Aluminium A2014: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

A2014 ist eine Al-Cu-Legierung aus der 2xxx-Serie (Al-Cu(-Mg/-Mn)), die hauptsächlich mit Kupfer und Mangan legiert ist. Sie gehört zur Familie der hochfesten, wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen, die für strukturelle Bauteile entwickelt wurden, bei denen Zug- und Streckfestigkeit die wichtigsten Konstruktionskriterien sind.

Die Festigkeitssteigerung bei A2014 wird überwiegend durch Lösungsglühen gefolgt von Abschrecken und künstlichem Altern erreicht. Dabei entstehen feine metastabile Al-Cu-Ausscheidungen (vor allem θ′- und θ-Phasen), die Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöhen. Die Legierung behält nach dem Altern eine vernünftige Bearbeitbarkeit, weist jedoch eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Familien auf. Daher sind Schutzbeschichtungen und Formzugaben üblich.

Typische Einsatzgebiete für A2014 umfassen Luft- und Raumfahrtbefestigungen und Strukturteile, leistungsstarke Automobilkomponenten sowie bearbeitete Bauteile für Bahn- und Verteidigungssektoren. Ingenieure wählen A2014, wenn ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und gute Dauerfestigkeit gefordert sind und die Vorteile der wärmebehandelbaren Festigkeit die Nachteile hinsichtlich Korrosionsempfindlichkeit und Umformbarkeit überwiegen.

Temper-Varianten

Zusatzzustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (18–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet (abhängig von der Konstruktion)	Vollständig weichgeglühter Zustand zum Umformen und Spannungsabbau
H14	Niedrig-Mittel	Mittel (10–18%)	Gut	Schlecht bis mäßig	Durch Kaltverfestigung gehärtet, begrenzte Kaltumformbarkeit, nicht wärmebehandelt
T5	Mittel-Hoch	Mittel (8–14%)	Mäßig	Schlecht	Von erhöhter Temperatur abgekühlt und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig-Mittel (6–12%)	Begrenzt	Schlecht	Lösungsglühen und künstliches Altern für maximale Festigkeit
T651	Hoch	Niedrig-Mittel (6–12%)	Begrenzt	Schlecht	Lösungsglühen, spannungsarm durch Dehnen, danach künstliches Altern

Die Temperaturzustände steuern das Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität bei A2014. O- und H-Zustände werden verwendet, wenn Umformen oder Kaltverfestigung erforderlich sind, während die künstlich gealterten Zustände (T5/T6/T651) die Festigkeit auf Kosten von Dehnung und Umformbarkeit maximieren.

Die richtige Wahl des Zustands beeinflusst auch die nachgelagerte Verarbeitung: T6/T651 bietet die beste statische Festigkeit und Dauerfestigkeit für Strukturbauteile, während O- oder H-Reihen bei umfangreichen Biege- oder Umformarbeiten vor der endgültigen Wärmebehandlung bevorzugt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	max. 0,5	Niedriger Siliziumgehalt minimiert harte und spröde Intermetallische Phasen; steuert Gießneigung
Fe	max. 0,7	Häufiges Verunreinigungselement; höherer Fe-Gehalt reduziert Zähigkeit und Bearbeitbarkeit
Mn	0,4–1,0	Steuert das Korngefüge und verbessert Festigkeit und Bruchzähigkeit
Mg	0,2–0,8	Trägt in Kombination mit Cu zur Ausscheidungshärtung und Zähigkeit bei
Cu	3,9–5,0	Hauptfestigungsbestandteil; entscheidend für Ausscheidungshärtung
Zn	max. 0,25	Geringer Anteil, um übermäßige Spannungskorrosionsanfälligkeit zu vermeiden
Cr	max. 0,10	Kontrolle des Gefüges; reduziert Rekristallisation und verbessert Stabilität
Ti	max. 0,15	Kornfeinung bei Guss-/Barrenverarbeitung
Sonstige	Bilanz Al, Rückstände	Spurenelemente kontrolliert zur Sicherstellung konstanter Alterung und Duktilität

Kupfer ist das dominierende Legierungselement und bestimmt die Ausscheidungschemie, die für die Festigkeit verantwortlich ist. Mangan und Chrom werden in moderaten Mengen zugesetzt, um das Korn zu verfeinern und die Stabilität bei höheren Temperaturen sowie die Bruchfestigkeit zu verbessern. Magnesium ergänzt Kupfer, indem es die Ausscheidungshärtung unterstützt.

Grenzwerte für Eisen und Silizium sind wichtig, um Zähigkeit und Bearbeitbarkeit zu erhalten sowie die Bildung grober intermetallischer Phasen zu vermeiden, die als Kerne für Ermüdungsrisse wirken können.

Mechanische Eigenschaften

A2014 zeigt in den hochgealterten Zuständen hohe Zug- und Streckfestigkeiten, wobei Duktilität und Korrosionsbeständigkeit eingeschränkt sind. Typische Zugfestigkeiten im T6/T651-Zustand erreichen hohe 400er bis 460 MPa, während weichgeglühte Zustände niedrigere Festigkeiten, aber deutlich höhere Dehnung für Umformprozesse bieten. Die Dauerfestigkeit von gealtertem A2014 ist in der Regel besser als die vieler 5xxx-Legierungen bei richtiger Auslegung und Bearbeitung. Die Oberflächenqualität und das Korrosionsumfeld haben jedoch großen Einfluss auf die Ermüdungslebensdauer.

Streck- und Zugfestigkeit hängen stark von Abschnittsdicke, Zustand und Qualität der Wärmebehandlung ab; dickere Querschnitte sind schwieriger gleichmäßig zu lösungsglühen und weisen daher oft niedrigere Spitzenfestigkeit und größere Streuungen in den Eigenschaften auf. Die Härte korreliert gut mit der Zugfestigkeit; der Übergang vom O- zum T6-Zustand kann die Brinell-Härte je nach Ausgangsmaterial und Alterungszeit um das Zwei- bis Dreifache erhöhen.

Das Korngefüge, Restporosität und durch die Bearbeitung verursachte Oberflächenschäden dominieren die Initiierung von Ermüdungsrissen bei hochfesten Bauteilen. Eine geeignete Oberflächenbehandlung und Korrosionsschutz sind daher entscheidend für eine vorhersehbare mechanische Leistung.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wichtiger Zustand (T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	200–260 MPa	420–460 MPa	T6-Werte typisch für dünne Querschnitte; dickere Querschnitte können niedriger liegen
Streckgrenze (0,2 % Dehnung)	90–140 MPa	350–410 MPa	Streckgrenze steigt mit Alterung erheblich
Dehnung	18–30 %	6–12 %	Duktilität sinkt bei höheren Festigkeitszuständen
Härte (HB)	50–75 HB	120–155 HB	Härte spiegelt Alterungszustand und Ausscheidungsdichte wider

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,78 g/cm³	Etwas höher als bei manchen 6xxx-Legierungen aufgrund des Kupferanteils
Schmelzbereich	~500–645 °C	Solidus- bis Liquidusbereich abhängig von Legierungsbestandteilen und lokaler Ausscheidung
Wärmeleitfähigkeit	~110–130 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al; Kupfer reduziert Leitfähigkeit gegenüber 1xxx-Serie
Elektrische Leitfähigkeit	~25–40 % IACS	Reduziert durch Legierung; abhängig von Zustand und Kaltverfestigung
Spezifische Wärmekapazität	~880 J/kg·K (0,88 J/g·K)	Typisch für gewalzte Aluminiumlegierungen bei Zimmertemperatur
Wärmeausdehnung	~23,5–24,5 µm/m·K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen, relevant für verklebte Baugruppen

Der Kupfer- und Zusatzgehalt reduziert die thermische und elektrische Leitfähigkeit gegenüber handelsüblichem Aluminium, was für Konstrukteure bei thermischen oder elektrischen Anwendungen wichtig ist. Dichte und Wärmeausdehnung liegen nahe bei gängigen Aluminium-Strukturlegierungen, was die Integration in Misch-Aluminium-Baugruppen erleichtert.

Schmelz- und Solidusbereich sind relevant für Löt- und Schweißprozessfenster; lokale Überhitzung beim Schweißen kann grobe Ausscheidungen und Weichzonen (HAZ-Softening) verursachen, daher ist eine sorgfältige Temperaturkontrolle wichtig.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zusätze	Bemerkungen
Blech	0,5–8 mm	Dünnblech reagiert gut auf T6; dickere Bleche sind schwer gleichmäßig lösungsglühbar	O, H14, T5, T6, T651	Verwendet für bearbeitete Platten und Strukturverkleidungen mit hohen Anforderungen an Festigkeit
Platte	8–200 mm	Stärkere Dicken zeigen reduzierte Härtbarkeit; kontrollierte Lösungsglühung erforderlich	O, T6, T651 (oft begrenzte Dicke)	Schwerere Querschnitte benötigen spezielle Wärmebehandlung und Abschreckkontrolle
Pressprofil	Profile bis zu moderaten Querschnitten	Profilabschnitte erfordern häufig Nachalterung, um Festigkeit zu entwickeln	T5, T6 (nach dem Strangpressen)	Begrenzt nutzbar im Vergleich zu 6xxx-Legierungen; eingesetzt für hochfeste Profile
Rohr	Ø variabel	Dünnwandige Rohre härten gut; große Durchmesser oft weichgeglüht	O, T6	Verwendet für Strukturbauteile und Hydraulikarmaturen
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 150 mm	Massive Stäbe können hohe T6-Festigkeiten erreichen bei korrekter Lösungsglühung	O, T6, T651	Häufig für bearbeitete Teile wie Fittings, Bolzen und Wellen

Form und Größe beeinflussen stark die erreichbaren Eigenschaften, da Lösungsglühen und Abschreckgeschwindigkeiten die Ausscheidungsverteilung bestimmen. Dünne Querschnitte und kleine Profile erreichen nach Standard-T6-Alterung nahezu Spitzenfestigkeit, während große Querschnitte oft modifizierte Wärmebehandlungszyklen und strenge Prozesskontrollen zur Vermeidung unteralterter Kernbereiche erfordern.

Die Verarbeitungswege unterscheiden sich: Blech- und Plattenwalzen erzeugt richtungsabhängige Mikrostrukturen mit anisotropen Eigenschaften; Strangpressungen und Schmiedeteile benötigen nachgelagertes Homogenisieren und Altern, um die konstruktiv gewünschten mechanischen Werte zu erreichen und die Abschreckempfindlichkeit zu reduzieren.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	A2014	USA	Typische Bezeichnung für geschmiedete Legierungen in ASME/ASTM-Materialnormen
EN AW	2014	Europa	EN-Bezeichnungen stimmen weitgehend überein, können aber leicht abweichende mechanische Prüfvorgaben enthalten
JIS	A2014	Japan	In der Regel gleichwertige Zusammensetzung mit möglichen regionalen Toleranzen
GB/T	2A14 / 2014	China	Übliche chinesische Bezeichnung; mechanische und chemische Toleranzen können leicht variieren

Die äquivalenten Bezeichnungen über Normen hinweg sind hinsichtlich der Zusammensetzung überwiegend ähnlich, jedoch unterscheiden sich Spezifikationstoleranzen, Qualifizierungsprüfungen und zulässige Verunreinigungen je nach Normungsorganisation. Diese Unterschiede beeinflussen die Zertifizierung für Luftfahrt oder Druckbehälter und erfordern gegebenenfalls Lieferantendokumentation zur Bestätigung der Übereinstimmung mit dem Anforderungsstandard des Käufers.

Beim Austausch zwischen Normen sollten Materialangaben wie zulässige Blechdickenbereiche, Härtezustandsdefinitionen (z. B. T651 vs. T6) und geforderte Mindestwerte der mechanischen Eigenschaften geprüft werden, um Ausfälle im Einsatz oder Probleme bei der Qualifikation zu vermeiden.

Korrosionsbeständigkeit

A2014 weist im Vergleich zu Legierungen der Serien 5xxx und 6xxx eine eingeschränkte allgemeine Korrosionsbeständigkeit auf, da Kupfer die kathodische Aktivität erhöht und lokal begrenzte Korrosion fördern kann. In atmosphärischer Umgebung ist eine akzeptable Beständigkeit möglich, wenn die Oberfläche beschichtet oder eloxiert ist. Ungeschützte Expositionen, besonders in maritimen oder chloridhaltigen Atmosphären, fördern jedoch Lochfraß und interkristalline Korrosion.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei Legierungen der 2xxx-Serie ein wesentliches Problem, insbesondere unter Zugspannungen und erhöhten Temperaturen; ausgereifte Härtezustände (T6) und bestimmte schweißnahe Zonen sind besonders gefährdet. Maßnahmen gegen SCC umfassen die Verwendung geringerer Festigkeiten in kritischen Bereichen, den Einsatz kathodischer oder Barrieren-beschichtungen sowie die Vermeidung galvanischer Paare mit edleren Metallen ohne Isolierung.

Im Vergleich zu 6xxx-Legierungen kostet A2014 eine geringere Korrosionsbeständigkeit zugunsten höherer Festigkeit; gegenüber 1xxx-Legierungen bietet A2014 deutlich höhere Festigkeit, jedoch deutlich geringere Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Oberflächenbehandlungen (Konversionsschichten, Lackierung, Eloxieren) und reines Aluminium als Deckschicht sind übliche Schutzmaßnahmen in aggressiven Umgebungen.

Umform- und Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schmelzschweißen von A2014 ist aufgrund des hohen Kupferanteils und der starken Neigung zu Heißrissen und Erweichung im Wärmeeinflussgebiet (WEG) anspruchsvoll. WIG- und MIG-Schweißen sind mit Vor- und Nachbehandlung möglich, wobei die Schweißzone meist schwächer als das Grundmaterial im T6-Zustand bleibt und häufig eine lokale Lösungsglühung und Nachalterung erforderlich ist. Zum Reduzieren von Rissrisiken werden üblicherweise Füllwerkstoffe mit höherem Si- und Mg-Gehalt oder geringerem Cu-Anteil (z. B. 4043, 5356) verwendet, was unterschiedliche metallurgische Zonen und mechanische Eigenschaftsverläufe im Verbund bewirkt.

Zerspanbarkeit

A2014 gilt unter den hochfesten Aluminiumlegierungen als relativ gut zerspanbar, da der legierte Kupferanteil für gute Spanbruchbildung sorgt und die Festigkeitswerte eine hohe Maßhaltigkeit gewährleisten. Schneidwerkzeuge aus Hartmetall oder beschichtetem Hartmetall sind bevorzugt; mittelschwere bis hohe Schnittgeschwindigkeiten mit starren Aufspannungen und positivem Freiwinkel minimieren den Grat- und Keilaufbau. Vorschübe und Kühlstrategie sollten darauf ausgerichtet sein, kleine, segmentierte Späne zu fördern und übermäßige Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück zu vermeiden, um Oberflächenverschmierung zu verhindern.

Umformbarkeit

Die Kaltumformbarkeit der ausgehärteten Zustände ist begrenzt; Biegen und Tiefziehen sollten vorzugsweise im Lösungsglühen-Zustand (O) oder weichgeglühten Zuständen (H) vor der Endlösungsglühung und Alterung erfolgen. Die minimalen Biegeradien bei T6-Blech sind konservativ zu wählen (z. B. vielfache Blechdicke je nach Werkzeug) und Federkraft ist zu berücksichtigen. Für komplexe Geometrien werden häufig nahe der Endform liegende Verfahren oder nachträgliche Wärmebehandlungen eingesetzt, um die endgültigen mechanischen Eigenschaften sicherzustellen.

Wärmebehandlungsverhalten

A2014 ist wärmebehandelbar und folgt klassischen Ausscheidungshärtungsverfahren: Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern. Übliche Lösungsglühtemperaturen liegen im Bereich von 495–530 °C, gefolgt von schnellem Abschrecken (Wasser- oder Polymerabschreckung), um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten; zu langsame Abschreckung führt zu groben Ausscheidungen und geringerer Spitzenfestigkeit. Die künstliche Alterung (z. B. T6) erfolgt typischerweise bei ca. 160–190 °C über mehrere Stunden, um die θ′-Ausscheidungen zu bilden und nahezu maximale Festigkeit zu erreichen.

Übergänge zwischen Härtezuständen umfassen T5 (aus erhöhter Temperatur abgekühlt und künstlich gealtert), T6 (gelöst und künstlich gealtert) sowie T651 (spannungsarm geglüht durch Dehnen und dann künstlich gealtert). Die Kontrolle von Abschreckhärte, Alterungstemperatur/-dauer und Voralterung ist entscheidend, um Abschreckempfindlichkeit zu minimieren, Verzüge zu verringern und Ermüdungsfestigkeit zu maximieren.

Leistungen bei hohen Temperaturen

Wie andere Al-Cu-Legierungen zeigt A2014 bei erhöhten Temperaturen deutliche Festigkeitsverluste; ab etwa 120–150 °C nehmen Dauerfestigkeit und Kriechbeständigkeit ab, da Ausscheidungen grobkörnig werden oder sich auflösen. Kurzzeitige Temperaturerhöhungen während der Verarbeitung (z. B. Schweißen) können Überalterung oder Lösung der Ausscheidungen verursachen, was zu Erweichung im WEG und reduzierten lokalen mechanischen Eigenschaften führt. Oxidation ist begrenzt (Aluminium bildet eine passive Oxidschicht), jedoch schützt die bei sehr hohen Temperaturen entstehende Schuppenschicht nicht vor Festigkeitsverlusten.

Für dauerhafte Hochtemperatureinsätze wird A2014 allgemein nicht empfohlen; Konstrukteure bevorzugen Legierungen mit größerer Temperaturstabilität oder treffen Schutzmaßnahmen und Abminderungen, wenn kurzzeitige Temperaturüberschreitungen unvermeidbar sind. Bei Anwendungen nahe der oberen Gebrauchstemperatur sind regelmäßige Kontrollen auf Kriechen, Spannungsrelaxation und Spannungsrisskorrosion ratsam.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Warum A2014 verwendet wird
Luft- und Raumfahrt	Beschläge, Gabelköpfe, Schmiedeteile	Hoher Festigkeits-Gewichts-Index und Ermüdungsfestigkeit in kompakten Bauteilen
Automobilindustrie	Hochfeste CNC-gefräste Halterungen und Lenkungskomponenten	Hohe Festigkeit für tragende Bauteile bei wirtschaftlicher Zerspanung
Verteidigung / Schienenverkehr	Strukturteile und Waffenteile	Zerspanbarkeit kombiniert mit hoher statischer Festigkeit und Zähigkeit
Industriemaschinen	Getriebegehäuse und Ventilkörper	Fähigkeit, komplexe Formen mit hoher Festigkeit präzise zu fertigen

A2014 wird bevorzugt für kleine bis mittelgroße Strukturbauteile eingesetzt, bei denen Spitzenfestigkeit und Zerspanbarkeit entscheidend sind und Korrosionsbelastungen kontrolliert werden können. Die Legierung spielt weiterhin eine wichtige Rolle in der Luftfahrt und bei Hochleistungsfahrzeugen, wo Gewichtsersparnis und strukturelle Integrität im Vordergrund stehen.

Auswahlhinweise

A2014 wird gewählt, wenn hohe, wärmebehandelbare Festigkeit und gute Zerspanbarkeit Vorrang haben gegenüber Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit. Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht A2014 elektrische Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen deutlich höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit ein, wodurch es sich besser für zerspante Strukturteile, aber schlechter für leitfähige oder stark umgeformte Bauteile eignet.

Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet A2014 wesentlich höhere statische Festigkeit und bessere Ermüdungsbeständigkeit, jedoch geringere Korrosionsbeständigkeit und eine schlechtere Eignung für intensive Umformprozesse. Gegenüber gängigen 6xxx-Legierungen (z. B. 6061 oder 6063) bietet A2014 oft vergleichbare oder höhere Festigkeiten in bestimmten Zuständen und bessere Zerspanbarkeit, jedoch geringere Korrosionsbeständigkeit sowie niedrigere thermische und elektrische Leitfähigkeit; A2014 ist vorzuziehen, wenn Spitzenfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit wichtiger sind als diese Nachteile.

• Erwägen Sie A2014, wenn das Design hohe statische und Ermüdungsfestigkeit bei präziser Zerspanung erfordert und wenn schützende Oberflächenbehandlungen oder Deckschichten Korrosionsrisiken minimieren können. Diese Kompromisse sprechen typischerweise für A2014 bei Luftfahrtbeschlägen und hochbeanspruchten Zerspanungsteilen.
• Vermeiden Sie A2014 für großflächige dünne Bauteile mit intensivem Umformen, unbeschichtete marine Strukturteile ohne Deckschicht sowie bei Anwendungen, bei denen elektrische oder thermische Leitfähigkeit Hauptanforderungen sind.
• Ist eine gute Schweißbarkeit mit minimaler Nachbehandlung essentiell, wählen Sie alternative Legierungen (z. B. der Serien 6xxx oder 5xxx) und reservieren A2014 für überwiegend zerspante oder geschmiedete Teile mit kontrollierten Fügeverfahren.

Abschließende Zusammenfassung

A2014 bleibt eine relevante hochfeste, wärmebehandelbare Aluminiumlegierung für Anwendungen, die ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Zerspanbarkeit und Ermüdungsleistung erfordern. Ihr Einsatz ist am effektivsten, wenn Konstrukteure ihre Korrosionsanfälligkeit und begrenzte Umformbarkeit durch geeignete Materialwahl, Schutzbehandlungen sowie angemessene Wärmebehandlung und Nachbearbeitung berücksichtigen.