Aluminium 7039: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

Legierung 7039 gehört zur 7xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, deren Hauptlegierungselement Zink ist und die häufig mit Magnesium sowie geringen Mengen Kupfer legiert wird. Es handelt sich um eine wärmebehandelbare, ausscheidungshärtbare Legierung, die eine hohe spezifische Festigkeit und eine angemessene Zähigkeit bei gleichzeitig den dem Aluminium eigenen Dichtevorteilen bietet.

Wesentliche Legierungselemente sind typischerweise Zn, Mg und moderate Cu-Zusätze, ergänzt durch kleine Mengen Cr, Mn oder Ti zur Kornkontrolle und zur Begrenzung der Rekristallisation. Die |Festigkeitssteigerung| wird hauptsächlich durch Lösungsglühen, Abschrecken und kontrolliertes künstliches Altern erzielt, wodurch feine metastabile Zn-Mg-(bzw. Zn-Mg-Cu, wenn vorhanden) Ausscheidungen gebildet werden, die die Versetzungsbewegung hemmen.

Zentrale Merkmale von 7039 sind ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, gute Ermüdungsbeständigkeit für eine hochfeste Legierung und eine akzeptable Korrosionsbeständigkeit bei ordnungsgemäßer Wärmebehandlung und Oberflächenschutz. Die Umformbarkeit und Schweißbarkeit sind moderat: Die Legierung lässt sich in weicheren Zuständen formen und unter Beachtung schweißen, jedoch sind Überalterung und Wärmeeinflusszonen-Erweichung (HAZ) Kompromisse gegenüber weicheren Legierungen der 5xxx- oder 3xxx-Serie.

Typische Einsatzbereiche sind Luft- und Raumfahrt-Schmiedeteile und Fittings, hochbelastete Strukturkomponenten im Automobil- und Motorsport sowie Spezialanwendungen im Marine- und Verteidigungsbereich, wo ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Schadensverträglichkeit und Zerspanbarkeit erforderlich ist. Ingenieure wählen 7039, wenn eine höhere Festigkeit als bei 6xxx-Legierungen benötigt wird, ohne auf die sehr kostenintensive, ultrahochfeste 7075-Serie umzusteigen oder wenn eine besondere Kombination aus Ermüdungs- und Lokalzähigkeit gefragt ist.

Temperzustände

Temperzustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für Umformung und Spannungsabbau
H14	Mittel-niedrig	Niedrig-mittel	Akzeptabel	Gut	Verformungshärtung und teilweise stabilisiert für moderate Festigkeit
T4	Mittel	Mittel	Gut	Gut	Lösungsglühen und natürliche Alterung zu teilweiser Festigkeit
T5	Mittel-hoch	Mittel	Akzeptabel	Akzeptabel	Abgekühlt aus erhöhter Temperatur und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig-mittel	Begrenzt	Akzeptabel-schlecht	Lösungsglühen und künstlich gealtert zur Höchstfestigkeit
T62	Hoch (überaltert)	Verbessert	Verbessert	Besser als T6	Künstliche Alterung in leicht überaltertem Zustand zur Verbesserung der Spannungsrissbeständigkeit
T651	Hoch	Niedrig-mittel	Begrenzt	Akzeptabel-schlecht	T6 mit Spannungsabbau durch Strecken; gebräuchlich für Bleche und Profile

Die Wahl des Temperzustands steuert entscheidend das Verhältnis zwischen Festigkeit und Umformbarkeit bei 7039. Weichere Zustände wie O oder T4 werden für komplexe Umformprozesse und nachfolgende Alterung benutzt, während T6/T651 die maximale statische Festigkeit auf Kosten von Dehnung und Umformbarkeit liefern.

Der Temperzustand beeinflusst auch die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und HAZ-Erweichung beim Schweißen; Konstruktionsingenieure wählen häufig leicht überalterte Zustände (T62) oder kontrollierte Nachalterung nach dem Schweißen, um absolute Höchstfestigkeit gegen verbesserte Dauerhaltbarkeit in aggressiven Umgebungen abzuwägen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,50	Übliche Verunreinigungskontrolle; zu viel Si vermindert die Zähigkeit
Fe	≤ 0,50	Verunreinigung; bildet intermetallische Phasen, die die Ermüdungsinitiierung beeinflussen können
Mn	0,05–0,40	Kornstrukturkontrolle und verbesserte Zähigkeit in geringen Mengen
Mg	1,0–2,0	Wichtiges Ausscheidungsbildungselement zusammen mit Zn für die Festigkeitssteigerung
Cu	0,1–1,2	Erhöht Festigkeit und Härtbarkeit; kann Korrosionsbeständigkeit verringern
Zn	3,5–5,5	Hauptlegierungselement zur Festigkeitssteigerung in der 7xxx-Serie
Cr	0,02–0,25	Kontrolliert Rekristallisation und verbessert Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit
Ti	0,05–0,20	Kornfeinung bei Guss und Extrusion
Andere (inkl. Al-Balance)	Rest	Spurenelemente werden kontrolliert, um mechanische und Korrosionsanforderungen zu erfüllen

Das Zn–Mg-Verhältnis und der geringe Cu-Gehalt bestimmen die Ausscheidungstypen und damit die maximale Härte und das Alterungsverhalten. Chrom und Mangan werden eingesetzt, um Korngrenzen zu fixieren und übermäßiges Kornwachstum während Lösungsglühen und thermomechanischer Behandlung zu begrenzen.

Verunreinigungselemente wie Fe und Si bilden relativ harte intermetallische Partikel; deren Gehalte werden so gesteuert, dass eine ausgewogene Kombination aus Zerspanbarkeit und Ermüdungsverhalten erreicht wird. Insgesamt sind die angegebenen Zusammensetzungsbereiche repräsentativ und können je nach Lieferant und Spezifikation variieren.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugversuch zeigt 7039 nach Lösungsglühen und künstlichem Altern eine deutliche Festigkeitssteigerung, die jedoch zu Lasten der Duktilität gegenüber dem geglühten Zustand geht. Spitzenzustände (T6/T651) haben typischerweise hohe Streck- und Zugfestigkeiten bei moderater Dehnung, während weichere Zustände die nötige Duktilität für Umformprozesse liefern.

Die Streckgrenze variiert stark mit Temper und Blechdicke, bedingt durch Unterschiede in Abschreckwirkung und Kaltverformung. Das Ermüdungsverhalten von 7039 ist für eine hochfeste Aluminiumlegierung generell gut, besonders bei Kugelstrahlen oder Spannungsarmglühen; die Ermüdungsrissinitiierung ist jedoch empfindlich gegenüber Oberflächenbeschaffenheit und Distribution der intermetallischen Partikel.

Die Härte korreliert mit Temper und Alterung: geglühte Legierungen sind relativ weich und gut zerspanbar/formbar, während T6/T651 deutlich höhere Brinell- oder Rockwell-Werte erreichen. Dicke Bauteile sind beim Abschrecken schwieriger gleichmäßig zu behandeln, was zu geringerer erreichbarer Höchstfestigkeit im Vergleich zu dünnem Blech führt.

Eigenschaft	O/Geglüht	Schlüsseltemper (T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~230 MPa (typisch)	480–540 MPa	Zugfestigkeit variiert mit Dicke und Alterungsbehandlung
Streckgrenze	~130 MPa (typisch)	430–500 MPa	Streckgrenze steigt deutlich durch Ausscheidungshärtung
Dehnung	18–25 %	6–12 %	Dehnung sinkt mit steigender Festigkeit; abhängig von Verarbeitung
Härte	60–75 HB	140–170 HB	Brinell-Härte steigt signifikant in Spitzenzuständen

Die angegebenen Werte sind repräsentative Bereiche und hängen von Produktform, Dicke und Lieferantenprozessen ab.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,79 g/cm³	Etwas höher als reines Al aufgrund des Zn-Gehalts
Schmelzbereich	~480–640 °C	Solidus- und Liquidus-Bereich abhängig von Legierung; konservative Bearbeitungstemperaturen empfohlen
Wärmeleitfähigkeit	~140 W/m·K	Niedriger als reines Al, aber weiterhin günstig für Wärmeabfuhr
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch Legierungselemente; variiert mit Temper
Spezifische Wärmekapazität	~875 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Wärmeausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Ähnlich anderen Al-Zn-Mg-Legierungen; bei Verbindungen mit anderen Werkstoffen zu berücksichtigen

7039 behält die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium gegenüber Stählen bei, was für wärmeabführende Bauteile vorteilhaft ist. Der Dichtevorteil führt weiterhin zu Verbesserungen der spezifischen Steifigkeit und spezifischen Festigkeit bei konstruktiv gewichtskritischen Anwendungen.

Die elektrische Leitfähigkeit ist im Vergleich zu reinem Aluminium und einigen 6xxx-Legierungen vermindert; die Legierung wird nicht gewählt, wenn maximale elektrische Leitfähigkeit im Vordergrund steht. Die Wärmeausdehnung liegt im typischen Aluminiumbereich und muss bei Verbindungen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigt werden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,5–6,0 mm	Gute Dickeneigenschaften bei dünnen Blechstärken	T4, T5, T6	Verwendet für geformte Paneele und Verkleidungen; Abschrecksensitivität gut handhabbar
Platte	6–150+ mm	Reduzierte erreichbare Festigkeit in dicken Querschnitten	T651, T62	Dicke Platten benötigen ggf. spezielle Abschreck- und Auslagerprozesse zur Maximierung der Eigenschaften
Strangpressprofil	Komplexe Profile bis zu mehreren Metern	Gute richtungsabhängige Festigkeit	T6, T651	Strangpresswerkzeug-Design und Abschreckgeschwindigkeit beeinflussen Endergebnisse
Rohr	Außendurchmesser bis mehrere hundert mm	Festigkeit variiert mit Wandstärke	T6, T651	Typisch für Strukturrohre und hochfeste Rahmenelemente
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 200 mm	Bearbeitbarer hochfester Werkstoff	T6, T61	Verwendet für bearbeitete Bauteile und Armaturen

Fertigungsweg und Produktform beeinflussen die mechanischen Eigenschaften erheblich. Strangpressprofile und dünne Bleche können schnell abgeschreckt werden und erreichen nach dem Auslagern nahezu Spitzenwerte, während Platinen und dicke Querschnitte oft unter Abschreckgradienten leiden, die modifizierte Wärmebehandlungszyklen oder Überalterung für mehr Gleichmäßigkeit erfordern.

Konstrukteure müssen die Fähigkeiten des Materiallieferanten (z. B. Abschreckbecken, Überdehnung, Homogenisierung) mit den Anforderungen der Anwendung abstimmen, da die Prozesswahl das Gleichgewicht der in den Endbauteilen erzielten Eigenschaften bestimmt.

Äquivalente Werkstoffnummern

Norm	Werkstoffnummer	Region	Hinweise
AA	7039	USA	Bezeichnung im Aluminium-Verbandsystem; wichtigste Bezugsnorm
EN AW	7039	Europa	Oft als EN AW‑7039 bezeichnet; genaue EN-Chemie- und mechanische Spezifikationen prüfen
JIS	—	Japan	Kein direktes JIS-Äquivalent; ähnliche Eigenschaften finden sich bei hochfesten 7xxx-Familien
GB/T	—	China	Chinesische Normen listen ähnliche 7xxx-Formulierungen; Zusammensetzung und Härtezustände prüfen

Es gibt nicht immer eine exakte 1:1-Korrespondenz von 7039 über die Normen hinweg, da regionale Spezifikationen Reinheitsgrenzen, Legierungszusätze und erlaubte Härtezustände regeln. Beim Werkstoffersatz müssen Ingenieure garantierte Zug- und Streckgrenzen, Zähigkeit, Abschrecksensitivität und Korrosionsanforderungen vergleichen, anstatt sich nur auf Werkstoffnummern zu verlassen.

Lieferanten bieten oft proprietäre Varianten unter ähnlicher 7039-Bezeichnung an; die Beschaffung sollte stets vollständige chemische und mechanische Prüfzeugnisse sowie bei kritischen Anwendungen Prüfkörper oder eine vollständige Chargenmechanikverifizierung anfordern.

Korrosionsbeständigkeit

7039 bietet moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit anderen Zn‑Mg‑basierten 7xxx-Legierungen, wenn sie ordnungsgemäß überaltert oder beschichtet sind. In neutralen Atmosphären ist die Leistung akzeptabel, doch die Anfälligkeit für lokal begrenzte Korrosion wie Lochfraß und Schichtabschilferung steigt mit höheren Zn- und Cu-Gehalten sowie bei Spitzenhärtezuständen.

In maritimen oder chloridreichen Umgebungen erfordert 7039 Schutzmaßnahmen wie Anodisieren, Chromat-Konversionsbeschichtungen oder organische Lacksysteme, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Überalterte Zustände (T62 oder T7xx Varianten) und geeignetes Konstruktionsdetail (Entwässerung, abgedichtete Fugen) reduzieren das Risiko für interkristalline Angriffe deutlich.

Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bekannt bei hochfesten 7xxx-Legierungen: Der T6-Zustand maximiert die Festigkeit, erhöht aber auch die SCC-Anfälligkeit unter Zugspannung in korrosiven Umgebungen. Die Wahl leicht überalterter Zustände und die Kontrolle von Eigenspannungen durch Dehnen oder nachträgliche Schweißwärmebehandlung verringern das SCC-Risiko und verbessern die Langzeitbeständigkeit gegenüber dem Spitzenalterungszustand.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 7039 erfordert sorgfältige Kontrolle: Schmelzschweißen (TIG/MIG) ist möglich, aber die Wärmeeinflusszone (WEZ) kann durch Erweichung und verminderte Zähigkeit beeinträchtigt werden. Empfohlen wird die Verwendung von Zusatzwerkstoffen, die auf leicht überalterte 7xxx-Legierungs-Schweißdrähte abgestimmt sind oder, sofern zulässig, 5356/5183 Zusatzwerkstoffe, um Duktilität und Korrosionsbeständigkeit an der Schweißnaht zu verbessern.

Vor- und Nachwärmebehandlungen oder mechanische Spannungsreliefmaßnahmen (Dehnen) werden häufig eingesetzt, um nach dem Schweißen das Eigenschaftsgleichgewicht wiederherzustellen. Das Risiko für Heißrisse ist bei Spitzenhärtezuständen mäßig bis hoch, daher müssen Fügedesign und Schweißparameter Spannungen minimieren und schnelles Erstarren, das Risse fördert, vermeiden.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 7039 ist günstiger als bei sehr hochfesten 2xxx- oder Werkzeugstählen, jedoch anspruchsvoller als bei 6xxx-Familien aufgrund der höheren Festigkeit und härteren Ausscheidungen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel, starre Aufspannungen und konservative Vorschub-/Drehgeschwindigkeiten liefern beste Ergebnisse; die Spanabfuhr wird durch Kühlschmierstoffe und angepasste Werkzeuggeometrie verbessert.

Oberflächenqualität und Gratbildung werden vom Härtezustand beeinflusst: Weichere Zustände T4/O zerspanen leichter, benötigen aber eine anschließende Wärmebehandlung, falls Spitzenfestigkeit gefordert ist. Für die Serienbearbeitung sind Vorhärten (sofern anwendbar) oder Near-Net-Formen zur Minimierung von Spanvolumen zu empfehlen.

Umformbarkeit

Die Kaltumformbarkeit ist in Spitzenalterung eingeschränkt; für Umformprozesse werden O- oder T4-Zustände genutzt, um engere Biegeradien und komplexe Profile zu ermöglichen. Typische minimale Innenbiegeradien bei weichen Zuständen betragen bei Blechen 1–2× Blechdicke für einfache Biegungen, jedoch sollte die Umformbarkeit konstruktiv durch Probebiegen überprüft werden, da das Verfestigungsverhalten variiert.

Bei Umformungen in weicheren Zuständen tritt Kaltverfestigung auf, die genutzt werden kann, um lokale Festigkeit nach natürlicher oder künstlicher Auslagerung zu erhöhen. Für starke Umformungen sind Warmumformung oder nachfolgende Lösungsglühen/Auslagerungszyklen erforderlich, um sowohl Geometrie als auch endgültige mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.

Wärmeverhalten

Als wärmebehandelbare Legierung folgt 7039 dem klassischen Weg Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern zur Ausscheidungshärtung. Das Lösungsglühen erfolgt typischerweise bei erhöhten Temperaturen, die das Lösungsglühen der Zn‑Mg-Ausscheidungsvorläufer gewährleisten, gefolgt von raschem Abschrecken, um eine übersättigte Festlösung zu erhalten. Die Abschreckgeschwindigkeit ist kritisch: Ungenügendes Abschrecken erzeugt grobe Ausscheidungen und mindert die Endfestigkeit.

Das künstliche Auslagern (T6) entwickelt Spitzenfestigkeit durch kontrollierte Temperatur/Zeit-Parameter, welche feine, dispers verteilte Ausscheidungen fördern. Überalterungsbehandlungen (T62 oder T7 Varianten) bewirken gezielte Vergröberung der Ausscheidungen zur Verbesserung der Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und der Wärmeeinflusszonenstabilität, zulasten etwas reduzierter Spitzenfestigkeit. Für Bauteile mit hoher Empfindlichkeit gegenüber Eigenspannungen wird der T651-Zustand oder eine Nachdehnung nach Abschrecken eingesetzt, um Eigenspannungen abzubauen.

Dünnwandige Querschnitte erreichen Zielwerte leichter aufgrund rascher Abschreckung; dickere Querschnitte benötigen häufig spezialisierte Abschreckmedien, unterbrochenes Abschrecken oder modifizierte Auslagerungszyklen zur Balance von Festigkeit und Zähigkeit. Bei geschweißten Baugruppen ist eine Nachwärmebehandlung durch Verzugseffekte oft eingeschränkt, so dass Konstrukteure üblicherweise akzeptable Eigenschaften mit möglichst wenigen thermischen Zyklen anstreben.

Hochtemperatureigenschaften

7039 ist für Umgebungstemperaturen bis mäßig erhöhte Temperaturen ausgelegt; oberhalb von etwa 100–150 °C nimmt die ausscheidungshärtende Festigkeit ab, da Ausscheidungen wachsen und Legierungselemente umverteilt werden. Langzeitbelastung bei erhöhten Temperaturen beschleunigt die Überalterung, was sowohl Streckgrenze als auch Ermüdungsfestigkeit gegenüber Raumtemperaturwerten reduziert.

Die Oxidation bei typischen Service-Temperaturen ist im Vergleich zu Stählen gering, jedoch kann anhaltend hohe Temperatur die Oberfläche beeinflussen und die Entzinkung Zn-reicher Ausscheidungen an Korngrenzen begünstigen. Die Wärmeeinflusszone geschweißter Bereiche reagiert besonders empfindlich auf thermische Schwankungen; lokale Überalterung reduziert Festigkeit und erhöht die Anfälligkeit für lokale Korrosion.

Für hochtemperaturbeanspruchte Konstruktionen müssen Konstrukteure die Lebensdauer unter thermischer Zyklung validieren und gegebenenfalls auf alternative Legierungen oder Schutzmaßnahmen zurückgreifen; 7039 eignet sich am besten unterhalb der Temperaturgrenzen, bei denen die Ausscheidungsstabilität durch verlängerte Wärmebelastung beeinträchtigt wird.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Grund für den Einsatz von 7039
Automobilindustrie	Strukturstreben und Federungsglieder	Hohe spezifische Festigkeit und gute Zerspanbarkeit für sicherheitskritische Bauteile
Marine	Strukturarmaturen und Halterungen	Ausgewogenheit von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei Beschichtung/Anodisierung
Luft- und Raumfahrt	Armaturen, Schmiedeteile, bearbeitete Bauteile	Hohe Festigkeit zu Gewicht und Ermüdungsbeständigkeit für Primär- und Sekundärstrukturen
Verteidigung	Panzerschutzhalterungen, Abschussvorrichtungen	Hohe statische Festigkeit und Schadensverträglichkeit bei kontrollierter Verarbeitung
Elektronik	Strukturrahmen und Wärmeverteiler	Gute Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit hoher Festigkeit für kompakte Bauformen

7039 wird eingesetzt, wenn ein hochfester Aluminiumwerkstoff benötigt wird, bei dem jedoch die höheren Kosten oder die größere SCC-Anfälligkeit von 7075 nachteilig wären. Es besetzt eine Nische für bearbeitete, geschmiedete und stranggepresste Teile, die eine Kombination aus guter Ermüdungslebensdauer, Zerspanbarkeit und ausreichender Korrosionsbeständigkeit erfordern.

Auswahlinformationen

Für einen Ingenieur, der das Material auswählt, bietet 7039 einen klaren Kompromiss: Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (1100) gibt 7039 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie einen Großteil der hervorragenden Umformbarkeit auf, gewinnt jedoch ein Vielfaches an Streckgrenze und Zugfestigkeit. Dies macht 7039 geeignet, wenn die strukturelle Leistung die Anforderungen an die Leitfähigkeit überwiegt.

Im Vergleich zu gängigen, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 7039 eine deutlich höhere statische Festigkeit und bessere Zerspanbarkeit für Hochleistungsbauteile, wobei seine Korrosionsbeständigkeit – insbesondere in marinen chloridhaltigen Umgebungen – eine gezieltere Oberflächenschutzmaßnahme benötigt. Wenn Umformbarkeit oder Schweißbarkeit unter Umgebungsbedingungen im Vordergrund stehen, bleibt die 3xxx/5xxx-Familie vorzuziehen.

Im Vergleich zu weiter verbreiteten, wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 7039 typischerweise eine höhere Höchstfestigkeit und verbesserte Dauerfestigkeit, was es bevorzugt einsetzbar macht, wenn Gewichtsreduzierung und höhere Beanspruchungen gefordert sind. Allerdings können 6061/6063 gewählt werden, wenn Verbindungsprozesse, Farbkonstanz beim Eloxieren oder Kosten/Verfügbarkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 7039 bleibt eine geeignete Ingenieurwahl, wenn höhere spezifische Festigkeit und gute Dauerfestigkeit bei zugleich akzeptablem Korrosionsverhalten unter ausreichendem Schutz erforderlich sind. Ihre wärmebehandelbare Eigenschaft ermöglicht es Konstrukteuren, Eigenschaften durch Wahl des Zustands und kontrollierte Verarbeitung gezielt anzupassen, wodurch sie in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Schiffbau und Verteidigung nützlich ist, wo Gewicht, Festigkeit und Zerspanbarkeit sorgfältig abgestimmt werden müssen.