Aluminium 8007: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

Alloy 8007 gehört zur 8xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die häufig durch die Zugabe von Lithium als Hauptlegierungsbestandteil zusammen mit weiteren Mikrolegierungselementen gekennzeichnet ist. Diese Legierungen nutzen Lithium, um die Dichte zu reduzieren und den Elastizitätsmodul pro Masseneinheit zu erhöhen, mit dem Ziel, die spezifische Steifigkeit und das gewichtsabhängige Leistungsvermögen in Strukturbauteilen zu verbessern.

8007 ist als wärmebehandelbare, ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierung ausgelegt, bei der der dominierende Härtungsmechanismus die Keimbildung und das Wachstum feiner δ' (Al3Li) und anderer kohärenter Ausscheidungen während der künstlichen Alterung ist. Die Mikrostruktur kann durch Lösungsglühen, Abschrecken und kontrolliertes Altern so eingestellt werden, dass ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit erzielt wird, das für verschiedene Zustände geeignet ist.

Wesentliche Merkmale von 8007 sind ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, eine geringere Dichte als herkömmliche Al-Mg-Si- und Al-Cu-Legierungen sowie eine Steifigkeitssteigerung gegenüber konventionellen Legierungen bei vergleichbarer Blechdicke. Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit sind stark von Zustand und Zusammensetzung abhängig, wobei die Umformbarkeit im geglühten oder teilgeglühten Zustand am besten ist und in maximal gehärteten Zuständen abnimmt.

Typische Einsatzbranchen für 8007 sind Luft- und Raumfahrtstrukturen, Hochleistungsverkehr (Automobil und Bahn), spezialisierte Marinekomponenten sowie ausgewählte Elektronik- und Wärmemanagementanwendungen, bei denen reduziertes Gewicht und erhöhte Steifigkeit von Vorteil sind. Ingenieure wählen 8007, wenn das Design besonderen Wert auf spezifische Steifigkeit und Gewichtsersparnis bei mittlerer bis hoher Festigkeit sowie akzeptabler Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit legt.

Temperzustände

Härtegrad	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformprozesse
H111 / H14	Niedrig-Mittel	Mittel-Hoch	Sehr gut	Gut	Leichte Kaltverfestigung für moderate Festigkeitssteigerungen
T3	Mittel	Mittel	Gut	Ausreichend	Gelöst geglüht, Kaltverformt und natürlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig-Mittel	Ausreichend	Ausreichend-Gut	Gelöst geglüht und künstlich gealtert für Höchstfestigkeit
T8 / T91	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausreichend	Gelöst geglüht, kaltverformt und kontrolliert künstlich gealtert
T651	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausreichend	Gelöst geglüht, spannungsarm geglüht durch Streckziehen, künstlich gealtert

Der Härtegrad steuert das Verhältnis von Streckgrenze/Zugfestigkeit zur Duktilität in 8007 durch Veränderung von Ausscheidungsgröße, -verteilung und Versetzungsdichte. Geglühte Zustände (O) maximieren die Umformbarkeit und werden bevorzugt für Tiefziehteile verwendet, während T6 und ähnliche Zustände die höchsten Zug- und Streckgrenzen zulasten von Dehnung und Biegbarkeit liefern.

Der Alterungsweg und die Kaltverformung beeinflussen erheblich die Zähigkeit, die Ermüdungsrissausbreitung und die Anfälligkeit für lokale Korrosion; Konstrukteure müssen einen Härtegrad wählen, der mit den Umformprozessen und der erwarteten Betriebsbelastung übereinstimmt, um Überbehandlung oder unzureichende Festigkeit zu vermeiden.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	0,10–0,50	Verunreinigungskontrolle; bildet Intermetallide mit Fe; begrenzt Gießfließfähigkeit
Fe	0,05–0,60	Beeinflusst Zähigkeit und Einschlüsse; niedrig gehalten zur Verringerung grober Intermetallide
Mn	0,05–0,50	Kornstrukturkontrolle und Festigkeit durch Dispergierung
Mg	0,05–1,20	Trägt zur Ausscheidungshärtung und Festigkeit bei, interagiert mit Li/Al-Phasen
Cu	0,05–2,00	Erhöht Festigkeit durch zusätzliche Ausscheidungen, kann Korrosionsbeständigkeit mindern
Zn	0,00–2,00	Kann Festigkeit steigern, erhöht aber Anfälligkeit für lokale Korrosion bei hohen Anteilen
Cr	0,01–0,30	Steuert Rekristallisation und grobkörniges Wachstum bei der Verarbeitung
Ti	0,01–0,20	Kornfeiner in Guss- und Schmiedeprodukten, verbessert mechanische Homogenität
Andere (inkl. Li)	Li 0,20–2,50 (typisch)	Lithium als definierendes Element; weitere Spuren wie Be, Zr zur Mikrostrukturkontrolle

Die Zusammensetzung von 8007 konzentriert sich auf den Lithiumgehalt als bestimmenden Leistungstreiber, der die Dichte senkt und die Bildung von δ'-Ausscheidungen ermöglicht, welche hohe spezifische Festigkeit liefern. Kupfer, Magnesium und Zink werden eingesetzt, um durch zusätzliche Ausscheidungsphasen die Festigkeit einzustellen, müssen jedoch ausgewogen sein, um Korrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit zu erhalten. Kontrollierte Zugaben von Zr/Cr/Ti sind üblich, um die Kornstruktur zu verfeinern, Zugfestigkeit während thermischer Zyklen zu stabilisieren und Rekristallisation zu reduzieren.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 8007 variiert stark je nach Härtegrad und Produktform; geglühtes (O) Material zeigt typischerweise moderate Zugfestigkeit bei hoher Dehnung, während T6/T8-Zustände deutlich höhere Zug- und Streckgrenzen bei reduzierter Duktilität liefern. Das Vorhandensein feiner, kohärenter Al3Li-Ausscheidungen im maximal gealterten Zustand erhöht sowohl Streckgrenze als auch Zugfestigkeit bei Beibehaltung des vorteilhaften Elastizitätsmoduls.

Die Streckgrenze ist empfindlich gegenüber Alterung und Kaltverfestigung; T6-Zustände bieten gewöhnlich eine substanzielle Steigerung aufgrund homogener Ausscheidung, jedoch reduzieren lokale Überalterung oder grobe Ausscheidungen Streckgrenze und Zähigkeit. Die Dehnung nimmt in hochfesten Zuständen ab und wird in dickeren Querschnitten durch Querschnittsverhältnis und mikrostrukturelle Heterogenität weiter verringert.

Das Ermüdungsverhalten von 8007 profitiert von der Steifigkeit der Legierung und der Ausscheidungsdispersion bei korrektem Verarbeitung; dennoch können Ermüdungsrissinitiierung und -ausbreitung durch Oberflächenrauheit, Einschlüsse und galvanische Paare verschärft werden. Dickeneinflüsse sind deutlich: Dünne Abschnitte reagieren schnell auf Lösungsglühen und Abschreckzyklen und erzeugen gleichmäßigere Eigenschaften, während dicke Abschnitte von langsamerem Abschrecken und geringeren Höchstwerten betroffen sein können.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Härtegrad (z. B. T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	150–250 MPa (typisch)	350–470 MPa (typisch)	Werte abhängig von Li-Gehalt und Wärmebehandlung; T6 zeigt deutlichen Anstieg
Streckgrenze	60–130 MPa (typisch)	300–420 MPa (typisch)	Steigerung durch Alterung und Kaltverfestigung; Wärmeeinflusszone kann lokal weicher sein
Dehnung	20–35 %	7–15 %	Duktilität verringert sich bei höheren Festigkeitszuständen und größeren Blechdicken
Härte	40–90 HB	90–140 HB	Härte korreliert mit Ausscheidungsdichte und Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,55–2,67 g/cm³	Geringer als herkömmliches Aluminium durch Li; exakter Wert variiert mit Li-Gehalt
Schmelzbereich	~ 520–650 °C	Legierung verändert Solidus/Liquidus; geeignete Lösungsglühtemperaturen müssen eingehalten werden
Wärmeleitfähigkeit	120–165 W/m·K	Niedriger als reines Al; Leitfähigkeit abhängig von Legierungselementen und Härtegrad
Elektrische Leitfähigkeit	25–48 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Al; Leitfähigkeit sinkt mit Legierungs- und Kaltverfestigungsanteilen
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K	In ähnlicher Größenordnung wie bei gebräuchlichen Al-Legierungen; variiert leicht mit Legierung
Wärmeausdehnung	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Koeffizient ähnlich vielen Al-Legierungen, leicht beeinflusst durch Li-Gehalt

Die reduzierte Dichte von 8007 ist ein wesentlicher physikalischer Vorteil in gewichtsrelevanten Konstruktionen und trägt zu höherer spezifischer Steifigkeit bei. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind gegenüber reinem Aluminium aufgrund der Streuung an Lösungselementen verringert; dies ist bei Wärmemanagement- und elektrischen Anwendungen zu berücksichtigen.

Thermische Verarbeitungsfenster sind kritisch: Lösungsglühen und Alterungsparameter müssen den Schmelzbereich der Legierung sowie die Stabilität der Li-reichen Ausscheidungen berücksichtigen. Des Weiteren ist bei der Kombination von 8007 mit verschiedenen Werkstoffen auf die leicht abweichenden Wärmeausdehnungseigenschaften zu achten.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,2–6,0 mm	Gute Gleichmäßigkeit bei dünnen Blechstärken	O, H14, T3, T6	Verbreitet für Luftfahrtverkleidungen und Karosserieteile
Platte	6–25 mm	Festigkeit kann in dicken Querschnitten durch Anquellempfindlichkeit abnehmen	O, T6 (begrenzt)	Erfordert kontrollierte Verarbeitung zur Sicherstellung der Dickendurchzugsfestigkeit
Strangpressprofil	Querschnitte bis 200 mm	Festigkeit variiert mit Abschnitt und Ausscheidungshärtung	T6, T8	Komplexe Profile für strukturelle Verstrebungen und Schienen
Rohr	0,5–8,0 mm Wandstärke	Gute axiale Festigkeit; Biege- und Umformeigenschaften abhängig vom Zustand	O, T6	Verwendet für leichte Tragstrukturen und Luftfahrtsysteme
Stab/Stange	Ø5–100 mm	Festigkeit variiert mit Durchmesser und Wärmebehandlung	O, T6	Verwendet für Armaturen, bearbeitete Bauteile und Befestigungselemente

Blech und dünnwandige Produkte werden für 8007 häufig verwendet, da sie konstantere Anquell- und Alterungsverhalten sowie bessere Umformbarkeit in O- und H-Zuständen bieten. Platte und großquerschnittige Strangpressprofile erfordern eine sorgfältige Kontrolle von Lösungsglühen und Abschrecken, um weiche Kerne zu vermeiden und gleichmäßige mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.

Verarbeitungsunterschiede (Walzen vs. Strangpressen) beeinflussen Textur, Anisotropie und Umformbarkeit. Bei Anforderungen an eine enge Eigenschaftsgleichmäßigkeit über die Dicke können Lieferanten Lösungsglühen und Temperaturkontrolle spezifizieren oder Kaltumformungszustände in Kombination mit kontrolliertem Altern bevorzugen.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	8007	USA	Übliche industrielle Bezeichnung für diese Legierungsfamilie; Lieferantenvarianten möglich
EN AW	8xxx (verschiedene)	Europa	EN-Normen gruppieren Li-haltige Legierungen typischerweise unter 8xxx; genaue Zuordnung abhängig von exakter Chemie
JIS	A8xxx-Reihe	Japan	Japanische Normen besitzen analoge 8xxx-Familieneinträge; Werkstoffnummer variiert mit Chemie
GB/T	8007 (oder 8xxx-Reihe)	China	Chinesische Normen verwenden oft Reihen-Nummerierung; genaue Entsprechungen erfordern Zusammensetzungsprüfung

Exakte Entsprechungen für 8007 sind nicht immer eins-zu-eins, da es durch proprietäre Varianten und enge Zusammensetzungsfenster bei den Lieferanten Abweichungen gibt. Ingenieure sollten zertifizierte chemische und mechanische Prüfberichte anfordern und bei Bedarf spezifische Grenzwerte für Li, Cu und Mg vergleichen, um die Äquivalenz zwischen den Normen zu bestätigen.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 8007 ist für Li-haltige Legierungen im Allgemeinen gut, sofern Cu- und Zn-Gehalte kontrolliert werden. Eine schützende Aluminiumschicht bildet sich natürlich, und geeignete Zustandsbehandlung sowie Oberflächenfinish verbessern die Leistungsfähigkeit. Höhere Cu- oder Zn-Gehalte erhöhen jedoch die Anfälligkeit für Lochfraß und Blätterkorrosion in aggressiven Umgebungen; daher muss die Spezifikation an die Einsatzbedingungen angepasst werden.

Im maritimen Umfeld und chloridreichen Atmosphären zeigt 8007 im Vergleich zu 2xxx-Legierungen akzeptable Leistungen, kann aber weniger robust sein als reine Al-Mg-Legierungen (5xxx), sofern keine Inhibitoren, Beschichtungen oder Schutzbehandlungen verwendet werden. Besonderes Augenmerk ist auf Legierungszustand und Nachbehandlungen nach dem Schweißen zu legen, um lokal begrenzte Angriffe, insbesondere an Befestigungspunkten und Verbindungsstellen, zu minimieren.

Das Risiko für Spannungsrisskorrosion steigt mit Zugbelastung und bestimmten Legierungszusammensetzungen (besonders höhere Cu-Gehalte); eine sorgfältige Konstruktion zur Reduzierung dauerhafter Zugspannungen sowie der Einsatz korrosionsbeständiger Zustände und Beschichtungen mindert dieses Risiko. Galvanische Wechselwirkungen positionieren 8007 gegenüber gängigen rostfreien Stählen und Kupferlegierungen auf der anodischen Seite; isolierende Grenzflächen oder kompatible Befestigungselemente werden empfohlen.

Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien bietet 8007 typischerweise eine höhere spezifische Steifigkeit und eine vergleichbare oder verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber hochfesten Al-Cu-Legierungen, erreicht aber selten die reine Korrosionsbeständigkeit der 5xxx Mg-Legierungen bei unbeschichteten maritimen Einsätzen.

Fabrikateigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 8007 mittels GTAW (TIG) und GMAW (MIG) ist möglich, erfordert jedoch Prozesskontrolle, um Li-Verdampfung zu begrenzen und das Weichwerden der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu steuern. Übliche Zusatzwerkstoffe sind Al-Si- oder Al-Mg-Si-Typen, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Korrosionsverhalten bieten. Für kritische Bauteile können Vorwärmen oder kontrollierte Nachbehandlungen (Lösungsglühen) sowie mechanische Spannungsarmglühungen notwendig sein. Das Risiko von Heißrissen ist moderat und steigt mit höheren Cu/Zn-Gehalten; Impulsschweißen sowie Vakuum- oder Schutzgasatmosphären werden bei kritischen Luftfahrtteilen angewandt.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 8007 ist abhängig vom Zustand und Querschnitt maßgeblich von mittel bis gut; höhere Festigkeiten mindern sie durch erhöhte Kaltverfestigung und Werkzeugbelastung. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und guter Spanabfuhr werden empfohlen. Schnittgeschwindigkeiten liegen typischerweise über denen von Stahl, aber unter denen reinen Aluminiums, bedingt durch die Legierungselemente. Die Spanbildung erfolgt meist als kurzes Segmentspan mit ausreichend Vorschub und Schmierung; Kühlung und Spankontrolle verbessern die Oberflächengüte und verlängern die Werkzeugstandzeit.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist in O- und leicht umgearbeiteten H-Zuständen ausgezeichnet und nimmt in maximal gehärteten T6/T8-Zuständen mit abnehmender Bruchdehnung und Biegbarkeit ab. Typische Mindestbiegeradien im O-Zustand sind klein (R/t ≈ 1–2), abhängig von Zustand und Werkzeug, während T6 häufig größere Radien sowie Ausgleich der Federkraft erfordert. Warmumformung und Lösungsglühen mit anschließendem Altern werden eingesetzt, um die Umformbarkeit komplexer Formen zu verbessern, gefolgt von künstlichem Altern zur Wiedererlangung der Festigkeit.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Legierung durchläuft 8007 klassische Prozesse aus Lösungsglühen, Abschrecken und künstlichem Altern zur Entwicklung der Höchstfestigkeit. Die Lösungsglühtemperatur liegt typischerweise im Bereich von 500–540 °C, abhängig von der genauen Zusammensetzung; ein gleichmäßiges Abschrecken ist entscheidend, um grobkörnige Ausscheidungen zu vermeiden und die Übersättigung der Legierungselemente für das nachfolgende Altern zu erhalten.

Das künstliche Altern erfolgt bei moderaten Temperaturen (typischerweise 120–180 °C) zur Bildung feiner δ' (Al3Li)-Ausscheidungen, welche hohe Festigkeit und Steifigkeit verleihen. Überalterung bei höheren Temperaturen oder längerer Dauer führt zu Ausscheidungswachstum und Verlust der Höchsteigenschaften; die Wahl des Zustands (T6 vs. T8/T91) ermöglicht Kompromisse zwischen Festigkeit und Zähigkeit.

Tempering-Übergänge umfassen das natürliche Altern bei einigen Zuständen (T3) mit teilweiser Ausfällung bei Raumtemperatur sowie Kaltverfestigung gefolgt von Altern (T8), wobei Versetzungsnetze heterogene Keimbildung unterstützen und höhere Streckgrenzen ermöglichen. Die Kontrolle von Abkühlraten und Alterungszyklen ist essenziell, um Eigenschaftsgradienten zu vermeiden, besonders in dicken Querschnitten oder komplexen Baugruppen.

Hochtemperatureigenschaften

8007 zeigt eine deutliche Abnahme der Festigkeit über etwa 125–150 °C, da Li-haltige Ausscheidungen zu wachsen und sich aufzulösen beginnen, was die zulässige Dauereinsatztemperatur limitiert. Kurzzeitige Belastungen bis etwa 200 °C sind je nach Zustand und erforderlichen Eigenschaften tolerierbar, längerer Betrieb bei erhöhten Temperaturen wird für tragende Anwendungen jedoch nicht empfohlen.

Die Oxidation bei Umgebungstemperatur ist begrenzt, da Aluminium eine schützende Oxidschicht bildet, aber bei hohen Temperaturen können Oberflächenablagerungen und Änderungen der Oberflächenchemie auftreten. Die Wärmeeinflusszone beim Schweißen ist kritisch: Lokales Erweichen und Verlust der Zugfestigkeit entstehen durch Ausscheidungslösung und erneute Ausscheidung; Nachbehandlungen oder mechanische Spannungsarmglühungen sind für kritische Bauteile üblich.

Die Kriecheigenschaften von 8007 sind im Vergleich zu Hochtemperaturlegierungen eingeschränkt; Konstrukteure sollten längere Belastungen bei hohen Temperaturen vermeiden und anwendungsspezifische Tests bei thermischen Belastungen durchführen.

Einsatzgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum 8007 verwendet wird
Luftfahrt	Rumpfverstrebungen, innere Armaturen	Hohe spezifische Steifigkeit und reduziertes Gewicht für strukturelle Effizienz
Schiffbau	Leichtbau-Superstrukturelemente	Geringere Dichte und gute Festigkeit bei kontrolliertem Korrosionsverhalten
Automobilindustrie	Strukturverstärkungen, Aufprallschutzteile	Gewichtsreduzierung für Kraftstoffeffizienz bei Erhalt der geforderten Festigkeit
Elektronik	Wärmeverteiler und Gehäuse	Geringere Masse und akzeptable Wärmeleitfähigkeit bei struktureller Integrität

8007 wird dort gewählt, wo Gewichtseinsparungen und erhöhte Steifigkeit Designvorgaben sind und gleichzeitig moderate bis hohe Festigkeiten durch Wärmebehandlung erreicht werden sollen. Die Kombination der Eigenschaften eignet sich für Anwendungen, bei denen strukturelle Leistung und Gewichtsreduktion auf Systemebene Vorteile bringen, wie Luftfahrt-Primär- und Sekundärstrukturen, hochwertige Transportkomponenten und spezielle Bauteile für das thermische Management.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 8007 sollten Anwendungsfälle bevorzugt werden, die eine verbesserte spezifische Steifigkeit und reduzierte Masse erfordern, aber dennoch moderate bis hohe Festigkeiten durch Alterung erzielen müssen. Die Zustandsbehandlung und Nachbearbeitung sind frühzeitig zu spezifizieren, um Überraschungen bei Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsverhalten zu vermeiden.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 8007 eine gewisse elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit gegen eine deutlich höhere Festigkeit und geringere Dichte ein, was es zu einer bevorzugten Wahl für Strukturbauteile statt für reine leitfähige oder hochumformbare Anwendungen macht. Im Vergleich zu gängigen kaltumgearbeiteten Legierungen (z. B. 3003, 5052) bietet 8007 eine überlegene spezifische Festigkeit und Steifigkeit auf Kosten einer reduzierten Duktilität in den Höchstzuständen und möglicherweise höheren Materialkosten. Im Vergleich zu üblichen wärmebehandelbaren Legierungen (z. B. 6061/6063) kann 8007 gewählt werden, wenn die Priorität auf der geringstmöglichen Dichte und höheren spezifischen Steifigkeit liegt, auch wenn die maximale absolute Festigkeit ähnlich oder leicht niedriger sein kann; wählen Sie 8007, wenn Gewichtsersparnis und Modul pro Masseeinheit entscheidend sind.

Abschließende Zusammenfassung

Die Aluminiumlegierung 8007 bleibt relevant, wenn Konstrukteure eine Kombination aus verringerter Dichte, erhöhter spezifischer Steifigkeit und wärmebehandelbarer Festigkeit verlangen, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich sowie in gewichtsabhängigen Transportsektoren. Eine korrekte Spezifikation der Chemie, des Zustands und der Fertigungsfolge erschließt seine Vorteile bei gleichzeitiger Steuerung von Kompromissen in Bezug auf Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsverhalten.