Aluminium 712: Zusammensetzung, Eigenschaften, Anlieferzustand & Anwendungen

Umfassender Überblick

Alloy 712 ist eine hochfeste, wärmebehandelbare Aluminiumlegierung, die am besten in die 7xxx-Serie eingeordnet wird, bei der Zink der Hauptfestigkeitsgeber ist. Die Chemie wird maßgeblich von Zn-Mg-Cu-Zusätzen bestimmt, die die Alterungshärtung antreiben, wobei oft Spuren von Cr/Ti oder Zr zur Kornstrukturansteuerung und zur Verbesserung der Zähigkeit eingesetzt werden. Der hauptsächliche Verstärkungsmechanismus ist die Ausscheidungshärtung nach Lösungsglühen und künstlichem Altern, obwohl bei einigen Zuständen auch eine begrenzte Kaltverfestigung zur Eigenschaftsanpassung genutzt werden kann. Typische Merkmale sind eine hohe statische Festigkeit und gute Steifigkeit für gewichtsoptimierte Strukturen, moderate Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sowie ein Kompromiss aus reduzierter allgemeiner Korrosionsbeständigkeit und schlechterer Schweißbarkeit im Vergleich zu Legierungen der 5xxx- und 6xxx-Serie.

Die Hauptanwendungsbereiche von Alloy 712 sind Luft- und Raumfahrt sowie Hochleistungs-Transportwesen, wo das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und das Bruchverhalten im Vordergrund stehen, ebenso wie einige hochfeste Marine- und Spezial-Automobilanwendungen, die überlegene strukturelle Leistungsfähigkeit erfordern. Die Legierung wird gegenüber niedrigfesteren Werkstoffen bevorzugt, wenn hohe Streck- und Zugfestigkeiten gefordert sind, ohne auf exotische Materialien oder schwerere Blechdicken zurückzugreifen. Konstrukteure wählen 712, wenn hohe spezifische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit verlangt werden, gleichzeitig jedoch kontrollierte Fertigungsprozesse und Korrosionsschutzmaßnahmen akzeptiert werden. Im Vergleich zu Legierungen der 6xxx-Serie bietet 712 eine höhere Spitzenfestigkeit auf Kosten der Umformbarkeit und verschlechterter schweißtechnischer Eigenschaften, wodurch es sich um ein Spezialmaterial und nicht um eine universale Konstruktionslegierung handelt.

Ausführungen (Zustände)

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Anmerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig weichgeglüht; maximale Duktilität zur Umformung
H14	Mittel	Mittel-Niedrig	Gut	Akzeptabel	Kaltverfestigt auf mittlere Festigkeit ohne Alterung
T5	Mittel-Hoch	Mittel	Akzeptabel	Akzeptabel	Abgekühlt vom warmumgeformten Zustand und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig-Mittel	Begrenzt	Schwach	Lösungsglühen und künstliches Altern bis zur Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedrig-Mittel	Begrenzt	Schwach	Lösungsglühen, spannungsarm durch Dehnen, dann künstliches Altern
T73	Mittel-Hoch	Mittel	Gut	Verbessert	Überalterter Zustand mit verbesserter Spannungsrissbeständigkeit und Zähigkeit

Die Wahl des Zustands (Temperierung) bestimmt maßgeblich das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität bei 712; O- und H-Zustände werden eingesetzt, wenn umfangreiche Umformung erforderlich ist, während T-Zustände die Festigkeit durch gesteuerte Ausscheidung maximieren. Überalterte Zustände wie T73 verbessern die Bruchzähigkeit und die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion auf Kosten eines gewissen Verlusts an Spitzenfestigkeit.

Chemische Zusammensetzung

Element	Bereich in %	Anmerkungen
Si	0,10–0,40	Spurenverunreinigung, beeinflusst Gießeigenschaften
Fe	0,10–0,50	Verunreinigung, kann intermetallische Phasen bilden, die die Zähigkeit beeinflussen
Mn	0,05–0,30	Geringfügig; kann Kornstruktur und Festigkeit leicht verbessern
Mg	1,3–2,5	Hauptlegierungselement zusammen mit Zn zur Bildung von MgZn2-Ausscheidungen
Cu	0,8–2,0	Festigkeitsverbesserer und Steuerung der Alterungshärtungskinetik
Zn	4,5–6,5	Hauptfestigkeitsgeber in 7xxx-Legierungen
Cr	0,02–0,30	Mikrolegierung zur Rekristallisationskontrolle und Zähigkeitsverbesserung
Ti	0,01–0,10	Kornverfeinerer in gewalzten Erzeugnissen
Sonstige	Rest / Verunreinigungen (jeweils <0,05–0,5)	Restbestandteile (Zr, V, etc.) zur Kornkontrolle und mit Spureneffekten

Das Zn–Mg–Cu-System definiert das Alterungshärtungsverhalten: Zn und Mg bilden feine MgZn2-Ausscheidungen, die den Großteil der Festigkeitssteigerung nach dem Altern liefern, während Cu die Ausscheidungskinetik beeinflusst und die Spitzenfestigkeit erhöht. Mikrolegierungselemente wie Cr, Ti oder Zr begrenzen das Kornwachstum während des Lösungsglühens und verbessern die Bruchzähigkeit sowie die Ermüdungsbeständigkeit durch Stabilisierung einer feinen Unterkornstruktur. Restbestandteile und Verunreinigungen wirken sich auf die Phasenbildung an Korngrenzen aus und beeinflussen dadurch die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) und die Zähigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Unter Zugbelastung zeigt 712 das klassische Verhalten wärmebehandelbarer Aluminiumlegierungen, bei denen Festigkeit und Duktilität stark vom Zustand abhängen; lösungsgeglühte und hochgealterte Zustände erreichen hohe Zug- und Streckgrenzen bei moderater Duktilität. Die Streckgrenze bei Spitzenzuständen beträgt typischerweise einen großen Anteil der Zugfestigkeit, was die Maßhaltigkeit unter Einsatzbelastung verbessert, aber das Umformfenster verengt und das Rückfedern erhöht. Die Härte korreliert stark mit den Zugparametern: Die Härte steigt mit der Alterung deutlich an, wenn sich kohärente bzw. teilkohärente Ausscheidungen bilden; diese Härtung beeinflusst auch die Zerspanbarkeit und die Ermüdungsrissinitiierung. Dicke und Querschnittsgröße beeinflussen die erreichbare Spitzenfestigkeit aufgrund der Abschreckungsanfälligkeit; dickere Querschnitte können geringere Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, da langsameres Abkühlen und größere interdendritische Ausscheidungen auftreten.

Eigenschaft	O/geglüht	Hauptzustand (z. B. T6)	Anmerkungen
Zugfestigkeit	~220–260 MPa	~520–580 MPa	T6-Höchstwerte ähnlich anderen hoch-Zn-Aluminiumlegierungen; abhängig von Querschnittsdicke
Streckgrenze	~60–120 MPa	~460–520 MPa	Signifikanter Anstieg durch Alterung; hohes Streckgrenzen-Zugfestigkeits-Verhältnis im T6-Zustand
Dehnung	~18–26 %	~6–12 %	Duktilität reduziert nach Alterung; O-Zustand bevorzugt für starke Umformung
Härte	~50–75 HB	~140–165 HB	Brinellhärte steigt mit Alterung und Ausscheidungsbildung deutlich an

Die Ermüdungsfestigkeit von gut verarbeitetem 712 kann im Vergleich zu niedrigfesteren Legierungen ausgezeichnet sein, solange Oberflächenqualität, Eigenspannungszustand und Korrosionsschutz kontrolliert werden. Die höchste Ermüdungsfestigkeit wird in T651- oder überalterten Zuständen erreicht, die Festigkeit und Risswachstumswiderstand ausbalancieren, während aggressive Spitzen-Alterungszustände die statische Festigkeit maximieren, jedoch rissanfälliger sind.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Anmerkungen
Dichte	2,78 g/cm³	Typisch für Al–Zn–Mg–Cu-Legierungen; günstiges Verhältnis Festigkeit zu Gewicht
Schmelzbereich	~500–645 °C	Solidus–Liquidus-Spanne abhängig vom Zn/Cu-Gehalt und Sekundärphasen
Wärmeleitfähigkeit	120–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium; durch Legierungs- und Ausscheidungen reduziert
Elektrische Leitfähigkeit	28–38 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium aufgrund von Legierungselementen und Ausscheidungen
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K	Entspricht ungefähr der spezifischen Wärmekapazität der meisten gewalzten Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnungskoeffizient	23–24 µm/m·K	Thermischer Ausdehnungskoeffizient repräsentativ für Aluminiumlegierungen

Die physikalischen Eigenschaften machen Alloy 712 attraktiv für gewichtsoptimierte Strukturbauteile, die thermische Stabilität und angemessene Wärmeabfuhr erfordern, obwohl elektrische und thermische Leitfähigkeiten geringer sind als bei reinerem Aluminium. Die Schmelz- und Erstarrungsbereiche beeinflussen das Gieß- und Schweißverhalten; längere Erstarrungsintervalle fördern die Bildung von intermetallischen Phasen, die durch Legierungsanpassung und Prozesssteuerung kontrolliert werden müssen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Festigkeit ist bei dünnen Stärken gleichmäßig; gut für geformte Paneele	O, H14, T5, T6	Verwendet, wenn hohe spezifische Festigkeit und Umformbarkeit bei dünnen Querschnitten erforderlich sind
Platte	6–150+ mm	Festigkeit und Zähigkeit sind dickeabhängig; Härtbarkeit bei dicken Querschnitten sensibel	O, T6, T651, T73	Starke Querschnitte erfordern enge thermische Kontrolle während Abschrecken und Auslagern
Strangpressprofil	Wandstärke 1–20 mm	Stranggepresste Profile können hohe Festigkeiten erreichen, sind aber durch Abschreckgeschwindigkeit begrenzt	T5, T6 (Nachalterung)	Komplexe Querschnitte benötigen eventuell Direktalterung oder Lackeinbrennzyklen
Rohr	Außendurchmesser 10–300 mm	Mechanische Eigenschaften hängen von Fertigungsverfahren und Verjüngung ab	O, T6	Nahtlose oder geschweißte Rohre benötigen nachgelagerte Wärmebehandlung für Spitzenwerte
Stab/Rundstahl	Durchmesser 3–150 mm	Stäbe reagieren gut auf Lösungsglühen/Abschrecken/Auslagern; Querschnitt bestimmt Eigenschaften	O, T6	Verwendet für Armaturen, bearbeitete Teile und hochbeanspruchte Bauteile

Verschiedene Produktformen erfordern angepasste Fertigungsprozesse, um die Zielwerte zu erreichen; dünne Bleche können schnell abgekühlt und ausgealtert werden, um Spitzeneigenschaften zu erzielen, während dicke Platten spezialisierte Abschreck- oder Überalterungsstrategien erfordern, um Restgradienten zu minimieren. Die Strangpress- und Walzgeschichte beeinflussen das Rekristallisationsverhalten und die finale Anisotropie; daher müssen Konstrukteure Richtungsfestigkeiten sowie den Einfluss von Kaltverformung oder Streckrichten auf den gelieferten Zustand berücksichtigen.

Entsprechende Güten

Norm	Güte	Region	Hinweise
AA	712	USA	Industrielle Bezeichnung für die hochfeste Zn–Mg–Cu Geschmiedete-Legierungsfamilie
EN AW	Kein direkter Äquivalent	Europa	Kein einzelnes EN AW entspricht exakt 712; am nächsten kommen AW-7075 und AW-7050
JIS	Kein direkter Äquivalent	Japan	Kein exaktes JIS Pendant; ähnliche Leistungen gibt es bei A7075-Serienlegierungen
GB/T	Kein direkter Äquivalent	China	Chinesische Normen bieten ähnliche hochfeste Zn–Mg–Cu-Legierungen, aber kein direktes 712-Äquivalent

Feine Unterschiede zwischen 712 und nahegelegenen genormten Güten ergeben sich aus den genauen Zn/Mg/Cu-Verhältnissen und Mikrolegierungszusätzen, die Ausscheidungssequenzen und Abschrecksensitivität beeinflussen. Selbst kleine Änderungen bei Cu oder Zn können die Spitzenfestigkeit, Bruchzähigkeit und Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion verändern, weshalb eine direkte Substitution durch mechanische Prüfungen und Korrosionsbewertung bestätigt werden sollte. Regionale Normen bieten oft leistungsnahe Alternativen, aber Einkäufer sollten stets Zustandsbezeichnungen, Produktformzulassungen und Eigenschaftszertifikate vor der Festlegung von direkten Ersatztypen prüfen.

Korrosionsbeständigkeit

Die Legierung 712 zeigt moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit in nicht-aggressiven Umgebungen, ist jedoch anfälliger für Lokalkorrosion und Lochfraß als 5xxx- oder geglühte 6xxx-Legierungen aufgrund ihres höheren Zn- und Cu-Gehalts. In maritimen oder chloridreichen Umgebungen sind Schutzmaßnahmen wie Lackierung, Eloxieren oder kathodischer Schutz notwendig; andernfalls können Lochfraß und Schuppenbildung die Bauteilalterung beschleunigen. Spannungsrisskorrosion (SCC) ist ein bekanntes Risiko bei hochfesten Zn–Mg–Cu-Legierungen und hängt stark vom metallurgischen Zustand, Restspannungen und Alterungszustand ab; Überalterung (z. B. T73) oder Restspannungsabbau durch Strecken reduziert die SCC-Anfälligkeit. Galvanische Wechselwirkungen mit fremden Metallen sind wichtig: 712 ist anodisch gegenüber rostfreiem Stahl und kathodisch zu Magnesium, daher sollten Isolierungen oder kompatible Befestigungen und Beschichtungen spezifiziert werden, um galvanische Korrosion zu vermeiden.

Im Vergleich zu 5xxx-Legierungen (Mg-basiert) tauscht 712 Korrosionsbeständigkeit gegen höhere Festigkeit; 5xxx-Serien widerstehen mariner Umgebung meist ohne schwere Schutzsysteme besser. Gegenüber 6xxx-Legierungen bietet 712 in der Regel höhere statische Festigkeit, aber schlechtere allgemeine Korrosions- und Schweißzonenbeständigkeit, wodurch zusätzliche Oberflächenschutzmaßnahmen bei exponierten Anwendungen erforderlich sind.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von Legierung 712 mit herkömmlichen Lichtbogenschweißverfahren (TIG/MIG) ist anspruchsvoll, da die Wärmeeinbringung den Ausscheidungszustand verändert und die HAZ-Aufweichung verursacht, was zu erheblichem Festigkeitsverlust im Schweißnahbereich führt. Spezielle Zusatzwerkstoffe und Prozesskontrollen mindern das Risiko von Heißrissen, doch selbst mit passenden Zusatzwerkstoffen erreicht die Reparatur- oder Schweißnaht meist nicht die Spitzenfestigkeit des Grundwerkstoffs im T6-Zustand. FSW (Reibschweißverfahren) wird oft bevorzugt, um höhere mechanische Eigenschaften zu erhalten und Porosität sowie Risse zu minimieren. Vor- und Nachbehandlungen, einschließlich kontrolliertem Vorwärmen, Abschrecken/Auslagern oder lokaler, mechanischer Spannungsbehandlung sind üblich, um Verzug zu reduzieren und die Nahtleistung zu verbessern.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 712 ist im T6-Zustand im Vergleich zu vielen hochfesten Aluminiumlegierungen gut, dank einer relativ homogenen Mikrostruktur, aber Werkzeugkräfte und Spanbildung sind höher als bei weicheren Legierungen. Hartmetallwerkzeuge mit positiver Schneidgeometrie und Schnellarbeitsstähle mit geeigneten Beschichtungen werden empfohlen; Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten zur Optimierung der Werkzeugstandzeit und Oberflächenqualität abgestimmt werden, und Kühlung ist ratsam, um thermische Einflüsse und Anbackungen zu vermeiden. Oberflächenqualität sowie bearbeitungsbedingte Eigenspannungen beeinflussen das Ermüdungsverhalten, daher sollten bei kritischen Luftfahrtbauteilen Endbearbeitungsläufe und Spannungsabbau vorgesehen werden.

Umformbarkeit

Das Umformen gelingt am besten im O- oder weichen H-Zustand, bei denen Bruchdehnung und Biegelast maximal sind; T6 und andere Spitzenzustände haben begrenzte Kaltumformbarkeit bei stärkerem Rücksprungverhalten und höherem Rissrisiko. Mindestbiegeradien hängen von Stärke und Zustand ab, als Faustregel gelten Biegeradien von 2–4× Materialdicke für T6-Bleche und 1–2× Dicke für O-geglühtes Material. Bei komplexen Formen für hochfeste Teile ist eine annähernd fertigungsnahe Formgebung mit anschließender Wärmebehandlung (Auslagern oder Lösungsglühen/Auslagern) häufig der praktikabelste Fertigungsweg.

Wärmeverhalten

Als wärmebehandelbare Legierung folgt 712 dem Standardverfahren Lösungsglühen, Abschrecken und künstlichem Auslagern zur Erlangung der Spitzenmechanik. Lösungsglüh-Temperaturen liegen typischerweise bei 470–490 °C, um lösliche Phasen aufzulösen, gefolgt von schnellem Abschrecken, um eine übersättigte Festlösung zu erhalten, die beim Auslagern ausfällt. Das künstliche Auslagern wird je nach angestrebter Festigkeit und SCC-Resistenz variiert; eine typische T6-Auslagerung erfolgt bei 120–130 °C für mehrere Stunden zur Erzielung der maximalen Härte, während das Überlagern (T73) höhere Temperaturen oder längere Zeiten nutzt, um Ausscheidungen zu grob zu gestalten und Bruch- sowie Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. T-Zustandsübergänge können zur Eigenschaftsanpassung genutzt werden: Rückglühen und kontrollierte natürliche Alterung beeinflussen das nachfolgende künstliche Auslagern und müssen überwacht werden, um reproduzierbare Werte zu garantieren.

Die Kaltverfestigung spielt im Vergleich zur Ausscheidungshärtung eine untergeordnete Rolle bei 712, kann aber zur Zwischenfestigkeitssteigerung in Zuständen wie der H1x-Serie eingesetzt werden, sofern die Auslagerungsfähigkeit gegeben ist. Vollständiges Glühen setzt die Legierung in den gut umformbaren O-Zustand zurück und wird vor starken Umformprozessen angewendet.

Hochtemperatureigenschaften

Die Festigkeitserhaltung bei erhöhten Temperaturen ist für Legierung 712 begrenzt; oberhalb von ca. 120–150 °C kommt es zu deutlicher Erweichung, da die gesteuerte Ausscheidungsstruktur koarsiert und Kohärenz verliert. Kurzzeitige Expositionen bis ca. 200 °C können noch Restfestigkeit bieten, aber Dauereinsatz bei erhöhten Temperaturen vermindert Streckgrenze und beschleunigt Kriechen sowie Relaxation von Eigenspannungen. Oxidation ist bei Aluminiumlegierungen bei mittleren Temperaturen gering, aber Schutzbeschichtungen können sich zersetzen, was lokale Korrosion ermöglicht, falls die thermische Stabilität unzureichend ist. HAZ-Bereiche, die durch Schweißen oder andere thermische Zyklen entstehen, sind besonders anfällig für Festigkeitsverluste durch Ausscheidungslösung und Neuerbildung, weshalb thermische Belastungen während der Fertigung streng kontrolliert werden müssen, um mechanische Integrität zu bewahren.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 712 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Rumpfbeschläge und Tragflächen-Durchführungsstrukturen	Hohe spezifische Festigkeit und Bruchzähigkeit für primäre Strukturbauteile
Schiffsindustrie	Hochfeste Rumpfbeschläge und Masten	Hoher Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und gute Ermüdungsbeständigkeit bei entsprechender Korrosionsschutzbehandlung
Automobilindustrie	Hochleistungs-Fahrwerksträger und Fahrwerkskomponenten	Gewichtsreduzierung durch maximale Festigkeit und Steifigkeit
Elektronik	Strukturrahmen und hochfeste Halterungen	Festigkeit und Maßstabilität bei moderater Wärmeleitfähigkeit
Verteidigung	Projektilhülsen, Strukturhalterungen	Hohe Festigkeit und gute Ermüdungsleistung bei zyklischer Belastung

Die Legierung 712 wird dort eingesetzt, wo ein ausgewogenes Verhältnis zwischen hoher statischer Festigkeit, akzeptabler Zähigkeit und einem beherrschbaren Fertigungsprozess klare Leistungsvorteile bei sicherheits- oder gewichtskritischen Strukturen bietet. Ihr Einsatz ist besonders effektiv, wenn zusätzlicher Korrosionsschutz und kontrollierte Fertigungsverfahren eingeplant sind.

Auswahlhinweise

Die Legierung 712 eignet sich am besten, wenn hohe statische Festigkeit und Steifigkeit im Vordergrund stehen und der Fertigungsplan eine kontrollierte Wärmebehandlung sowie Korrosionsschutz umfasst. Im Vergleich zu kommerziell reinen Aluminiumlegierungen (z. B. 1100) tauscht 712 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit gegen deutlich höhere Zug- und Streckfestigkeiten, was sie für Anwendungen mit maximaler Leitfähigkeit oder Tiefziehen ungeeignet macht.

Im Vergleich zu üblichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 712 eine deutlich höhere Festigkeit, jedoch auf Kosten reduzierter Umformbarkeit und erhöhter Anfälligkeit gegenüber Meerwasser-Korrosion; 712 sollte verwendet werden, wenn die strukturelle Festigkeitsanforderung wichtiger ist als einfache Umformbarkeit oder inhärente Korrosionsbeständigkeit. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren 6xxx-Legierungen (z. B. 6061/6063) liefert 712 höhere Spitzenfestigkeiten, weist aber in der Regel schlechtere Schweißnaht-Eigenschaften und geringeren Korrosionswiderstand auf; wählen Sie 712, wenn ein optimales Festigkeits-Gewichts-Verhältnis notwendig ist und das Design speziell auf spezialisierte Fügeverfahren oder Rührreibschweißen (FSW) sowie Schutzbeschichtungen ausgelegt ist.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 712 bleibt relevant, wenn Konstrukteure ein hochfestes, wärmebehandelbares Aluminium mit exzellentem spezifischem Festigkeitspotenzial und gutem Ermüdungsverhalten fordern, vorausgesetzt, dass Fertigungskontrollen und Korrosionsschutzstrategien umgesetzt werden. In Kombination mit geeigneten Zuständen, Fügeverfahren und Schutzmaßnahmen liefert 712 zuverlässige Hochleistungs-Lösungen für Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt und hochwertige Transportanwendungen.