Warum die Legierungsauswahl mehr Bedeutung hat als gedacht
Alle drei Legierungen – 6061, 7075 und 2024 – sind aushärtbare Aluminiumlegierungen mit ähnlicher Dichte (~2,7 g/cm³) und guter Zerspanbarkeit. Ihre mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Schweißeignung und Kompatibilität mit Oberflächenbehandlungen unterscheiden sich jedoch erheblich. Ein Bauteil, das auf 6061-T6 ausgelegt und dann im laufenden Projekt auf 7075-T6 umgestellt wird, kann eine vollständige Neuanalyse der Spannungskonzentrationen, Anzugsmomente und Oberflächenspezifikationen erfordern.
6061-T6 – der universelle Allrounder
6061-T6 ist die am häufigsten eingesetzte Strukturaluminiumlegierung in der CNC-Zerspanung. Die Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißeignung und Zerspanbarkeit macht sie zur Standardwahl für ein breites Anwendungsspektrum.
Zugfestigkeit ~310 MPa, Streckgrenze ~276 MPa, Bruchdehnung ~12%. Zerspant sauber mit guter Spanbildung. Eloxiert gut – sowohl Standardeloxieren (15–25 µm) als auch Harteloxieren (25–75 µm) haften gleichmäßig und ergeben eine einheitliche Farbe. Mit Standardverfahren schweißbar.
6061-T6 verwenden, wenn: eine zuverlässige, gut charakterisierte Legierung für Struktur- oder Halbstrukturteile benötigt wird; wenn Eloxieren oder Harteloxieren erforderlich ist; oder wenn Schweißeignung wichtig ist.
7075-T6 – maximale Festigkeit
7075-T6 bietet die höchste Festigkeit der drei Legierungen – Zugfestigkeit ~570 MPa, Streckgrenze ~503 MPa – und ist damit die Wahl für Luft- und Raumfahrt, Motorsport und hochbelastete Strukturanwendungen, bei denen das Gewicht minimiert werden muss.
7075 ist deutlich weniger korrosionsbeständig als 6061. In den meisten Anwendungen sollte es durch Eloxieren oder Chromatierung geschützt werden. Es ist nicht zuverlässig schmelzschweißbar. Standardeloxieren ist möglich, aber Farbkonsistenz und Schichtgleichmäßigkeit sind schlechter als bei 6061. Zudem ist es teurer – typischerweise 2–3-mal so teuer wie 6061.
7075-T6 rechtfertigt den Mehraufwand und die höheren Kosten, wenn das Festigkeit-Gewicht-Verhältnis wirklich der ausschlaggebende Auslegungsparameter ist. Für die meisten Strukturteile, bei denen 6061 ausreicht, ist der Mehraufwand für Korrosionsschutz kaum zu rechtfertigen.
2024-T3 – Ermüdungsfestigkeit
2024-T3 ist die bevorzugte Legierung, wenn Ermüdungslebensdauer das primäre Auslegungskriterium ist. Zugfestigkeit ~483 MPa bei einer Bruchdehnung von ~18% – das bedeutet, das Material verformt sich erheblich vor dem Bruch, was bei wechsellastbelasteten Anwendungen von Vorteil ist.
2024 ist genau wegen seiner Ermüdungseigenschaften die Standardlegierung für Flugzeugrumpfschalen und Strukturbauteile. Allerdings hat sie eine schlechte Korrosionsbeständigkeit und muss stets geschützt werden – plattiertes Blech (Alclad) oder Eloxieren ist in der Luftfahrt Standard. Die Zerspanung gelingt gut, wenn auch etwas schwerer als bei 6061.
Vergleichstabelle
| Eigenschaft | 6061-T6 | 7075-T6 | 2024-T3 |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | ~310 MPa |
~570 MPa |
~483 MPa |
| Streckgrenze | ~276 MPa |
~503 MPa |
~345 MPa |
| Korrosionsbeständigkeit | Gut | Gering | Gering |
| Schweißeignung | Gut | Gering | Gering |
| Eloxierqualität | Sehr gut | Mittel | Mittel |
| Relativer Preis | Niedrig | Hoch | Mittel |
| Geeignet für | Allgemeine Strukturteile, eloxierte Teile | Hochlast, gewichtskritisch | Ermüdungskritisch, Luftfahrt |
Hinweis zu Zustandsbezeichnungen
Das Zustandssuffix ist ebenso wichtig wie die Legierungsbezeichnung. T6 bedeutet lösungsgeglüht und warmausgelagert – der übliche Hochfestigkeitszustand. T3 bedeutet lösungsgeglüht und kaltverformt. T4 ist lösungsgeglüht und kaltausgelagert. Wird 6061 ohne Angabe des Zustands bestellt, kann T4-Material mit deutlich geringerer Festigkeit als T6 geliefert werden.
Immer sowohl Legierung als auch Zustand auf der Zeichnung angeben: „Aluminiumlegierung 6061-T6 nach BS EN 573" oder gleichwertig.
Zusammenfassung
- Für die meisten CNC-gefrästen Strukturteile ist 6061-T6 die erste Wahl. Es bietet eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit, Zerspanbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Eloxierqualität.
- 7075-T6 nur wählen, wenn das Festigkeit-Gewicht-Verhältnis der primäre Auslegungsparameter ist und der Korrosionsschutz sichergestellt werden kann.
- 2024-T3 für ermüdungskritische Anwendungen verwenden, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich.
- Immer sowohl Legierungsnummer als auch Zustandsbezeichnung auf der Zeichnung angeben.
- Werkstoffauswahl frühzeitig mit dem Hersteller besprechen – Lieferzeit und Materialkosten können je nach Güte erheblich variieren.