7075-Aluminium: Eigenschaften, Vorteile und Einsatzmöglichkeiten

Aluminium 7075 ist eine hochfeste, wärmebehandelbare Legierung, die wegen ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und ihres guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht beliebt ist. Diese Legierung besteht hauptsächlich aus Aluminium, Zink und geringen Mengen an Magnesium und Kupfer. Dadurch weist sie eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Belastung und Ermüdung auf. In diesem Artikel werden die wichtigsten Eigenschaften, Verarbeitungstechniken und Anwendungen von Aluminium 7075 untersucht, so dass der Leser einen umfassenden Überblick über die Fähigkeiten dieser Legierung unter verschiedenen industriellen Bedingungen erhält.

Überblick über Aluminium 7075

Aluminium ist eine wärmebehandelbare Legierung, die zur 7xxx-Serie von Aluminiumlegierungen gehört. Sie ist hauptsächlich mit Zink legiert und hat einen Gehalt von etwa 6%. Die Sorte ist für ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie hohe Festigkeit, geringes Gewicht und Ermüdungsbeständigkeit bekannt. Obwohl Aluminium 7075 eine ausgezeichnete Festigkeit aufweist, kann es in bestimmten Umgebungen zu Spannungsrisskorrosion neigen und erfordert oft Schutzbeschichtungen oder Eloxierung, um seine Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Aluminium 7075 besteht aus 5,1-6,1% Zink, 2,1-2,9% Magnesium und 1,2-2,0% Kupfer sowie aus Spuren anderer Elemente wie Chrom, Silizium und Mangan.

Tabelle 1. Zusammensetzung von Aluminium 7075-Legierungen (%)

Al		Zn	Mg	Cu	Cr	Fe	Mn	Ti	Si
Restbetrag		5.1-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	0.18-0.28	0.50	0.30	0.20	0.40

Temperaturen von Aluminium 7075

Die gebräuchlichsten Zustände von Aluminium 7075 sind O-Zustand, T6, T651, T7, T7351.

7075-O

Es handelt sich um eine nicht wärmebehandelte 7075-Legierung mit einer maximalen Zugfestigkeit von höchstens 240 MPa und einer maximalen Streckgrenze von höchstens 120 Mpa. Das Material hat eine ausgezeichnete Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit.

7075-T6

7075-T6 ist ein lösungsgeglühtes und künstlich gealtertes Material. Dieses Material hat eine maximale Zugfestigkeit von nicht mehr als 560 MPa und eine maximale Streckgrenze von nicht mehr als 480 Mpa. Dies ist der am häufigsten verwendete Zustand der 7075-Aluminiumlegierung.

7075-T651

7075 -T651 ist lösungsgeglüht, spannungsarmgeglüht und dann künstlich gealtert. Dieses Material hat eine maximale Zugfestigkeit von nicht mehr als 550 MPa und eine maximale Streckgrenze von nicht mehr als 460 Mpa. Das Spannungsarmglühen erfolgt durch Dehnung des Metalls um einen Betrag, der von der Art des herzustellenden Standard-Knetprodukts (Blech, Platte, Stange oder Schmiedestück) abhängt.

7075-T7

7075-T7 ist ein lösungsgeglühtes und durch künstliche Mittelung stabilisiertes Material. Dieses Material hat eine maximale Zugfestigkeit von nicht mehr als 500 MPa und eine maximale Streckgrenze von nicht mehr als 410 Mpa. Es hat die zweithöchste Duktilität im Vergleich zu den anderen Varianten von 7075-Aluminium.

7075-T7351

7075-T7351 ist lösungsgeglüht, spannungsarmgeglüht und anschließend durch künstliche Mittelung stabilisiert. Dieses Material hat eine maximale Zugfestigkeit von nicht mehr als 510 MPa und eine maximale Streckgrenze von nicht mehr als 410 Mpa.

Tabelle 2. Mechanische Eigenschaften der Aluminiumlegierung 7075

Temperament	Zugfestigkeit, MPa	Streckgrenze, MPa	Dehnung, %	Härte, HB
7075-O	240	120	12	59
7075-T6	560	480	8	150
7075-T651	550	460	8	150
7075-T7	500	410	9	K.A.
7075-T7351	510	410	7.5	140

Eigenschaften von Aluminium 7075

Aluminium 7075 ist eine Hochleistungslegierung, die für ihre guten mechanischen Eigenschaften bekannt ist, insbesondere für ihr Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, was sie zu einer idealen Wahl für anspruchsvolle Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie macht. Um wirklich zu verstehen, warum 7075 so hoch angesehen ist, ist es wichtig, seine wichtigsten Materialeigenschaften genauer zu untersuchen.

Zugfestigkeit: 560 MPa

Die Zugfestigkeit ist die größtmögliche Spannung, die ein Material aushalten kann, wenn es gedehnt oder gezogen wird, bevor es bricht. In dieser Hinsicht hat Aluminium 7075 eine Zugfestigkeit von 560 MPa, d.h. es kann hohen Kräften standhalten, bevor es bricht. Aufgrund dieser Zugfestigkeit eignet sich 7075-Aluminium ideal für Anwendungen, bei denen hohe Kräfte ohne Dehnung oder Bruch ausgehalten werden müssen, wie z. B. bei Strukturbauteilen von Flugzeugen und anderen militärischen Geräten.

Streckgrenze: 480 MPa

Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der das Material beginnt, sich plastisch zu verformen, d. h. es kehrt nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurück, sobald die Spannung aufgehoben wird. Die Streckgrenze von Aluminium 7075 beträgt 480 MPa. Dies ist eine der wichtigsten Eigenschaften, da sie die maximale Belastung angibt, die das Material aushalten kann, ohne sich dauerhaft zu verbiegen oder zu verziehen.

Aus praktischer Sicht macht diese hohe Streckgrenze 7075-Aluminium zu einem ausgezeichneten Werkstoff für Bauteile, die auch bei starker Belastung ihre Form behalten müssen, wie z. B. Flugzeugflügel, Rumpfrahmen und andere Strukturelemente in der Luft- und Raumfahrttechnik.

Härte: 150 HB

Die Härte bezieht sich auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber Eindrücken, Abrieb oder Kratzern. Die Härte von Aluminium 7075 wird mit 150 HB (Brinell-Härte) angegeben. Diese Eigenschaft ist vor allem für Teile von Interesse, die einer hohen Abnutzung ausgesetzt sind oder deren Oberfläche so widerstandsfähig sein muss, dass sie Beschädigungen an der Oberfläche standhält.

Im Allgemeinen steigt mit zunehmender Härte die Verschleißfestigkeit, aber es wird auch immer schwieriger, das Material zu bearbeiten. 7075 eignet sich daher hervorragend für Zahnräder, Werkzeuge und verschleißintensive Teile, die im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt und bei militärischen Anwendungen eingesetzt werden.

Dichte: 2,85 g/cm³

Die Dichte ist definiert als die Masse eines Materials pro Volumeneinheit. Die Dichte von Aluminium 7075 beträgt 2,85 g/cm³ und liegt damit im Vergleich zu einigen anderen Werkstoffen wie Stahl oder Titan am unteren Ende. Dies trägt dazu bei, dass die Legierung in Bezug auf das Gewicht schlank bleibt, was sehr wichtig ist, wenn das Gewicht bei allen Prioritäten eine Rolle spielt.

Elektrische Leitfähigkeit: 33% IACS

Die elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom zu leiten. Das Aluminium 7075 hat eine elektrische Leitfähigkeit von 33% IACS-International Annealed Copper Standard. Das würde bedeuten, dass 7075 weniger leitfähig ist als reines Aluminium, das eine Leitfähigkeit von etwa 60% IACS hat.

Wärmeleitfähigkeit: 130 W/m-K

Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu leiten. Für Aluminium 7075 beträgt dieser Wert 130 W/m-K. Obwohl dieser Wert nur etwa halb so hoch ist wie der von reinem Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit von 235 W/m-K, kann 7075 bei den meisten Anwendungen, bei denen eine wichtige Wärmeübertragung stattfindet, dennoch eine angemessene Leistung erbringen.

Wärmeausdehnung: 23 µm/m-K

Die thermische Ausdehnung ist der Prozess, bei dem das Material mit zunehmender Wärme an Größe gewinnt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient für Aluminium 7075 wird mit 23 µm/m-K angegeben, was bedeutet, dass sich die Länge pro Meter um 23 Mikrometer vergrößert, wenn die Temperatur um 1°C steigt. Dies entspricht einer relativ geringen thermischen Ausdehnung, so dass Temperaturänderungen die Dimensionsstabilität von 7075-Aluminium nicht beeinträchtigen.

Elastizitätsmodul: 70 GPa

Der Elastizitätsmodul, oft auch als Elastizitätsmodul bezeichnet, ist ein Maß für die Steifigkeit eines Materials oder seinen Widerstand gegen Verformung unter Belastung. Der Elastizitätsmodul für Aluminium 7075 beträgt 70 GPa. Dies würde bedeuten, dass die Legierung ziemlich steif ist, da die Tendenz zur Verformung unter Belastung sehr gering ist. Aluminium 7075 hat einen hohen Elastizitätsmodul und eignet sich daher besonders für Anwendungen, bei denen es auf Maßhaltigkeit und geringe Verformung ankommt. Die Steifigkeit von 7075 kann in Bauteilen wie Flugzeugflügeln und Strukturträgern von Hochleistungsmaschinen sehr vorteilhaft genutzt werden, da sie dafür sorgt, dass diese auch unter schweren Lasten oder Belastungen ihre Form und Festigkeit behalten.

Schmelzpunkt: 480°C

Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein Material von einem festen Zustand in eine Flüssigkeit übergeht. Die Schmelztemperatur von Aluminium 7075 liegt bei 480 °C und ist damit recht hoch. Es kann daher perfekt für Bedingungen eingesetzt werden, bei denen es extremen Temperaturen ausgesetzt ist, ohne seine Integrität zu verlieren.

Schweißeignung: Schlecht

Aluminium 7075 ist sehr schlecht schweißbar, da seine hohe Festigkeit in Verbindung mit seiner Zusammensetzung aus Zink und Kupfer sehr leicht zu Rissen während des Schweißprozesses führt. Um ein zuverlässiges Schweißen zu erreichen, werden spezielle Techniken wie Vorwärmung, kontrollierte Abkühlung und besondere Schweißzusatzwerkstoffe eingesetzt. Daher wird Aluminium 7075 normalerweise nicht für Anwendungen ausgewählt, die zwingend geschweißt werden müssen; stattdessen wird auf andere Verbindungsarten wie Schrauben, Nieten oder Kleben zurückgegriffen.

Aluminium 7075 kann jedoch mit den richtigen Techniken eine gute Schweißbarkeit aufweisen.

Das gängigste Verfahren ist das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW), das qualitativ hochwertige Schweißnähte bietet.

Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) ist ebenfalls möglich, aber es muss darauf geachtet werden, dass die Wärmezufuhr minimiert und Hitzerisse während des Schweißvorgangs vermieden werden.

Das widerstandsfähige Punktschweißen mit einer stumpfen Elektrode ist für das Verbinden von 7075 sehr effektiv, aber die Schweißstellen müssen gründlich gereinigt werden, um eine starke Verbindung zu gewährleisten.

Das Reibrührschweißen (Friction Stir Welding, FSW) erzeugt qualitativ hochwertige Festkörperschweißungen bei allen Temperaturen von Aluminium 7075.

Korrosionsbeständigkeit: Allgemein

Die allgemeine Korrosionsbeständigkeit von Aluminium 7075 ist im Vergleich zu einigen anderen Aluminiumlegierungen, wie z. B. Aluminium 6061, relativ gering. Der größte Schwachpunkt ist jedoch die Anfälligkeit dieser Legierung für Spannungsrisskorrosion unter Bedingungen, die man als ziemlich extrem bezeichnen könnte, z. B. in einer Meeresumgebung oder unter stark sauren Bedingungen. Um dies zu vermeiden, wird Aluminium 7075 in der Regel eloxiert oder mit Schutzschichten versehen, die es korrosionsbeständig machen.

Tabelle 3. Eigenschaften von Aluminium 7075-Legierungen (T6)

Eigenschaften	Wert
Zugfestigkeit, MPa	560
Zugfestigkeit, MPa	480
Härte, HB	150
Dichte, g/cm3	2.85
Elektrische Leitfähigkeit, IACS	33
Wärmeleitfähigkeit, W/m-K	130
Wärmeausdehnung, µm/m-K	23
Elastizitätsmodul, GPa	70
Schmelzpunkt, ℃	480
Schweißeignung	Schlecht
Korrosionsbeständigkeit	Allgemein

Der Preis von Aluminium ist 7075

Der Preis von Aluminium 7075 hängt von mehreren Faktoren ab: Marktnachfrage, Produktionskosten, Lieferanten und Materialspezifikationen. Der Preis ist im Allgemeinen höher als bei anderen Aluminiumlegierungen, da es sich um eine hochfeste Legierung handelt, die einen komplexen Produktionsprozess erfordert.

Der allgemeine Preis eines Blechs aus 7075-Aluminiumlegierung beträgt etwa $10-20 pro kg, je nach Größe und Dicke, Oberflächenbehandlungund die Abnahmemenge.

Der Preis für eine 7075 Aluminiumlegierung Rundbarren ist etwa $12-22 pro kg; detaillierte Angebote sollten auf der Grundlage des Durchmessers einer Bar und nach dem Lieferanten werden.

Wenn es sich um 7075-T6 handelt, ist es aufgrund der verstärkten Wärmebehandlung, die die Materialeigenschaften verbessert, sicherlich teurer. In der Regel wird 7075-T6-Legierung kosten etwa 5-15% höher als die normale 7075 Aluminium-Legierung.

Vorteile von Aluminium 7075

Aluminium 7075 hat die Vorteile einer hohen Festigkeit bei guter Ermüdungsbeständigkeit und eignet sich besonders für Anwendungen, die ein Hochleistungsmaterial erfordern. Einige Beispiele sind die Luft- und Raumfahrt- sowie die Militärindustrie. Ein hoher Zinkgehalt sorgt für eine erhebliche Verfestigung durch Ausscheidungshärtung in 7075, während der relativ hohe Chromgehalt die Duktilität und Zähigkeit der Legierung erhöht, indem er das Kristallwachstum reduziert.

Aluminium 7075 hat jedoch einige Nachteile, wie z. B. die Korrosionsbeständigkeit, die im Vergleich zu anderen Kategorien von Aluminiumlegierungen, z. B. der Serie 2000, als durchschnittlich eingestuft wird. Außerdem lässt sich diese Legierung schlecht schweißen und ist daher bei der Herstellung sehr empfindlich gegenüber Schweißtechniken und Verarbeitungsbedingungen. In Anbetracht dieser Nachteile ist diese Legierung aufgrund ihres ausgezeichneten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und ihrer Ermüdungsbeständigkeit die erste Wahl für sehr anspruchsvolle Anwendungen, bei denen die Leistung nicht beeinträchtigt werden darf.

Bearbeitungsverfahren für Aluminium 7075

Die Aluminiumlegierung 7075 lässt sich gut bearbeiten, aber aufgrund der hohen Intensität und Härte muss die Wahl der Bearbeitungsmethoden und -parameter gut überlegt sein, um Fehler wie Werkzeugverschleiß, Wärmeentwicklung und Materialverzug zu vermeiden.

Präzisionsbauteile können aus 7075er Aluminium mit traditionellen Schneidverfahren hergestellt werden, wie z. B. fräsen, Drehenund Bohren. In Anbetracht der hohen Festigkeit des Materials müssen scharfe, qualitativ hochwertige Schneidwerkzeuge verwendet werden, und die Optimierung der Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollte zusammen mit der Verwendung von Kühlmitteln eingesetzt werden, um die Wärmeentwicklung zu minimieren. Techniken zur Oberflächenbearbeitung, wie Eloxierenwerden auch häufig verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit und das ansprechende Aussehen zu verbessern.

Für komplexe Geometrien kann 7075 Aluminium auch erfolgreich mit CNC-Bearbeitungwas eine hohe Präzision und gute Wiederholbarkeit ermöglicht. In einigen Fällen kann die Funkenerosion eine nicht-traditionelle Methode sein, um eine komplizierte Form zu erzeugen. Die richtige Werkzeugbestückung in Verbindung mit einem guten Wärmemanagement und der Einhaltung bewährter Bearbeitungsmethoden ermöglicht es der Legierung, ihre mechanischen Eigenschaften beizubehalten und eine gute Oberflächengüte und Maßgenauigkeit zu erzielen.

Anwendungen von Aluminium 7075

Aluminium 7075 wird aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Am häufigsten wird es in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet, wo es als Material für Strukturteile wie Flugzeugflügel, Rümpfe und Fahrwerke dient. Aufgrund der Kombination aus Festigkeit und geringem Gewicht wird die Legierung auch für militärische Ausrüstungen, Fahrzeugteile, Bootsrümpfe, Fahrradrahmen und hochwertigste Sportgeräte verwendet. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet von 7075-Aluminium ist die Präzisionsbearbeitung hoch beanspruchter Teile für die Automobilindustrie, Industriemaschinen und Werkzeugbau, wo Leistung und Langlebigkeit entscheidend sind.

Schlussfolgerung

Aluminium 7075 gilt aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit und Haltbarkeit als bevorzugte Wahl. Allerdings müssen sowohl seine Bearbeitbarkeit als auch seine Schweißeigenschaften richtig ausgewählt werden, um bei der Produktion die besten Ergebnisse zu erzielen. Die Eigenschaften von 7075 können durch verschiedene Wärmebehandlungsverfahren, Oberflächenbehandlungen und Bearbeitungstechniken maßgeschneidert werden, um bestimmte Leistungskriterien zu erfüllen. Auch wenn seine Kosten und die damit verbundenen Verarbeitungsschwierigkeiten seine Anwendung in einigen Bereichen einschränken können, überwiegen die Vorteile der Leistung unter Hochleistungsbedingungen in der Luft- und Raumfahrt und in der Feinmechanik weiterhin die Nachteile.