Aluminium 7049: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

7049 ist eine hochfeste Aluminiumlegierung der 7xxxer-Serie, bei der es sich um Al-Zn-Mg(-Cu)-Legierungen handelt, die hauptsächlich dort eingesetzt werden, wo eine hohe spezifische Festigkeit gefordert ist. Die chemische Zusammensetzung basiert auf Zink als primärem Legierungselement mit bedeutendem Magnesium- und Kupferanteil, um Ausscheidungshärtung zu ermöglichen.

Der Härtungsmechanismus von 7049 beruht auf wärmebehandelbarer Ausscheidungshärtung (Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern) mit mikrostruktureller Steuerung durch Spurenelementzusätze (Zr, Ti) und thermomechanische Umformung zur Kornfeinung und Verzögerung der Rekristallisation. Wichtige Merkmale sind sehr hohe Zug- und Streckgrenzen im ausscheidungshärteten Zustand, moderate bis geringe Dehnbarkeit bei hoher Festigkeit, eingeschränkte Schweißbarkeit mit erheblichem Risiko der Aufhärtungsgelängung (HAZ) und verminderte Umformbarkeit gegenüber den 5xxx- und 6xxx-Serien.

7049 wird häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor für Primär- und Sekundärstrukturen, hochfeste Verbindungselemente und andere Anwendungen eingesetzt, bei denen ein hohes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis und Bruchzähigkeit entscheidend sind. Konstrukteure wählen 7049 gegenüber anderen Legierungen, wenn eine Kombination aus hoher statischer Festigkeit und verbesserter Spannungsriss- sowie Schuppenkorrosionsbeständigkeit in überalterten Zuständen erforderlich ist, wobei Kompromisse bei Umformbarkeit und Schweißbarkeit akzeptiert werden.

Ausbildung / Zustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Exzellent	Exzellent	Vollständig geglüht, beste Umformbarkeit
T4	Moderat	Moderat	Gut	Schlecht bis moderat	Natürlich ausgealtert nach Lösungsglühen
T6 / T651	Hoch	Niedrig bis moderat	Schlecht	Schlecht	Ausgelagert für maximale Festigkeit; T651 spannungsarm geglüht
T7 / T76 / T7651	Moderat bis hoch	Moderat	Ausreichend	Schlecht	Überaltert für verbesserten Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion und Schuppenkorrosion
H14 / H24	Moderat	Niedrig bis moderat	Ausreichend	Schlecht	Durch Kaltverfestigung oder Kaltverfestigung + Teilglühen hergestellte Varianten für Bleche

Der Zustand hat großen Einfluss auf den Kompromiss zwischen Festigkeit und Zähigkeit einerseits sowie Dehnbarkeit und Korrosionsbeständigkeit andererseits. Ausscheidungshärtungszustände wie T6/T651 bieten maximale Zug- und Streckgrenzen, gehen jedoch zulasten der Dehnung, Umformbarkeit und erhöhen je nach Einsatzbedingungen die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion.

Überalterte Zustände (T7, T76-Familie) tauschen einen Teil der Spitzenfestigkeit bewusst gegen eine messbare Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Spannungsriss- und Schuppenkorrosion, weshalb sie oft für strukturelle Luftfahrtkomponenten spezifiziert werden, bei denen eine hohe Dauerhaltbarkeit in Einsatzumgebungen Priorität hat.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,30 (typisch)	Verunreinigung; fördert die Fließfähigkeit beim Gießen, üblicherweise niedrig
Fe	≤ 0,40 (typisch)	Verunreinigung; kann spröde Intermetallische Bildungen verursachen, die die Zähigkeit beeinflussen
Mn	≤ 0,10 (typisch)	Geringer Anteil; kontrolliert Kornstruktur in manchen Varianten
Mg	2,0 – 3,0 (ungefähr)	Wesentlicher Verstärkungspartner mit Zn über MgZn2-Ausscheidungen
Cu	1,4 – 2,6 (ungefähr)	Verbessert Festigkeit und Härtbarkeit; kann Korrosionsbeständigkeit reduzieren
Zn	6,5 – 9,0 (ungefähr)	Hauptlegierungselement für hohe Festigkeit (Zn-reiche Ausscheidungen)
Cr	≤ 0,25 (typisch)	Fördert Rekristallisationskontrolle, verbessert Zähigkeit
Ti	≤ 0,10 (typisch)	Kornfeiner in Guss- und Strangpressprodukten
Andere (inkl. Zr, B)	0,05 – 0,25 Gesamt (typisch)	Zr wird typischerweise als Dispersoidbildner verwendet, um Körner zu verfeinern und Rekristallisation zu begrenzen

Die Elemente in 7049 sind so ausbalanciert, dass sie eine maximale Ausscheidungshärtung ermöglichen (Zn-Mg ± Cu), während schädliche grobkörnige Intermetallische Phasen minimiert werden. Spurenelementzusätze wie Zr oder Cr bilden feine Dispersoide, die Korngrenzen stabilisieren und das Kornwachstum während des Lösungsglühens reduzieren, was Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit in dicken Querschnitten verbessert.

Mechanische Eigenschaften

7049 zeigt eine ausgeprägte Abhängigkeit von Zug- und Streckgrenzen in Bezug auf Zustand, Materialstärke und Verarbeitungsgeschichte. Im ausscheidungshärteten Zustand erreicht die Legierung sehr hohe Zug- und Streckgrenzen durch die dichte Verteilung von MgZn2-artigen Ausscheidungen, während geglühte oder natürlich gealterte Zustände deutlich geringere Festigkeiten bei höherer Dehnung aufweisen.

Das Ermüdungsverhalten ist im Allgemeinen sehr gut für diese Legierungsfamilie, wenn die Kornstruktur kontrolliert und Oberflächendefekte minimiert sind. Die Ermüdungsfestigkeit ist jedoch empfindlich gegenüber Schäden im Wärmeeinflussbereich nach dem Schweißen sowie gegen Oberflächenkorrosion; daher beeinflussen Oberflächenqualität und schützende Beschichtungen die Dauerfestigkeit im Einsatz maßgeblich.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z.B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~220–300 MPa (typisch)	~540–600 MPa (typisch)	Ausscheidungshärtung führt zu mehr als doppelt so hoher Festigkeit gegenüber geglühtem Zustand
Streckgrenze	~110–180 MPa (typisch)	~470–520 MPa (typisch)	Streckgrenze zeigt ähnliche Abhängigkeit vom Zustand wie Zugfestigkeit
Dehnung	~14–22 %	~6–12 %	Dehnbarkeit ist in hochfesten Zuständen reduziert
Härte (HB)	~40–85 HB	~140–165 HB	Brinell-Härte dient als praktischer Indikator für den Zustand

Bei der Konstruktion mit 7049 ist der stärkeabhängige Festigkeitsabfall in starken Querschnitten zu berücksichtigen, der durch langsamere Abschreckraten und grobkörnige Ausscheidungsverteilungen verursacht wird. Außerdem sind Spannungsarmglühprozesse (T651, Strecken) und kontrollierte Auslagerungszeiten üblich, um Eigenspannungen zu reduzieren und dimensionsstabile Bauteile zu erhalten.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78–2,82 g/cm³	Typisch für hochfeste Al-Zn-Mg-Legierungen
Schmelzbereich	~480–635 °C (Solidus–Liquidus)	Legierung erweitert Schmelzbereich gegenüber reinem Aluminium
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K (ungefähr)	Niedriger als reines Aluminium; variiert mit Zustand und Zusammensetzung
Elektrische Leitfähigkeit	~28–36 % IACS (ungefähr)	Reduziert gegenüber handelsüblichem Aluminium
Spezifische Wärme	~0,88–0,92 J/g·K	Typischer Wert für Aluminiumlegierungen bei Umgebungstemperatur
Wärmeausdehnung	~23,5 – 24,5 µm/m·K	Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich wie andere Aluminiumlegierungen

Die Legierung behält eine hohe Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Stählen und vielen anderen Konstruktionsmetallen, was 7049 für strukturelle Bauteile geeignet macht, die zudem Wärme ableiten müssen. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist aufgrund des höheren Legierungsgehalts und der Ausscheidungen niedriger als bei 1xxx- und einigen 6xxx-Serien.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,5 – 6,0 mm	Festigkeit durch Kaltverfestigung und Zustand limitiert	O, T4, T6, T7	Verwendet für Hautplatten und Paneele; erfordert sorgfältige Umformung und Zustandswahl
Platte	6 – 250 mm	Dickenabhängige Festigkeit und Zähigkeit	T6, T651, T76	Starke Platten benötigen kontrolliertes Abschrecken, um weiche Kerne zu vermeiden
Strangpressprofil	Variable Querschnitte	Festigkeit variiert mit Querschnittsgröße und Abkühlung	T6, T651	Komplexe Strangpressprofile erfordern Homogenisieren und Lösungsglühen
Rohr	Außendurchmesser vergleichbar mit Stab	Gute Ringfestigkeit im hochfesten Zustand	T6, T76	Zerspante und kaltveredelte Rohre für den strukturellen Einsatz
Stab/ Rundstahl	Durchmesser 6 – 200 mm	Festigkeit abhängig von Durchmesser und Auslagerung	T6, T651	Häufig für zerspante Verbindungselemente und Befestiger verwendet

Der Fertigungsweg beeinflusst die End-Eigenschaften stark: Platten und dicke Strangpressprofile sind anfälliger für abschreckbedingte Kernaufweichungen und benötigen spezielle Vorrichtungen zum Lösungsglühen/Abschrecken sowie angepasste Auslagerungspläne. Blech- und dünnwandige Produkte können in weichen Zuständen kaltverformt und anschließend lösungsglüht und ausgelagert werden, um nahezu Spitzenfestigkeiten zu erreichen, wenn dies erforderlich ist.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	7049	USA	Standardamerikanische Bezeichnung für diese hochfeste Al-Zn-Mg(-Cu)-Legierung
EN AW	7049	Europa	EN AW-7049 bezeichnet dieselbe chemische Familie; europäische Spezifikationen umfassen Härtegrade und Produktformen
JIS	A7049 (ca.)	Japan	Japanische Normen verwenden oft eine ähnliche numerische Bezeichnung; Ausführungs- und Prüfdaten können abweichen
GB/T	AlZn7.5MgCu (ca.)	China	Die chinesische GB/T-Nomenklatur beschreibt typischerweise die Hauptlegierungsbestandteile (Zn, Mg, Cu) statt der exakten AA-Nummer

Äquivalente Bezeichnungen verschiedener Normen ordnen Chemie und Produktspezifikationen zu, können sich jedoch in zulässigen Verunreinigungsgrenzen, Nachweisverfahren mechanischer Eigenschaften und Härtegraddefinitionen unterscheiden. Ingenieure sollten stets das konkrete Normblatt (AA, EN, JIS, GB/T) konsultieren und sicherstellen, dass Härtegrad, mechanische und Prüfanforderungen zur Anwendung passen, statt sich allein auf Legierungsnummernäquivalenz zu verlassen.

Korrosionsbeständigkeit

7049 zeigt in überalterten Härtegraden eine moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, während im hochfesten Alterszustand eine stärkere Anfälligkeit für lokale Korrosion und Spannungsrisskorrosion (SCC) in aggressiven Umgebungen besteht. Die Legierungsfamilie ist bei Plattenformen zu Exfoliationskorrosion neigend, sofern nicht sorgfältig verarbeitet sowie überaltert oder beschichtet.

In maritimen Umgebungen sind Schutzmaßnahmen wie Cladding, Anodisieren oder organische Beschichtungen erforderlich, um eine akzeptable Leistung zu erzielen. Salzsprühnebel beschleunigt Lochfraß und interkristalline Angriffe, sofern die Legierung nicht in einem Härtegrad geliefert wird, der für SCC-Resistenz optimiert ist (T76/T7-Familie) oder durch Barriereschichten geschützt ist.

Galvanische Wechselwirkungen mit anderen Metallen können stark sein, da 7049 gegenüber Stählen und vielen Kupferlegierungen kathodisch wirkt; eine sorgfältige Auslegung von Isolationsschichten oder Opferschichten ist in Baugruppen notwendig. Im Vergleich zu 5xxx-Legierungen (z. B. 5052) tauscht 7049 opferkorrosive Beständigkeit gegen höhere Festigkeit ein, und im Vergleich zu vielen 6xxx-Legierungen ist die Anfälligkeit für lokale Angriffe ohne Überalterung höher.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißen mit konventionellen Schmelzprozessen (TIG/MIG) führt bei 7049 meist zu erheblichen Eigenschaftseinbußen durch Auflösung der ausscheidungshärtenden Partikel und Weichwerden des Wärmeeinflussbereichs (HAZ). Das Risiko von Heißrissen ist bei hochfesten Zn-Mg-Cu-Legierungen erhöht; herkömmliche Füllwerkstoffe stellen selten die Grundwerkstofffestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit wieder her.

Reibschweißverfahren (FSW) sind oft bevorzugt, da sie Schmelzvorgänge minimieren, das Risiko von Heißrissen reduzieren und eine günstigere Mikrostruktur im Schweißbereich erzeugen. Wenn Schmelzschweißen unvermeidbar ist, sind spezialisierte Füllstoffe, Nachschweiß-Wärmebehandlungen und Abnahmetests erforderlich.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 7049 ist bei überalterten oder spannungsarm geglühten Härtegraden mittel bis gut; im hochfesten Zustand sind Werkzeuge durch höhere Festigkeit und Kaltverfestigung stärker belastet. Hartmetallwerkzeuge mit positiver Geometrie, steife Maschinen und geeignete Hochdruckkühlung ermöglichen beste Oberflächenqualität und lange Werkzeugstandzeiten.

Die Schnittgeschwindigkeiten sind niedriger als bei weicheren 6xxx- oder 1xxx-Legierungen, und die Spanabfuhr erfordert Aufmerksamkeit, da Späne in weicheren Zuständen fadenförmig und in härteren bröselig bis abrasiv sein können. Ein Vorzerspanen in einem weicheren Zustand mit anschließender Endwärmebehandlung ist eine gängige Fertigungsstrategie.

Umformbarkeit

Umformung ist im geglühten (O) oder lösungsgeglühten und teilverfestigten Zustand möglich, jedoch bei hochfestem Zustand eingeschränkt. Mindestbiegeradien sind bei T6 größer als bei O-Zustand; der Federhauseffekt ist deutlich und muss bei Werkzeugen berücksichtigt werden.

Kaltverformung mit anschließender Lösungsglühen und Alterung ist ein üblicher Weg zu komplexen Formen mit hoher Endfestigkeit, erfordert jedoch strenge Kontrolle von Verzugs- und Maßstabilität während der thermischen Behandlung.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Al-Zn-Mg-Cu-Legierung folgt 7049 der klassischen Lösungsglühen-Abschrecken-Auslagerungsfolge mit Prozessfenstern, die an Bauteildicke und gewünschte Eigenschaften angepasst werden müssen. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen bei etwa 470–480 °C, um lösliche Phasen aufzulösen, gefolgt von schnellem Abschrecken zur Erhaltung einer übersättigten festen Lösung.

Künstliches Auslagern erfolgt bei moderaten Temperaturen (typischerweise 120–160 °C) zur Ausscheidung der härtenden Phasen; Auslagerungszeit und -temperatur bestimmen Festigkeitsmaximum und Überalterungsgrad. Überalterte Zustände (T7/T76-Familie) nutzen höhere Temperaturen oder längere Zeiten, um Ausscheidungen zu grobkornen, was die SCC-Beständigkeit und Exfoliationsresistenz verbessert, jedoch auf Kosten der Höchstfestigkeit.

Hochtemperatureigenschaften

7049 verliert einen wesentlichen Teil seiner Festigkeit bei Raumtemperatur, wenn die Einsatztemperatur über die typischen Auslagerungstemperaturen hinaus steigt, wobei ab etwa 120 °C eine deutliche Erweichung einsetzt. Ein Dauerbetrieb bei erhöhten Temperaturen (>125–150 °C) wird für hochfeste Anwendungen nicht empfohlen, da das Wachstum der Ausscheidungen Streckgrenze und Ermüdungsfestigkeit verringert.

Die Oxidation von Aluminiumlegierungen verläuft langsamer als bei Stählen; primäres Problem bei erhöhten Temperaturen ist der mechanische Eigenschaftsverlust durch Ausscheidungsgrobkornbildung und Spannungsabbau im Wärmeeinflussbereich. Konstrukteure sollten Hochtemperatureinwirkungen begrenzen oder alternative Legierungen speziell für den Einsatz bei höheren Temperaturen wählen.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Gründe für den Einsatz von 7049
Luftfahrt	Strukturverbindungen, Fahrwerksbauteile	Hohe Festigkeit bezogen auf Gewicht und Bruchzähigkeit in optimierten Härtegraden
Verteidigung	Raketenhüllen, hochfeste Strukturbauteile	Erhöhte statische Festigkeit und angepasste Zähigkeit
Marine	Hochfeste Halterungen und Beschläge	Verbesserte Festigkeit mit überalterten Zuständen für Korrosionsbeständigkeit
Elektronik	Tragrahmen, Gehäuse für Wärmespreizer	Gute Wärmeleitfähigkeit in Kombination mit hoher Steifigkeit

7049 wird bevorzugt eingesetzt, wenn hohe statische Festigkeit, angemessene Ermüdungsleistung und angepasste Korrosionsbeständigkeit benötigt werden, besonders in Luftfahrt und Verteidigung, wo Gewichtsersparnis kritisch ist. Aufgrund von Kosten, Schweißbarkeitsbeschränkungen und Umformgrenzen ist die Legierung im Massenmarkt weniger verbreitet, bleibt jedoch ein bevorzugter Werkstoff für anspruchsvolle Strukturbauteile.

Auswahlhinweise

7049 eignet sich, wenn maximale spezifische Festigkeit und optimierte Bruchzähigkeit Priorität haben und wenn das Design begrenzte Umformbarkeit und anspruchsvolle Schweißverfahren zulässt. Überalterte Zustände (T7/T76) sind zu wählen, wenn Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und Langzeitdauerhaftigkeit in aggressiven Umgebungen gefordert sind, auch wenn dies einen Teil der Höchstfestigkeit kostet.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (1100) bietet 7049 deutlich höhere Festigkeit auf Kosten von elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie deutlich reduzierter Umformbarkeit. Gegenüber Kaltverfestigten Legierungen wie 3003 und 5052 liefert 7049 erheblich höhere Festigkeit, jedoch meist schlechtere Umformeigenschaften und vergleichbare oder etwas schlechtere Korrosionsbeständigkeit in maritimen Bedingungen, sofern nicht überaltert.

Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 erreicht 7049 in vielen Härtegraden höhere Höchstfestigkeit und Bruchzähigkeit, was den Einsatz in Luftfahrtbauteilen trotz höherer Materialkosten und geringerer Schweißbarkeit rechtfertigt. 7049 ist zu wählen, wenn strukturelle Leistung wichtiger ist als Fügeverfahren und Umformkomfort.

Abschließende Zusammenfassung

7049 bleibt eine hochleistungsfähige Aluminiumlegierung für Luftfahrt, Verteidigung und andere anspruchsvolle Strukturbauteile, die ein überragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und maßgeschneiderte Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion erfordern. Die Wahl von 7049 erfordert sorgfältige Beachtung von Härtegrad, Bauteildicke, Fügeverfahren und Schutzmaßnahmen, bietet aber bei korrekter Verarbeitung eine Kombination von Eigenschaften, die nur wenige andere Aluminiumlegierungen erreichen.