Aluminium 7076: Zusammensetzung, Eigenschaften, Ansprechzustand-Übersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

7076 ist ein hochfester Vertreter der Aluminiumlegierungen der 7xxx-Serie, einer Familie, die hauptsächlich mit Zink legiert ist und zu den hochfesten, wärmebehandelbaren Luft- und Raumfahrtlegierungen zählt. Die Metallurgie basiert auf einem Zink-Magnesium-Kupfer-System, das durch Ausscheidungshärtung hohe Festigkeiten erzeugt und die Legierung zu den leistungsfähigsten gewerblich erhältlichen Al-Zn-Mg(-Cu)-Werkstoffen zählt.

Die Hauptlegierungselemente sind Zink und Magnesium, Kupfer sowie geringe Zusätze (Cr, Ti, Zr) werden verwendet, um die Kornstruktur, das Ausscheidungsverhalten und die Beständigkeit gegen lokale Korrosion zu steuern. Die Festigkeitssteigerung erfolgt durch Lösungsglühen, Abschrecken und anschließendes künstliches Altern, um fein verteilte MgZn2-Ausscheidungen und verwandte Phasen zu bilden; Kaltverfestigung spielt bei bestimmten H-Zuständen eine sekundäre Rolle.

Wesentliche Merkmale sind sehr hohe Zug- und Streckgrenzen für einen gewalzten Aluminiumwerkstoff, mäßige bis geringe Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Serien, eingeschränkte Schweißbarkeit ohne Festigkeitsverlust im Wärmeeinflussbereich (WEZ) sowie akzeptable Umformbarkeit in weicheren Zuständen. Typische Anwendungsbereiche von 7076 sind luftfahrtechnische Strukturbauteile, militärische Ausrüstung, hochwertige Sportgeräte und spezialisierte Transportkomponenten, bei denen ein hohes spezifisches Festigkeits- und Steifigkeitsverhältnis gefordert ist.

Ingenieure wählen 7076 gegenüber anderen Legierungen, wenn das maximale Festigkeits-Gewichts-Verhältnis entscheidend ist und wenn nachträgliche Wärmebehandlung sowie Korrosionsschutzmaßnahmen (Cladding, Beschichtungen oder Opferschichten) akzeptabel sind. Es wird gegenüber 6xxx-Legierungen bei höherer benötigter Spitzfestigkeit eingesetzt und gegenüber 7075, wenn geringfügige Unterschiede in Zähigkeit, Verarbeitungsverhalten oder proprietären Legierungszusammensetzungen Vorteile in der Anwendung bringen.

Temperzustände

Temperzustand	Festigkeitsniveau	Dehngrenze	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (10–25%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet (erfordert Vor-/Nachbehandlung)	Vollständig weichgeglühter Zustand zum Umformen
T4	Mittel	Mittel (8–15%)	Gut	Eingeschränkt	Gelöst und naturgealtert
T6	Hoch	Niedrig–Mittel (5–11%)	Moderat	Schlecht (deutliche WEZ-Erweichung)	Gelöst und künstlich gealtert für Spitzenfestigkeit
T73	Mittel-Hoch (verbesserte SCC-Beständigkeit)	Moderat (6–12%)	Moderat	Schlecht	Überaltert zur Verbesserung der Korrosions- und Spannungsrissbeständigkeit
T651	Hoch (Eigenspannungsarm)	Niedrig–Mittel (5–11%)	Moderat	Schlecht	T6 mit Spannungsabbau durch Dehnen
H2X / H3X (Kaltverfestigte Varianten)	Variabel	Variabel	Variabel	Eingeschränkt	Kaltverfestigt und teilweise geglüht für spezifische Eigenschaften

Die Wahl des Temperzustands beeinflusst die Eigenschaften stark: Lösungsglühen und künstliches Altern (T6-Familie) maximieren Zug- und Streckgrenzen auf Kosten von Duktilität und Schweißbarkeit. Überalterte Zustände wie T73 reduzieren die Spitzfestigkeit zugunsten deutlich verbesserter Spannungsrissbeständigkeit und besserer Leistung in aggressiven Umgebungen.

Für Umformprozesse mit großer plastischer Verformung (Tiefziehen, starkes Biegen) sind der weichgeglühte O-Zustand oder leicht gealterte T4-Zustände bevorzugt; die Endfestigkeit kann bei entsprechender Konstruktion durch vollständige Wärmebehandlung wiederhergestellt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Verunreinigung; kontrolliert zur Reduzierung von Sprödigkeit und Gussfehlern
Fe	≤ 0,50	Kontrolliert; hoher Fe-Gehalt kann intermetallische Phasen bilden, die die Zähigkeit mindern
Mn	≤ 0,30	Geringfügig; kann Kornstruktur in einigen Varianten steuern
Mg	2,0–3,0	Hauptfestigungselement, bildet MgZn2-Ausscheidungen
Cu	1,2–1,9	Erhöht Festigkeit und beeinflusst das Alterungsverhalten; erhöht Spannungsrissanfälligkeit (SCC)
Zn	5,6–7,0	Primäres Festigungselement der 7xxx-Legierungen
Cr	0,18–0,35	Mikrolegierung zur Kornfeinung und Rekristallisationshemmung
Ti	≤ 0,20	Kornfeiner bei Guss- und Walzprozessen
Sonstige (Zr, Sc, Ni, Pb)	≤ 0,05 jeweils, Rest Al	Kleinzusätze bei Spezialchargen zur Eigenschaftsoptimierung

Die mechanische und korrosive Leistungsfähigkeit der Legierung wird maßgeblich durch die relativen Anteile von Zn, Mg und Cu gesteuert: Zn und Mg bilden nach dem Altern die festigkeitssteigernden MgZn2-Ausscheidungen, während Cu die Spitzfestigkeit erhöht und die Ausscheidungssequenzen beeinflusst. Kornfeiner (Ti, Zr) und Dispersoidbildner (Cr, Zr) werden häufig eingesetzt, um die Mikrostruktur bei thermomechanischer Verarbeitung zu stabilisieren und die Rekristallisation zu reduzieren, was wiederum Zähigkeit und Spannungsrissbeständigkeit verbessert.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 7076 entspricht dem typischer hochfester Legierungen der 7xxx-Serie: nach künstlichem Altern erhöhen sich Streck- und Zugfestigkeit stark bei vergleichsweise niedriger gleichmäßiger Dehnung. Im Spitzenalterungszustand ist der Bruchmodus meist eine Mischung aus transgranularer duktiler Zerreißung und intergranularen Merkmalen, wo grobkörnige Ausscheidungen und Korngrenzenphasen auftreten; diese mikrostrukturellen Merkmale beeinflussen die Ermüdungsrissinitiierung und -ausbreitung.

Die Streckgrenze hängt stark vom Temperzustand und der Bauteildicke ab: dünne Bleche im T6-Zustand erreichen nahe an die maximale Ausscheidungshärtung, während dickere Querschnitte oder schweißbeeinflusste Bereiche geringere Festigkeiten aufweisen. Die Ermüdungsfestigkeit ist für die Legierungsfamilie gut, wenn Oberflächen gut bearbeitet und Korrosionsgrübchen vermieden werden; Oberflächenbehandlungen und Kugelstrahlen verbessern die Hochzyklusermüdungslebensdauer deutlich.

Die Härte korreliert mit Zug- und Streckgrenze: weichgeglühter O-Zustand ist relativ weich und gut zerspanbar, während T6/T651 hohe Härtewerte erreichen, jedoch mit verminderter Duktilität und erhöhter Werkzeugabnutzung bei der Bearbeitung einhergehen. Querschnittseffekte sind erheblich: die erreichbaren Spitzeneigenschaften sinken mit zunehmender Bauteildicke wegen langsamerer Abkühlung und grober Ausscheidungsbildung.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wesentlicher Temper (z. B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~240–320 MPa	~540–620 MPa	T6-Werte typisch für dünnwandiges Walzprofil; spezifische Wärmebehandlung/Verarbeitung beeinflussen Bereich
Streckgrenze	~120–200 MPa	~480–560 MPa	Streckgrenze steigt deutlich durch künstliches Altern
Bruchdehnung	~10–25%	~5–11%	Dehnung sinkt mit zunehmender Festigkeit
Härte (HB)	~60–95 HB	~150–190 HB	Härte skaliert mit Ausscheidungsdichte; Messwerte variieren mit Querschnitt und Prüfmethode

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78 g/cm³	Typisch für hochfeste Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen; geringere Dichte als Stähle
Schmelzbereich	Solidus ~470–490 °C; Liquidus ~635–650 °C	Großer Schmelzbereich durch Legierungselemente
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Reduziert gegenüber reinem Aluminium, aber immer noch gut für Wärmeableitung im Vergleich zu vielen Metallen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–38 % IACS	Niedriger als bei 1xxx- und 6xxx-Serien wegen Legierungselementen
Spezifische Wärmekapazität	~0,88–0,90 J/g·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Thermische Ausdehnung	~23–24,5 µm/m·K (20–100 °C)	Ähnlich anderen Aluminiumlegierungen; Konstruktionsberücksichtigung bei thermischer Beanspruchung

7076 bietet eine günstige Kombination aus geringer Dichte und angemessener Wärmeleitfähigkeit, wodurch es besonders attraktiv für massenkritische Wärmemanagementanwendungen ist. Die thermische Ausdehnung und Wärmeleitfähigkeit müssen bei Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, berücksichtigt werden, da differenzielle thermische Dehnungen Spannungskonzentrationen verursachen können.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Typische Zustände	Hinweise
Blech	0,5 mm – 6 mm	Erreicht nahe Spitzenwerte der T6-Eigenschaften bei dünneren Stärken	O, T4, T6, T651, T73	Häufig für Luftfahrtverkleidungen und -paneele; Umformbarkeit abhängig vom Zustand
Platte	6 mm – 150 mm+	Spitzeigenschaften reduziert bei dicken Querschnitten; erfordert kontrolliertes Abschrecken	T6, T651, T73	Dicke Platten benötigen Prozesskontrollen, um weiche Kerne oder grobe Ausscheidungen zu vermeiden
Strangpressprofil	Komplexe Profile, Durchmesser bis mehrere hundert mm	Eigenschaften durch Abkühlung und Homogenisierung beeinflusst	T6, T651	Verwendet für Tragprofile; Mikrostruktur abhängig von Legierungschemie und Pressgeschwindigkeit
Rohr	Dünn- bis dickwandig	Ähnliche ausscheidungshärtende Trends; Schweißbarkeit/Verbindungsgestaltung kritisch	T6, T651	Gezogene oder stranggepresste Rohre für Strukturbauteile; Glühen vor Umformung üblich
Stab/Stange	Durchmesser 3 mm – 200 mm	Gute Zerspanbarkeit im Zustand O; Festigkeit steigt nach Alterung	O, T6, T651	Verwendet für Befestigungselemente, Armaturen und zerspante Bauteile

Der Umformweg und die Produktform beeinflussen die erreichbaren Eigenschaften stark: Blech und dünne Strangpressprofile können zuverlässig auf volle T6-Festigkeit gebracht werden, während dicke Platten und große Querschnitte oft spezielle Abschreck- und Alterungszyklen benötigen, um Eigenschaftsgradienten zu vermeiden. Prozessentscheidungen – wie Voralterung, kontrollierte Abschreckmedien und Spannungsarmziehen – sind entscheidend, um Maßhaltigkeit und mechanische Konsistenz über alle Produktformen sicherzustellen.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	7076	USA	Bezeichnung der Aluminum Association; Basisreferenz für Zusammensetzung und Zustände
EN AW	7076 (ca.)	Europa	EN-Bezeichnung stimmt meist überein, aber genaue Grenzwerte und Zustandsbezeichnungen können abweichen
JIS	A7076 (ca.)	Japan	JIS hat nicht immer direkte Eins-zu-eins-Entsprechungen für alle Chargen; lokale Materialzeugnisse prüfen
GB/T	7076 (ca.)	China	Chinesische Normen bieten oft nahe Äquivalente; mechanische Spezifikationsunterschiede prüfen

Die Zuordnung äquivalenter Qualitäten muss sorgfältig erfolgen: Chemische Grenzbereiche und Zustandsdefinitionen in EN, JIS und GB/T Normen stimmen nicht immer exakt mit den AA-Tabellen überein, und Subvarianten mit Mikrolegierungen (Zr, Sc) oder modifizierten Cu/Mg-Verhältnissen können zu wesentlich unterschiedlichen Verarbeitungs- und Leistungsmerkmalen führen. Ingenieure sollten zertifizierte chemische und mechanische Prüfberichte vergleichen, anstatt sich nur auf nominale Legierungsbezeichnungen zu verlassen, wenn Materialquellen regionsübergreifend ersetzt werden.

Korrosionsbeständigkeit

7076 zeigt wie andere hoch-Zn 7xxx-Serie Legierungen eine moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, ist jedoch anfälliger für lokale Korrosion und Spannungsrisskorrosion (SCC) als 5xxx- und viele 6xxx-Legierungen. In neutralen Atmosphären ist die ungeschützte Legierung ausreichend beständig, benötigt jedoch in Industrie- oder Meeresumgebungen Schutzschichten, Beschichtungen (z. B. Alclad) oder kathodischen Schutz, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Im maritimen und chloridreichen Einsatz können Lochfraß und interkristalliner Angriff an ausscheidungsarmen Zonen neben Korngrenzen, besonders in zugespitzten Zuständen, entstehen. Überalterung (T73/T76-ähnliche Behandlungen) und Mikrolegierungen (Cr, Zr-Zusätze) sind verbreitete Strategien zur Verringerung der SCC-Anfälligkeit und zur Verbesserung der Chloridkorrosionsbeständigkeit.

Galvanische Wechselwirkungen folgen dem typischen Aluminiumverhalten: Bei Kontakt mit edleren Metallen (Edelstahl, Kupfer) korrodiert 7076 bevorzugt und benötigt daher elektrische Isolierung oder Opferanoden in Mischmetallverbindungen. Im Vergleich zu 3xxx/5xxx-Legierungen wird bei 7076 Korrosionsbeständigkeit zugunsten der Festigkeit getauscht; im Vergleich zu 6xxx ist es im Allgemeinen kräftiger, aber empfindlicher gegenüber SCC, sofern nicht speziell verarbeitet.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen hochfester 7xxx-Legierungen ist anspruchsvoll: Lichtbogenschweißverfahren (GMAW/MIG, GTAW/TIG) führen typischerweise zu ZH-Bereichs-Erweichung und Festigkeitsverlust durch Auflösung oder Grobkorngrowth der Ausscheidungen. Vor- und Nachbehandlungen sind bei Baugruppen oft unpraktisch, weshalb Vernietungen oder mechanische Verbindungen in kritischen Strukturbauteilen bevorzugt werden. Erforderliches Schweißen kann mit niedrigfesten Zusatzwerkstoffen (z. B. 5356 oder 4043) und kontrollierten Verfahren akzeptable Verbindungen für nachrangige Strukturen erzeugen, Designer müssen aber verminderte Verbindungseigenschaften und erhöhte SCC-Anfälligkeit berücksichtigen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit im geglühten Zustand (O) ist gut: Die Legierung zerspant sich ähnlich wie andere hochfeste Aluminiumlegierungen und erzeugt bei geeigneter Werkzeugauswahl kurze, gebrochene Späne. Im zugespitzten Zustand steigt der Werkzeugverschleiß aufgrund höherer Festigkeit und Härte; Hartmetallwerkzeuge mit großem Spanwinkel und starker Kühlschmiermittelzufuhr sind empfohlen. Der Zerspanbarkeitsindex ist moderat; Schnittparameter sind anzupassen, um Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit zu optimieren.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist stark zustandsabhängig: O- und T4-Zustände zeigen gute Biege- und Tiefzieheigenschaften und ermöglichen typische Blechumformverfahren mit vernünftigen Mindestbiegeradien (z. B. 2–4× Blechdicke beim Abkanten je nach Werkzeug). T6/T651-Material hat eingeschränkte Kaltumformbarkeit und neigt bei unbehandeltem Biegen zum Reißen; Warmumformen sowie Lösungsglühen und erneutes Altern werden eingesetzt, wenn komplexe Formen mit hoher Endfestigkeit gefordert sind.

Wärmebehandlungsverhalten

7076 ist eindeutig eine wärmebehandelbare Legierungsfamilie: Lösungsglühen löst Legierungselemente in einer übersättigten festen Lösung auf, typischerweise im Bereich 470–480 °C mit ausreichend langer Haltezeit entsprechend der Bauteildicke. Eine schnelle Abschreckung (Wasserabschreckung oder kontrolliertes Polymerabschrecken) ist erforderlich, um die hohe Übersättigung zu erhalten, gefolgt von künstlichen Alterungszyklen zur Ausscheidung der verfestigenden Phasen.

Künstliche Alterung zum T6-Zustand erfolgt typischerweise bei ca. 120–125 °C für zeitliche Dauer, die auf die gewollten mechanischen Eigenschaften abgestimmt ist; höhere Temperaturüberalterung (T73/T76-Behandlungen) vermindert die Spitzenfestigkeit, verbessert aber deutlich die Spannungsrissbeständigkeit und Stabilität bei höheren Temperaturen. Der T651-Zustand beinhaltet eine kontrollierte Dehnung zur Spannungsfreiheit und erhält die Spitzenfestigkeit.

Für Verfahren, die Kaltverfestigung ausnutzen (H-Zustände), kann Spannungsalterung und Teilglühen zur Abstufung von Zwischeneigenschaften stattfinden; der Hauptweg für 7076 ist jedoch Lösungsglühen und künstliche Alterung statt Kaltverfestigung.

Hochtemperatureinsatz

Die Festigkeit von 7076 nimmt mit Temperatur ab: Deutliche Weichung setzt ab ca. 120–150 °C ein, und längerfristige Beanspruchung über 100–120 °C beschleunigt Überalterung und Verlust der Streck- und Zugfestigkeit. Die Kriechbeständigkeit ist im Vergleich zu Hochtemperatureisenwerkstoffen begrenzt; kurzfristige Temperaturerhöhungen sind tolerierbar, zyklische thermische Belastungen verringern jedoch Lebensdauer und Maßhaltigkeit.

Oxidation ist bei typischen Einsatztemperaturen für Konstruktion minimal, jedoch kann höhere Temperaturbelastung das Ausscheidungskornwachstum und die Entwicklung von Phasen an Korngrenzen begünstigen, was SCC-Risiko sowie Versprödung erhöht. ZH-Bereiche beim Schweißen oder lokalen Erwärmungen sind besonders anfällig für Eigenschaftsverschlechterungen und sollten möglichst minimiert oder nachbehandelt werden.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 7076 verwendet wird
Luftfahrt	Flügelbeschläge, Aufhängepunkte, Struktur-Schmiedeteile	Hohe Festigkeit pro Gewicht und Ermüdungsleistung für tragende Bauteile
Marine	Strukturbauteile für Hochleistungsboote	Kombination aus Festigkeit und geeigneten Korrosionsschutzmaßnahmen
Verteidigung	Kleinwaffen- und Munitionsteile	Hohe Festigkeit und Zähigkeit für kritische Baugruppen
Automobil	Hochleistungsfahrwerksteile	Ermöglicht leichte, steife Komponenten mit hohem Gewichtseinsparpotenzial
Sport/Freizeit	Hochwertige Fahrradrahmen und Rennsportgeräte	Maximale spezifische Festigkeit und Steifigkeit an der Spitze der Legierungsoptionen
Elektronik	Tragrahmen und einige wärmeleitfähige Bauteile	Ausgewogenes Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit und geringem Gewicht für sensible Baugruppen

7076 wird ausgewählt, wenn sehr hohe statische und Ermüdungsfestigkeit pro Masseeinheit gefordert ist und geeignete Fertigungs- und Korrosionsschutzmaßnahmen spezifiziert werden können. Besonders häufig findet es Anwendung in primären und sekundären Luftfahrtstrukturen, wo seine mechanischen Vorteile Mehrkosten in der Verarbeitung überwiegen.

Auswahlhinweise

7076 ist geeignet, wenn das Verhältnis Festigkeit/Gewicht ein primärer Konstruktionsfaktor ist und Anwender bereit sind, restriktivere Fertigungs- und Korrosionsschutzprozeduren zu akzeptieren. Wählen Sie 7076 für stark belastete Strukturbauteile, die nach der Umformung wärmebehandelt werden oder wo Nachbearbeitung für Korrosionsschutz Standard ist.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) bietet 7076 eine deutlich höhere Festigkeit bei geringerer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie reduzierter Kaltumformbarkeit; verwenden Sie 1100, wenn Leitfähigkeit oder Tiefziehen im Vordergrund stehen. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 7076 eine deutlich höhere Höchstfestigkeit, erfordert jedoch strengere Korrosionsschutzmaßnahmen und ist weniger tolerant gegenüber Schweißen und Kaltumformung. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 weist 7076 höhere Zug- und Streckgrenzen in den Höchstzuständen auf, ist jedoch häufig mit höheren Kosten, geringerer Korrosionsbeständigkeit und erschwerter Schweißbarkeit verbunden; bevorzugen Sie 7076, wenn die zusätzliche Festigkeit die Kompromisse bei der Verarbeitung und dem Schutz rechtfertigt.

Zusammenfassung

7076 bleibt eine relevante Hochleistungs-Aluminiumlegierung, wenn ein überragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis erforderlich ist und Fertigungsverfahren Wärmebehandlung, Schweißen und Korrosionsschutz kontrollieren können; ihr Einsatzgebiet liegt in anspruchsvollen Strukturbauteilen, bei denen die technischen Kompromisse – reduzierte Schweißbarkeit und erhöhter Korrosionsschutz – für die Leistungssteigerung akzeptabel sind.