Aluminium 8090: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

8090 gehört zur 8xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die durch den Zusatz von Lithium als primärem Legierungselement gekennzeichnet ist. Diese Legierungen wurden entwickelt, um ein günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und einen erhöhten Elastizitätsmodul zu erzielen, indem Li in hinreichend hohen Mengen zugesetzt wird, um die Dichte zu reduzieren und das Ausscheidungsspektrum gegenüber herkömmlichen Al-Cu/Mg-Systemen zu verändern.

Die Hauptlegierungselemente in 8090 sind typischerweise Lithium, Kupfer und Magnesium mit geringen Zusätzen von Zirkonium und Spurenelementen zur Kontrolle der Rekristallisation und Kornstruktur. Lithium senkt die Dichte und erhöht den Modul, Kupfer und Magnesium bewirken eine Ausscheidungshärtung, und Zirkonium oder Titan werden als Kornfeiner und zur Erzeugung einer feinen Dispersoidpopulation zugesetzt, die die Mikrostruktur gegen Überalterung stabilisiert.

8090 ist eine wärmebehandelbare Legierung, deren Festigkeit hauptsächlich durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern erreicht wird, um Dispersionen feiner Ausscheidungen (typischerweise T1-, δ′- und S-Typ Intermetallische, je nach Chemie) zu erzeugen. Die Legierung kombiniert eine hohe spezifische Festigkeit mit verbesserten Ermüdungsrissausbreitungsraten und moderater Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu vielen hochfesten 2xxx-Legierungen, was sie attraktiv macht, wenn Gewichtseinsparungen und hohe Strukturleistung gefordert sind.

Typische Anwendungsbereiche für 8090 sind primäre und sekundäre Strukturen in der Luft- und Raumfahrt, leistungsstarke terrestrische Transportmittel (wo Gewicht kritisch ist) und spezialisierte militärische oder Raumfahrt-Hardware. Ingenieure wählen 8090 gegenüber anderen Legierungen, wenn das Design eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit, reduziertes Bauteilgewicht und Ermüdungsbeständigkeit priorisiert, auch wenn dies engere Verarbeitungsspielräume und sorgfältige Korrosionskontrolle erfordert.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollweichgeglüht, ideal für Umformen und Verbinden
T3	Mittel-Hoch	Mittel (10–18%)	Gut	Mäßig	Lösungsglühen, Kaltverformt, natürlich gealtert; ausgewogene Eigenschaften
T4	Mittel	Mittel-Hoch (12–20%)	Gut	Mäßig	Lösungsglühen und natürlich gealtert; mittlere Festigkeit
T6	Hoch	Gering-Mittel (6–12%)	Begrenzt	Schwierig	Spitzenauslagerung; höchste übliche statische Festigkeiten
T8	Hoch	Gering-Mittel (6–12%)	Begrenzt	Schwierig	Lösungsglühen, kaltverformt und künstlich gealtert für verbesserte Zähigkeit
T86	Hoch	Gering-Mittel (6–12%)	Begrenzt	Schwierig	T8-Variante mit kontrollierter Stabilisierung zur Begrenzung von Eigenschaftsänderungen
H1x / H2x	Variabel	Variabel	Variabel	Gut	Kaltverfestigte Zustände, angewandt auf Blech/Strangpressprofile für spezifische Form/Festigkeit

Die Wahl des Zustands bei 8090 beeinflusst stark sowohl das statische als auch das zyklische Verhalten, da die Ausscheidungssequenz und die Dispersoidverteilung temperatur- und verformungsabhängig sind. Spitzengehärtete Zustände (T6/T8/T86) bieten die höchsten Zug- und Streckgrenzen, allerdings auf Kosten von Duktilität und Umformbarkeit; weichgegülte oder leicht gealterte Zustände werden bevorzugt, wenn Umformen oder Verbinden im Vordergrund stehen.

Chemische Zusammensetzung

Element	Bereich in %	Bemerkungen
Si	0,05–0,20	Geringer, kontrollierter Siliziumanteil zur Minimierung spröder Intermetallischer und Erhalt der Zähigkeit
Fe	0,05–0,25	Niedrig gehalten, um grobe Intermetallische Partikel zu vermeiden, die die Ermüdungsfestigkeit senken
Mn	0,02–0,15	Spurelement; beeinflusst Kornstruktur und Korrosionsverhalten
Mg	0,3–1,0	Verbindet sich mit Cu zur Förderung der ausscheidungshärtenden Ausscheidungen und Festigung der Matrix
Cu	2,0–3,0	Primäres Festigungselement durch Ausscheidungsbildung (T1-, θ′-ähnliche Phasen)
Zn	0,05–0,50	Niedrig gehalten; höherer Zn-Gehalt kann Festigkeit erhöhen, steigert aber Anfälligkeit für Spannungskorrosion
Cr	0,00–0,10	Spurenelement zur Kornrandkontrolle und Einschränkung der Rekristallisation
Ti	0,00–0,10	Zur Kornfeinung in Guss- oder Gesenkgeschmiedeten Produkten zugesetzt
Li	1,6–2,5	Primäres Merkmal der Legierungsfamilie; reduziert Dichte und erhöht Modul
Zr	0,05–0,25	Bildet feine Al3Zr-Dispersoide, die Subkornstruktur fixieren und Kornwachstum verhindern
Sonstige	Rest Al, Spuren	Spurenelemente (B, Ca, Sr) in der Fertigungskontrolle verwendet; Lieferantenspezifikationen beachten

Die angegebenen Bereiche sind typische Produktionsfenster und können je nach Hersteller und Produktform variieren; Nutzer müssen für exakte Chemien die Werkstoffzeugnisse konsultieren. Lithium und Kupfer dominieren die Leistungsfähigkeit: Li reduziert die Dichte und erhöht den Modul, während Cu und Mg das Ausscheidungshärteverhalten bestimmen; Zr und Ti steuern Rekristallisation und Stabilität der ausgereiften Mikrostruktur.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugversuch zeigt 8090 bei künstlichem Altern einen deutlichen Anstieg der Streck- und Zugfestigkeit, während die weichgeglühten Zustände eine bedeutende Duktilität und Umformbarkeit beibehalten. Streckgrenzen in spitzenausgelagerten Zuständen liegen deutlich über denen in weichgeglühten oder natürlich gealterten Zuständen, gehen jedoch mit verminderter Verformbarkeit und engeren Grenzen für zulässige Verformung vor Rissbildung einher.

Die Härte korreliert eng mit dem Alterungszustand und der Blechdicke aufgrund der Abschreckempfindlichkeit; dünne Blechdicken erreichen typischerweise höhere erhaltende Festigkeiten nach Abschrecken und Altern als dicke Querschnitte. Die Ermüdungsbeständigkeit von 8090 ist generell besser als bei vielen 2xxx-Serien-Legierungen vergleichbarer statischer Festigkeit, da die feinere Ausscheidungs- und Dispersoidstruktur die Rissinitiierung und frühe Rissausbreitung verlangsamt.

Dicke und Produktform beeinflussen sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch den erreichbaren Zustand. Dicke Platten und Strangpressprofile sind anfälliger für abschreckbedingte Weichstellungen im Inneren und erfordern modifizierte Wärmebehandlungen und/oder Überalterungskontrollen, um homogene Eigenschaften über den Querschnitt zu erzielen.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wichtiger Zustand (z. B. T6/T8/T86)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	160–240 MPa	420–520 MPa	Spitzenauslagerfestigkeiten variieren mit genauer Chemie und Dicke
Streckgrenze	60–140 MPa	340–420 MPa	Streck-/Zugfestigkeits-Verhältnis verengt sich bei hochfesten Zuständen
Dehnung	18–30%	6–12%	Duktilität nimmt mit steigender Festigkeit deutlich ab
Härte (Vickers)	35–50 HV	120–150 HV	Härtewerte spiegeln Zugfestigkeitsänderungen wider; dickenabhängig

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,62–2,66 g/cm³	Reduziert gegenüber konventionellen Al-Legierungen durch Li-Gehalt
Schmelzbereich	~500–655 °C	Solidus-Liquidus-Bereich abhängig von geringfügigen Legierungsanteilen; Aluminium-Basis ~660 °C
Wärmeleitfähigkeit	~110–140 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al und einigen 6xxx-Legierungen; Leitfähigkeit nimmt mit Legierungselementen ab
Elektrische Leitfähigkeit	~28–38 % IACS	Reduziert durch Legierungselemente und Ausscheidungszustand
Spezifische Wärmekapazität	~0,85–0,92 J/g·K	Ähnlich wie andere Al-Legierungen bei Raumtemperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	~21–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Etwas niedriger als bei vielen Al-Legierungen durch Li; günstig für bestimmte dimensionsstabile Anwendungen

Die geringere Dichte von 8090 führt zu direkten Masseeinsparungen bei Strukturbauteilen und trägt zu einem verbesserten spezifischen Modul bei. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit sind im Vergleich zu hochreinem Aluminium moderat; das Design muss bei wärmeableitenden Anwendungen die reduzierte Wärmeleitfähigkeit berücksichtigen. Der leicht reduzierte Wärmeausdehnungskoeffizient verbessert die Maßhaltigkeit in Baugruppen, bei denen thermische Beanspruchung durch zyklisches Erwärmen und Abkühlen eine Rolle spielt.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Gute Gleichmäßigkeit bei dünnen Dicken	O, T3, T6, T8	Weit verbreitet für geformte Außenhaut und Rumpfplatten
Platte	6–50+ mm	Festigkeit kann in dicken Querschnitten aufgrund von Abschreck-Empfindlichkeit abnehmen	T6-Varianten, T86	Erfordert spezialisierte Abschreck- und Alterungsprogramme für Homogenität
Strangpressprofil	Komplexe Profile	Hohe Richtungsfestigkeit entlang der Achse	T3, T6, T8	Verwendet für Strukturträger, Stringer; Mikrostruktur durch Strangpressen gestreckt
Rohr	1–25 mm Wandstärke	Gute axiale Eigenschaften	T6, T8	Hydrogeformte Rohre für gewichtssensible Rahmen einsetzbar
Stab/Rundstahl	Φ5–150 mm	Gute mechanische Anisotropie entlang der Länge	T6, T8	Bearbeitete Verbindungselemente und Rohlinge für Schrauben

Der Fertigungsweg und die Produktform bestimmen die erzielbaren Eigenschaften; Guss-zu-Walz-Übergänge sind bei Al-Li selten; die meisten 8090-Produkte sind walzbar und erfordern eine sorgfältige Kontrolle der Lösungsglühung und Abschreckgeschwindigkeiten. Dünnwandige Produkte erreichen typischerweise höhere verbleibende Festigkeiten nach dem Altern aufgrund schnellerer Abschreckraten, während dickere Produkte modifizierte thermische Zyklen oder nachträgliche mechanische Behandlungen benötigen, um eine Homogenität der Eigenschaften sicherzustellen.

Äquivalente Werkstoffgüten

Norm	Güte	Region	Hinweise
AA	8090	USA	Von großen nordamerikanischen Herstellern anerkannt; lieferantenspezifische Varianten existieren
EN AW	—	Europa	Kein einheitliches harmonisiertes EN-Äquivalent; ähnliche Al-Li Legierungen werden verwendet (Rücksprache mit Walzwerk empfohlen)
JIS	—	Japan	Lokalisierte Al-Li Legierungen vorhanden; direktes JIS-Äquivalent nicht üblich standardisiert
GB/T	—	China	Chinesische Normen beinhalten Al-Li Legierungen mit vergleichbarer Chemie, jedoch nicht immer 1:1 identisch

Da 8090 eine spezialisierte Al-Li-Zusammensetzung ist, gibt es kein universelles internationales 1:1 Äquivalent; regionale Hersteller liefern oft Legierungen mit leicht unterschiedlichen Li/Cu/Mg-Balance unter firmeneigenen Bezeichnungen. Ingenieure müssen Chemie und Ansprechverhalten auf den Zustand vergleichen und dürfen sich beim Materialaustausch zwischen Lieferanten oder Regionen nicht allein auf die Nominalgrade verlassen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischer Umgebung zeigt 8090 eine akzeptable allgemeine Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit vielen wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen, wenn die Oberflächenbehandlung fachgerecht erfolgt. Das Vorhandensein von Li und Cu erfordert kontrollierte Oberflächenvorbereitung und Schutzbeschichtungen, da Kupfer lokal verstärkte Korrosion in aggressiven Umgebungen fördern kann; Anodisieren und moderne Umwandlungsbeschichtungen werden häufig eingesetzt.

Im maritimen Bereich ist das Verhalten bei gestrichenen oder abgedichteten Strukturen angemessen, jedoch zeigt blankes 8090 in Sprüh- oder Spritzwasserbereichen eine erhöhte Anfälligkeit für Lochkorrosion im Vergleich zu einigen Mg-haltigen 5xxx Serien. Ein sachgerechtes Design zur Vermeidung von Kerben, Steuerung von Eigenspannungen und Isolierung von unähnlichen Metallen ist für Küsten- und Offshore-Anwendungen unerlässlich.

Das Risiko von Spannungsrisskorrosion (SCC) besteht bei hochfesten Zuständen, insbesondere in Umgebungen mit kathodischen Reaktionsmitteln oder galvanischer Kopplung, die lokalen Schaden beschleunigt. 8090 widersteht SCC im Allgemeinen besser als bestimmte 2xxx Familien aufgrund der Ausscheidungsverteilung, besitzt jedoch nicht die intrinsische SCC-Beständigkeit zahlreicher 5xxx Serien; konstruktive Maßnahmen und nachgelagerte Wärmebehandlungen sind gängige Praxis. Galvanische Wechselwirkungen mit Edelstahl oder kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen erfordern Isolierbarrieren oder Opferanoden zum Schutz vor beschleunigter Korrosion.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

8090 ist aufgrund der Einflüsse von Lithium auf Porosität im Schweißgut und der Neigung zu Heißrissen in hochfesten Al-Cu-Systemen schwieriger zu schweißen als nicht wärmebehandelbare Legierungen. Lichtbogenschweißen (GTAW/MIG) ist bei O- oder überalterten Zuständen mit Sorgfalt möglich; hochfeste Zustände verlieren jedoch Härte in der Wärmeeinflusszone, sodass Nachbearbeitung oder lokale Wärmebehandlung häufig erforderlich sind. Beim Schweißen sollten abgestimmte Zusatzwerkstoffe für Al-Li Systeme oder gering anfällige Al-Mg Zusatzwerkstoffe verwendet werden; vorgelagerte und nachgelagerte thermisch-mechanische Maßnahmen sind für Verzugskontrolle und Eigenschaftserhalt zu spezifizieren.

Bearbeitbarkeit

8090 weist eine Bearbeitbarkeit ähnlich anderer hochfester Aluminiumlegierungen auf; die Zerspanung ist mit Hartmetallwerkzeugen gut möglich, jedoch ist das Material abrasiver als hochreine Legierungen aufgrund harter Ausscheidungen und intermetallischer Partikel. Empfohlene Schnittgeschwindigkeiten sind moderat mit robusten Spanbrechstrategien; Kühlung und Spanabfuhr sind wichtig, um Anbacken und Erwärmung des Werkstücks zu vermeiden. Werkzeuggeometrien mit positiven Spanwinkeln und hohen Vorschüben bei geringer Schnitttiefe erzeugen in der Regel beste Oberflächenqualitäten und Werkzeugstandzeiten.

Umformbarkeit

Die Verformbarkeit von 8090 ist in geglühten oder leicht gealterten Zuständen am besten; die Legierung weist in maximal ausgehärteten Zuständen nur begrenzte Dehnfähigkeit auf und neigt zu Rissbildung, wenn die Umformung die Duktilitätsgrenzen überschreitet. Biegeradien sollten bei hochfesten Zuständen großzügig bemessen sein – typische minimale Biegeradien betragen mehrmals die Blechdicke, abhängig von Zustand und Richtung. Für stark beanspruchte Umformungen können Lösungsglühen und kontrolliertes Anlassen oder inkrementelle Umformverfahren eingesetzt werden; Warmumformungen können die Duktilität bei bestimmten Geometrien verbessern.

Wärmebehandlungsverhalten

8090 ist wärmebehandelbar und spricht auf Lösungsglühen und künstliche Alterung an, die feine, kohärente Ausscheidungen erzeugen. Typische Lösungsglüh-Temperaturen liegen im Bereich um 550 °C, abhängig von Querschnittsgröße und Chemie; die Haltezeit im Lösungsglühen und schnelles Abschrecken sind kritisch, um grobe Ausscheidungen zu minimieren und den Lösungsglühanteil für nachfolgendes Altern zu erhalten.

Künstliches Altern wird typischerweise im Bereich 120–190 °C durchgeführt; Spitzenwerte der mechanischen Eigenschaften werden durch präzise Zeit-Temperatur-Kennlinien (T6/T8-Familie) erreicht, welche die Bildung von Festphasen mit ausreichender Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit ausbalancieren. Überalterung wird in manchen Anwendungen eingesetzt, um Spannungsrissfestigkeit und Zähigkeit auf Kosten der Spitzenfestigkeit zu verbessern; T86-ähnliche stabilisierte Zustände werden verwendet, um Eigenschaften im Betrieb zu erhalten.

Eine nicht wärmebehandelbare Verfestigung ist nicht der primäre Weg für 8090, jedoch ist Kaltumformung nach Lösungsglühen und vor dem Altern (T8) eine gängige Methode, um die Streckgrenze zu erhöhen und die Ermüdungsfestigkeit durch spannungsinduziertes Ausscheidungswachstum zu verbessern.

Hochtemperatureigenschaften

Der nutzbare Temperaturbereich für tragende Anwendungen liegt bei 8090 generell deutlich unter typischen Alterungstemperaturen; eine dauerhafte Beanspruchung über ~150–175 °C führt zu fortschreitender Erweichung und Verlust der maximalen Festigkeit. Erhöhte Temperaturen beschleunigen die Vergröberung der Ausscheidungen und Lösung edler Phasen, was zu einer Verschlechterung statischer und Ermüdungseigenschaften führt.

Oxidation bei Betriebstemperaturen ist minimal, da Aluminium eine schützende Al2O3-Schicht bildet; jedoch können aggressive Umweltstoffe in Hochtemperaturumgebungen die Schutzfilme angreifen. Die Wärmeeinflusszone beim Schweißen ist besonders empfindlich gegenüber Überalterung und spannungsinduziertem Abbau bei transienter Wärmeeinwirkung.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Warum 8090 verwendet wird
Luftfahrt	Außenhautplatten, Fußboden-Träger, Strukturfütterungen	Hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit bei Gewichtsersparnis
Marine	Hochleistungs-Rumpfbauteile und Beschläge	Verbessertes Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis; geeignet mit Beschichtungen und Isolation
Luftfahrt/Militär	Stringer, Rahmen, Fahrwerksbeschläge (sekundär)	Ermüdungsfestigkeit und reduzierte Masse bei dynamischer Belastung
Elektronik	Leichte Strukturgehäuse	Gutes Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis und Maßhaltigkeit

8090 wird ausgewählt, wenn jedes eingesparte Kilogramm Systemleistungssteigerungen bringt und kontrollierte Verarbeitung sowie Oberflächensysteme Schwächen durch Umwelt- oder Fertigungseinflüsse ausgleichen können.

Auswahlhinweise

Verwenden Sie 8090, wenn Massenreduktion und hohe spezifische Steifigkeit die Hauptanforderungen sind und Fertigungsanlagen Wärmebehandlung, Abschreckung und Korrosionsschutz sicher steuern können. Die Legierung eignet sich besonders, wenn Ermüdungswiderstand pro Masseneinheit kritisch ist und höhere Beschaffungs- und Verarbeitungsaufwände durch Leistungsverbesserungen gerechtfertigt werden.

Im Vergleich zu handelsüblichem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 8090 elektrische/thermische Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeiten und Modulwerte ein. Im Vergleich zu herkömmlichen Kaltumformlegierungen (z. B. 3003 / 5052) bietet 8090 wesentlich höhere Spitzenfestigkeiten und besseren Ermüdungsrisswiderstand, erfordert jedoch sorgfältigeren Korrosionsschutz und ist in hochfestem Zustand weniger umformbar. Im Vergleich zu weit verbreiteten wärmebehandelbaren Legierungen (z. B. 6061 / 6063) liefert 8090 oft überlegene spezifische Festigkeits- und Steifigkeitswerte bei ähnlicher oder leicht geringerer absoluter Spitzenfestigkeit; wählen Sie 8090, wenn Masse und Modul entscheidend sind und Al-Li-Verarbeitungsfähigkeit beim Lieferanten gegeben ist.

Abschließende Zusammenfassung

8090 bleibt relevant, wenn eine hohe spezifische Festigkeit, verbesserte Steifigkeit und eine gute Ermüdungsbeständigkeit engere Prozesskontrollen und Schutzmaßnahmen rechtfertigen. In Kombination mit entsprechender Härteauswahl, Oberflächenschutz und Fertigungsmethoden bietet es einen effektiven Weg zu leichten Hochleistungsstrukturen in der Luft- und Raumfahrt sowie in anderen gewichtssensiblen Branchen.