Aluminium 7055: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

7055 ist eine Aluminiumlegierung der 7xxx-Serie und gehört damit zur hochfesten Al-Zn-Mg-Cu-Familie, die weithin in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird. Die Legierung ist gezielt mit hohen Gehalten an Zink und Magnesium sowie Kupfer und Mikrolegierungselementen formuliert, um eine Ausscheidungshärtung durch Wärmebehandlung zu ermöglichen, anstatt über Kaltverfestigung.

Wesentliche Legierungselemente sind Zink (primärer Festigkeitsbeitrag), Magnesium und Kupfer (fördern die Bildung von MgZn2 und anderen härtenden Ausscheidungen) sowie Mikrolegierungen mit Zirkonium und/oder Chrom zur Kornstrukturkontrolle. Die Härtung erfolgt durch Lösungsglühen, schnelles Abschrecken und gezielte künstliche Alterung, um feine, kohärente intermetallische Phasen auszubilden, die hohe Streck- und Zugfestigkeit liefern.

Zu den Hauptmerkmalen zählen eine sehr hohe statische Festigkeit und gute Bruchzähigkeit für eine 7xxx-Legierung, bei moderater Korrosionsbeständigkeit, die durch Überalterung und Mikrolegierung verbessert werden kann. Die Schweißbarkeit ist bei traditionellen Schmelzschweißverfahren eingeschränkt, die Umformbarkeit ist in den höhterhärteten Zuständen mäßig bis schlecht, und die Zerspanbarkeit ist bei Einsatz von Hartmetallwerkzeugen und optimierten Schnittparametern als befriedigend einzustufen.

Typische Einsatzgebiete sind primäre und sekundäre Strukturen in der Luft- und Raumfahrt, Hochleistungs-Sportgeräte sowie spezialisierte Bauteile, bei denen gewichtsoptimierte Festigkeit im Vordergrund steht. Ingenieure wählen 7055 gegenüber anderen Legierungen, wenn das Design die höchste spezifische Festigkeit in Kombination mit angemessener Zähigkeit und einem kontrollierten Gleichgewicht der Korrosionsbeständigkeit durch geeignete Anlieferzustände erfordert.

Wärmebehandlungszustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch (20–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, ideal für Umformung und Fügen vor der Wärmebehandlung
H14	Mittel	Mäßig (10–18%)	Gut	Schlecht (in HL-Zuständen)	Kaltverfestigt für moderate Festigkeit und verbesserte Formstabilität
T5	Mittel-Hoch	Mäßig (8–15%)	Befriedigend	Schlecht	Abgekühlt aus erhöhtem Temperaturniveau und künstlich gealtert; schnelle Verarbeitung möglich
T6	Hoch	Niedrig (5–12%)	Begrenzt	Schlecht	Maximale Festigkeit durch künstliche Hochalterung; verringerte Duktilität und Umformbarkeit
T7 (z.B. T76)	Mittel-Hoch	Mäßig (8–14%)	Besser als T6	Schlecht	Überalterung/kontrollierte Alterung für verbesserte Spannungsrissbeständigkeit und Maßhaltigkeit
T7451 / T7452	Hoch	Niedrig bis mäßig (6–12%)	Begrenzt	Schlecht	Entspannungsglühen und künstliche Alterung, optimiert für Luftfahrtgeschmiedete und -platten

Der Wärmebehandlungszustand beeinflusst das Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Duktilität und Korrosionsverhalten maßgeblich. Das geglühte Material (O-Zustand) bietet die beste Umformbarkeit und wird häufig für komplexe Verformungen vor der endgültigen Ausscheidungshärtung eingesetzt, während T6 die höchste statische Festigkeit zulasten der Dehnung und Biegefähigkeit liefert.

Überalterungszustände wie T7 und stabilisierte Zustände wie T7451 werden verwendet, um einen kleinen Teil der Höchstfestigkeit gegen eine verbesserte Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion sowie bessere dimensionsstabile Langzeitverwendung zu tauschen; diese Zustände sind typisch für strukturelle Luftfahrtbauteile mit hohen Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	max. 0,4	Verunreinigung; beeinflusst Gieß- und Verarbeitungsverhalten
Fe	max. 0,5	Bildet intermetallische Phasen; Überschuss mindert Zähigkeit
Mn	0,05–0,3	Minoritär; unterstützt Kornstruktur bei Vorhandensein
Mg	2,3–2,9	Wirkt mit Zn zusammen zur Bildung härtender Ausscheidungen
Cu	1,9–2,6	Erhöht Festigkeit und Bruchzähigkeit; verschlechtert Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit, wenn nicht kontrolliert
Zn	7,3–8,4	Hauptfestigkeitselement in 7xxx-Legierungen
Cr	0,04–0,2	Kornstruktureller Kontrollfaktor und Rekristallisationshemmer
Ti	0,02–0,12	Kornfeiner für Guss- und Schmiedevorprodukte
Andere (Zr, Spuren)	0,08–0,25 (typisch Zr)	Mikrolegierung zur Kontrolle der Dispersion und Zähigkeitssteigerung; Ausgewogenheit mit Al

Der hohe Zinkgehalt in Kombination mit Magnesium und Kupfer erzeugt feine, metastabile MgZn2 und verwandte Ausscheidungen, die für die sehr hohe Festigkeit nach Lösungsglühen und Alterung verantwortlich sind. Mikrolegierungen mit Zirkonium und Chrom steuern Rekristallisation und Korngröße, verbessern die Zähigkeit und ermöglichen die Herstellung dickerer Bauteile mit akzeptablen Eigenschaften. Spuren von Eisen und Silizium werden niedrig gehalten, um grobe intermetallische Teilchen zu vermeiden, die die Dauerfestigkeit und Umformbarkeit verschlechtern.

Mechanische Eigenschaften

7055 zeigt deutliche Unterschiede zwischen geglühten (O) und hochalterungszuständen (T6, T7451): Im O-Zustand ist es duktil und leicht umformbar, während es in T6/T7451 einige der höchsten Zug- und Streckfestigkeiten der führenden warmumgeformten Aluminiumlegierungen erreicht. Streck- und Zugfestigkeit steigen während der künstlichen Alterung stark an, da kohärente Ausscheidungen keimen und wachsen; allerdings gehen Dehnung und Kerbschlagzähigkeit auf Kosten der Höchstfestigkeit zurück. Das Ermüdungsverhalten wird stark von Mikrostruktur, Kaltverfestigung und Oberflächenzustand beeinflusst, wobei kleine intermetallische Partikel oder Bearbeitungsschäden als Rissinitiierungspunkte wirken.

Dicke und Abschreckgeschwindigkeit beeinflussen die mechanischen Eigenschaften signifikant; dickere Querschnitte neigen zu weichen Zonen durch ungleichmäßige Abschreckung und benötigen Mikrolegierung und Prozesskontrolle zur Erhaltung gleichmäßiger Eigenschaften. Die Härte korreliert eng mit den Zugfestigkeiten und fällt typischerweise im Wärmeeinflussbereich von Schweißnähten oder nach Überalterung ab. Konstrukteure müssen die Wahl des Zustands, die Bauteilgeometrie und Nachbearbeitung sorgfältig abstimmen, um die geforderten statischen und zyklischen Eigenschaften zu gewährleisten.

Eigenschaft	O / Geglüht	Wichtiger Zustand (T6 / T7451)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	220–280 MPa	540–640 MPa	Höchstfeste Werte hängen von Bauteildicke und exaktem Zustand ab; Angaben typisch für Blech/Platte
Streckgrenze	100–170 MPa	470–580 MPa	Hohe Streckgrenze in hochfesten Zuständen macht 7055 attraktiv für hochbelastete Bauteile
Dehnung	20–30%	6–12%	Duktilität nimmt mit zunehmender Festigkeit und Alterungsintensität ab
Härte	40–70 HB	140–180 HB	Brinellhärte steigt mit Ausscheidungshärtung; Weichzone im Wärmeeinflussbereich beim Schweißen

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,81 g/cm³	Typisch für hochfeste Aluminiumlegierungen; sorgt für ausgezeichnetes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
Schmelzbereich	Solidustemperatur ca. 475–500 °C; Liquidustemperatur bis ca. 640–650 °C	Legierungselemente senken das Schmelzintervall gegenüber reinem Al; genaue Werte beim Lieferanten erfragen
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium, jedoch ausreichend für viele Struktur- und Wärmemanagement-Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–36 %IACS	Deutlich reduziert im Vergleich zu reinem Aluminium durch Legierungselemente
Spezifische Wärmekapazität	~0,96 J/g·K (960 J/kg·K)	Typischer Wert für Aluminiumlegierungen; beeinflusst Wärmeaufnahme und Abschreckverhalten
Wärmeausdehnung	~23–24 ×10⁻⁶ K⁻¹	Ähnlich wie andere Aluminiumlegierungen; in Mehrstoffbaugruppen zu berücksichtigen

Die Dichte und thermischen Eigenschaften verleihen 7055 ein attraktives Festigkeits-Gewichts-Verhältnis sowie akzeptable Wärmeleitfähigkeit für Strukturbauteile. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind gegenüber reinem Aluminium und niedriger legierten Werkstoffen vermindert, daher sollte 7055 nicht ohne Prüfung der thermischen Anforderungen für primäre Kühlkörperanwendungen eingesetzt werden.

Spezifische Wärmekapazität und Ausdehnung beeinflussen die Planung der Wärmebehandlung und Maßhaltigkeit; das Abschrecken nach dem Lösungsglühen erfordert eine schnelle Wärmeabfuhr zur Ausbildung der gewünschten Ausscheidungszustände, und thermische Gradienten können bei komplexen Bauteilen Verzug verursachen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,5–6 mm	Reagiert gut auf Ausscheidungshärtung; dünne Querschnitte erreichen Spitzenwerte gleichmäßiger	O, T6, T7451	Verwendet für Außenhautbleche, verstärkte Bauteile nach dem Altern
Platte	>6 mm bis ca. 200 mm	Dickere Querschnitte erfordern Mikrolegierung und maßgeschneiderte Abschreckung, um weiche Kerne zu vermeiden	T6, T7451, T7	Luftfahrt-Schmiedeteile und bearbeitete Strukturbauteile werden häufig als Platte gefertigt
Strangpressprofil	Komplexe Querschnitte, variable Längen	Eigenschaften hängen vom Strangpressverhältnis und der anschließenden Wärmebehandlung ab	O, T6	Stranggepresste Profile ermöglichen integrierte Rippen, erfordern aber präzises Altern
Rohr	Außen-/Innendurchmesser nach Spezifikation; dünn- bis dickwandig	Geometrie beeinflusst Gleichmäßigkeit der Abschreckung und mechanische Eigenschaftsprofile	O, T6	Verwendet für hochfeste Strukturrohre, bei denen Gewichtseinsparung entscheidend ist
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis zu Schmiedestücken	Zerspanbar in verschiedenen Zuständen; geschmiedete Stäbe liefern große Bauteile	O, T6, T7451	Verwendet für Armaturen, Bolzen und bearbeitete Strukturbauteile

Unterschiedliche Bearbeitungsverfahren (Walzen, Schmieden, Strangpressen) verändern die angelieferten Mikrostrukturen und das Verhalten der Legierung auf Lösungsglühen und Alterung. Bleche und dünne Strangpressprofile kühlen schnell ab und erreichen eine gleichmäßige Ausscheidung, während dicke Platten kontrollierte Abschreckwege, Mikrolegierung (Zr/Cr) oder Ofen-Homogenisierung benötigen, um weiche Innenzonen zu vermeiden. Die Verwendung richtet sich nach Form, erreichbaren Toleranzen, erforderlichen mechanischen Gradienten und nachgelagerten Zerspanungs- oder Umformprozessen.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	7055	USA	Übliche UNS-Bezeichnung A97055 für geschmiedete 7055-Produkte
EN AW	7055	Europa	EN AW-7055 ist gebräuchlich, jedoch können chemische Grenzwerte und Zustandskennzeichnungen leicht abweichen
JIS	A97055 / vergleichbar	Japan	Lokal werden oft vergleichbare Zusammensetzungen anstelle identischer Bezeichnungen geführt
GB/T	7055	China	Chinesische Normen folgen im Allgemeinen ähnlichen Chemien, jedoch unterscheiden sich Bearbeitungsvarianten und Toleranzen

Die äquivalenten Legierungsbezeichnungen variieren je nach Normungsorganisation und manchmal auch durch die Verarbeitungsweise des Lieferanten; Chemien sind ähnlich, doch können Toleranzen, zulässige Verunreinigungen und mechanisch spezifizierte Werte abweichen. Anwender sollten stets das spezifische Werkszertifikat, den Zustandscode und die Spezifikationen (z. B. AMS, ASTM, EN) für das gekaufte Los prüfen, insbesondere bei sicherheitskritischen Luftfahrt- oder ermüdungsbeanspruchten Komponenten.

Korrosionsbeständigkeit

7055 als Legierung der 7xxx-Serie ist in natürlich gealtertem oder spitzausgelagertem Zustand anfälliger für lokal begrenzte Korrosion und spannungsrisskorrosion (SCC) als Al-Legierungen der 5xxx- und 6xxx-Familie. Überalterung und Zustände wie T7 sowie Mikrolegierungselemente wie Zr werden häufig eingesetzt, um die SCC-Beständigkeit zu verbessern und die Ausscheidungen an Korngrenzen zu stabilisieren, was für den Langzeiteinsatz in aggressiven Umgebungen wichtig ist.

In atmosphärischen und leicht marinen Umgebungen zeigt korrekt überalterter und beschichteter 7055 ein akzeptables Verhalten; beim direkten Kontakt mit Salzwasser oder Spritzwasser sind jedoch Korrosionsschutzmaßnahmen wie Anodisieren, Umwandlungsüberzüge und Dichtungen erforderlich. Galvanische Wechselwirkungen sind kritisch, wenn 7055 mit anderen Metallen in Kontakt steht; anodisierte Schichten und Isolationsmethoden werden empfohlen, um lokale beschleunigte Korrosion zu verhindern.

Im Vergleich zu 6xxx-Legierungen (z. B. 6061) bietet 7055 höhere Festigkeit, hat jedoch in der Regel eine geringere grundsätzliche Korrosionsbeständigkeit, was zusätzliche Oberflächenbehandlung oder passende Zustandswahl erfordert. Im Vergleich zu 7075 ist 7055 oft so ausgelegt, dass es ein besseres Gleichgewicht aus Bruchzähigkeit und SCC-Widerstand bietet, doch beide Legierungen benötigen in maritimen oder feuchtigkeitsreichen Anwendungen durchdachte Korrosionsschutzmaßnahmen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Konventionelles Lichtbogenschweißen von 7055 führt typischerweise zu erheblichen Verlusten der mechanischen Eigenschaften in der Schweißnaht- und Wärmeeinflusszone, da die Ausscheidungsstruktur zerstört wird und eine vollständige Wiederanlagerung schwierig ist. Rührreibschweißen ist für Strukturverbunde bevorzugt, da es feinkörnige Mikrostrukturen erzeugt und bei nachfolgender Alterung eine bessere Festigkeitserhaltung ermöglicht. Wenn Lichtbogenschweißen unvermeidbar ist, sind umfangreiche Nachwärmebehandlungen und geeignete Zusatzwerkstoffe oder Zwischenschichten erforderlich; viele Luftfahrtspezifikationen vermeiden jedoch Lichtbogenschweißungen bei kritischen 7055-Bauteilen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 7055 ist mäßig; die Legierung lässt sich besser als manche Kupfer-Hochlegierungen bearbeiten, aber schlechter als duktilere 6xxx-Familienlegierungen. Hartmetallwerkzeuge mit starren Vorrichtungen und hohem positiven Spanwinkel werden empfohlen, ebenso Hochdruckkühlung zur Steuerung der Spanbildung und Erwärmung. Das Spanverhalten reicht von kurzen segmentierten bis zu langen durchgehenden Spänen, abhängig von Vorschub und Zustandsart; optimierte Schnittparameter verringern Werkzeugverschleiß und verbessern die Oberflächenqualität besonders bei ermüdungskritischen Bauteilen.

Umformbarkeit

Das Umformen gelingt am besten in geglühten (O) oder leicht an- bzw. weichgearbeiteten Zuständen; spitzausgelagerte Zustände wie T6 haben eingeschränkte Duktilität und neigen zu Rissbildung beim Biegen oder Tiefziehen. Mindest-Biege-Radien sind generell größer als bei 5xxx/6xxx-Legierungen; als konservative Faustregel gilt ein minimaler Innenradius von 3–4× Dicke bei geglühtem Material, der für stärkere Zustände zunimmt. Warmumformen und anschließende Lösungsglühen/Auslagern ermöglichen komplexe Formen bei Erhalt hoher Endfestigkeiten.

Wärmebehandlungsverhalten

7055 ist eine wärmebehandelbare Legierung, die dem klassischen Weg von Lösungsglühen und Auslagern folgt: Lösungsglühen bei typischen Temperaturen um 470–485°C zum Auflösen löslicher Phasen, anschließend schnelles Abschrecken, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten. Künstliches Altern (z. B. T6: ~120–130°C für mehrere Stunden) induziert feine Mg-Zn-Ausscheidungen, die die Festigkeit auf Spitzenwerte heben. Überalterungsbehandlungen (z. B. T7-Varianten) bei höheren Temperaturen oder längeren Zeiten bewirken ein Vergröbern der Ausscheidungen zur Verbesserung der Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und Zähigkeit bei moderatem Festigkeitsverlust.

Temperwechsel wie T6 → T7 werden gezielt eingesetzt, um das Langzeitverhalten zu verbessern; ebenso enthalten stabilisierte Zustände wie T7451 einen Spannungsabbau-Schritt und kontrolliertes Altern, um Maßhaltigkeit und Bruchzähigkeit für Luftfahrt-Schmiedeteile und dicke Platten zu gewährleisten. Genaue Haltezeiten, Abschreckmedium und Alterungszyklen müssen an Querschnittsdicke und gewünschte Mikrostruktur angepasst und in Lieferanten- sowie Industrienormen spezifiziert werden.

Hochtemperatureigenschaften

7055 verliert mit steigender Temperatur deutlich an Festigkeit; oberhalb von ca. 120–150°C beginnt die ausscheidungsgebende Struktur zu vergrößern und die Eigenschaften verschlechtern sich. Langzeitbelastung über ~150°C beschleunigt das Überaltern und sollte für strukturtragende Anwendungen mit hohem statischem Festigkeitsbedarf vermieden werden. Die Oxidation ist moderat und typisch für Aluminiumlegierungen; schützende Beschichtungen oder Anodisierung können die Oberflächenoxidation bei erhöhten Temperaturen vermindern.

Die wärmebeeinflussten Zonen von Schweißnähten weisen lokal verringerte Festigkeit und veränderte Mikrostrukturen auf, die besonders empfindlich auf erhöhte Betriebstemperaturen reagieren. Für Hochtemperatur- oder kriechbeanspruchte Anwendungen werden meist andere legierte Werkstoffe mit höherer thermischer Stabilität bevorzugt.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Warum 7055 verwendet wird
Luftfahrt	Flügelverkleidungen, Rumpfverstrebungen, Fahrwerksbeschläge	Sehr hohe Festigkeit bei geringem Gewicht und gute Bruchzähigkeit für Haupt- und Nebenstrukturen
Schiffbau	Hochleistungs-Rumpfbeschläge und Masten	Hohe spezifische Festigkeit in Kombination mit maßgeschneidertem Korrosionsschutz
Automobil / Motorsport	Strukturteile für Crashsicherheit, Überrollkäfige (Spezialanwendungen)	Gewichtsreduzierung und hohe statische Festigkeit für Performance-Bauteile
Sportgeräte	Hochwertige Fahrradrahmen, Schlägerrahmen	Ausgezeichnetes Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis und Ermüdungsfestigkeit bei korrekter Behandlung
Elektronik / Thermisches Management	Strukturelle Kühlkörperrahmen	Gute Wärmeleitfähigkeit im Verhältnis zu spezifischen Festigkeitsanforderungen

7055 wird bevorzugt eingesetzt, wenn außergewöhnliche statische Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht gefordert sind, kombiniert mit ausreichender Zähigkeit und Ermüdungslebensdauer für sicherheitskritische Anwendungen. Die Verwendung beschränkt sich häufig auf Bereiche, in denen Fertigungskontrollen und Korrosionsschutz strikt durchgesetzt werden können.

Hinweise zur Auswahl

7055 wird ausgewählt, wenn maximale spezifische Festigkeit und gute Bruchzähigkeit erforderlich sind und die Fertigungskette präzise Wärmebehandlung, Schutzbeschichtungen sowie kontrolliertes Umformen oder Fügen unterstützt. Es eignet sich am besten für Luftfahrt- und Hochleistungs-Strukturbauteile, nicht jedoch für Standard- oder preisgünstige Anwendungen.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) tauscht 7055 eine deutlich höhere Festigkeit gegen eine geringere elektrische/thermische Leitfähigkeit und verminderte Umformbarkeit ein; wählen Sie 7055, wenn die strukturelle Festigkeit die funktionelle Leitfähigkeit oder die einfache Umformbarkeit überwiegt. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003/5052 ist 7055 wesentlich fester, jedoch weniger umformbar und korrosionsanfälliger; es ist vorzuziehen, wenn die Festigkeit eine einfache Umformung und die Kosten überwiegt. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren 6xxxer-Legierungen wie 6061 bietet 7055 eine deutlich höhere Höchstfestigkeit und oft eine bessere Bruchzähigkeit für Luft- und Raumfahrtanwendungen, allerdings auf Kosten der Schweißbarkeit und der intrinsischen Korrosionsbeständigkeit; wählen Sie 7055, wenn das höchste Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnis entscheidend ist und Fertigungsbeschränkungen beherrscht werden können.

Zusammenfassung

7055 bleibt eine erstklassige geschmiedete Aluminiumlegierung für Anwendungen, die extreme spezifische Festigkeit und ausgewogene Zähigkeit erfordern, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie im Hochleistungs-Strukturbereich. Ihr Nutzen hängt von einer sorgfältigen Härteauswahl, kontrollierter Verarbeitung und geeigneten Korrosionsschutzmaßnahmen ab, um ihre konstruierte Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften voll auszuschöpfen.