Aluminium 771: Zusammensetzung, Eigenschaften, Härtegradübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Alloy 771 gehört zur 7xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die überwiegend Aluminium-Zink-Magnesium(-Kupfer)-Systeme sind und für hohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtung ausgelegt sind. Die nominelle Chemie legt den Schwerpunkt auf Zn als Hauptelement, ergänzt durch Mg und Cu zur Förderung der ausscheidungshärtenden Phasen, wobei Spuren von Cr, Zr oder Ti zur Kornfeinung und Kontrolle der Rekristallisation eingesetzt werden.

Der Festigkeitsmechanismus von 771 ist die wärmebehandelbare Ausscheidungshärtung: Die Lösungsglühbehandlung löst Legierungselemente auf, schnelles Abschrecken bewirkt eine übersättigte Lösung, und das anschließende künstliche Altern erzeugt feine, dispergierte η (MgZn2) und verwandte Ausscheidungen, die Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöhen. Kennzeichnend sind ein hohes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis, moderate bis schlechte Korrosionsbeständigkeit im Grundzustand (außer bei Überalterung oder Beschichtung), eingeschränkte Schweißbarkeit im Spitzenglühtemperaturbereich sowie verringerte Umformbarkeit bei Raumtemperatur im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Legierungen.

Typische Einsatzbereiche von 771 sind die Luft- und Raumfahrt für hochbeanspruchte Fittings und Struktur- Schmiedeteile, der Hochleistungsautomobilbau für Strukturkomponenten und Fahrwerksbauteile, die Marine für hochfeste Fittings mit Schutzbeschichtung sowie Spezial- Sportgeräte, wo Steifigkeit und geringes Gewicht entscheidend sind. Ingenieure wählen 771 gegenüber anderen Legierungen, wenn das Design eine Kombination aus erhöhter statischer Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bei gleichzeitigem Fokus auf Masseneinsparung erfordert und dabei Kompromisse bei der Fertigung und Korrosionsschutz akzeptiert werden.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Streckung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformung
T4	Moderat	Moderat	Gut	Eingeschränkt	Natürliche Alterung nach Abschrecken; mittlere Festigkeit
T6	Hoch	Niedrig bis Moderat	Schlecht bis Befriedigend	Schlecht	Gelöst + künstlich gealtert auf Spitzengüte
T73	Moderat bis Hoch	Verbessert	Befriedigend	Schlecht	Überaltert für bessere Spannungsriss- und Korrosionsbeständigkeit
T651	Hoch (stabilisiert)	Niedrig bis Moderat	Schlecht bis Befriedigend	Schlecht	Nach T6 durch Dehnung spannungsarm geglüht zur Reduzierung von Eigenspannungen
H12 / H14	Moderat	Niedrig bis Moderat	Begrenzt	Gut	Verfestigte Zustände für Blech mit schrittweisen Festigkeitssteigerungen

Die Wahl des Zustands beeinflusst stark das mechanische Verhalten und die Bearbeitungseigenschaften der Legierung. Spitzenglühzustände wie T6 bieten maximale statische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit, reduzieren jedoch deutlich Streckung und Biegbarkeit, was die Zerspanung und Umformung erschwert und die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion erhöht.

Überalterte Zustände (T73 oder stabilisierte Zustände wie T651) opfern etwas Spitzengüte zugunsten verbesserter Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit; diese werden gewählt, wenn Umweltbeständigkeit oder SCC-Beständigkeit höher bewertet werden als maximale Streckgrenze.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Al	Rest	Grundmetall; Rest nach Legierungszusätzen
Zn	5,5–7,5	Hauptelement zur Festigkeitssteigerung durch MgZn2-Ausscheidungen
Mg	1,6–3,0	Kombiniert mit Zn zur Förderung der Ausscheidungshärtung; beeinflusst die Duktilität
Cu	1,0–2,2	Steigert Festigkeit und Kriechfestigkeit; kann Korrosionsbeständigkeit verringern
Cr	0,05–0,25	Kornstrukturkontrolle und Rekristallisationshemmer
Ti	0,01–0,15	Kornfeiner in Gussstücken und Brammen
Fe	≤0,5	Verunreinigung, bildet intermetallische Phasen; kontrolliert zur Begrenzung von Sprödigkeit
Si	≤0,5	Verunreinigung durch Verarbeitung; begrenzt um spröde Phasen zu vermeiden
Mn	≤0,3	Geringer Beitrag zu Festigkeit und Korrosionsverhalten
Zr / Andere	0,01–0,25	Optionale Mikrolegierungselemente zur Kornkontrolle und thermischen Stabilität

Das Zn–Mg–Cu-Verhältnis steuert die Ausscheidungssequenz sowie Größe und Verteilung der härtenden Phasen in 771. Zink und Magnesium kontrollieren die Spitzengüte über η′/η-Ausscheidungen, während Kupfer die Ausscheidungsstruktur verfeinert und die Festigkeit auf Kosten erhöhter Anfälligkeit gegenüber lokaler Korrosion erhöht. Spurenelemente wie Cr und Zr wirken als Rekristallisationshemmer und Nukleationskontrolleure, verbessern die Stabilität während thermomechanischer Prozesse und unterstützen die Erhaltung einer feinkörnigen Mikrostruktur mit verbesserter Zähigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Als wärmebehandelbare Legierung der 7xxx-Serie zeigt 771 ein breites Spektrum mechanischer Eigenschaften, abhängig vom Zustand und der Dicke. Im geglühten Zustand (O) bietet sie gute Duktilität und Umformbarkeit bei relativ niedriger Streck- und Zugfestigkeit und ist damit für schwere Umform- und Streckprozesse geeignet. In spitzengelaugtem Zustand (T6/T651) erhöhen sich Zug- und Streckgrenze deutlich, bei typischerweise vermindeter Streckung und Biegbarkeit; Schweißnahtbereiche (HAZ) werden weicher, sofern keine Nachwärmebehandlung erfolgt.

Die Ermüdungsfestigkeit von 771 in Spitzenzuständen ist in der Regel ausgezeichnet bei kontrollierter Mikrostruktur und erhaltener Oberflächenqualität; jedoch ist die Ermüdung sehr empfindlich gegenüber Korrosionsmulden und Bearbeitungsspuren, die als Rissinitiationsstellen wirken. Die Dicke beeinflusst die erzielbaren Eigenschaften: Dickere Werkstücke lassen sich schwerer vollständig lösungsglühen und gleichmäßig abschrecken, was die effektive Festigkeit verringert und die Streuung bei Blechen und Schmiedeteilen gegenüber dünnem Blech und Strangpressprofilen erhöht.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z. B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	240–320 MPa	540–660 MPa	Spitzengelaugte Festigkeiten typisch für hochfeste Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen
Streckgrenze	120–210 MPa	470–600 MPa	Deutliche Steigerung durch Wärmebehandlung; abhängig von Werkstückdicke
Streckung	12–20 %	6–12 %	Duktilitätsabfall in Spitzenzuständen; ältere Zustände (T73) regen eine Rückkehr zur Duktilität an
Härte	60–90 HB	150–210 HB	Härte korreliert mit Ausscheidungszustand und Zustandsstabilität

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,78 g/cm³	Typisch für hochfeste Aluminiumlegierungen; trägt zur hohen spezifischen Festigkeit bei
Schmelzbereich	~480–635 °C	Solidus-Liquidus-Bereich abhängig von Legierungselementen; Schmelzverhalten wird durch Legierung gestreckt
Wärmeleitfähigkeit	120–150 W/(m·K)	Niedriger als reines Al durch Legierungselemente; ausreichend für viele Wärmeableitungsanwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–40 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium wegen Streuung an Legierungselementen
Spezifische Wärme	~0,9 J/(g·K)	Ungefähr 900 J/(kg·K); relevant für thermische Auslegungen
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/(m·K)	Typischer linearer Ausdehnungskoeffizient nahe anderer Aluminiumlegierungen

Die Dichte und thermischen Eigenschaften machen 771 attraktiv, wenn hohe Festigkeit bei moderater Wärmeleitfähigkeit gefordert ist, beispielsweise für leichte Strukturbauteile, die auch Wärme ableiten müssen. Die elektrische Leitfähigkeit ist im Vergleich zu reinem Aluminium und 1xxx-Legierungen eingeschränkt, daher wird 771 selten für primäre elektrische Leiter gewählt; stattdessen wird die Legierung bevorzugt, wenn die mechanische Leistung pro Gewichtseinheit das dominierende Kriterium ist.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Ausführungen	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Kann in O, T4, T6 gefertigt werden	O, T4, T6, T73	Dünne Bleche erreichen nach T6 eine gleichmäßige Ausscheidungshärtung und hohe Festigkeit
Platte	6–200 mm	Festigkeit kann mit zunehmender Dicke wegen Abschreckbegrenzungen abnehmen	O, T6, T651	Für dicke Platten sind kontrollierte Abschreckverfahren erforderlich; verwendet für Schmiedeteile und tragende Bauteile
Strangpressprofil	Querschnitte bis 200 mm	Gute Richtungsfestigkeit; Eigenschaften abhängig von der Abkühlung	O, T4, T6	Stranggepresste Profile ermöglichen komplexe Querschnitte mit hoher statischer Steifigkeit
Rohr	Wandstärke 0,5–25 mm	Festigkeit ähnlich wie bei Blechen nach Wärmebehandlung	O, T6	Nahtlos oder geschweißt; Wandstärke beeinflusst das Ansprechverhalten bei der Wärmebehandlung
Stab/Rundstahl	Durchmesser 5–200 mm	Reib- und Verschleißeigenschaften variieren mit der Ausführung	O, T6	Geschmiedete oder gewalzte Stäbe für hochbelastete Befestigungselemente und Bauteile

Der Fertigungsweg beeinflusst Mikrostruktur und resultierende Eigenschaften deutlich; Guss- und Schmeideprodukte unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Kornfeinheit und Einschlüsse im gelieferten Zustand. Bleche und dünne Strangpressprofile lassen sich leichter vollständig in Lösung bringen und abschrecken, was zu konstanteren T6-Eigenschaften führt, während Platten und schwere Schmiedeteile oft spezielle Abschreckvorrichtungen, unterbrochenes Abschrecken oder modifizierte Ausführungen benötigen, um Eigenspannungen zu begrenzen und Zähigkeit zu erhalten.

Entsprechende Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	771	USA	Bezeichnung in einigen Herstellerkatalogen; entspricht der hochfesten Al-Zn-Mg-Cu-Familie
EN AW	—	Europa	Kein exaktes 1:1-Pendant in der EN-Liste; vergleichbar mit EN AW-7075/7010-Familien mit angepasster Zusammensetzung
JIS	—	Japan	Ähnliche hochfeste Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen vorhanden, direkte Entsprechung erfordert chemischen Abgleich
GB/T	—	China	Lokale Äquivalente in der Al–Zn–Mg-Serie; Unterschiede in Spezifikation bezüglich Verunreinigungen und Ausführungen

Direkte Querverweise zwischen nationalen Normen sind nicht immer exakt bei proprietären oder weniger verbreiteten Bezeichnungen wie 771. Kleine Unterschiede in zulässigen Verunreinigungen, mikrolegierungsbedingten Zusätzen (z. B. Zr vs. Ti) und vorgeschriebenen Ausführungen können messbare Unterschiede in der Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit (SCC) und Bruchzähigkeit bewirken. Ingenieure sollten beim Austausch von Materialien zwischen Regionen stets die vollständigen chemischen und Ausführungs-Spezifikationen vergleichen und sich nicht allein auf die Legierungsbezeichnung verlassen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischer Umgebung zeigt 771 eine akzeptable Korrosionsbeständigkeit bei entsprechender Lackierung, Anodisierung oder Überalterung, jedoch ist die inhärente Anfälligkeit für lokale Korrosion und Lochfrass höher als bei Aluminium-Mangan (3xxx) oder Aluminium-Magnesium (5xxx)-Familien. Die Anwesenheit von Kupfer und hohem Zinkanteil erhöht die elektrochemische Aktivität der Legierung und konzentriert galvanische Potentiale, weshalb Schutzbeschichtungen oder Bekleidungen in vielen Anwendungen üblich sind.

In marinen oder chloridreichen Umgebungen erfordert 771 besondere Beachtung: Lokale Angriffe und Spannungsrisskorrosion (SCC) sind die Hauptversagensarten, besonders bei peak-aged Ausführungen. Überalterte Ausführungen (T73) und schützende Oberflächenbehandlungen mindern das SCC-Risiko, doch Konstrukteure vermeiden oft den Einsatz von peak T6 bei stark aggressiver Meerwasserexposition, sofern nicht Opfer- oder kathodischer Schutz vorhanden ist.

Galvanische Wechselwirkungen mit ungleichartigen Metallen sind bei 771 aggressiver als bei weniger aktiven Aluminiumlegierungen aufgrund des höheren Ruhepotentials; deshalb sind Isolierung von Edelstahl oder Kupfer sowie sorgfältige Fügegestaltung notwendig. Im Vergleich zu 6xxx-Legierungen (z. B. 6061) bietet 771 höhere Festigkeit, aber typischerweise schlechtere Grundkorrosionsbeständigkeit und einen größeren Bedarf an Schutzmaßnahmen im Freiluftbetrieb.

Fertiungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 771 ist in peak-aged Zuständen anspruchsvoll, da das Schweißgut und das umliegende Wärmeeinflussgebiet (WEZ) typischerweise eine Auflösung der ausscheidungshärtenden Phasen erfahren und ohne anschließende Wärmebehandlung nicht die ursprüngliche Festigkeit erreichen. Fusionsschweißverfahren (TIG/MIG) sind möglich, erfordern aber spezielle Fügematerialien und führen oft zu WEZ-Erweichung und verringerter Dauerfestigkeit; die Auswahl der Zusatzwerkstoffe zielt auf einen Kompromiss zwischen Festigkeit und Zähigkeit ab und umfasst häufig Al-Mg- oder Al-Mg-Si-basierte Legierungen zur Reduzierung der Heißrissneigung. Die Resistenz gegen Heißrisse ist eine kritische Designanforderung; Vor- und Nachbehandlungen sowie kontrollierte Wärmezyklen werden häufig angewandt, um Eigenspannungen und Festigkeitsverlust zu minimieren.

Zerspanbarkeit

771 weist unter den hochfesten Aluminiumlegierungen eine in der Regel gute bis sehr gute Zerspanbarkeit auf, oft vergleichbar mit 7075; es lässt sich mit geeignetem Werkzeug und Kühlschmierstoffen sauber bearbeiten. Hartmetallwerkzeuge werden bei mittleren bis hohen Schnittgeschwindigkeiten mit positiven Spanwinkeln bevorzugt, um kurze, gut kontrollierbare Späne zu erzeugen; Vorschübe sollten optimiert werden, um Vibrationen zu vermeiden und Oberflächenqualität sowie ermüdungssensible Oberflächenintegrität zu erhalten. Oberflächenqualitäten und durch die Bearbeitung induzierte Druckeigenspannungen beeinflussen die Dauerfestigkeit stark und sollten durch Prozessparameter und Nachbearbeitung überwacht werden.

Umformbarkeit

Umformen wird am besten in niedrigfesten Ausführungen (O oder T4) durchgeführt, wo die Duktilität am höchsten ist; starkes Kaltumformen im T6-Zustand ist aufgrund eingeschränkter Dehnbarkeit und erhöhter Rissgefahr nicht zu empfehlen. Typische Mindestbiegeradien in T6 sind größer als bei 5xxx-Legierungen, wobei Federverformung und gegebenenfalls Teilglühen eingeplant werden sollten. Für komplexe Bauteile bieten sich Warmumformen oder Lösungsglühen mit kontrolliertem Abschrecken und anschließendem Umformen im annähernden T4-Zustand an, um nahezu fertige Formteile vor der Endauslagerung herzustellen.

Wärmebehandlungsverhalten

Das Lösungsglühen von 771 erfolgt typischerweise im Temperaturbereich von 470–485 °C, lang genug um lösliche Phasen aufzulösen und die Mikrostruktur zu homogenisieren. Schnelles Abschrecken von der Lösungstemperatur auf Raumtemperatur oder ein Kaltbad ist notwendig, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten; die Abschreckempfindlichkeit nimmt mit zunehmender Bauteildicke zu, und unzureichendes Abschrecken vermindert die erreichbare Spitzenfestigkeit.

Die künstliche Alterung für T6 wird häufig bei Temperaturen zwischen 120–160 °C über mehrere Stunden durchgeführt, um eine feine Verteilung von η′-Ausscheidungen zu erzeugen, was zu maximaler Härte und Streckgrenze führt. Überalterungsverfahren (T73 oder T7x) verwenden höhere Alterungstemperaturen oder längere Zeiten, um Ausscheidungen zu gröberen Partikeln zu koarsen und so die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion sowie Maßhaltigkeit zu verbessern, allerdings zulasten der Zugfestigkeit.

Im Einsatz oder bei der Fertigung, wo keine Wärmebehandlung möglich ist, bietet Kaltverfestigung nur begrenzte Festigkeitssteigerungen bei nicht wärmebehandelbaren Legierungen; da 771 wärmebehandelbar ist, wird Kaltverfestigung meist nur für geringe Formänderungen verwendet. Das Vollglühen (O) wird durch Erhitzen über die Lösungstemperatur gefolgt von kontrollierter Abkühlung durchgeführt, um Duktilität wiederherzustellen und Eigenspannungen abzubauen.

Leistung bei erhöhten Temperaturen

Temperaturbeanspruchung führt zu Festigkeitsabfällen, da Ausscheidungen gröber werden und sich auflösen; 771 zeigt einen deutlichen Verlust an Streck- und Zugfestigkeit oberhalb von etwa 120–150 °C. Für Dauerbetrieb liegen die empfohlenen Maximaltemperaturen häufig bei etwa 100 °C, um mechanische Eigenschaften zu erhalten und beschleunigte Überalterung zu vermeiden.

Oxidation ist im Vergleich zu reaktiven Metallen gering, jedoch können Oberflächenfilme und Beschichtungen bei hohen Temperaturen beeinträchtigt werden; Schutzmaßnahmen und Materialauswahl müssen thermische Zyklen berücksichtigen, die Eigenspannungen und Verhalten im WEZ nach dem Schweißen verändern können. Die Kriechbeständigkeit ist moderat; bei Bauteilen mit Dauerbelastung und erhöhten Temperaturen sollten alternative Legierungen oder konstruktive Maßnahmen in Betracht gezogen werden.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 771 verwendet wird
Automobilindustrie	Leichtbau-Hebel, strukturelle Verstärkungen	Hoher Festigkeits-zu-Gewicht-Quotient reduziert ungefedertes Gewicht und verbessert Leistung
Schiffbau/Marine	Hochfeste Beschläge und Rennboot-Rümpfe	Bei Beschichtung hohe Festigkeit bei akzeptablem Gewicht für Performance-Boote
Luft- und Raumfahrt	Beschläge, Fahrwerkskomponenten, Schmiedeteile	Hohe Zug- und Ermüdungsfestigkeit für Haupt- und Sekundärstrukturen
Elektronik	Wärmeverteiler und Verstrebungen	Gute Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit struktureller Steifigkeit
Sportartikel	Hochleistungs-Fahrradrahmen, Tennisschläger	Kombiniert Steifigkeit, geringes Gewicht und Ermüdungsbeständigkeit für Wettkampfausrüstung

Zusammenfassend wird 771 dort eingesetzt, wo hohe statische und Dauerfestigkeit bezogen auf Masse entscheidend sind und Korrosions- sowie Fertigungsherausforderungen durch Schutzmaßnahmen, spezielle Prozesse oder geeignete Ausführungen beherrschbar sind. Sein Einsatzgebiet liegt dort, wo Gewichtseinsparungen direkt in Leistungs- oder Effizienzvorteile übersetzt werden.

Auswahlhinweise

Für Ingenieure, die Werkstoffe auswählen, ist 771 eine Designentscheidung, die die Festigkeit-zu-Gewicht-Relation und die Dauerfestigkeit priorisiert – zulasten des intrinsischen Korrosionsschutzes und der einfachen Fügbarkeit. Verwenden Sie 771, wenn Gewichtsersparnis in der Konstruktion und hohe statische Festigkeit zentrale Anforderungen sind und eine kontrollierte Wärmebehandlung sowie Oberflächenschutz während der Fertigung gewährleistet werden können.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (1100) tauscht 771 eine deutlich höhere Festigkeit gegen geringere elektrische Leitfähigkeit und verminderte Umformbarkeit ein. Im Vergleich zu Kaltumformungslegierungen wie 3003 oder 5052 bietet 771 eine signifikante Steigerung der Streckgrenze und der Dauerfestigkeit, erfordert aber sorgfältigeren Korrosionsschutz und weist geringere Duktilität auf. Im Vergleich zu gängigen, wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 liefert 771 eine höhere Höchstfestigkeit für Strukturbauteile; wählen Sie 771, wenn die zusätzliche Festigkeit notwendig ist und die Konstruktion strengere Schweiß- und Korrosionsschutzmaßnahmen zulässt.

Verwenden Sie bei Schweißverbindungen eine konservative Vorgehensweise, wählen Sie Überalterungszustände für korrosive Umgebungen und validieren Sie die Leistung durch Dauerfestigkeits- und Spannungsrissprüfungen für kritische Bauteile; so wird die starke mechanische Leistungsfähigkeit des Werkstoffs mit seinen Fertigungs- und Umweltempfindlichkeiten in Einklang gebracht.

Schlussfolgerung

Die Legierung 771 bleibt relevant, wenn außergewöhnliche Festigkeit-zu-Gewicht-Werte und Dauerfestigkeit zentrale Designziele sind, vorausgesetzt, ihre Einschränkungen in Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit werden durch geeignete Wahl des Zustands, Schutzsysteme und kontrollierte Fertigungsprozesse kompensiert. Bei korrekter Spezifikation und Verarbeitung ermöglicht 771 leistungsfähige Leichtbaukonstruktionen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Schiffbau und speziellen Sportgeräten.