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 7012 in vielen Zuständen höhere Höchstfestigkeiten, wird aber seltener bevorzugt, wenn maximale Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit oder einfache Extrudierbarkeit im Vordergrund stehen.

Ingenieure sollten Festigkeitsanforderungen, Ermüdungslebensdauer, Strategien zur Korrosionsminderung, Fertigungskapazitäten für Wärmebehandlung und Stückkosten/Verfügbarkeit gegeneinander abwägen, wenn sie 7012 gegenüber benachbarten Legierungsfamilien wählen.

Zusammenfassung

7012 bleibt eine relevante, spezialisierte hochfeste Aluminiumlegierung, die ein attraktives Festigkeitsgewicht und solide Ermüdungseigenschaften bei kontrollierter Wärmebehandlung und Fertigung bietet. Ihr Einsatz ist gerechtfertigt in Anwendungen, bei denen strukturelle Leistung gegenüber Nachteilen in Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsanfälligkeit überwiegt und präzise metallurgische Kontrolle möglich ist, um sowohl mechanische als auch dauerhafte Anforderungen zu optimieren.