Aluminium 8017: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

8017 ist eine Aluminiumlegierung aus der 8xxx-Serie, einer Familie, die von lithiumhaltigen Chemien und anderen Legierungsstrategien dominiert wird, die auf die Verbesserung der spezifischen Festigkeit und Steifigkeit abzielen. Als aus Al-Li abgeleitete Legierung verwendet 8017 Lithium als zentrales Legierungselement neben kontrollierten Mengen an Kupfer, Magnesium und Spurenelementen, um die mechanischen Eigenschaften zu optimieren.

Der primäre Festigkeitsmechanismus bei 8017 ist die Ausscheidungshärtung kombiniert mit dem vorteilhaften Dichteverlust durch Lithiumzusatz; die Ausscheidung von δ' (Al3Li) und anderen kohärenten Phasen während der künstlichen Alterung erzeugt eine Mikrostruktur mit hohem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Sekundäre Festigungseffekte entstehen durch Kornverfeinerung und gegebenenfalls Kaltverformung in bestimmten Zuständen, wodurch Konstrukteure die Möglichkeit haben, Duktilität und Festigkeit über die Auswahl des Zustands auszubalancieren.

Wesentliche Eigenschaften von 8017 sind eine überdurchschnittliche spezifische Festigkeit und Steifigkeit im Vergleich zu konventionellen Al-Mg- und Al-Mn-Legierungen, eine wettbewerbsfähige Ermüdungsbeständigkeit sowie die verringerte Dichte, die gewichtsrelevante Anwendungen begünstigt. Die Korrosionsbeständigkeit ist im Allgemeinen gut in atmosphärischen Umgebungen, kann jedoch empfindlich auf Kupferanteile und den Wärmebehandlungszustand reagieren; die Schweißbarkeit ist mäßig und die Umformbarkeit abhängt vom jeweiligen Zustand.

Typische Branchen sind Luft- und Raumfahrt für primäre und sekundäre Strukturen, Hochleistungs-Komponenten im Transportwesen sowie einige hochfeste Marine- und Elektronik-Strukturen, bei denen Gewichtsreduktion Priorität hat. Ingenieure spezifizieren 8017, wenn das Design einen moderat geringeren absoluten Zähigkeitsgrad und eine komplexere Fertigung zugunsten eines signifikanten Gewinns an spezifischer Festigkeit und Steifigkeit gegenüber 5xxx/3xxx-Legierungen in Kauf nimmt.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität und Umformbarkeit
H14	Mittel	Mittel	Gut	Gut	Kaltverfestigt bis zu einer kontrollierten Härte für moderate Festigkeit
T4	Mittel	Mittel-Hoch	Gut	Gut	Gelöst und natürlich gealtert; gutes Gleichgewicht zwischen Duktilität und Festigkeit
T6	Hoch	Niedrig-Mittel	Mäßig	Mäßig	Gelöst, abgeschreckt und künstlich gealtert zum Spitzenfestigkeitsniveau
T8 / T651	Sehr hoch	Niedrig	Begrenzt	Mäßig	Kaltverformt nach Lösungsglühen und Alterung (T8) oder spannungsreliefiert nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung (T651)

Der Zustand beeinflusst 8017 maßgeblich, da die lithiumhaltigen Ausscheidungen, die für die Festigung verantwortlich sind, sensibel auf Zeit-Temperatur-Verläufe reagieren; Lösungsglühen und Alterungssequenzen steuern Größe, Dichte und Verteilung von δ' und anderen Ausscheidungen. Kaltverformung und Kaltverfestigung können die Ausscheidungshärtung ergänzen, verringern jedoch die Umformbarkeit und verändern das Ermüdungsrissinitiationsverhalten.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,05–0,25	Kontrollierter niedriger Siliziumgehalt zur Begrenzung spröder intermetallischer Phasen und zur Erhaltung der Schweißbarkeit
Fe	0,20–0,60	Kontrolliertes Verunreinigungsniveau; zu viel Fe führt zu intermetallischen Partikeln, die die Duktilität reduzieren
Mn	0,05–0,40	Steuert Rekristallisation und Korngröße für Zähigkeit und Umformbarkeit
Mg	0,20–0,80	Trägt zur Ausscheidungs- und Mischkristallhärtung bei; Wechselwirkung mit Li/Cu-Phasen
Cu	0,20–0,60	Fördert höhere Spitzenfestigkeiten durch Al–Cu–Li/T1-Phasen, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit vermindern
Zn	0,05–0,30	Geringfügig; kann in kleinen Mengen die Festigkeit unterstützen, hoher Zn-Gehalt wird zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion vermieden
Cr	0,02–0,25	Mikrolegierungselement, das die Korngröße stabilisiert und Rekristallisation begrenzt
Ti	0,02–0,15	Kornverfeinerer für Guss-/Strangpressprodukte und zur Kontrolle eutektischer Partikel
Andere	Li 0,8–1,4; Rest Al	Lithium ist der prägende Zusatz, der die Dichte verringert und δ'- (Al3Li) Ausscheidungen bildet

Der niedrige, aber entscheidende Lithiumgehalt bei 8017 steuert Dichte, Elastizitätsmodul und Ausscheidungschemie; er bildet kohärente δ'-Ausscheidungen, die eine starke Alterungshärtung bewirken. Kupfer und Magnesium werden so abgestimmt, dass sie verfestigende intermetallische Phasen erzeugen, ohne die Korrosionsbeständigkeit übermäßig zu beeinträchtigen, während Mikrolegierungszusätze wie Cr und Ti die Mikrostruktur während der thermomechanischen Verarbeitung stabilisieren.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 8017 variiert stark mit dem Zustand: Im vollständig geglühten Zustand zeigt die Legierung moderate Zug- und Streckgrenzenwerte bei relativ hoher Dehnung, während Spitzenzustände mit feiner Ausscheidungspopulation die Streckgrenze und Zugfestigkeit erheblich anheben, jedoch die Gesamterlängung verringern. Das Verhältnis von Streckgrenze zur Zugfestigkeit in Spitzenzuständen entspricht typischen wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen, wobei die Duktilität in hochfesten Zuständen üblicherweise zugunsten der Festigkeit reduziert wird.

Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Zugfestigkeiten und ist ein verlässliches Werkstattmaß für den Alterungsfortschritt; die Härte steigt während der künstlichen Alterung schnell an, wenn δ' und andere härtende Phasen auskristallisieren und wachsen. Die Ermüdungsfestigkeit von 8017 ist auf spezifischer Festigkeitsbasis häufig besser als die gängiger 6xxx-Legierungen aufgrund der höheren Steifigkeit und der feinen Ausscheidungsstruktur, wobei Oberflächenzustand und Eigenspannungen aus Umformung/Schweißen entscheidend für die Lebensdauerprognose sind.

Dicke und Produktform beeinflussen die erreichbaren Eigenschaften, da die Diffusionswege während Lösungsglühen und Alterung die Größe und Verteilung der Ausscheidungen steuern; dünne Bleche erreichen Lösungsglühen und Homogenisierung schneller als dicke Platten, die nach dem Abschrecken Gradienten in Eigenschaften und Eigenspannungen aufweisen können.

Eigenschaft	O/Glühen	Hauptzustand (T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	150–220 MPa	350–470 MPa	T6-Spitzenfestigkeit variiert mit genauer Zusammensetzung und Alterungszyklus
Streckgrenze	70–120 MPa	300–420 MPa	Streckgrenze steigt durch Alterung und Kaltverfestigung deutlich an
Dehnung	15–22 %	6–12 %	Dehnung nimmt mit steigender Festigkeit ab; Blechdicke hat starken Einfluss
Härte	HB 40–55	HB 115–150	Härte korreliert mit Ausscheidungsdichte und wird zur Steuerung der Alterung herangezogen

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,62 g/cm³	Reduziert gegenüber reinem Al (≈2,70 g/cm³) durch Lithiumzusatz; begünstigt spezifische Steifigkeit
Schmelzbereich	~555–645 °C	Solidus/Liquidus variieren leicht mit Legierungsbestandteilen; Standard-Aluminium-Wärmebehandlung anwendbar
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K	Niedriger als bei hochreinem Aluminium, aber relativ hoch gegenüber Stählen; sinkt mit Legierungsanteilen
Elektrische Leitfähigkeit	~22–38 % IACS	Leitfähigkeit nimmt mit steigendem Legierungsanteil und Alterung durch Ausscheidungen ab
Spezifische Wärmekapazität	~0,9 J/g·K	Typisch für Aluminiumlegierungen, nützlich für Berechnungen der thermischen Masse
Thermische Ausdehnung	~22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Etwas geringer als bei einigen Aluminiumlegierungen; Lithium reduziert die thermische Ausdehnung leicht

Die verringerte Dichte von 8017 ist ein wesentlicher Grund für die Auswahl in gewichtsrelevanten Konstruktionen; Ingenieure nutzen den höheren spezifischen Elastizitätsmodul zur Reduzierung der Strukturmasse. Thermische und elektrische Eigenschaften sind ausreichend für Wärmeableitung und leitfähige Strukturbauteile, müssen jedoch gegenüber der reduzierten Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium in elektrisch oder thermisch kritischen Anwendungen abgewogen werden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Durchgehend gleichmäßige Eigenschaften bei dünnen Stärken	O, T4, T6	Verwendet für Verkleidungen und geformte Bleche; dünne Stärken altern gleichmäßig
Platte	6–50+ mm	Potentielle Eigenschaftsgradienten nach Wärmebehandlung	T6, T651	Dicke Platten erfordern sorgfältige Lösungsglühung und Abschreckkontrolle
Strangpressprofil	Profile bis 300 mm	Gute richtungsabhängige Festigkeit; Effekte der Strangpresswärme	T6 nach Alterung	Komplexe Querschnitte realisierbar; Kornfluss verbessert Ermüdungsfestigkeit
Rohr	Außendurchmesser 6–150 mm	Ähnlich wie Strangpressprofile; Wandstärke beeinflusst das Altern	O, T6	Verwendet für hochfeste Strukturrohre und Hydraulikkomponenten
Stab/Stange	3–80 mm Durchmesser	Gute Zerspanbarkeit im weichgeglühten Zustand, hohe Festigkeit im gealterten Zustand	O, H14, T6	Hergestellt für Fittings, Befestigungselemente und bearbeitete Bauteile

Die Unterschiede in der Verarbeitung der Produktformen bestimmen die Auswahl: Blech und dünne Strangpressprofile können schnell lösungsgeglüht und gealtert werden, während Platte und dicke Querschnitte längere Einweichzeiten und aggressivere Abschreckstrategien benötigen, um restliche mikrostrukturelle Gradienten zu vermeiden. Umformverfahren sind am erfolgreichsten in weichgeglühten oder natürlich gealterten Zuständen; eine abschließende Alterung folgt oft nach der Umformung, um die erforderliche Festigkeit wiederherzustellen.

Entsprechende Qualitäten

Norm	Qualität	Region	Bemerkungen
AA	8017	USA	In Herstellerspezifikationen als 8xxx-Serie Al-Li-Legierung anerkannt
EN AW	Nicht standardisiert / Näherungswert	Europa	Kein direkter EN-Äquivalent; nächster Vergleich sind hochfeste Al-Li-Familien in EN AW 8xxx-Varianten
JIS	Nicht standardisiert	Japan	JIS-Äquivalente sind selten; maßgeschneiderte Spezifikationen sind bei Luftfahrtkunden üblich
GB/T	8017 / Al-Li-Serie	China	Einige chinesische Normen beziehen sich auf Al-Li-Chemie vergleichbar mit AA8017 in nationalen Katalogen

Die Zuordnung äquivalenter Qualitäten für Al-Li-Legierungen wie 8017 ist nicht immer direkt, da verschiedene Normen unterschiedliche Höchstgehalte für Verunreinigungen und Alterungsanforderungen festlegen; Hersteller und Anwender greifen häufig auf zertifizierte chemische Zusammensetzungen und mechanische Tabellen zurück statt auf eine alleinige Cross-Reference. Beim Austausch zwischen Normen müssen Ingenieure Lithiumgehalt, Kupfer-/Magnesium-Bilanzen und vorgeschriebene Wärmebehandlungszyklen abgleichen, um sicherzustellen, dass mechanisches Verhalten und Korrosionsbeständigkeit der Konstruktion entsprechen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Umgebungen zeigt 8017 bei kontrollierten Kupfergehalten und geeigneten Zuständen allgemein gute Beständigkeit; die natürlich gealterten oder weichgeglühten Zustände bieten oft besseren Opfercharakter als überalterte oder kupferreiche Zustände. Lokale Korrosion wie Lochfraß kann in chloridreichen Umgebungen auftreten, daher werden Oberflächenfinishs sowie Beschichtungen und Umwandlungsüberzüge häufig eingesetzt, um die Langzeitperformance zu verbessern.

Im maritimen Bereich ist das Verhalten für viele Komponenten akzeptabel, muss jedoch an die Expositionsschwere angepasst werden; Meerwasser-Tauchzonen und Spritzwasserbereiche beschleunigen lokalisierten Angriff und Spaltkorrosion, insbesondere bei Kontakt mit edleren Materialien in galvanischen Paarungen. Geeignete Oberflächenbehandlungen (Eloxieren, Umwandlungsüberzüge) und kathodische Schutzmaßnahmen sind üblich, um die Lebensdauer in maritimen Anwendungen zu verlängern.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion nimmt mit Zugspannungen sowie höheren Kupfer- oder Zinkgehalten zu; 8017 in peak-gealterten hochfesten Zuständen kann anfälliger für SCC sein als niedrigfestere, kaltverfestigte Legierungen. Galvanische Effekte sind besonders relevant bei Kombination mit Carbonfaserverbundwerkstoffen oder Edelstahl-Befestigungen, weshalb Isolationsschichten oder sorgfältige Befestigungsmittelauswahl empfohlen werden, um beschleunigte Korrosion zu vermeiden.

Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien bietet 8017 oft eine bessere spezifische Steifigkeit und eine ähnliche oder leicht reduzierte Korrosionsbeständigkeit gegenüber 5xxx-Magnesiumlegierungen sowie generell eine bessere Beständigkeit als hochfeste 7xxx-Legierungen, die anfälliger für SCC sein können; die finale Bewertung hängt stark von Zustand, Oberflächenfinish und Umgebung ab.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von 8017 ist moderat; Lichtbogenschweißen (TIG/MIG) ist möglich, erfordert jedoch kontrolliertes Vorwärmen, reduzierte Wärmeeinbringung und den passenden Zusatzwerkstoff, um Heißrisse und verschlechterte mechanische Eigenschaften im Wärmeeinflussbereich (HAZ) zu vermeiden. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind typischerweise Al–Mg–Si- oder Al–Cu–Li-kompatible Drähte, die vom Legierungslieferanten spezifiziert werden, um Korrosions- und Festigkeitsanforderungen zu erfüllen; Nachalterung kann zur Rückgewinnung der Festigkeit eingesetzt werden, sofern die Bauteilgeometrie dies zulässt.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 8017 ist im weichgeglühten Zustand mäßig und in peak-gealterten Zuständen aufgrund erhöhter Härte und Kaltverfestigungstendenz anspruchsvoller; die Werkzeugauswahl bevorzugt Hartmetalleinsätze mit positivem Spanwinkel und hoher Verschleißfestigkeit. Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten für die spezifischen Produktformen empirisch ermittelt werden, wobei gute Kühlschmierstoffversorgung und Späneabfuhr Praktiken wichtig sind, um Aufbauschneiden zu vermeiden und Oberflächenqualität zu sichern.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist am besten in O- oder T4-ähnlichen Zuständen, bei hoher Duktilität und moderatem Kaltverfestigungsvermögen; minimale Biegeradien sind dickenabhängig, liegen jedoch typischerweise über denen weicher 1xxx- oder 3xxx-Legierungen bei hohen Festigkeitszuständen. Kaltumformen gefolgt von finaler Alterung ist ein verbreiteter Fertigungsweg, um komplexe Formen mit Erhalt der mechanischen Endleistung zu erzielen; Federverhalten muss bei der Werkzeugkonstruktion berücksichtigt werden aufgrund erhöhter Streckgrenzen in gealtertem Zustand.

Wärmebehandlungsverhalten

Als wärmebehandelbare Al-Li-Legierung spricht 8017 empfindlich auf Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern an; die übliche Abfolge ist Lösungsglühen bei Temperaturen nahe 520–540 °C gefolgt von raschem Abschrecken, um Lithium und Kupfer in fester Lösung zu halten. Das künstliche Altern bei 140–190 °C erzeugt die δ'-Phase (Al3Li) und weitere ausscheidungsverstärkende Phasen, wobei der T6-Zustand durch kontrollierte Zeit-Temperatur-Verteilung eine feine und dichte Ausscheidungsverteilung erzielt.

Überalterung oder falsche Alterungstemperaturen führen zum Wachstum der Ausscheidungen und Festigkeitsverlust, verbunden mit möglichem Rückgang von Duktilität und Korrosionsbeständigkeit; deshalb werden präzise thermische Zyklen in luftfahrtgerechter Verarbeitung angewandt. Für einige Bauteile wird die T8-Prozedur (Lösungsglühen, Abschrecken, Dehnen/Kaltbearbeitung und künstliches Altern) verwendet, um Ausscheidungen und Kaltverfestigung zu kombinieren und sowohl Streckgrenze als auch Ermüdungsfestigkeit zu optimieren.

Nicht wärmebehandelbare Festigkeiten in verwandten Produktlinien werden über Kaltverfestigung (H-Serie) erzielt und Weichglühen dient der Wiederherstellung der Duktilität; solche Wege nutzen das Potenzial des Lithium-Ausscheidungssystems jedoch weniger effektiv als kontrollierte T6/T651-Prozesse.

Hochtemperatureigenschaften

Die Festigkeit von 8017 nimmt mit Temperaturprogressiv ab; erheblicher Verlust von Streck- und Zugfestigkeit beginnt oberhalb etwa 120–150 °C, wenn Ausscheidungen sich auflösen oder aufgroßen. Dauerbetrieb bei erhöhten Temperaturen ist daher eingeschränkt, und Konstrukteure geben typischerweise eine maximale Einsatztemperatur unter 120 °C an, um dauerhafte Erweichung zu vermeiden.

Die Oxidation an Luft ist moderat und vergleichbar mit anderen Aluminiumlegierungen aufgrund der schützenden Aluminiumoxidschicht, jedoch sollte die Legierung in oxidative Hochtemperaturumgebungen nicht ohne Schutzbeschichtungen eingesetzt werden. Wärmeeinflussbereiche und thermisch zyklisierte Zonen nahe Schweißnähten können lokale Weichungen zeigen und sind bei der Konstruktion hochtemperaturbeständiger Bauteile zu berücksichtigen.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 8017 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Sekundärstruktur in Rumpf oder Flügel	Hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit reduzieren Gewicht bei Erhalt der Strukturleistung
Automobil / Transport	Komponenten für Hochleistungsfahrwerke	Gewichtsreduktion zur Kraftstoffeinsparung und Verbesserung der dynamischen Steifigkeit
Marine	Strukturrahmen und Befestigungen	Vorteilhafte Festigkeit-zu-Gewicht und angemessene Korrosionsbeständigkeit mit Schutzanstrichen
Elektronik	Strukturelle Wärmeableiter und Halterungen	Niedrige Dichte kombiniert mit akzeptabler Wärmeleitfähigkeit und mechanischer Festigkeit

8017 wird häufig dort ausgewählt, wo es auf Gewichtsreduktion ohne Einbußen bei Steifigkeit oder Ermüdungsfestigkeit ankommt und wo Fertigungsverfahren dessen Wärmebehandlung und Schweißbarkeit unterstützen. Das Leistungsspektrum der Legierung ist besonders attraktiv, wenn ein integrierter Design-Fertigungsansatz verwendet wird, der Nachalterung nach dem Umformen und Oberflächenschutz berücksichtigt.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 8017, wenn spezifische Festigkeit und Steifigkeit pro Masse wichtige Kennwerte sind und die Fertigung Lösungsglühen, Abschrecken und kontrollierte Alterung unterstützt. Es ist eine gute Wahl für Bauteile, bei denen ein zusätzliches Gewicht die Systemleistung entscheidend beeinträchtigen würde und bei denen Nachwärmebehandlung nach dem Umformen möglich ist.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (z. B. 1100) bietet 8017 höhere Festigkeit und Steifigkeit sowie geringere Dichte bei gleichzeitig verringerter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie eingeschränkterer Umformbarkeit; 1100 bleibt bevorzugt, wenn maximale Umformbarkeit und Leitfähigkeit erforderlich sind. Im Vergleich zu üblichen durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 nimmt 8017 eine Nische mit höherer Festigkeit und vergleichbarer oder leicht