Aluminium 7068: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

7068 ist eine Aluminiumlegierung der 7xxx-Serie und gehört zur hochfesten Al-Zn-Mg-Cu-Familie. Sie wurde entwickelt, um die maximal erreichbare Festigkeit für schmiedbare Aluminiumlegierungen zu bieten, basierend auf einer präzise abgestimmten Zn–Mg–Cu-Chemie sowie Mikrolegierungszusätzen, die Rekristallisation und Ausscheidungsverteilung steuern.

Die wichtigsten Legierungselemente sind Zink (primäres Ausscheidungshärtungselement), Magnesium (bildet MgZn2-Ausscheidungen mit Zn), Kupfer (erhöht die Festigkeit und ermöglicht eine altersgehärtete Reaktion) sowie Mikrolegierungselemente wie Zirkonium und Chrom zur Feinung der Kornstruktur und Begrenzung der Rekristallisation. Die Legierung ist wärmebehandelbar; die maximale Festigkeit wird durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern (T-Zustände) erreicht, wobei eine sekundäre Festigkeit durch kontrollierte Dispersoide entsteht, die Kriech- und Bruchwiderstand verbessern.

Zu den wichtigsten Merkmalen gehören extrem hohe Zug- und Streckgrenzen im Vergleich zu anderen handelsüblichen Legierungen, eine konkurrenzfähige Ermüdungsfestigkeit für eine hochfeste Aluminiumlegierung bei korrekter Alterung sowie eine akzeptable Zerspanbarkeit. Die Korrosionsbeständigkeit ist moderat – besser als bei einigen sehr hochfesten Zink-reichen Legierungen im Überalterungszustand, aber schlechter als bei 5xxx-Magnesiumlegierungen und vielen rostfreien Stählen; die Schweißbarkeit ist eingeschränkt aufgrund der Weichzone (HAZ) und der Anfälligkeit für Heißrisse, sofern keine speziellen Verfahren und Zusatzwerkstoffe eingesetzt werden. Typische Anwendungsbereiche sind Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Hochleistungssportartikel und Spezialfahrzeuge, in denen das optimale Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend ist.

Ingenieure wählen 7068, wenn das Bauteildesign maximale nutzbare Streck- und Zugfestigkeiten einer Aluminiumlegierung verlangt und gleichzeitig die Vorteile eines leichten, unmagnetischen Werkstoffs erhalten bleiben sollen. Sie wird bevorzugt gegenüber Legierungen wie 7075 eingesetzt, wenn ein kleiner absoluter Festigkeitszuwachs und eine engere mikrostrukturelle Kontrolle Leistungssteigerungen bei Verbindungselementen, Fittings oder Strukturbauteilen unter hohen statischen oder dynamischen Belastungen ermöglichen.

Temperzustände

Temperzustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch (≥15%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig glühtemperiert; am einfachsten zu formen und zu zerspanen
T6 / T651	Sehr hoch	Moderat (6–10%)	Begrenzt	Schlecht bis mäßig	Lösungsglühen und künstlich gealtert; T651 beinhaltet Spannungsarmglühen durch Dehnen
T6511 / T651A	Sehr hoch	Moderat (6–10%)	Begrenzt	Schlecht bis mäßig	Variation von T651 mit kontrolliertem Spannungsabbau oder zusätzlicher Richten
T7 (Überaltert)	Hoch	Moderat bis höher (8–12%)	Besser als T6	Mäßig	Überalterung tauscht Höchstfestigkeit gegen verbesserte Spannungsrissbeständigkeit (SCC) und Korrosionsbeständigkeit
Hx (Kaltverfestigt)	Moderat	Variabel	Moderat	Moderat	Weniger gebräuchlich; geringere Höchstfestigkeit als T-Zustände, dafür verbesserte Umformbarkeit

Der Temperzustand beeinflusst die Eigenschaften von 7068 stark, da die Legierung gut wärmebehandelbar ist. Lösungsglühen und künstliches Altern erzeugen feine, zusammenhängende MgZn2-reiche Ausscheidungen, die Streck- und Zugfestigkeit erhöhen, während Überalterung diese Ausscheidungen grobkörniger macht und die Spannungsrissbeständigkeit auf Kosten der Höchstfestigkeit verbessert.

In der Praxis werden T6/T651-Zustände gewählt, wenn absolute Festigkeit und Steifigkeit im Vordergrund stehen, während T7 oder Zwischenzustände bevorzugt werden, wenn Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und Dienstdauer wichtiger sind. Glühzustände (O) oder kaltverfestigte Zustände werden zum Umformen und Zerspanen vor der endgültigen Wärmebehandlung verwendet.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Hinweise
Si	≤0,12	Verunreinigung; kontrolliert, um spröde intermetallische Phasen zu vermeiden
Fe	≤0,30	Verunreinigung; höhere Fe-Gehalte führen zu groben Phasen und reduzieren die Zähigkeit
Mn	≤0,10	Geringfügig; kann die Kornstruktur leicht verbessern
Mg	2,0–3,0	Primäre Mitfestigung mit Zn zur Bildung von MgZn2-Ausscheidungen
Cu	1,6–2,4	Erhöht Festigkeit und Härte, beeinflusst Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit
Zn	7,0–8,5	Hauptfestigungselement; entscheidend für hohe Höchstfestigkeit
Cr	≤0,20	Kornfeinung und Steuerung der Rekristallisation
Ti / Zr	0,05–0,25 (gesamt)	Mikrolegierung zur Bildung von Dispersoiden, Kontrolle des Kornwachstums und Verbesserung der Zähigkeit
Andere (jeweils)	≤0,05	Spurenelemente, kontrolliert für Reinheit; Rest Aluminium

Das Legierungsprofil ist optimiert, um das Volumen und die Stabilität feiner Mg–Zn-Ausscheidungen zu maximieren, die die Hauptalterungshärtung bewirken, während Cu die Ausscheidungsstruktur anpasst und sekundäre Festigung liefert. Mikrolegierungselemente wie Zr und Cr bilden feine Dispersoide, die das Kornwachstum beim Lösungsglühen und Abschrecken hemmen, die Zähigkeit verbessern, die Abschreckempfindlichkeit verringern und die Rekristallisation während der thermomechanischen Verarbeitung steuern.

Mechanische Eigenschaften

7068 zeigt deutliche Unterschiede zwischen geglühtem und peak-gehärtetem Zustand. Im T6/T651-Zustand erreicht die Legierung eine der höchsten Zug- und Streckgrenzen unter den kommerziellen schmiedbaren Aluminiumlegierungen, mit UTS- und Streckgrenzwerten, die erhebliche Gewichtsreduktionen in Strukturanwendungen ermöglichen. Die Dehnung in Höchstfestigkeitszuständen ist moderat, und die Bruchzähigkeit ist typischerweise geringer als bei niedrigfesten Aluminiumlegierungen, aber akzeptabel, wenn Bauteilgeometrie und maximale Spannungskonzentratoren kontrolliert werden.

Die Ermüdungsleistung von 7068 kann für ein Al–Zn–Mg–Cu-System sehr gut sein, wenn die Mikrostruktur optimiert und die Oberflächenqualität kontrolliert wird; hochfeste Aluminiumlegierungen sind jedoch sensitiv gegenüber Oberflächenfehlern und korrosiven Umgebungen, die Ermüdungsrisse auslösen können. Dicke und Bauteilquerschnitt beeinflussen die erreichbaren Eigenschaften aufgrund von Abschreckempfindlichkeit und Ausscheidungskinetik; dünne Querschnitte erreichen nach Abschreckung leichter die Höchstfestigkeit als dicke Querschnitte, die langsamer abgekühlt oder mit modifizierten Wärmebehandlungszyklen behandelt werden müssen.

Die Härte folgt den Festigkeitstrends: Geglühtes Material zeigt niedrige Brinell- und Vickerswerte, passend zu weichem Aluminium, während T6-ähnliche Zustände hohe Härtewerte erzeugen, die mit der hohen Streckgrenze korrespondieren. Die lokal begrenzte Weichzone in der Wärmeeinflusszone (HAZ) beim Schweißen und das mögliche Vorhandensein von Eigenspannungen müssen bei der Konstruktion berücksichtigt werden.

Eigenschaft	O / Geglüht	Haupttemper (T6 / T651)	Hinweise
Zugfestigkeit	200–300 MPa (typisch)	700–780 MPa (typischer Bereich)	Höchstfestigkeiten unter den höchsten für schmiedbares Aluminium; Werte abhängig von Querschnittsdicke und genauer Alterung
Streckgrenze	100–250 MPa	640–700 MPa	Streckgrenze erreicht Werte, die üblicherweise mit einigen Stählen in bestimmten Zuständen vergleichbar sind
Dehnung	≥15%	6–10%	Duktilität reduziert im peak-gealterten Zustand; Bruchmodus wird je nach Alterung mehr transgranular/intergranular
Härte (HB)	~60–90 HB	~150–180 HB	Härte korreliert mit Ausscheidungsvolumenanteil und -verteilung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	~2,78–2,81 g/cm³	Etwas höher als bei niedriglegiertem Aluminium, aber weiterhin niedrig für hohe Festigkeit
Schmelzbereich	~475–635 °C (typischer Solidus-/Liquidusbereich für Al–Zn–Mg–Cu)	Exakter Solidus/Liquidus abhängig von Legierungszusammensetzung und Spurelementen
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K (bei 20 °C, typischer Wert für legiertes Aluminium)	Niedriger als reines Aluminium wegen Legierungsstreuung; variiert mit Temperzustand und Zusammensetzung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 %IACS	Legierung reduziert Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium
Spezifische Wärme	~0,88–0,90 J/g·K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnung	~23–25 ×10⁻⁶ /K	Vergleichbar mit anderen schmiedbaren Aluminiumlegierungen; thermische Ausdehnungsdifferenzen bei Verbundwerkstoffen/Stahl müssen berücksichtigt werden

Die physikalischen Eigenschaften von 7068 entsprechen generell denen anderer hochfester Aluminiumlegierungen; die Legierung behält die günstige Dichte und spezifische Wärme von Aluminium, opfert jedoch etwas Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aufgrund des hohen Legierungsanteils. Wärmeausdehnung und Leitfähigkeit sind bei Wärmeführung und Fügeverfahren besonders zu beachten, vor allem beim Verbund mit anderen Werkstoffen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,5–6 mm typ.; bis ca. 12 mm	Dünne Bleche erreichen Spitzenwerte homogener	T6, T651, O	Verwendet für hochbeanspruchte Verkleidungsteile und bearbeitete Bauteile nach der Auslagerung
Platte	6–100+ mm	Dicke Platten sind anlass- und abschreckempfindlich; Spitzenwerte können reduziert sein, sofern nicht prozessgerecht behandelt	T6/T7-Varianten; T651 zur Spannungsarmglühung	Oft spezieller Wärmebehandlung und Abschreckvorrichtungen bedürftig
Strangpressprofil	Variable Querschnitte	Durch Lösungsglühen und Auslagern kann hohe Festigkeit erzielt werden	T6/T651	Komplexe Profile für tragende Bauteile und Verbindungsstücke
Rohr	Außen-/Innendurchmesser variabel	Wanddicke beeinflusst Abschreck- und Auslagerungsverhalten	T6/T651	Gewichtsoptimierte Strukturrohre; Schweißen und Fügen erfordern besondere Sorgfalt
Stab/-rundeisen	Durchmesser bis mehrere Zoll	Stabmaterial kann produziert und durch Auslagern hochfest gemacht werden	T6, T651	Gängig für Verbindungselemente, Bolzen und hochfeste bearbeitete Komponenten

Walzprodukte unterscheiden sich in Abschreckbarkeit und Eigenspannungsverhalten. Dünne Teile lassen sich leichter auf Spitzenwerte wärmebehandeln; dicke Platten und große Querschnitte erfordern kontrolliertes Abschrecken oder modifizierte Legierungszustände (T7 oder mehrstufiges Auslagern), um starke Unteralterung im Kern und Verzerrungen zu vermeiden. Strangpress- und Schmiedeteile werden häufig nach der Formgebung lösungsgeglüht, um einen homogenen Ausscheidungszustand zu erzielen.

Entsprechende Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	7068	USA	Hauptbezeichnung für diese hochfeste Aluminiumlegierung bei Aluminiumverbänden
EN AW	7068	Europa	Oft als EN AW-7068 bezeichnet mit ähnlicher Zusammensetzung; Unterschiede in zulässigen Verunreinigungen möglich
JIS	A7068 (ca.)	Japan	Lokale Standards können mit ähnlichen Chemien unter abweichenden Bezeichnungen und Wärmebehandlungsvorschriften geführt werden
GB/T	7068	China	Standardisierte chinesische Varianten vorhanden; genaue Chemien und mechanische Garantien können abweichen

Normen und Bezeichnungen sind weitgehend vergleichbar, jedoch unterscheiden sich Herstellungs- und Prüfverfahren regional. Kleine Unterschiede in Höchstwerten für Verunreinigungen, Mikrolegierungselementen und Qualifikationsprüfungen können zu Abweichungen bei Eigenschaften und Bruchverhalten führen – Ingenieure sollten für sicherheitsrelevante Bauteile Spezifikationsblätter und Konformitätsnachweise prüfen, um Austauschbarkeit sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

7068 ist eine Al–Zn–Mg–Cu-Legierung und weist die typische Empfindlichkeit dieser Familie gegenüber lokal begrenzter Korrosion in chloridhaltigen Umgebungen auf. Unter atmosphärischen Bedingungen mit geringem Chloridanteil zeigt richtig überaltertes oder oberflächenbehandeltes 7068 akzeptable Leistungen; rohes T6-Material ist jedoch gegenüber Lochfraß und interkristalliner Korrosion, insbesondere an beanspruchten Stellen, anfällig.

In maritimen oder chloridreichen Umgebungen benötigt 7068 Schutzlackierungen, Eloxal oder die Wahl eines überalterten (T7-ähnlichen) Zustands zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Selbst dann erreicht es meist nicht die Beständigkeit von magnesiumhaltigen 5xxx- oder rostfreien Stählen für dauerhafte Tauch- oder Spritzwasseranwendungen ohne robuste Schutzmaßnahmen.

Spannungsrisskorrosion stellt bei hochfesten Al–Zn–Mg-Legierungen eine Besonderheit dar. Im peak-aging T6-Zustand ist die Gefahr dafür erhöht; Überalterung und mikrolegierte Ausscheidungen reduzieren die Anfälligkeit, gehen aber mit Einbußen bei der Höchstfestigkeit einher. Galvanische Kupplungen mit kathodischen Materialien (Kupfer, Edelstahl) beschleunigen lokalen Angriff; Kontakt zu Stahl sollte isoliert sein, und Konstruktionen müssen Klüften und Salzablagerungen vermeiden.

Im Vergleich zu anderen Legierungsgruppen tauscht 7068 Korrosionsbeständigkeit gegen Festigkeit: Es übertrifft üblicherweise 6xxx-Legierungen in der Festigkeit, ist aber generell weniger korrosionsbeständig als viele 5xxx- und bestimmte 3xxx-Legierungen für Marineanwendungen. Die richtige Wahl des Zustands und Oberflächenschutz sind entscheidende Designansätze.

Fertigungs-Eigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 7068 ist anspruchsvoll aufgrund vom Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) und deutlich vermindertem Festigkeitsniveau im Schmelzbad; die ausscheidungshärtende Mikrostruktur wird durch Wärmeeintrag gestört. TIG- und MIG-Schweißen können für nicht-kritische, lokale Verbindungen mit niedriger Wärmeeinbringung angewandt werden, aber eine Nachbehandlung kann für große Bauteile die Eigenschaften des Grundwerkstoffs nicht vollständig wiederherstellen. Falls Schweißen notwendig ist, empfehlen sich speziell abgestimmte Zusatzwerkstoffe mit Fokus auf Festigkeit und Spannungsrissbeständigkeit (z. B. spezielle Al‑Zn‑Mg- oder niedrigfeste Al‑Si-Schweißdrähte) und Verfahren mit minimaler Wärmeeinbringung.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 7068 im peak-aged Zustand ist im Vergleich zu hochfesten Stählen aufgrund der geringeren Dichte und guten Spanbildung grundsätzlich gut, allerdings führt die hohe Härte zu verstärktem Werkzeugverschleiß. Hartmetallwerkzeuge, positive Spanwinkel und Hochgeschwindigkeitszerspanung mit ausreichender Kühlung liefern die besten Resultate. Das Zerspanen in einem weicheren Zustand (O) vor der Endalterung ist gängige Praxis, um Werkzeugverschleiß und Verzug bei komplexen Bearbeitungen zu reduzieren.

Umformbarkeit

Umformen gelingt am besten im geglühten (O) oder weichen Zustand; T6/T651-Material zeigt begrenzte Kaltumformbarkeit und höhere Rückfederneigung. Biegeradien sollten in den Spitzenzuständen konservativ gewählt werden (z. B. größere Vielfache der Dicke), um Risse an Spannungskonzentratoren zu vermeiden. Falls umfangreiche Umformungen erforderlich sind, sollten diese im geglühten Zustand durchgeführt werden, gefolgt von Lösungsglühen und künstlichem Auslagern zur Erzielung der Endfestigkeit.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Legierung folgt 7068 der klassischen Ausscheidungshärtung. Das Lösungsglühen erfolgt typischerweise bei Temperaturen, die erforderlich sind, um Legierungselemente in Lösung zu bringen (gewöhnlich ca. 470–500 °C, abhängig von Querschnitt und Ofenverhältnissen), gefolgt von schnellem Abschrecken zur Erhaltung der übersättigten Lösung. Das künstliche Auslagern (z. B. T6) wird üblicherweise bei 120–160 °C über Zeiten durchgeführt, die auf Spitzenhärte und Festigkeit abgestimmt sind; Dauer variiert je nach Bauteildicke und Überalterungsresistenz.

Eine Überalterung zum Erreichen von T7-ähnlichen Zuständen erfordert höhere Temperaturen oder längere Zeiten, um Ausscheidungen zu vergrößern; dies verringert Spitzenfestigkeit, verbessert aber Spannungsrissbeständigkeit und Bruchzähigkeit. T651-Zustände kennzeichnen kontrolliertes Richten oder Dehnen nach dem Abschrecken zur Minimierung von Eigenspannungen und Verzug. Aufgrund der Abschreckempfindlichkeit können dicke Querschnitte abgewandelte Zyklen oder unterbrochenes Abschrecken sowie mikrolegierte Ausscheidungen (Zr, Ti) zur Reduktion von wärmebehandlungsbedingten Verformungen benötigen.

Hochtemperatureigenschaften

7068 bewahrt gegenüber niedrig legiertem Aluminium eine erhöhte Festigkeit bei moderat erhöhten Temperaturen, jedoch treten bei Annäherung an bzw. Überschreiten von ca. 120–150 °C erhebliche Festigkeitsverluste auf. Langzeittemperaturen über ~100–120 °C führen zu mikrostruktureller Entwicklung (Koarsening der Ausscheidungen) und messbarem Verlust von Streckgrenze und Härte; Auslegungs-Grenzwerte werden für tragende Bauteile gewöhnlich deutlich darunter festgelegt.

Oxidation fällt im Vergleich zu Eisenwerkstoffen gering aus, jedoch können Hochtemperatureinwirkung die Oberflächenoxidcharakteristik verändern und Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen. In Schweißnähten sind WEZ-Bereiche besonders anfällig; lokal begrenztes Erweichen sowie Ausscheidungsauflösung und -neubildung reduzieren die Tragfähigkeit und begünstigen Kriechen bzw. Stressruß unter andauernder Belastung bei hohen Temperaturen.

Anwendungsgebiete

Industrie	Beispielkomponente	Warum 7068 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Strukturbefestigungen und hochbelastete Bolzen	Außergewöhnliches Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und hohe Streckgrenze ermöglichen leichte Konstruktionen
Verteidigung / Feuerwaffen	Empfänger, Verschlussgehäuse, hochfeste Bauteile	Hohe statische Festigkeit und Bearbeitbarkeit für Präzisionsteile
Motorsport / Automobil	Fahrwerksverbindungen, Überrollkäfig-Verbindungsstücke	Hohe Festigkeit ermöglicht leichtere Komponenten unter dynamischen Belastungen
Sportartikel	Leistungsstarke Fahrradrahmen, Hardware	Wettbewerbsfähige Gewichtsreduzierung bei hoher Steifigkeit
Elektronik	Strukturrahmen und Halterungen	Hohes Steifigkeit-Gewichts-Verhältnis und Bearbeitbarkeit für kompakte Baugruppen

7068 wird bevorzugt, wenn Spitzenfestigkeit und hohe Streckgrenze leichtere, steifere Designs ermöglichen und wenn Lieferkette kontrollierte Wärmebehandlung und schützende Oberflächenbearbeitung unterstützt. Die Legierung ist besonders attraktiv, wenn Gewichtseinsparung zu Leistungs- oder Kraftstoffeffizienzgewinnen führt und Korrosions- sowie Ermüdungsrisiken durch Beschichtungen oder konstruktive Maßnahmen beherrscht werden.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 7068 sollte es für Designs mit höchsten Streck- und Zugfestigkeiten in warmumgeformtem Aluminium bevorzugt werden, insbesondere wenn Konstruktion und Fertigung kontrollierte Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung ermöglichen. Es sind höhere Materialkosten und strengere Handhabungsanforderungen als bei üblichen Aluminiumlegierungen zu erwarten.

Im Vergleich zu handelsüblichem reinem Aluminium (1100) tauscht 7068 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit bei Raumtemperatur gegen eine vielfach höhere Festigkeit und Steifigkeit ein; wählen Sie 7068, wenn die strukturelle Leistungsfähigkeit im Vordergrund steht. Im Vergleich zu verfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 7068 eine deutlich höhere statische Festigkeit, jedoch typischerweise geringere intrinsische Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen und schlechtere Kaltumformbarkeit. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 übertrifft 7068 diese deutlich in Streckgrenze und Zugfestigkeit; wählen Sie 7068, wenn die höhere Festigkeit die Mehrkosten rechtfertigt und Schweiß-/Verbindungsanforderungen beherrschbar sind.

Abschließende Zusammenfassung

7068 bleibt relevant, wenn die höchste praktisch erreichbare Festigkeit bei einem gewalzten Aluminium erforderlich ist und wenn gewichtssensible Konstruktionen vom verbesserten Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis profitieren. Die spezialisierte Chemie und das Ansprechverhalten auf Wärmebehandlung erlauben strukturelle Lösungen, die mit Legierungen geringerer Festigkeit nicht möglich sind, vorausgesetzt, Design-, Fertigungs- und Korrosionsschutzstrategien werden angewendet, um die Empfindlichkeiten der Legierung zu kompensieren.