Aluminiumlegierungen im Vergleich: Eigenschaften und Auswahl

Was eine Aluminiumlegierung ist und wie sie bezeichnet wird

Reines Aluminium ist weich. Für Konstruktionsteile wird es deshalb legiert: Magnesium, Silizium, Kupfer, Zink oder Mangan erhöhen die Festigkeit. Dieser Guide behandelt Knetlegierungen, die als Stangen, Platten und Profile zur Zerspanung kommen. Gusslegierungen (EN AC) sind eine eigene Familie und kommen hier nicht vor.

Eine Bezeichnung wie EN AW-6082 lässt sich lesen: EN steht für Europäische Norm, A für Aluminium, W für Knetwerkstoff. Die vier Ziffern folgen EN 573-3, die erste nennt das Hauptlegierungselement: 2 steht für Kupfer, 5 für Magnesium, 6 für Magnesium und Silizium, 7 für Zink. Dazu kommen die chemische Kurzbezeichnung (AlSi1MgMn) und die deutsche Werkstoffnummer (3.2315).

Die US-Bezeichnung der Aluminum Association nutzt dieselben vier Ziffern. Deshalb stehen 6061, 7075 und 5052 auf Zeichnungen aus dem Ausland oft ohne EN AW. Hinter der Nummer folgt der Zustand nach EN 515, etwa T6 oder H111: Aushärtbare Legierungen tragen T-Zustände, naturharte H-Zustände. Was T6 und T651 bedeuten, erklärt die Seite Wärmebehandlung.

Die sechs Legierungen im Überblick

Die Tabelle zeigt die sechs Aluminiumlegierungen, die für Dreh- und Frästeile bestätigt sind. Alle sechs wiegen etwa ein Drittel so viel wie Stahl: Ihre Dichte liegt zwischen 2,66 und 2,80 g/cm³. Das Rohteilgewicht schätzt der Gewichtsrechner ab.

Die Gruppe sortiert die Legierungen am schnellsten. Aushärtbare Legierungen (2xxx, 6xxx, 7xxx) gewinnen ihre Festigkeit durch Wärmebehandlung, naturharte (5xxx) durch Kaltverfestigung. Im ausgehärteten Zustand lassen sich aushärtbare Legierungen in der Regel gut zerspanen. Die naturharten Legierungen 5083 und 5052 sind sehr gut schweißbar.

EN AW-6061: Aluminium 6061 aus internationalen Zeichnungen

EN AW-6061 (AlMg1SiCu, 3.3211) ist eine aushärtbare Magnesium-Silizium-Legierung mit mittlerer Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit. Als Aluminium 6061 steht sie in vielen US-Zeichnungen, häufig anstelle von EN AW-6082. Die Eigenschaften beider Legierungen stimmen weitgehend überein.

Im Zustand T6 liegt die Mindestzugfestigkeit gezogener Stangen bei 290 MPa, die Mindestdehngrenze bei 240 MPa. „6061 T6“ gehört als Angabe in die Zeichnung; den Zustand erklärt die Seite Wärmebehandlung.

Beim Eloxieren gelingen Schutzschichten sehr gut. Für dekorative Farbtöne ist 6061 nur bedingt geeignet.

EN AW-6082: der Allrounder für Frästeile

EN AW-6082 (Aluminium 6082, AlSi1MgMn, 3.2315) ist die in Europa verbreitete Legierung dieser Gruppe: aushärtbar, mittlere Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit in Witterung und Meerwasser, gut schweißbar. Sie enthält mehr Silizium und Mangan als 6061. Bei gezogenen Stangen liegt ihre Mindestzugfestigkeit im Zustand T6 mit 310 MPa etwas über der von 6061 (290 MPa).

Gut zerspanbar ist 6082 im ausgehärteten Zustand, in weichem Zustand lässt sie sich schlechter bearbeiten. Für Frästeile wird deshalb „6082 T6“ oder „6082 T651“ angegeben; beide Zustände erklärt die Seite Wärmebehandlung. Beim Eloxieren verhält sich 6082 wie 6061: sehr gut für Schutzschichten, nur bedingt geeignet für dekorative Farbtöne.

EN AW-7075: hochfest, mit Grenzen bei Schweißen und Korrosion

EN AW-7075 (Aluminium 7075, AlZn5,5MgCu, 3.4365) ist die hochfeste Zink-Legierung unter den Standardsorten und als Flugzeugaluminium bekannt. Im Zustand T651 liegt die Mindestzugfestigkeit von Platten zwischen 6 und 25 mm Dicke bei 540 MPa; in dicken Platten sinkt der Wert. Dazu kommen eine sehr hohe Ermüdungsfestigkeit und eine gute Zerspanbarkeit. Verwendet wird 7075 für hochbelastete Maschinenteile, Vorrichtungen und im Formenbau.

Die Grenzen liegen beim Fügen und bei der Korrosion. 7075 ist für Schmelzschweißen nicht geeignet, ihre Korrosionsbeständigkeit ist deutlich geringer als die von 6082 oder 5083, und in den hochfesten Zuständen neigt sie zur Spannungsrisskorrosion. Im Außenbereich gehört deshalb ein Oberflächenschutz zum Bauteil.

Eloxieren ist möglich. Die Schicht kann dunkler und ungleichmäßiger ausfallen, Schutzschichten gelten als annehmbar. Für Farbtöne auf Sichtflächen eignet sich 7075 nicht.

EN AW-2024: ermüdungsfest, aber korrosionsanfällig

EN AW-2024 (AlCu4Mg1, 3.1355) ist die klassische Kupfer-Legierung: hohe Festigkeit, hohe Ermüdungsfestigkeit, gut zerspanbar. Sie wird für Strukturteile im Maschinenbau und in der Luftfahrt verwendet. Üblich ist der Zustand T351, kaltausgelagert und durch Recken entspannt; bei Platten bis 80 mm Dicke liegt die Mindestzugfestigkeit bei 420 bis 440 MPa.

Wegen des Kupfers ist die Korrosionsbeständigkeit schlecht, und Schmelzschweißen kommt nicht in Frage. Den Schutz übernimmt die Oberfläche: Schutzeloxal gelingt gut, für dekorative Farbtöne ist 2024 nicht geeignet. Bei großen Dicken können Eigenspannungen bei einseitiger Bearbeitung zu Verzug führen.

EN AW-5083: seewasserbeständig und gut schweißbar

EN AW-5083 (Aluminium 5083, AlMg4,5Mn0,7, 3.3547) ist naturhart: Ihre Festigkeit stammt aus dem Magnesium und der Kaltverfestigung, ein Aushärten gibt es bei dieser Gruppe nicht. Unter den naturharten Standardlegierungen ist sie die festeste, sehr gut schweißbar und sehr beständig gegen Seewasser und Witterung. Im Zustand H111 liegt die Mindestzugfestigkeit von Platten bis 80 mm Dicke bei 270 bis 275 MPa.

5083 ist ein Plattenwerkstoff für Maschinen-, Vorrichtungs- und Werkzeugbau; die Platten gelten als relativ spannungsarm. Die Grenze setzt die Temperatur: Für Dauerbetrieb über etwa 65 bis 70 °C ist die Legierung nicht gedacht. Beim Eloxieren gelingen Schutzschichten gut, dekorative Farbtöne sind nur eingeschränkt möglich.

EN AW-5052: umformbar und gut eloxierbar

EN AW-5052 (AlMg2,5, 3.3523) ist ebenfalls naturhart. Sie hat mittlere Festigkeit, ist sehr gut umformbar und schweißbar und beständig gegen Salzwasser. Deshalb steht sie bei Blechteilen mit Biegungen, Gehäusen und Tanks im Vordergrund; Blechteile beschreibt die Seite Blechbearbeitung.

Beim Eloxieren ist 5052 unter den sechs Legierungen die beste Wahl für dekorative Farbtöne (gut), Schutzschichten gelingen sehr gut.

Legierung wählen und Bauteile anfragen

Die Wahl folgt der Aufgabe des Bauteils. Allgemeine Konstruktionsteile: 6082 oder 6061. Hochbelastete Teile: 7075, bei Ermüdungsbeanspruchung auch 2024 mit Oberflächenschutz. Platten, Schweißkonstruktionen und Seewasser: 5083. Blechteile mit Biegungen: 5052. Soll geschweißt werden, scheiden 7075 und 2024 aus; für farbige Eloxalschichten sind 5052, 6061 und 6082 die besseren Kandidaten.

In die Zeichnung gehören Legierung und Zustand zusammen, etwa „EN AW-6082 T6“. Die Angabe „Alu“ allein lässt Festigkeit und Zerspanbarkeit offen. Steht die Legierung in der Zeichnung, wird genau diese kalkuliert; zulässige Alternativen können im Hinweisfeld genannt werden.

Alle sechs Legierungen gehören zum bestätigten Werkstoffprogramm: Dreh- und Frästeile ab 100 Stück je Bauteil, gefertigt nach ISO 9001, Werkstoffzeugnis 3.1 nach EN 10204 auf Anfrage. Eloxieren, Harteloxieren und das Warmauslagern auf T6 lassen sich mit anfragen. Verfahren, Oberflächen und Anfrageweg beschreibt die Seite Aluminium-CNC-Bearbeitung; die Unterlagen stehen auf den Seiten Drehteile nach Zeichnung und Frästeile nach Zeichnung.