Aluminium 7071: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Produktformen

Bleche werden typischerweise mit Oberflächenfinish und Härtezuständen für nachfolgende Bearbeitung und Umformung produziert; Platten benötigen wärmebehandlung für dicke Querschnitte und verwenden häufig T73 zur Minderung von Eigenspannungen und Rissbildung. Strangpressprofile und Rohre profitieren von T5/T6-Verfahren für Maßstabilität und hohe Festigkeit; lange Profile erfordern gleichmäßige Abkühlung, um Eigenschaftsunterschiede zu vermeiden. Stäbe und Schmiedeteile werden üblicherweise lösungsbehandelt und entweder künstlich gealtert oder mechanisch stabilisiert (T651), um Präzisionsbearbeitung und Strukturanwendung zu ermöglichen.

Entsprechende Werkstoffbezeichnungen

Die Auflistung der äquivalenten Werkstoffe für 7071 ist indikativ: da 7xxx-Legierungen in Zn/Mg/Cu-Anteilen und Mikrolegierungszusätzen variieren, erfordert eine direkte Austauschbarkeit zwischen Regionen eine Überprüfung der chemischen Zusammensetzung und geforderter mechanischer Eigenschaften. Spezifikationen unterscheiden sich in zulässigen Verunreinigungen, Wärmebehandlungsprozessen und Prüfanforderungen, daher sind Werkszertifikate und Prüfberichte vor dem Austausch zwingend zu konsultieren.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 7071 ist moderat; der hohe Zink- und Kupfergehalt reduziert die natürliche Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Legierungen. In typischen Umgebungen bildet die Legierung eine Oxidschicht, aber Lochfraß und interkristalline Angriffe sind in chloridreichen oder industriellen Atmosphären wahrscheinlicher, sofern keine Schutzbeschichtungen oder geeignete Härtezustände (z. B. T73) verwendet werden.

In maritimen Umgebungen ist 7071 weniger beständig als 5xxx (Mg-reiche) Legierungen und gewisse beschichtete 6xxx-Legierungen; längere Einwirkung, Spritzwasserbereiche und Salznebel beschleunigen lokalisierten Korrosionsangriff und können zu Versprödung oder Querschnittverlust führen. Korrosionszuschläge oder opferanodische Beschichtungen werden für den Langzeiteinsatz im Marinebereich oft verwendet, und überalterte Zustände verbessern die SCC-Beständigkeit.

Spannungsrisskorrosion ist ein bekanntes Risiko für hochfeste 7xxx-Legierungen, insbesondere in maximal gealterten Zuständen mit hohen Zug-Eigenspannungen und in chloride- oder laugenhaltigen Umgebungen. Überalterung (T73/T76) und sorgfältige Kontrolle der Eigenspannungen durch Dehnen oder Glühen reduzieren die SCC-Anfälligkeit. Beim Fügen mit galvanisch ungleichen Metallen ist 7071 relativ zu Edelstahl anodisch, aber zu edleren Metallen kathodisch; isolierende Beschichtungen oder nichtleitende Befestiger werden zur Vermeidung galvanischer Angriffe empfohlen.

Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien bietet 7071 höhere Festigkeit auf Kosten der Korrosionsbeständigkeit; Konstrukteure greifen häufig auf 6xxx-Serie zurück, wenn Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit im Vordergrund stehen, oder auf 5xxx-Serie für überlegene maritime Leistungen bei geringerer Festigkeit.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 7071 in maximal gealterten Zuständen ist anspruchsvoll: TIG- und MIG-Schweißungen leiden häufig unter Aufhärtungsverlust im Wärmeeinflussbereich, Festigkeitsabfall und höherer Neigung zu Heiß- und Kalt-Rissbildung aufgrund niedrig schmelzender Korngrenzphasen. Empfohlen wird, Schweißungen an hochbeanspruchten Stellen zu vermeiden oder Vor- und Nachwärmebehandlungen anzuwenden, wo möglich; das Verwenden von Zusatzwerkstoffen mit passenden mechanischen Eigenschaften und weniger niedrigschmelzenden Phasen kann das Risiko von Heißrissen verringern. Widerstandsschweißen und mechanische Verbindungen sind oft bevorzugt, wenn strukturelle Integrität entscheidend ist.

Zerspanbarkeit

7071 besitzt eine mäßig gute Zerspanbarkeit für eine hochfeste Aluminiumlegierung; es lässt sich leichter bearbeiten als Stähle, erfordert aber starre Aufspannung, scharfe Hartmetallwerkzeuge und optimierte Vorschub-/Drehzahlen, um Aufbauschneiden und Vibrationen zu vermeiden. Die Schnittgeschwindigkeiten liegen typischerweise über denen von Stahl, aber unter denen weicheren Aluminiums; Kühlung und Spanabfuhr sind wichtig, da die Legierung zähe, teils faserige Späne erzeugt. Die Werkzeugstandzeit kann in T6-Zuständen durch hohe Härte reduziert sein, daher wird oft in weicheren Zuständen oder stabilisiertem T651 vorgeschruppt.

Umformbarkeit

Die Kaltumformbarkeit von 7071 ist in gealterten Zuständen wegen niedriger Duktilität und hoher Streckgrenze begrenzt; minimale Biegeradien sind größer als bei 5xxx- oder 3xxx-Legierungen und der Rückfederungseffekt ist ausgeprägt. Umformungen erfolgen am besten im O- oder H-Zustand oder durch Warmumformverfahren, gefolgt von Lösungsglühen und Ausscheidungshärtung zur Wiederherstellung der Festigkeit. Tiefziehen und starke Blechumformungen werden im T6-Zustand generell vermieden; Konstrukteure nutzen maßgeschneiderte Zustände (z. B. T73) oder segmentierte Umformprozesse mit nachträglichen Alterungszyklen.

Wärmebehandlungsverhalten

7071 ist durch den klassischen Lösungsbehandlungs–Abschreck–Alterungszyklus härtbar. Die Lösungsglüh-Temperatur liegt typischerweise zwischen 470 und 480 °C, um Zn und Mg in übersättigte feste Lösung zu überführen, gefolgt von schnellem Abschrecken zur Erhaltung des übersättigten Zustands. Künstliches Altern (z. B. T6: ca. 120–135 °C für 24 Stunden, je nach Legierung) bildet fein verteilte metastabile Ausscheidungen, die die Festigkeit maximieren; Alterungsprofile müssen an Blechdicke und Abkühlrate angepasst werden.

Überalterungsbehandlungen (T73/T76) verwenden höhere Temperaturen oder längere Zeiten, um Ausscheidungen zu vergrößern, Residualspannungen zu reduzieren und die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit zu verbessern, mit einem entsprechenden Festigkeitsverlust. T651 umfasst Lösungsglühen, Abschrecken, eine kontrollierte Dehnung zur Spannungsentlastung und anschließendes Altern, um nahezu T6-Festigkeit bei verbesserter Maßstabilität zu erreichen.

Für nicht härtbare Varianten oder zur temporären Umformbarkeit wird Kaltverfestigung (H-Zustände) eingesetzt, um die Streckgrenze ohne Alterung zu erhöhen. Glühen stellt den O-Zustand mit Rekristallisation und Duktilitätsrückgewinnung wieder her; jedoch sind mehrere vollständige Lösungszyklen nach Glühen notwendig, um die Ausscheidungshärtung vollständig zu reaktivieren.

Hochtemperatureigenschaften

7071 verliert mit steigender Temperatur an Festigkeit, die praktische Höchsttemperatur für tragende Anwendungen liegt meist unter 150 °C, wenn wesentliche Festigkeitsretention erforderlich ist. Erhöhte Temperaturen beschleunigen das Ausscheidungskorngrößenwachstum, reduzieren Streck- und Zugfestigkeit und verschlechtern Ermüdungs- und Kriechfestigkeit gegenüber Raumtemperatur.

Die Oberflächenoxidation ist bei kurzfristigen Einsätzen nicht gravierend, aber dauerhafte hohe Temperaturen können zur Grobkörnigkeit der Zwischenmetallphasen und Korngrenzschwächung führen, was Kriechverformung und interkristallines Versagen begünstigt. Die Wärmeeinflusszone beim Schweißen ist besonders anfällig für Erweichung und Versprödung unter Hitzeeinwirkung; Konstruktionen mit Bedarf an Temperaturbeständigkeit spezifizieren alternative Legierungen oder schützende thermische Barrieren.

Anwendungen

7071 wird häufig für präzisionsgefertigte Bauteile ausgewählt, bei denen eine Kombination aus hoher Festigkeit, Maßstabilität und akzeptablen Ermüdungseigenschaften eine Gewichts- und Querschnittsreduzierung ermöglicht. Wo Korrosionsschutz technisch umgesetzt werden kann und Schweißnähte minimiert werden, bietet 7071 Leistungswerte, die mit schwächerem Aluminium schwer zu erreichen sind.

Auswahlhinweise

Für Ingenieure, die ein Material auswählen, empfiehlt sich 7071, wenn eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit die Hauptanforderungen sind und Nachbearbeitungsschritte (Zerspanung, Wärmebehandlung) genau überwacht werden können. Verwenden Sie T6/T651 für maximale statische Festigkeit und wählen Sie T73/T76, wenn Widerstand gegen Spannungskorrosionsrissbildung trotz eines gewissen Verlusts an Höchstfestigkeit erforderlich ist.

Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium (1100) opfert 7071 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit zugunsten deutlich höherer Zug- und Streckfestigkeit. Gegenüber kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 7071 wesentlich höhere statische Festigkeit, aber typischerweise geringere Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit; wählen Sie 7071, wenn die strukturelle Leistungsfähigkeit Vorrang vor Umformbarkeit und Oberflächenhaltbarkeit hat. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren 6xxx-Legierungen wie 6061/6063 erreicht 7071 höhere Höchstfestigkeiten bei vergleichbarer Dichte, kann jedoch empfindlicher gegenüber Spannungskorrosionsrissbildung und Schweißprozessen sein; 7071 wird gewählt, wenn das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend ist und geeignete Schutzmaßnahmen gegen Korrosion und Fügeverfahren vorhanden sind.

Abschließende Zusammenfassung

7071 bleibt als Hochleistungsmitglied der 7xxx-Familie relevant für Anwendungen, die erhöhte Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht verlangen, insbesondere wenn Zerspanung und kontrollierte Wärmebehandlung Teil des Fertigungsprozesses sind. Der Einsatz erfordert eine bewusste Minimierung der Einschränkungen bei Korrosion, Schweißen und Umformung, ermöglicht jedoch bei richtiger Spezifikation optimierte Leichtbaukonstruktionen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Spezialtechnik.

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