Aluminium 7056: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

7056 ist eine hochfeste Aluminiumlegierung der 7xxx-Serie (Al-Zn-Mg-Cu), entwickelt für Anwendungen, die sehr hohe statische und Ermüdungsfestigkeit in Kombination mit einer zähigkeitsstarken Qualität auf Luftfahrt-Niveau erfordern. Die primären Legierungselemente zur Festigkeitssteigerung sind Zink und Magnesium, ergänzt durch einen beträchtlichen Kupferanteil sowie Mikrolegierungs-Spurenelemente wie Chrom, Zirkonium und Titan zur Steuerung der Korngröße und Rekristallisation.

7056 ist eine wärmebehandelbare Legierung, die ihre mechanischen Eigenschaften durch Lösungsbehandlung, Abschrecken und Ausscheidungshärtung (Auslagerung) erreicht; die Legierung kann auch überaltert werden, um die Bruchzähigkeit und Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit zu verbessern. Wesentliche Merkmale sind ein sehr hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, relativ geringe Schweißbarkeit im Vergleich zu 5xxx- bzw. 6xxx-Legierungen, begrenzte Umformbarkeit bei Raumtemperatur in ausgeprägtem Härtezustand sowie eine moderate Korrosionsbeständigkeit, die durch Wahl des Härtezustands und Oberflächenbehandlungen deutlich verbessert werden kann.

Typische Einsatzbereiche für 7056 sind die Luftfahrt (Strukturpresslinge, Beschläge und Fahrwerkskomponenten), der Hochleistung-Rennsport und Verteidigungsausrüstung, bei denen hohe statische und Ermüdungsfestigkeiten unerlässlich sind. Die Legierung wird anderen Typen vorgezogen, wenn maximale Festigkeit und Ermüdungsleistung bei möglichst geringem Bauteilgewicht Priorität haben – insbesondere, wenn mechanische Befestigung oder kontrollierte Fertigungsverfahren möglich sind.

Ingenieure entscheiden sich für 7056 statt anderer 7xxx-Legierungen, wenn ein spezifisches Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Höchstfestigkeit gefordert wird oder fine grain Mikrolegierungen (z. B. Zr/Ti) sowie maßgeschneiderte Auslagerungsverfahren eingesetzt werden, um Spannungsrisskorrosion zu minimieren und zugleich hohe Streck- und Zugfestigkeiten zu erhalten.

Vergütungszustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Gering	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig weichgeglüht, maximale Duktilität zum Umformen
H12 / H14	Gering–Mittel	Mittel–Hoch	Gut	Gut	Leicht kaltverfestigt zur Umformung mit etwas Festigkeit
T5	Mittel	Mittel	Begrenzt	Schlecht–Befriedigend	Abgekühlt von erhöhter Temperatur und künstlich ausgehärtet
T6	Hoch	Gering–Mittel	Begrenzt	Schlecht	Höchstalterung zur Maximierung der Festigkeit; gängiger Strukturzustand
T651	Hoch	Gering–Mittel	Begrenzt	Schlecht	T6 mit Spannungsarmglühen (Richten); typisch für Luftfahrtanwendungen
T76 / T7451	Mittel–Hoch	Mittel	Verbessert	Schlecht–Befriedigend	Überalterte Zustände zur Verbesserung der Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und Zähigkeit
Hxxx (kaltverfestigt)	Variabel	Variabel	Moderat	Gut	Kombinationszustände zur gezielten Abstimmung von Festigkeit und Umformbarkeit

Der Vergütungszustand bestimmt die Leistung von 7056 stark: Weichgeglühtes (O) Blech und Platten sind am besten umformbar und am einfachsten zu bearbeiten; T6/T651 bietet maximale statische Festigkeit auf Kosten von Dehnung und Biegeverhalten. Überalterte Zustände wie T76/T7451 tauschen etwas Höchstfestigkeit gegen deutlich verbesserte Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit, was für sicherheitsrelevante Luftfahrtbauteile entscheidend ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Typisches Verunreinigungselement; zu viel Si kann Schmelzverhalten beeinflussen
Fe	≤ 0,50	Verunreinigung, bildet Intermetallische Phasen; kontrolliert zur Vermeidung von Versprödung
Cu	1,4–2,4	Erhöht Festigkeit und Härtbarkeit; beeinflusst Korrosionsverhalten
Mn	≤ 0,10	geringer Gehalt, steuert Rekristallisation bei Vorhandensein
Mg	2,0–2,8	Hauptfestigungselement durch MgZn2-Ausscheidungen
Zn	7,0–8,8	Wesentlicher Festigkeitsbeitrag; hoher Zn-Anteil verbessert Härtbarkeit
Cr	0,04–0,20	Steuert Kornstruktur und mindert Rekristallisation
Ti	0,05–0,20	Kornfeiner für Schmiedeteile und Guss
Zr / Andere Mikrolegierungselemente	0,05–0,25	Zr und ähnliche Elemente bilden Dispergierte, die Kornwachstum begrenzen
Sonstige / Restgehalte	≤ 0,15 jeweils	Enthält Spurenelemente und unbestimmte Reste; Ausgleich Aluminium

Die Kombination aus hohem Zn- und Mg-Gehalt erzeugt MgZn2-Ausscheidungen, die für die Höchstfestigkeit nach künstlicher Auslagerung verantwortlich sind. Kupfer steigert Festigkeit und Bruchzähigkeit, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit verschlechtern; deshalb sind Cu- und Zn-Gehalte ausgewogen und Mikrolegierungszusätze (Zr/Cr/Ti) werden eingesetzt, um eine feine, stabile Kornstruktur zu erzeugen und die Rekristallisation während der thermomechanischen Bearbeitung zu kontrollieren.

Mechanische Eigenschaften

7056 zeigt ein breites Spektrum an Zug- und Streckfestigkeiten, abhängig vom Vergütungszustand und der Produktform; Höchsthärtezustände (T6/T651) gehören zu den stärksten Aluminiumlegierungen und bieten ausgezeichnete statische Festigkeit bei reduzierter Duktilität und Biegefähigkeit. Die Streckgrenze in T6-ähnlichen Zuständen kann andere hochfeste 7xxx-Legierungen erreichen oder übertreffen; Zugfestigkeit und Streckgrenze nehmen mit zunehmender Bauteildicke aufgrund der Abschreckempfindlichkeit ab.

Die Bruchdehnung ist im weichgeglühten Zustand deutlich höher und nimmt mit steigender Festigkeit ab; typische Dehnungswerte in T6 erlauben Bearbeitung und leichte Umformung, jedoch keine stark kalte Umformung. Die Härte korreliert mit dem Alterungszustand und ist ein nützliches Qualitätskontrollmerkmal. Die Ermüdungsfestigkeit ist vorteilhaft bei Schmiedeteilen und dickeren Bauteilen, jedoch empfindlich gegenüber Oberflächenbeschaffenheit und Homogenität der Wärmebehandlung.

Dicke Effekte sind bei 7056 erheblich, da die Fähigkeit, die Höchsthärte während Abschreckung und Auslagerung zu erreichen, mit zunehmender Bauteildicke abnimmt; Konstrukteure müssen niedrigere Eigenschaften bei dicken Schmiedeteilen und Platten berücksichtigen oder modifizierte Wärmebehandlungsverfahren und Legierungsvarianten verwenden, um auszugleichen.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wichtiger Zustand (z. B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	220–300 MPa (typ.)	540–640 MPa (typ.)	Großes Spektrum je nach Zustand, Bauteildicke und Alterung
Streckgrenze	110–200 MPa (typ.)	470–560 MPa (typ.)	Streckgrenze stark abhängig von Abschreckung und Vergütung
Dehnung	18–28 %	6–12 %	Gehärtete Zustände zeigen verringerte Duktilität
Härte (HV)	60–90	150–200	Vickers-Härte korreliert mit den Zugfestigkeiten

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78 g/cm³	Typisch für hochfeste Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen
Schmelzbereich	~500–635 °C (Solidus bis Liquidus approx.)	Erstarrungsbereich abhängig von exakter Zusammensetzung und Verunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber ausreichend für viele thermische Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 % IACS	Reduziert gegenüber reineren Legierungen durch Legierungselemente
Spezifische Wärmekapazität	~880–910 J/kg·K	Nahe an üblichen Aluminiumlegierungen bei Umgebungstemperatur
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K	Typischer linearer Ausdehnungskoeffizient für Al-Legierungen bei Raumtemperatur

Die physikalischen Konstanten spiegeln ein Gleichgewicht zwischen metallischer Leitfähigkeit und Legierungsgehalt wider; Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind durch die erheblichen Zn/Mg/Cu-Zugaben im Vergleich zu 1xxx-Legierungen vermindert. Konstrukteure sollten davon ausgehen, dass sich die Legierung thermisch ähnlich wie andere 7xxx系-Legierungen mit guter Wärmeableitung verhält, jedoch mit etwas reduzierter Leitfähigkeit für Hochfrequenz-Elektrikanwendungen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Anlieferzustände	Bemerkungen
Blech	0,5–6 mm	Sinkt mit zunehmender Dicke	O, T6, T76	Verwendet für Luftfahrtverkleidungen und Präzisionspaneele; Umformung im Peak-Age-Zustand eingeschränkt
Platte	6–200+ mm	Eigenschaftsgradient mit der Dicke	T6, T651, T76	Dicke Platten erfordern kontrolliertes Abschrecken; schwere Abschnitte zeigen reduzierte Eigenschaften
Strangpressprofil	Variable Querschnitte	Festigkeit ähnlich wie bei Platten für gleichen Anlieferzustand	T6, T651	Komplexe Stranggussprofile möglich, erfordern jedoch sorgfältige Steuerung der Direktalterung
Rohr	Außendurchmesser 10–300 mm	Festigkeit abhängig von Wanddicke	T6, T76	Verwendet für Strukturrohre mit Anforderungen an Ermüdungsfestigkeit
Stab/Stange	Durchmesser 5–200 mm	Gute Zerspanbarkeit im Zustand O; hohe Festigkeit im T6-Zustand	O, T6	Geschmiedete Stangen werden häufig wärmebehandelt für sicherheitskritische Bauteile

Formgebungs- und Verarbeitungswege bestimmen die erzielbaren Eigenschaften: Dünnblechteile können lösungsgeglüht und schnell abgeschreckt werden, um nahezu Spitzenzustände zu erreichen, während dicke Platten und Schmiedeteile quench-empfindlicher sind und oft modifizierte Alterungszyklen benötigen. Strangpressprofile und Schmiedeteile profitieren von Mikrolegierungen zur Kornwachstumskontrolle und zur Verbesserung der strukturellen Homogenität in großen Querschnitten.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Bezeichnung	Region	Bemerkungen
AA	7056	USA	Hauptbezeichnung unter der Aluminum Association
EN AW	AlZn7.5MgCu?*	Europa	Großzügig äquivalente Zusammensetzungen vorhanden, jedoch ist eine Verifizierung für spezifische Zustände erforderlich
JIS	A7056 (ungefähr)*	Japan	Lokale Kataloge können nahe Äquivalente mit unterschiedlichen Grenzwerten listen
GB/T	Al-Zn-Mg-Cu-Serie (7056-ähnlich)*	China	Chinesische Normen besitzen annähernd äquivalente hochfeste Zn-Mg-Cu-Legierungen

Direkte Eins-zu-eins-Äquivalente für 7056 sind limitiert, da Zusammensetzungen und Verarbeitungsfenster zwischen Normen variieren; die mit einem Stern markierten Einträge zeigen, dass lokale Bezeichnungen oft 7056 annähern, jedoch unterschiedliche Spurenelement-Grenzen, Mikrolegierungszusätze und verfügbare Anlieferzustände aufweisen. Ingenieure müssen chemische und mechanische Spezifikationen prüfen und sich nicht ausschließlich auf nominale Werkstoffbezeichnungen verlassen, wenn international beschafft wird.

Korrosionsbeständigkeit

7056 besitzt eine moderate allgemeine Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen, kann jedoch wie andere hochzinkhaltige 7xxx-Legierungen anfällig für Lochfraß und Blätterkorrosion in aggressiven Chloridumgebungen werden, wenn keine Behandlung erfolgt. Überalterte Zustände (T76/T7451) sowie Überzüge oder Eloxieren verbessern die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und interkristalline Angriffe erheblich.

In maritimen Umgebungen ist 7056 ohne geeignete Oberflächenbehandlung oder Opferschutz weniger langlebig als 5xxx- oder beschichtete 6xxx-Legierungen; lokale Angriffe und SCC sind die Hauptprobleme. Anwendungsbezogene Schutzmaßnahmen umfassen Schutzbeschichtungen, Dichtstoffe an Verbindungen, kathodischen Schutz und strikte Gestaltungsrichtlinien zur Vermeidung von Spalten, die Salzwasser zurückhalten können.

Spannungsrisskorrosion ist ein bedeutender Versagensmechanismus bei hochfesten 7xxx-Legierungen; die Mikrolegierungen (Zr/Cr) von 7056 und eine sorgfältige Wahl des Anlieferzustandes können die SCC-Anfälligkeit reduzieren, doch sollten Konstrukteure konservative Sicherheitsfaktoren anwenden und für sicherheitskritische Bauteile überalterte Zustände in Betracht ziehen. Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Materialien (z. B. Edelstahl oder Titan) sind meist ungünstig für Aluminium; Isolation und die Wahl geeigneter Verbindungselemente sind wichtig, um beschleunigte anodische Auflösung zu vermeiden.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 7056 ist allgemein anspruchsvoll; Schmelzschweißverfahren (TIG/MIG) bergen das Risiko von Heißrissen, Porosität und ausgeprägtem Weichwerden der Wärmeeinflusszone (HAZ), was die lokale Festigkeit erheblich mindern kann. Wenn Schweißen unvermeidbar ist, werden mitunter Zusatzwerkstoffe mit höherem Mg-Gehalt (z. B. 5356) oder speziell formulierte 7xxx-Schweißdrähte verwendet, doch bleiben Schweißverbindungen oft schwächer als das Grundmaterial und erfordern nach Möglichkeit eine Nachbehandlung durch Wärmebehandlung.

Elektronenstrahl- und Reibschweißverfahren sind für sicherheitsrelevante Anwendungen bevorzugt, da sie die HAZ-Größe reduzieren und flüssigphasige Risse vermeiden können; jedoch sind Prozesskontrolle und Nachbehandlung (Lösungsglühen/Altern) erforderlich, um akzeptable mechanische Eigenschaften wiederherzustellen. Bei vielen Luftfahrtanwendungen ist mechanisches Fügen oder Kleben dem Schweißen vorzuziehen.

Zerspanbarkeit

7056 zeigt im Vergleich zu anderen hochfesten Legierungen eine akzeptable Zerspanbarkeit sowohl im geglühten als auch im peak-gealterten Zustand, erfordert jedoch eine sorgfältige Werkzeugauswahl und hohe Spannungssteifigkeit, um Vibrationen und Kaltverfestigung an der Schnittkante zu vermeiden. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel, ausreichender Kühlung und moderaten Schnittgeschwindigkeiten werden empfohlen; Vorschübe sollen kontinuierliche Späne fördern und eine Erwärmung des Werkstücks minimieren.

Da 7056 mit engen Toleranzen produziert werden kann, ist die Zerspanung ein übliches Endbearbeitungsverfahren für Fittings und Verbindungselemente; Voralterung oder Spannungsarmglühen können die Maßhaltigkeit bei starker Bearbeitung verbessern. Oberflächenqualität und Spanformung sind für ermüdungskritische Bauteile wichtig.

Umformbarkeit

Die Umformung erfolgt am besten im geglühten (O) oder teilweise weichgeglühten Zustand; T6/T651 weist nur eingeschränkte Kaltumformbarkeit auf und erfordert größere Biegeradien sowie schrittweise Umformtechniken. Typische minimale Innen-Biegeradien bei Dünnblechen im peak-gealterten Zustand liegen im Bereich von 3–6-facher Materialdicke, Konstrukteure sollten jedoch Prototypen zur Validierung verwenden und den lokalen Rückfeder-Effekt beachten.

Für Stanzteile und komplexe Formen können Lösungsglühen-gefolgt-von-Umformen oder Warmumformverfahren mit anschließender künstlicher Alterung eingesetzt werden, um nahezu Endkonturen mit akzeptablen Eigenschaftsprofilen zu erzielen. Kaltumformzustände (H-Zustände) bieten Zwischenergebnisse im Festigkeits-/Umformbarkeitsvergleich für Bauteile, die eine Formgebung ohne vollständiges Glühen benötigen.

Wärmebehandlungsverhalten

7056 ist wärmebehandelbar durch konventionelle Schritte Lösungsglühen, Abschrecken und künstliche Alterung. Lösungsglühen erfolgt typischerweise nahe der Solvus-Temperatur des Zn/Mg/Cu-Systems (ca. 470–480 °C), um lösemittelreiche Phasen aufzulösen, gefolgt von schnellem Abschrecken, um eine übersättigte Lösung zu erhalten.

Künstliche Alterung für T6-ähnliche Zustände wird üblicherweise bei mittleren Temperaturen (typischerweise 120–160 °C) mit Zeiten durchgeführt, die auf einen Kompromiss zwischen Spitzenfestigkeit und Zähigkeit abgestimmt sind; schnellere Alterung führt zu höherer Spitzenfestigkeit, kann jedoch die Anfälligkeit für SCC erhöhen. Überalterungsbehandlungen (T76/T7451) verwenden höhere Temperaturen und/oder längere Zeiten zur Koagulation der Ausscheidungen, wodurch Streck- und Zugfestigkeit moderat sinken, aber Bruchzähigkeit und SCC-Beständigkeit deutlich verbessert werden.

Die Übergänge zwischen T-Zuständen sind vorhersagbar: T4 (natürlich gealtert) zu T6 (künstliche Alterung) erhöht die Festigkeit; T73/T76 senken die Spitzenfestigkeit, verbessern jedoch Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit. Kontrolle von Abschreckgeschwindigkeit und Alterungszyklus ist für dicke Querschnitte entscheidend, um Eigenschaftsgradienten und weiche Innenbereiche zu vermeiden.

Leistungen bei erhöhten Temperaturen

7056 verliert mit steigender Temperatur relativ schnell an Festigkeit; die nutzbare statische Festigkeit sinkt oberhalb von ca. 100–125 °C, und über 150 °C treten erhebliche Eigenschaftsverschlechterungen auf. Die Kriechfestigkeit ist im Vergleich zu hitzebeständigen Legierungen begrenzt, daher wird ein dauerhafter Hochtemperatureinsatz für tragende Bauteile nicht empfohlen.

Die Oberflächenoxidation ist bis zu den für Flugzeugumgebungen typischen erhöhten Temperaturen minimal, aber längerer Aufenthalt bei erhöhten Temperaturen kann Ausscheidungsverteilungen verändern und die Ermüdungslebensdauer reduzieren. Konstrukteure sollten Dauereinsatztemperaturen beschränken und alternative Legierungen für dauerhafte thermische Belastungen prüfen oder Schutz- und Wärmemanagementmaßnahmen einsetzen, um Komponententemperaturen im sicheren Bereich zu halten.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Warum 7056 verwendet wird
Luftfahrt	Strukturverbindungen, Flügelrippen, Bolzenschmiedeteile	Höchste praktikable Festigkeit-zu-Gewicht-Relation und Ermüdungsleistung für sicherheitskritische Fittings
Marine / Verteidigung	Raketengehäuse, Waffengehäuse, hochfeste Verbindungsstücke	Hohe spezifische Festigkeit und gezielte Zähigkeit; Mikrolegierungen verbessern SCC-Beständigkeit
Motorsport / Automobil	Überrollkäfigkomponenten, Strukturquerträger (eingeschränkt)	Gewichtskritische Strukturteile, wenn Schweiß- oder Fertigungsverfahren passen
Elektronik / Wärmeableitung	Kleine Wärmeverteiler, Halterungen	Gute Wärmeleitfähigkeit bei hoher Steifigkeit für kompakte, tragende Bauteile

7056 wird typischerweise für Bauteile reserviert, bei denen maximale spezifische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit essenziell sind und bei denen Fertigungsverfahren die schädlichen Effekte des Schmelzschweißens vermeiden können. Seine Kombination aus hoher Festigkeit, kontrollierbarer Zähigkeit und verfügbaren Zuständen macht es zu einem unverzichtbaren Werkstoff in sicherheitskritischen Luftfahrtbaugruppen.

Auswahlhinweise

7056 wird ausgewählt, wenn das Verhältnis aus Festigkeit zu Gewicht und Ermüdungsleistung über einfacher Fertigbarkeit oder Rohmaterialkosten priorisiert wird. Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) tauscht 7056 deutlich höhere Zug- und Streckfestigkeiten gegen geringere elektrische Leitfähigkeit und reduzierte Umformbarkeit; 7056 sollte verwendet werden, wenn strukturmechanische Leistung wichtiger ist als Leitfähigkeit und Umformkomfort.

Im Vergleich zu gängigen Kaltumformlegierungen wie 3003 oder 5052 liegt 7056 deutlich oberhalb in der Festigkeit und bietet dabei eine ähnliche oder je nach Wärmebehandlung leicht geringere Korrosionsbeständigkeit; wählen Sie 7056 für tragende Strukturen, bei denen 3xxx/5xxx die erforderliche Festigkeit nicht erreichen können. Im Vergleich zu weit verbreiteten wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 bietet 7056 eine höhere Höchstfestigkeit und eine längere Ermüdungslebensdauer, kann jedoch teurer sein und ist schwerer zu schweißen; entscheiden Sie sich für 7056, wenn die höhere spezifische Festigkeit die erhöhten Anforderungen an die Fertigungskontrolle und mögliche spezielle Verbindungstechniken rechtfertigt.

Bei der Wahl von 7056 sollten Sie die Abwägungen berücksichtigen: Die Legierung liefert Festigkeits- und Ermüdungseigenschaften auf Luft- und Raumfahrt-Niveau, erfordert jedoch sorgfältige Wärmebehandlung, Oberflächenschutz und häufig alternative Fügeverfahren. Berücksichtigen Sie die Verfügbarkeit und den Kostenaufschlag im Vergleich zu 6xxx- und 5xxx-Legierungen und prüfen Sie vor der endgültigen Auswahl den Einfluss von Härtegrad und Blechdicke auf die End-Eigenschaften.

Abschließende Zusammenfassung

7056 bleibt relevant, da es eine der höchsten Festigkeits-Gewichts-Kombinationen unter den warmumgeformten Aluminiumlegierungen bietet und gleichzeitig metallurgische Anpassungen zur Verbesserung der Zähigkeit und der Spannungsrissbeständigkeit (SCC) ermöglicht; dies macht es ideal für sicherheitskritische, gewichtssensible Bauteile in Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung. Die richtige Beachtung von Härtegrad, Wärmebehandlung und Fertigungsverfahren erschließt die Leistungsvorteile, während typische Einschränkungen der 7xxx-Serie ausgeglichen werden.