Aluminium 713: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Die Legierung 713 gehört zur Familie der hochfesten, wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen und steht chemisch sowie in ihrer Leistungsfähigkeit der 7xxx-Serie am nächsten. Sie ist hauptsächlich mit Zink als maßgeblichem Legierungselement zur Festigkeitssteigerung legiert, ergänzt durch Magnesium und Kupfer, um eine ausscheidungshärtende Mikrostruktur zu erzeugen.

Der primäre Festigkeitsmechanismus von 713 ist die Altershärtung durch Lösungsglühen, gefolgt von kontrolliertem Abschrecken und künstlicher Alterung; die Legierung zeigt eine ausgeprägte Festigkeitssteigerung durch die Bildung von kohärenten und halbkohärenten MgZn2 (Eta)-Phasen-Ausscheidungen. Wesentliche Eigenschaften umfassen hohe Zug- und Streckgrenzen bei geringer Dichte, moderate bis geringe korrosive Eigenbeständigkeit im Vergleich zu 5xxx/6xxx-Legierungen sowie eingeschränkte, aber anwendbare Umformbarkeit in weicheren Zuständen; die Schweißbarkeit erfordert Vorsicht, um eine Erweichung des HAZ und Risse zu vermeiden.

Typische Einsatzbereiche der Legierung 713 sind Strukturteile in der Luft- und Raumfahrt, Hochleistungs-Automobilkomponenten, Verteidigungsausrüstung sowie einige Marine- und Sportartikel, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend ist. Die Legierung wird gegenüber niedrigfesteren Aluminiumlegierungen bevorzugt, wenn maximale statische und Dauerfestigkeit, Steifigkeit und Schadensresistenz pro Gewicht höher priorisiert werden als absolute Korrosionsbeständigkeit oder einfache Schweißbarkeit.

Konstrukteure wählen 713, wenn maximale Festigkeit aus einer lösungsbehandelbaren Aluminiumlegierung mit relativ vorhersagbarem Alterungsverhalten gefordert ist und nach dem Schweißen eine mechanische Wiederherstellung oder Korrosionsschutzmaßnahmen (Beschichtungen, Eloxal, opferanodische Legierungen) angewendet werden können.

Ausführungen (Tempers)

Temperierung	Festigkeitsniveau	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (12–20%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, ideal für Umform- und Ziehprozesse
H14	Mittel	Mittel (8–12%)	Gut	Akzeptabel	Kaltverfestigt, begrenzte zusätzliche Festigkeitssteigerung
T5	Mittel-Hoch	Mittel (6–10%)	Mittel	Akzeptabel	Vom Warmumformen abgekühlt und künstlich gealtert
T6	Hoch	Geringer (6–10%)	Akzeptabel bis gering	Eingeschränkt	Lösungsglühen + künstliche Alterung; maximale Festigkeit
T651	Hoch	Geringer (6–10%)	Akzeptabel bis gering	Eingeschränkt	T6 mit Spannungsarmglühen durch Dehnen zur Stabilisierung der Eigenschaften
H112	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Werksseitiger Zustand; lieferantenkontrollierte Ausführung

Die Temperierung beeinflusst das mechanische Eigenschaftsprofil von 713 maßgeblich: geglühte O-Zustände maximieren Duktilität und Umformbarkeit zulasten der Festigkeit, während T6/T651 die höchste Streckgrenze und Zugfestigkeit liefern, jedoch mit reduzierter Bruchdehnung und Biegbarkeit einhergehen. Die Wahl der Temperierung stellt einen technischen Kompromiss zwischen den Anforderungen an die Umformprozesse, die endgültigen Gebrauchseigenschaften und die Anfälligkeit für Phänomene wie Spannungsrisskorrosion und Erweichung des Wärmeeinflussbereichs nach Schweißen dar.

Chemische Zusammensetzung

Element	Gehaltsbereich (%)	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Verunreinigung; beeinflusst Gießfließfähigkeit und Härtbarkeit geringfügig
Fe	≤ 0,50	Fe-reiche Intermetallische Verbindungen können Zähigkeit und Dauerfestigkeit reduzieren
Mn	≤ 0,30	Geringfügiger Kornfeinspieler; begrenzte Festigkeitssteigerung durch feste Lösung
Mg	2,0–2,9	Schlüsselelement für MgZn2-Ausscheidungen; steuert Alterungskinetik
Cu	1,2–1,8	Erhöht Festigkeit und Härte, kann Korrosionsbeständigkeit vermindern
Zn	5,1–6,5	Hauptlegierungsbestandteil zur Bildung der Mg-Zn-Ausscheidungen
Cr	0,10–0,30	Steuert Rekristallisation und Kornstruktur, verbessert Zähigkeit
Ti	≤ 0,10	Kornfeinung während Gießen oder Primärverarbeitung
Sonstige (jeweils)	≤ 0,05–0,15	Spuren- und Restelemente; Rest Aluminium

Die nominelle Chemie von 713 ist für Ausscheidungshärtung optimiert: Zink und Magnesium verbinden sich während der Alterung zu den dominanten Festigkeitsausscheidungen, während Kupfer die Höchstfestigkeit erhöht und zur Härte beiträgt, allerdings zulasten der Korrosionsbeständigkeit. Chrom und Spuren von Titan wirken als Mikrostrukturstabilisatoren, indem sie das Korn feiner gestalten und die Anfälligkeit für Rekristallisation während thermomechanischer Verarbeitung reduzieren.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 713 ist stark abhängig von der Temperierung und der Bauteildicke. Im hochgealterten Zustand T6/T651 erreicht die Legierung hohe Zugfestigkeit und signifikante Streckgrenze bei mäßiger Bruchdehnung, während geglühtes Material deutlich geringere Festigkeiten, aber überlegene Duktilität und Zähigkeit zeigt. Die Spannung-Dehnungskurve weist bei hohen Festigkeiten eine geringe gleichmäßige plastische Verformbarkeit vor lokaler Einschnürung auf, behält jedoch einen vernünftigen Elastizitätsmodul und elastisches Verhalten, vergleichbar mit anderen Aluminiumwerkstoffen.

Streckgrenze und Zugfestigkeit sind empfindlich gegenüber Alterungsparametern und Bauteildicke; dickere Querschnitte kühlen langsamer nach Abschreckung ab, was die erreichbare Härte verringert und Alterungskinetik verschiebt. Härtewerte werden häufig als Werkstattindikator für Temper und Festigkeitsniveau genutzt, wobei Brinell- oder Vickers-Eindrücke mit Zugversuchsdaten korrelieren. Die Dauerfestigkeit ist wettbewerbsfähig für diese Werkstoffklasse, sofern Oberflächenfinish und Eigenspannungszustand gut kontrolliert sind; sie wird jedoch stark durch Korrosion, Kerben und Kaltumformung beeinflusst.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtigster Zustand (z.B. T6 / T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	240–320 MPa	520–590 MPa	T6/T651 Höchstwerte abhängig von Dicke und Alterungsvorgabe
Streckgrenze (0,2 % Dehngrenze)	110–200 MPa	450–540 MPa	Streckgrenze steigt deutlich von O bis T6; HAZ-Erweichung kann lokal senken
Bruchdehnung (auf 50 mm Länge)	12–20%	6–12%	Bruchdehnung reduziert durch Alterung und Kaltverfestigung; Prüfmethode relevant
Härte (HB)	60–80 HB	140–170 HB	Brinell-Bereiche als Richtwerte; Härte korreliert mit Zugfestigkeit

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,80 g/cm³	Typisch für hochfeste Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen; ausgezeichnetes spezifisches Festigkeitsgewicht
Schmelzbereich	~500–635 °C (Solidus bis Liquidus)	Legierung senkt Liquidustemperatur leicht unter reines Al; Gießspielraum wichtig
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K	Niedriger als bei 6xxx- und reinem Aluminium, aber noch gut für Wärmeverteilung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–35 % IACS	Durch Legierung reduziert; typisch für 7xxx-Klasse
Spezifische Wärmekapazität	~0,88 J/g·K	Vergleichbar mit anderen warmumgeformten Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnung	~23,2 µm/m·K	Nahe an typischen Aluminiumwerten; Planung für thermische Dehnung erforderlich

Das physikalische Eigenschaftsprofil positioniert 713 als leichtes, wärmeleitfähiges Strukturmetall mit vorhersagbarer Ausdehnung und Wärmekapazität für wärmetechnische Anwendungen. Die reduzierte elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu reineren Aluminiumlegierungen limitiert die Nutzung in Hochstromleitern, aber die Wärmeleitfähigkeit bleibt für viele Kühlkörperanwendungen ausreichend, wenn neben thermischer Leistung auch mechanische Festigkeit gefordert ist.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Temperierungen	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Gleichmäßige dünne Querschnittsfestigkeiten; günstig für Kaltumformung in O/H-Zuständen	O, H14, T5, T6	Weit verbreitet für Paneele und Verkleidungsteile
Platte	6–200+ mm	Dicke beeinflusst erheblich; dickere Platten erreichen ohne spezielle Abschreckung meist keine volle T6-Festigkeit	O, T6, T651	Strukturanwendungen erfordern sorgfältige Abschreckkontrolle
Profil (Strangpressprofil)	Querschnitte bis mehrere hundert mm	Mechanische Eigenschaften variieren je nach thermomechanischer Behandlung und Alterung; richtungsanisotropie möglich	T5, T6, H112	Längliche Profile für Rahmen und Verstrebungen
Rohr	Ø10–200 mm	Eigenschaften abhängig von Herstellungsart (nahtlos oder geschweißt) und nachfolgender Wärmebehandlung	T6, T651	Hydraulik-, Struktur- und Transportrohre
Stange/Rundstahl	Ø5–100 mm	Typischerweise in T6 oder O produziert; Alterungsverhalten vorhersagbar	O, T6	Schrauben, Verbindungsstücke, bearbeitete Komponenten

Bleche und dünne Bänder sind im Allgemeinen gut umformbar und erreichen konsistente mechanische Leistungen, während Platten und dicke Profile auf eine kontrollierte Abschreckung und Verzug während der Lösungsglühprozesse achten müssen. Profile und Stangen werden oft nachträglich (T5/T6) gealtert, um die Festigkeit zu optimieren, wohingegen geschweißte Rohre und Tragstrukturen eine nachgeschaltete Wärmebehandlung oder Konstruktionsmaßnahmen zum Ausgleich der HAZ-Erweichung benötigen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Bezeichnung	Region	Bemerkungen
AA	713	USA	Bezeichnung für diese proprietäre/industrielle Legierung; zeigt ein Verhalten, das eng an die 7xxx-Klasse angelehnt ist
EN AW	—	Europa	Kein exaktes EN-Pendant; häufigste Vergleichswerte sind EN AW-7075 und EN AW-7050
JIS	—	Japan	Kein direktes JIS-Pendant; mechanisches Verhalten wird oft mit A7075-Legierungen verglichen
GB/T	—	China	Kein direktes GB/T-Pendant; chinesische 7xxx-Serienlegierungen zeigen ähnliche Chemie und Leistung

Es existiert kein einheitlicher globaler Standard mit 1:1-Zuordnung zu 713; Ingenieure orientieren sich üblicherweise an etablierten 7xxx-Familienlegierungen (7075, 7050), um das Verhalten für Konstruktion, Beschaffung und Zertifizierung abzuleiten. Kleine Unterschiede bei Kupfer-, Zink- und Magnesiumgrenzen sowie das Vorhandensein von Mikrolegierungselementen (Cr, Zr, Ti) führen zu signifikanten Unterschieden im Alterungsverhalten, in der Zähigkeit und der Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion, die mit Lieferantenmaterialzertifikaten bestätigt werden müssen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischer Umgebung zeigt die Legierung 713 bei Schutz durch Beschichtungen, Lacke oder anodische Filme eine angemessene Korrosionsbeständigkeit; ungeschützte Metalloberflächen neigen jedoch eher zu Lochfraß und Abblättern als 5xxx- und 6xxx-Serienlegierungen. Der Cu-Gehalt und die Hochfestigkeits-Ausscheidungsstruktur erhöhen die Anfälligkeit für lokale Korrosion und interkristallinen Angriff, besonders bei zyklischer Wechselwirkung von Nass-/Trockenphasen oder chloridehaltiger Atmosphäre.

Im maritimen Umfeld ist Vorsicht geboten: Mit geeigneten Oberflächenschutz- und kathodisch/anodisch isolierenden Maßnahmen kann die Legierung in mäßig aggressiven Bedingungen eingesetzt werden, jedoch sind bei Dauereintauchen oder Spritzwasserzonen häufig Edelstähle oder 5xxx-Legierungen vorzuziehen. Spannungsrisskorrosion ist bei hochfesten Zuständen (T6/T651) eine ernstzunehmende Gefahr, insbesondere bei Zugrestspannungen und erhöhten Chloridkonzentrationen; Konstruktionsempfehlungen umfassen Reduzierung der Zugspannungen, Verwendung geringerer Festigkeiten oder den Einsatz von Schutzsystemen.

Die galvanische Kopplung mit edleren Werkstoffen (Edelstahl, Kupferlegierungen) kann die lokale Korrosion von 713 beschleunigen; für Mischbaugruppen sind opferanodische Beschichtungen oder Isolationsbarrieren empfehlenswert. Im Vergleich zu 3xxx/5xxx-Familien tauscht 713 überlegene mechanische Eigenschaften gegen geringere native Korrosionsbeständigkeit und erfordert eine systematische Korrosionsschutzplanung.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von 713 ist in hochfesten Zuständen herausfordernd. Übliche Schmelzschweißverfahren (TIG/MIG) führen zu deutlichem Erweichungseffekt im Wärmeeinflussbereich (WEZ) und Verlust von Höchstfestigkeiten nahe der Schweißnaht. Die Legierung neigt ohne optimierte Zusatzwerkstoffauswahl und Verbindungskonstruktion zu Heißrissen. Der Einsatz von niedrigfesten Zusatzlegierungen (z. B. 5356 oder 4043-Äquivalente bei Aluminium) reduziert das Rissrisiko, führt jedoch zu Schweißnähten mit geringerer Festigkeit als das Grundmaterial; Nachwärmebehandlung und mechanische Sanierung sind für die Wiederherstellung der Strukturfestigkeit meist erforderlich.

Zerspanbarkeit

Das Zerspanen von 713 in T6/H-Zuständen ist im Vergleich zu vielen hochfesten Stählen generell gut möglich, erfordert aber robuste Werkzeuge mit geeigneter Beschichtung aufgrund hoher Festigkeit und der Neigung zur Kaltverfestigung an der Schnittkante. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und kontrollierten Spanbrechern sind effektiv, wobei moderate Schnittgeschwindigkeiten und höhere Vorschübe ein Anhaften von Spanresten verhindern. Die erzielbaren Oberflächengüten sind exzellent, jedoch muss das Spannen und Fixieren Verzerrungen vermeiden, um Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Umformbarkeit

Formgebung ist am besten im weich geglühten (O) oder weichen H-Zustand möglich; Biegeradien richten sich nach Zustand und Blechdicke, wobei größere R/t-Verhältnisse für T6-Zustände typisch sind. Die Kaltumformbarkeit verschlechtert sich rasch durch Alterung und Cu-Gehalt, weshalb Konstrukteure häufig in weichen Zuständen umformen und dann nachträgliche Lösungsglühen-/Alterungsprozesse zur Endfestigkeit durchführen, wenn Geometrien und Eigenspannungen dies erlauben. Hydroforming und Streckumformen sind bei Verwendung weicher Materialien und kontrollierter Verformungspfade für komplexe Geometrien praktikabel.

Wärmebehandlungsverhalten

Die Legierung 713 ist wärmebehandelbar und zeigt klassische T-Zustandsübergänge: Lösungsglühen löst lösliche Phasen auf und erzeugt eine übersättigte feste Lösung, das Abschrecken erhält diesen Zustand, und die künstliche Alterung scheidet die verstärkenden Phasen aus. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen zwischen 470–490 °C, gefolgt von schnellem Abschrecken auf Raumtemperatur zur Minimierung Grobkörniger Ausscheidungen.

Künstliche Alterung zur Erreichung der Höchstfestigkeit (T6) erfolgt meist bei 120–180 °C über mehrere Stunden; Abweichungen ergeben T5-artige oder halbgealterte Zustände für bessere Zähigkeit und geringere Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit bei leicht reduzierter Festigkeit. Der T651-Zustand umfasst eine kontrollierte Dehnung nach dem Abschrecken vor der Alterung zur Spannungsreduktion und Dimensionsstabilisierung bei Strukturbauteilen.

Ist eine vollständige Weichglühbehandlung (O) erforderlich, erfolgt diese bei etwa 340–400 °C mit langsamem Abkühlen, um Rekristallisation und Duktilitätswiederherstellung zu gewährleisten; Kaltverfestigung durch Kaltumformung bietet alternative Festigkeitssteigerungen ohne Wärmebehandlung, wenn thermische Prozesse unpraktisch sind.

Hochtemperaturverhalten

Die Festigkeit von 713 nimmt ab etwa 120–150 °C merklich ab, da die Stabilität der Ausscheidungsphasen abnimmt und Grobkornbildung zu reduzierter Streckgrenze und Zugfestigkeit führt. Kontinuierliche Einsatztemperaturen über ~150 °C werden für tragende Bauteile allgemein vermieden, sofern nicht speziell hochtemperaturbeständige Zustände entwickelt wurden. Oxidation in Luft ist begrenzt durch die natürliche Aluminiumschicht, doch höhere Temperaturen fördern die Bildung von Oberflächenskalen und können das Ermüdungsrissinitiationsverhalten beeinflussen.

Das Verhalten im Wärmeeinflussbereich (WEZ) bei lokal hoher Wärmeeinbringung (Schweißen) kann zur Ausbildung von weichen Zonen und Auflösung der Ausscheidungen führen, weshalb für kritische Bauteile Nachbehandlungen zur Eigenschaftserholung notwendig sind. Die Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen ist eingeschränkt; für langfristige thermische Beanspruchungen werden häufig wärmebeständige Aluminiumlegierungen oder alternative Werkstoffe gewählt, wenn auch bei höheren Temperaturen Tragfähigkeit gefordert ist.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum 713 verwendet wird
Automobilindustrie	Hochleistungs-Federlenker, tragende Querträger	Hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit zur Gewichtseinsparung
Schiffbau/Marine	Ruderwellen, hochfeste Halterungen	Hohe Festigkeit bezogen auf Gewicht sowie angemessene Korrosionsbeständigkeit mit Beschichtung
Luftfahrt	Befestigungsteile, Klappenführungen, Fahrwerkskomponenten (nicht primär)	Hohe statische und Ermüdungsfestigkeit, gute Bearbeitbarkeit
Elektronik	Wärmeverteiler und tragende Gehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit erhöhter Festigkeit

In diesen Branchen wird 713 dort eingesetzt, wo Steifigkeit und Festigkeit pro Masseeinheit entscheidend sind und Oberflächenschutzstrategien Korrosionsrisiken beherrschen können. Die Legierung ist besonders vorteilhaft, wenn Präzisionszerspanung und Nachbearbeitung zur Herstellung komplexer tragender Teile erforderlich sind.

Auswahlhinweise

Wählen Sie Legierung 713, wenn das Design maximale spezifische Festigkeit verlangt und Alterungsprozesse sowie kontrollierte Wärmebehandlungen in den Fertigungsprozess integriert werden können. Verwenden Sie weichere Zustände für Umformprozesse und planen Sie die abschließende Alterung zur Erreichung der geforderten mechanischen Kennwerte.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) tauscht 713 höhere Festigkeit und Steifigkeit gegen reduzierte elektrische Leitfähigkeit und geringere Umformbarkeit in Spitzenzuständen. Gegenüber häufig genutzten kalthärtbaren Legierungen wie 3003 oder 5052 erzielt 713 deutlich höhere Festigkeit und Ermüdungswiderstand, weist jedoch geringere Korrosionsbeständigkeit auf und benötigt Wärmebehandlung. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 713 höhere Spitzenfestigkeiten bei ähnlichen Dichten, oft zulasten von Zähigkeit, Schweißbarkeit und SCC-Anfälligkeit; wählen Sie 713, wenn das Verhältnis Festigkeit zu Gewicht diese Abwägungen überwiegt.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 713 bleibt eine wertvolle hochfeste, wärmebehandelbare Aluminiumlegierung, wenn höchste mechanische Leistung pro Masseeinheit benötigt wird und Fertigungsprozesse Wärmebehandlung, Oberflächenschutz und Eigenspannungskontrolle gewährleisten können. Ihre speziell entwickelte Chemie bietet Konstrukteuren eine kraftvolle Kombination aus Zugfestigkeit, Bearbeitbarkeit und Wärmeverhalten, sofern systemische Korrosionsschutz- und Fügestrategien einbezogen werden.