Aluminium A6061: Zusammensetzung, Eigenschaften, Temperaturübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

6061 ist ein Vertreter der 6xxx Serie von warmverformten Aluminiumlegierungen, die hauptsächlich durch Magnesium und Silizium als wesentliche Legierungselemente charakterisiert sind. Es handelt sich um eine wärmebehandelbare Legierung, die ihre Festigkeit durch Ausscheidungshärtung (Mg2Si) nach Lösungsglühen, Abschrecken und künstlichem Altern erreicht.

Typische Eigenschaften umfassen eine günstige Kombination aus mäßig bis hoher Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen, ausgezeichnete Schweißbarkeit und angemessene Umformbarkeit in weicheren Zuständen. Diese Eigenschaftskombination macht 6061 attraktiv für strukturelle Bauteile, Transport- und Fahrzeugrahmen, allgemeine Luftfahrtbefestigungen, Marineausrüstung und Gehäuse für Instrumente.

Ingenieure wählen 6061, wenn ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Zerspanbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit gefordert ist, ohne die höheren Kosten oder den Verarbeitungsaufwand höherfester 7xxx-Legierungen. Es wird gegenüber weicheren Legierungen der 1xxx- oder 3xxx-Familien bevorzugt, wenn Tragfähigkeiten erforderlich sind, und gegenüber 2xxx-Legierungen, wenn verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit Priorität haben.

Temperzustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformungen
H14	Niedrig–Mittel	Mäßig	Gut	Ausgezeichnet	Verfestigt durch Kaltumformung, begrenzte Umformbarkeit nach Verfestigung
H32	Mittel	Mäßig	Gut	Ausgezeichnet	Verfestigt und stabilisiert, um Restumformbarkeit zu erhalten
T5	Mittel–Hoch	Mäßig	Ausreichend	Ausgezeichnet	Vom Warmumformen gekühlt und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig–Mäßig	Ausreichend	Sehr gut	Gelöst und künstlich gealtert, gängiger struktureller Zustand
T651	Hoch	Niedrig–Mäßig	Ausreichend	Sehr gut	T6 plus Spannungsarmglühen durch Dehnen oder Druckstabilisierung
T4	Mittel	Gut	Gut	Ausgezeichnet	Gelöst und natürlich gealtert, verwendet wenn nachträgliche Altersverfestigung nach Umformen erforderlich ist

Die Auswahl des Temperzustandes steuert den Kompromiss zwischen Festigkeit und Duktilität, wobei geglühte Zustände (O) und T4 für umfangreiche Umformprozesse bevorzugt werden und T5/T6/T651 für Strukturbauteile mit höherer Streck- und Zugfestigkeit gewählt werden. Das Altern, ob natürlich (T4) oder künstlich (T5/T6), führt zur Ausscheidung fein verteilter Mg2Si-Partikel, die die Festigkeit erhöhen, jedoch Duktilität reduzieren und das Ermüdungsverhalten sowie die Härte verändern.

Das Verständnis der temperabhängigen Erweichung im Wärmeeinflussbereich (WEZ) nach dem Schweißen ist für die Konstruktion von großer Bedeutung; T6 und ähnliche Zustände zeigen WEZ-Erweichung, welche oft die lokale Festigkeit vermindert, während O und T4 durch nachträgliches künstliches Altern nach dem Schweißen wieder Festigkeit gewinnen können, wenn die Prozessbedingungen dies erlauben.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Bemerkungen
Si	0,40–0,80	Silizium verbindet sich mit Mg zur Bildung der Mg2Si-Ausscheidungen, die zur Verfestigung beitragen.
Fe	0,00–0,70	Eisen ist ein Verunreinigungsstoff, der intermetallische Phasen bildet und Duktilität sowie Korrosionsbeständigkeit mindert.
Mn	0,00–0,15	Mangan verfeinert die Kornstruktur und kann die Festigkeit leicht erhöhen.
Mg	0,80–1,20	Hauptverfestigungselement, das mit Si Mg2Si bildet; steuert die Reaktion der Altersverfestigung.
Cu	0,15–0,40	Kupfer erhöht Festigkeit und Alterungsreaktion, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit verringern.
Zn	0,00–0,25	Zink ist ein geringfügiger Verunreinigungsstoff; höhere Konzentrationen können Festigkeit und Korrosionsverhalten beeinflussen.
Cr	0,04–0,35	Chrom hemmt Kornwachstum und verbessert Zähigkeit sowie Widerstand gegen Spannungskorrosionsrisse.
Ti	0,00–0,15	Titan wird als Kornfeinungsmittel während des Gießens und der Primärverarbeitung eingesetzt.
Sonstige (jeweils)	≤0,05	Spurenelemente wie V, Zr und Reststoffe; Al Restgehalt

Die Mg- und Si-Gehalte bestimmen das Potenzial zur Ausscheidungshärtung durch Mg2Si; ihr Verhältnis und die Verteilung steuern die Kinetik und das Ausmaß der Altersverfestigung. Kleine Legierungszugaben und Restelemente beeinflussen Kornfeinheit, Rekristallisation, Zähigkeit und Anfälligkeit für intermetallische Phasenbildung; eine sorgfältige Zusammensetzungssteuerung ist für gleichbleibende mechanische Eigenschaften und Korrosionsverhalten unerlässlich.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 6061 hängt stark vom Temperzustand ab. Im lösungsgeglühten und künstlich gealterten Zustand (T6) zeigt die Legierung hohe Streck- und Zugfestigkeit bei moderater Duktilität, was den Einsatz in strukturellen Anwendungen ermöglicht, bei denen ein vorhersehbares elastisches und plastisches Verhalten gefordert ist. Die Ermüdungsfestigkeit ist für eine universell einsetzbare Legierung angemessen, wird jedoch stark durch Oberflächenzustand, Spannungskonzentrationen und Temperzustand beeinflusst.

Streck- und Zugfestigkeit steigen erheblich von O/T4 zu T6, während Dehnung und Zähigkeit entsprechend abnehmen. Die Härte folgt dem gleichen Trend; T6 besitzt eine deutlich höhere Brinell- oder Rockwellhärte als das O-Material. Die Blech- oder Plattendicke beeinflusst die erreichbaren Eigenschaften aufgrund der Abschreckempfindlichkeit; dickere Querschnitte sind schwieriger schnell abzuschrecken, was die maximale Härte nach dem Altern senken kann.

Eigenschaft	O/geglüht	Wichtiger Temper (T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	90–160 MPa	275–350 MPa	Typisch bei T6 etwa 310 MPa; Bereich abhängig von Produktform und Dicke
Streckgrenze	35–100 MPa	240–300 MPa	T6 typischer Wert ca. 275 MPa; Streckgrenze definiert mit 0,2 % Dehngrenze
Dehnung	18–25 %	8–12 %	Dehnung nimmt mit zunehmender Festigkeit und abnehmender Duktilität ab
Härte (Brinell)	35–60 HB	80–110 HB	Härte korreliert mit dem Ausscheidungszustand; T6 ist deutlich härter

Mechanische Eigenschaften variieren je nach Produktform, Verarbeitungsverlauf und Prüfrichtung. Für kritische Konstruktionen müssen Designer Anisotropien durch Walzen oder Strangpressen, die Auswirkungen von WEZ-Erweichung nach dem Schweißen auf die lokale Festigkeit sowie mögliche Festigkeitsverluste in dickeren Querschnitten durch unvollständiges Lösungsglühen oder verzögertes Abschrecken berücksichtigen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für warmverformte Aluminiumlegierungen, relevant für Masse- und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich (Solidus–Liquidus)	~582–652 °C	Legierungsschmelzbereich abhängig von örtlicher Zusammensetzung und intermetallischem Gehalt
Wärmeleitfähigkeit	~150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium, aber immer noch vergleichsweise hoch zur Wärmeabfuhr
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 % IACS	Leitfähigkeit durch Legierung reduziert; angegeben als Prozentwert im Vergleich zu reinem Kupfer (IACS)
Spezifische Wärme	~900 J/kg·K	Typischer spezifischer Wärmewert für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Thermische Ausdehnungskoeffizient	~23,5 ×10⁻⁶ /K	Hoher Wärmedehnungskoeffizient im Vergleich zu Stählen, wichtig für thermische Spannungsberechnungen

6061 bietet eine günstige Wärmeleitfähigkeit für viele Anwendungen zur Wärmeabfuhr bei gleichzeitig niedriger Dichte, was für gewichtskritische Konstruktionen von Vorteil ist. Der relativ hohe thermische Ausdehnungskoeffizient und die moderate elektrische Leitfähigkeit müssen bei der Verbindung mit unterschiedlichen Materialien oder der Gestaltung von Wärmemanagementsystemen berücksichtigt werden. Die Werkstoffauswahl sollte temperaturbedingte Änderungen von Elastizitätsmodul und Streckgrenze in thermisch beanspruchten Umgebungen einkalkulieren.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	0,2 mm – 6 mm	Gute Festigkeit bei dünnen Blechdicken nach Ausscheidungshärtung	O, T4, T6	Weit verbreitet für Verkleidungen, Gehäuse und umgeformte Bauteile
Platte	6 mm – 200 mm	Dicke beeinflusst das Ansprechen auf die Wärmebehandlung	O, T6 (beschränkte Dicke)	Dicke Platten zeigen oft eine verringerte erreichbare Festigkeit aufgrund der Abschreckempfindlichkeit
Strangpressprofil	Komplexe Profile, Längen bis mehrere Meter	Gute richtungsabhängige Festigkeit entlang der Profilachse	T5, T6, T651	Strangpressprofile ermöglichen komplexe Querschnitte, weisen jedoch anisotrope Eigenschaften auf
Rohr	Durchmesser von wenigen mm bis über 300 mm	Festigkeit ähnlich zu vergleichbaren Querschnitten	O, T6	Nahtlose und geschweißte Rohre werden für tragende und hydraulische Anwendungen verwendet
Stab/Rundstahl	Durchmesser und Querschnitte	Hohe Längsfestigkeit bei ausscheidungshärtendem Zustand	T6, T651	Üblich für bearbeitete Bauteile und Wellen

Blech und Strangpressprofile lassen sich gut umformen und wärmebehandeln, um konstruktive Anforderungen zu erfüllen; insbesondere Strangpressprofile sind wertvoll für lange lineare Bauteile mit integrierten Funktionen. Platten und Bauteile mit großem Querschnitt erfordern sorgfältige Wärmebehandlungs- und Abschreckstrategien zur Erzielung homogener Eigenschaften. Das Zerspanungsverhalten und die endgültigen mechanischen Eigenschaften hängen stark von der gewählten Form und dem Zustand ab, weshalb die Konstruktionsvorgaben beides explizit berücksichtigen müssen.

Äquivalente Werkstoffgüten

Norm	Güte	Region	Hinweise
AA	A6061	USA	Aluminum Association Bezeichnung, häufig verwendet in Nordamerika
EN AW	6061	Europa	Oft als EN AW-6061 (AlMg1SiCu) gemäß EN-Normen gelistet
JIS	A6061	Japan	Japanische Industriestandardbezeichnung; ähnliche chemische Grenzen, aber andere Prüfverfahren
GB/T	6061	China	Chinesische Normen verweisen auf die Legierung 6061 mit vergleichbaren Zusammensetzungsbereichen

Die Äquivalenzen sind chemisch weitgehend vergleichbar, können sich jedoch in zulässigen Verunreinigungsgrenzen, Toleranzen für mechanische Eigenschaften sowie akzeptierten Zuständen oder Prüfmethode unterscheiden. Beschaffung und Spezifikation sollten sowohl die Legierungsbezeichnung als auch die relevante Norm (z. B. ASTM, EN, JIS, GB/T) angeben, um die Einhaltung der mechanischen Mindestanforderungen, Maßtoleranzen und Zertifizierungsanforderungen sicherzustellen. Geringfügige Unterschiede bei Oberflächenbeschaffenheit, Kornstrukturkontrolle oder garantierter Zähigkeit können zwischen regionalen Normen bestehen.

Korrosionsbeständigkeit

6061 weist eine generell gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, da sich eine schützende Aluminiumoxidschicht bildet, die gleichmäßige Korrosionsraten in vielen Umgebungen begrenzt. Lokale Korrosion wie Lochfraß kann in chloridhaltigen Umgebungen auftreten; die Leistung ist bei moderater Meeresexposition wettbewerbsfähig, wenn opferanodische Konzepte und Beschichtungen angewendet werden.

Bei starken oder langanhaltenden Meerwassereintauchungen übertreffen häufig Legierungen der 5xxx-Serie (Al-Mg) 6061 im blanken Zustand aufgrund eines robusteren Schutzes gegen lokale Korrosion; 6061 profitiert jedoch von Eloxal- und Schutzbeschichtungen, die die Lebensdauer deutlich verlängern. Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) ist moderat und von der jeweiligen Wärmebehandlung abhängig, wobei ausscheidungshärtete Zustände (T6) eine höhere SCC-Empfindlichkeit als weichere Zustände zeigen; verbleibende Eigenspannungen aus Schweißen oder Umformen können das SCC-Risiko verstärken.

Galvanische Wechselwirkungen sollten durch isolierende Schnittstellen oder die Wahl kompatibler opferanodischer Materialien gesteuert werden; bei Kontakt mit edleren Metallen wirkt 6061 anodisch und korrodiert bevorzugt. Im Vergleich zu 2xxx-Legierungen bietet 6061 eine überlegene Korrosionsbeständigkeit und bessere Schweißbarkeit, während es gegenüber 5xxx-Legierungen etwas Korrosionsbeständigkeit gegen höhere erreichbare Festigkeit und Wärmebehandlungsfähigkeit eintauscht.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

6061 lässt sich gut mit gängigen Schweißverfahren wie GMAW (MIG) und GTAW (TIG) verbinden; das Schweißgut verwendet üblicherweise Zusatzwerkstoffe wie 4043 (Al-Si) oder 5356 (Al-Mg) je nach benötigter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Wärmeeinbringung muss kontrolliert werden, um eine Erweichung der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu begrenzen; T6-Material weist nach dem Schweißen in der HAZ eine verringerte Festigkeit auf. Nachbehandlungen wie eine Nachwärmebehandlung (PWHT) oder lokales Wiederhärten können in einigen Anwendungen die Festigkeit zurückgewinnen, jedoch sind Verzugs- und Maßkontrolle während der Schweißprozedur zu beachten.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 6061 wird unter Aluminiumlegierungen als gut bis sehr gut eingeschätzt; es lässt sich schneller als viele Stähle bearbeiten und erzeugt saubere Späne bei geeigneter Werkzeuggeometrie. Carbide oder Schnellarbeitsstähle werden häufig mit moderaten Schnittgeschwindigkeiten, hohen Vorschüben und guter Spanabfuhr verwendet, um einen Spanansatz zu vermeiden. Oberflächenqualität und Werkzeugstandzeit sind von Zustand und Wärmebehandlung abhängig; T6-Material kann durch die ausscheidungshärtenden Partikel etwas abrasiver als der weiche O-Zustand sein.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist am besten in geglühten oder T4-Zuständen, wenn umfangreiche Kaltumformung und komplexe Formgebung erforderlich sind. Biegeradien sollten abhängig von Zustand und Dicke gewählt werden; für T6-Blech sind größere Mindestbiegeradien einzuhalten um Risse zu vermeiden, während O- und T4-Zustände engere Radien erlauben. Kaltverfestigung erhöht die Festigkeit durch Kaltverfestigung, aber erheblicher Federstahl- und reduzierter Verformungsgrad in ausscheidungshärteten Zuständen müssen bei Werkzeugauslegung und Umformsequenzen berücksichtigt werden.

Wärmebehandlungsverhalten

Die Lösungsglühbehandlung von 6061 erfolgt typischerweise bei Temperaturen um 520–550 °C zum Auflösen löslicher Phasen und zur Erzeugung einer übersättigten festen Lösung. Ein schnelles Abschrecken (Wasserabschreckung oder kontrollierte Abschreckung) aus der Lösungstemperatur ist erforderlich, um die Lösungselemente vor dem Auslagern zu erhalten; die Abschreckempfindlichkeit nimmt mit zunehmender Bauteildicke zu.

Das künstliche Auslagern für den T6-Zustand findet gewöhnlich bei 160–190 °C über Zeiträume von etwa 6 bis 18 Stunden statt, abhängig von Dicke und gewünschten mechanischen Werten; die Behandlung führt zur Ausscheidung feiner Mg2Si-Partikel, die den Großteil der Festigkeitssteigerung bewirken. Der T5-Zustand beinhaltet Abkühlung von erhöhter Temperatur und anschließend künstliches Auslagern ohne Lösungsglühen; T4 ist gelöst und natürlich bei Raumtemperatur gealtert. T651 bezeichnet T6 mit einer zusätzlichen Stabilisierung durch Streckziehen zur Reduzierung von Eigenspannungen und Verzugsneigung.

Bei nicht wärmebehandelbaren Legierungen dominieren Kaltverfestigung und Glühzyklen das Eigenschaftsbild. Im Fall von 6061 ist die Wärmebehandlung der primäre Festigkeitsmechanismus; lokales Überglühen oder unerwünschte thermische Einflüsse im Betrieb können die mechanischen Eigenschaften stark vermindern, sodass ein erneutes Lösungsglühen und Auslagern erforderlich sein kann, wenn dies möglich ist.

Hochtemperatureinsatz

6061 behält nutzbare mechanische Eigenschaften bei moderat erhöhten Temperaturen, jedoch tritt ein signifikanter Festigkeitsverlust ab etwa 150 °C auf. Langzeitbetrieb bei hohen Temperaturen fördert das Überglühen und das Aufkornwachstum der Ausscheidungen, was Streckgrenze und Dauerfestigkeit mindert.

Die Oxidation bei erhöhten Temperaturen wird durch die stabile Aluminiumoxid-Schutzschicht begrenzt; jedoch können Maßstabilität und mechanische Integrität in zyklisch thermisch belasteten Umgebungen leiden. Für Anwendungen mit dauerhafter Last über ca. 120–150 °C wählen Konstrukteure in der Regel spezialisierte Aluminiumlegierungen oder hochtemperaturbeständige Metalle anstelle von 6061.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum A6061 verwendet wird
Automobil	Fahrwerkkomponenten, Halterungen	Gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Schweißbarkeit
Marine	Strukturteile, Geländer	Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsfreundlichkeit
Luft- und Raumfahrt	Beschläge, Schotts, Rohre	Günstige Festigkeit, Zerspanbarkeit und Gewichtsersparnis
Elektronik	Kühlkörper, Gehäuse	Wärmeleitfähigkeit und Zerspanbarkeit
Freizeitgeräte	Fahrradrahmen, Campingausrüstung	Balance aus Steifigkeit, Festigkeit und Herstellbarkeit

Die Vielseitigkeit von 6061 über verschiedene Produktformen, seine vorhersehbaren Eigenschaften nach Wärmebehandlung und breite Verfügbarkeit machen es zu einer Standardwahl für viele allgemeine konstruktive Anwendungen. Bauteile, die komplexe Bearbeitung, Schweißen oder eine Kombination aus Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern, profitieren vom ausgewogenen mechanischen und physikalischen Profil dieser Legierung.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 6061, wenn Sie eine wärmebehandelbare Legierung mit einer starken Kombination aus Schweißbarkeit, Zerspanbarkeit und Korrosionsbeständigkeit für konstruktive Einsätze benötigen. Es ist eine Mittelklasselegierung, die höhere Festigkeit als kommerziell reines Aluminium (1100) und viele kaltverfestigte Legierungen liefert und gleichzeitig einfacher zu schweißen sowie weniger korrosionsanfällig als viele hochfeste Al-Cu (2xxx) Legierungen ist.

Im Vergleich zu 1100 bietet 6061 eine geringere elektrische Leitfähigkeit und überlegene Umformbarkeit bei deutlich höherer Festigkeit und Steifigkeit, was es besser für strukturelle Anwendungen geeignet macht. Im Vergleich zu durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 6061 nach der Auslagerung eine höhere Höchstfestigkeit, jedoch eine leicht verringerte Korrosionsbeständigkeit in einigen chloridreichen Umgebungen. Im Vergleich zu 6063, das für gute Extrudierbarkeit und ansprechende Oberflächen optimiert ist, bietet 6061 eine höhere strukturelle Festigkeit und wird bevorzugt, wenn die mechanische Leistung und nicht die Oberflächenqualität im Vordergrund steht.

Abschließende Zusammenfassung

6061 bleibt ein weit verbreiteter technischer Aluminiumwerkstoff, da er einen praktischen Kompromiss zwischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Umformbarkeit und Kosten bietet und zudem in vielen Produktformen und Zuständen breit verfügbar ist. Sein vorhersehbares wärmebehandelbares Verhalten und seine guten Fertigungseigenschaften machen ihn für verschiedene Industriezweige relevant, in denen zuverlässige strukturelle Leistung und Verarbeitbarkeit gefordert sind.