Aluminium gilt als leichter Werkstoff, aber diese Einschätzung wird dem Material nicht gerecht. Bestimmte Aluminiumlegierungen erreichen Zugfestigkeiten, die mit niedriglegierten Stählen konkurrieren können, bei einem Bruchteil des Gewichts. Wer in der Konstruktion oder Fertigung nach Aluminium mit der höchsten Festigkeit sucht, steht vor einer differenzierten Werkstoffauswahl, denn nicht jede hochfeste Aluminiumlegierung eignet sich für jeden Anwendungsfall gleichermaßen.
Dieser Artikel gibt einen strukturierten Überblick über die Festigkeitsklassen von Aluminiumlegierungen, beleuchtet die leistungsstärksten Vertreter im Vergleich und zeigt, welche Kompromisse bei der Verarbeitung hochfester Varianten einzuplanen sind.
Festigkeitsklassen im Überblick: So werden Aluminiumlegierungen eingestuft
Die Festigkeit einer Aluminiumlegierung hängt in erster Linie von ihrer Legierungsgruppe ab, die international durch ein vierstelliges Ziffernsystem klassifiziert wird. Die erste Ziffer bezeichnet dabei das Hauptlegierungselement und gibt bereits einen guten Hinweis auf das mechanische Leistungsniveau.
Die 1000er-Serie besteht aus Reinaluminium mit sehr geringer Festigkeit, eignet sich aber hervorragend für Anwendungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit im Vordergrund stehen. Die 2000er-Serie (Hauptlegierungselement Kupfer) und die 7000er-Serie (Zink) bilden das obere Ende des Festigkeitsspektrums. Dazwischen liegen die 5000er-Legierungen (Magnesium) und die weit verbreiteten 6000er-Legierungen (Magnesium-Silizium), die ein ausgewogenes Verhältnis aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit bieten. Die Zugfestigkeit von Aluminium variiert je nach Legierung und Wärmebehandlungszustand erheblich, von rund 70 MPa bei Reinaluminium bis über 600 MPa bei hochfesten 7000er-Legierungen.
7075 und Co.: Die festesten Aluminiumlegierungen im Vergleich
Wenn es um Aluminium mit der höchsten Festigkeit geht, führt kaum ein Weg an der 7000er-Serie vorbei. Diese Legierungsgruppe nutzt Zink als Hauptlegierungselement, ergänzt durch Magnesium und Kupfer, und erzielt durch gezielte Wärmebehandlung (Ausscheidungshärtung) außergewöhnliche mechanische Eigenschaften.
7075: Der Maßstab unter den hochfesten Legierungen
Die Legierung 7075 gilt als Referenzwerkstoff, wenn maximale Zugfestigkeit gefragt ist. Im Zustand T6 (lösungsgeglüht und warmausgelagert) erreicht 7075 Zugfestigkeiten von etwa 500 bis 570 MPa, in Sonderausführungen sogar darüber. Das macht sie zur bevorzugten Wahl im Luft- und Raumfahrtbereich sowie im Hochleistungssport. Gegenüber der ebenfalls hochfesten 2024-Legierung (Hauptlegierungselement Kupfer, ca. 470 MPa) bietet 7075 eine höhere Festigkeit, während 2024 bei Ermüdungsbelastungen punktet.
7068 und weitere Varianten
Noch höhere Festigkeitswerte liefert die Legierung 7068, die in bestimmten Zuständen Zugfestigkeiten jenseits von 680 MPa erreicht und damit zu den festesten kommerziell verfügbaren Aluminiumlegierungen zählt. Für viele industrielle Anwendungen ist 7075 jedoch ausreichend und deutlich besser verfügbar. Die 6000er-Legierungen wie 6082 oder 6061 bieten mit Zugfestigkeiten von 250 bis 310 MPa zwar weniger Festigkeit, sind aber wesentlich leichter zu beschaffen und zu bearbeiten.
Festigkeit vs. Bearbeitbarkeit: Welche Kompromisse hochfeste Legierungen fordern
Hochfeste Aluminiumlegierungen bringen spezifische Herausforderungen in der Verarbeitung mit sich, die bei der Werkstoffauswahl berücksichtigt werden sollten. Die gleichen Legierungselemente, die für hohe Festigkeit sorgen, beeinflussen auch die Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und spanende Bearbeitbarkeit.
7075 lässt sich zerspanend gut bearbeiten, ist jedoch für das Schmelzschweißen nur bedingt geeignet, da Spannungsrisskorrosion ein reales Risiko darstellt. Verbindungen werden hier typischerweise über Nieten, Schrauben oder Kleben realisiert. Die Korrosionsbeständigkeit von 7075 ist geringer als bei 6000er-Legierungen, weshalb Oberflächenschutzmaßnahmen wie Eloxieren oder Lackieren in korrosiven Umgebungen notwendig sind. Die 2000er-Serie teilt ähnliche Einschränkungen: hohe Festigkeit, eingeschränkte Schweißbarkeit, erhöhter Schutzaufwand. Wer Festigkeit und gute Schweißbarkeit kombinieren möchte, greift häufig auf 5000er-Legierungen zurück, akzeptiert dabei aber deutlich geringere Festigkeitswerte.
Typische Einsatzgebiete hochfester Aluminiumlegierungen in der Industrie
Hochfeste Aluminiumlegierungen finden sich überall dort, wo das Gewicht entscheidend ist, aber auf Festigkeit nicht verzichtet werden kann. Das klassischste Einsatzgebiet ist die Luft- und Raumfahrt, wo 7075 und 2024 seit Jahrzehnten für Strukturbauteile, Rippen und Spanten eingesetzt werden.
Im Maschinen- und Anlagenbau werden hochfeste Legierungen für Vorrichtungen, Spannelemente und bewegte Bauteile eingesetzt, bei denen jedes eingesparte Kilogramm die Dynamik verbessert. Auch der Rennsport und die Sportgeräteindustrie greifen intensiv auf 7075 zurück, etwa für Fahrradrahmenkomponenten, Kletterausrüstung oder Hochleistungswaffen. Im allgemeinen Maschinenbau spielen die 6000er-Legierungen mengenmäßig eine größere Rolle, während hochfeste 7000er-Varianten für spezifische Hochlastbauteile reserviert bleiben. Wer Aluminium in verschiedenen Legierungen für solche Anwendungen benötigt, sollte die Werkstoffauswahl eng mit den mechanischen Anforderungen des Bauteils abstimmen.
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