Aluminium besitzt keinen einzigen Härtewert. Seine Härte hängt von Legierung, Zustand, Produktform und Prüfverfahren ab. In Herstellerdaten reichen typische Brinell-Werte von 23 HB für Rohre aus 1100-O bis 150 HB für Stangen und Stäbe aus 7075-T6/T651. Gängige Stangen und Stäbe aus 6061-T6/T651 liegen bei etwa 95 HB unter derselben Prüfbedingung.
Diese Zahlen sind Referenzwerte und keine universellen Abnahmegrenzen. Eine Zeichnung oder Beschaffungsspezifikation muss weiterhin den Werkstoffzustand und die Härteprüfung angeben.
Kurzübersicht
- Reines oder handelsüblich reines Aluminium ist relativ weich, kann durch Kaltverfestigung jedoch härter werden.
- Wärmebehandelbare Legierungen wie 6061, 2024 und 7075 werden durch kontrolliertes Lösungsglühen und Auslagern härter.
- Brinell-, Rockwell- und Vickers-Ergebnisse dürfen nicht so verglichen werden, als handele es sich um dieselbe Einheit.
Tabelle der Aluminiumhärte nach Legierung und Zustand
Die folgenden Werte stammen aus technischen Datenblättern von Herstellern. Jedes Datenblatt bezeichnet sie als typische mechanische Eigenschaften und verwendet eine Last von 500 kg mit einer 10-mm-Kugel. Die Produktform wird angegeben, weil ein Eigenschaftswert ohne Form und Zustand irreführend sein kann.
| Legierung und Zustand | Produktform in der Quelle | Typische Brinellhärte |
|---|---|---|
| 1100-O | Rohr | 23 HB |
| 1100-H14 | Rohr | 32 HB |
| 1100-H18 | Rohr | 44 HB |
| 3003-O | Rohr | 28 HB |
| 3003-H14 | Rohr | 40 HB |
| 5052-O | Rohr | 47 HB |
| 5052-H32 | Rohr | 60 HB |
| 5052-H34 | Rohr | 68 HB |
| 6061-O | Stange und Stab | 30 HB |
| 6061-T4/T451 | Stange und Stab | 65 HB |
| 6061-T6/T651 | Stange und Stab | 95 HB |
| 6063-O | Rohr | 25 HB |
| 6063-T5 | Rohr | 60 HB |
| 6063-T6 | Rohr | 73 HB |
| 2024-O | Stange und Stab | 47 HB |
| 2024-T4/T351 | Stange und Stab | 120 HB |
| 2024-T6 | Stange und Stab | 125 HB |
| 2024-T851 | Stange und Stab | 128 HB |
| 7075-O | Stange und Stab | 60 HB |
| 7075-T6/T651 | Stange und Stab | 150 HB |
Die Tabelle zeigt zwei unterschiedliche Effekte. Erstens kann eine Änderung des Zustands die Härte erhöhen, ohne die Legierungsbezeichnung zu ändern. Zweitens legt die Legierungschemie einen anderen Reaktionsbereich fest. Deshalb ist die alleinige Angabe „Aluminiumhärte“ keine ausreichende Werkstoffbezeichnung.
Warum die Härte von Aluminium variiert
Legierungszusammensetzung
Handelsüblich reines 1100 enthält nur wenige Hindernisse für die Versetzungsbewegung und bleibt daher weich und gut umformbar. Magnesium in 5052 verfestigt die Legierung durch Mischkristall- und Kaltverfestigungseffekte. Magnesium-Silizium-, Kupfer- und zinkhaltige Systeme können auf Ausscheidungshärtung ansprechen, wodurch in ausgewählten Zuständen deutlich höhere Werte entstehen.
Die Legierungsnummer ist wichtig, vervollständigt die Beschreibung aber nicht. 6061-O und 6061-T6 gehören zur selben Legierungsfamilie, befinden sich jedoch in sehr unterschiedlichen metallurgischen Zuständen.
Zustand und Wärmebehandlung
Der Zustand O ist weichgeglüht. H-Zustände kennzeichnen kaltverfestigte Bedingungen, teilweise in Verbindung mit Teilglühen oder Stabilisieren. T-Zustände beschreiben wärmebehandelte Bedingungen, häufig mit Lösungsglühen und natürlichem oder künstlichem Auslagern.
In den oben genannten Herstellerdaten steigt die Härte von Stangen und Stäben aus 6061 beispielsweise von 30 HB im Zustand O auf 95 HB im Zustand T6/T651. Der höhere Wert beruht auf dem kontrollierten Zustand und nicht auf einer anderen Nennlegierung.
Produktform und Fertigungshistorie
Strangpressen, Walzen, Ziehen, Schmieden, Schweißen und lokale Erwärmung können Mikrostruktur oder Restverformung verändern. Ein für Stangen und Stäbe angegebener Wert darf nicht stillschweigend auf Blech, Platte, Gussteil oder eine fertig geschweißte Baugruppe übertragen werden.
Die Härte kann auch innerhalb eines Bauteils variieren. Eine Wärmeeinflusszone, eine stark verformte Kante oder ein dünnes Merkmal ist möglicherweise nicht repräsentativ für den Gesamtzustand. Der Prüfort gehört daher in den Prüfplan.
Brinell, Rockwell oder Vickers: Welche Prüfung eignet sich für Aluminium?
Alle drei gängigen technischen Verfahren erzeugen einen Eindruck, messen ihn jedoch unterschiedlich. Das geeignete Verfahren hängt von Härtebereich, Dicke, Oberflächenzustand, Prüffläche und maßgebender Spezifikation ab.
| Verfahren | Messgröße | Praktische Eignung für Aluminium | Wichtigster Hinweis |
|---|---|---|---|
| Brinell | Durchmesser eines Kugeleindrucks | Massiver Werkstoff und dickere Querschnitte; der größere Eindruck mittelt über eine größere Fläche | Erfordert ausreichende Dicke und Platz für den Eindruck |
| Rockwell | Zusätzliche Eindringtiefe unter Hauptlast | Schnelle Produktionskontrollen, wenn die richtige Rockwell-Skala festgelegt ist | „Rockwell“ ist ohne Skala unvollständig; HRC ist für weiches Aluminium im Allgemeinen ungeeignet |
| Vickers | Diagonalen eines Diamantpyramiden-Eindrucks | Kleine Zonen, dünne Querschnitte, Gradienten sowie Beschichtungs- oder Mikrohärteprüfungen | Oberflächenvorbereitung und optische Messung beeinflussen das Ergebnis stark |
| Mohs | Ritzvergleich | Nur grober mineralogischer Vergleich | Keine technische Abnahmeprüfung für Aluminiumteile |
ASTM führt derzeit E10 für Brinell, E18 für Rockwellsowie E92 und E384 für Vickers-/Knoop-Makro- und Mikroeindruckprüfungen auf. Eine Beschaffungsanforderung sollte das maßgebende Verfahren, die Skala und die vereinbarte Ausgabe angeben.
Bei Produktionsaluminium beantwortet Brinell oder eine geeignete Rockwell-Kugelskala häufig eine Frage zum Grundwerkstoff. HRB kann für härtere Aluminiumzustände geeignet sein, während HRE oder eine oberflächliche Kugelskala für andere Bereiche oder dünnere Proben passen kann. Die gewählte Skala muss dem Werkstoffbereich, der Dicke und der maßgebenden Spezifikation entsprechen.
Vickers eignet sich besser, wenn die Prüffläche klein ist oder sich die erwartete Härte über eine kurze Distanz ändert. Krümmung, eine nicht abgestützte dünne Wand, eine Kante oder ein benachbarter Eindruck können das Ergebnis verfälschen. Verwenden Sie einen vorbereiteten Prüfort und beachten Sie die Abstands-, Dicken- und Abstützregeln des gewählten Verfahrens.
Kann man HB, HRB und HV umrechnen?
Ein Wert auf einer anderen Skala kann geschätzt werden, doch eine Umrechnung ist keine neue Messung. ASTM E140 enthält eine Umrechnungstabelle für Aluminium-Knetprodukte. Sie weist außerdem darauf hin, dass Legierung, Kornstruktur und Wärmebehandlung die Beziehung beeinflussen.
Verwenden Sie Umrechnungen zur Kommunikation oder für vorläufige Vergleiche. Geben Sie bei Abnahmeprüfungen nach Möglichkeit die tatsächlich gemessene Skala an. Wenn eine Zeichnung einen umgerechneten Wert verlangt, nennen Sie die Umrechnungsgrundlage und die Rundungsregel.
Dies ist online besonders wichtig. Eine Seite kann „95“ angeben, ohne zu zeigen, ob HB, HRB oder HV gemeint ist. Die Zahlen können ähnlich aussehen, obwohl sie unterschiedliche Prüfverfahren darstellen.
Macht Eloxieren Aluminium härter?
Beim Eloxieren wird Aluminium an der Oberfläche in eine fest verbundene Aluminiumoxidschicht umgewandelt. Diese Schicht kann die Abrieb- und Verschleißbeständigkeit verbessern, insbesondere bei Harteloxalverfahren. Sie versetzt jedoch nicht den gesamten Aluminiumquerschnitt in einen härteren Zustand.
Der Aluminum Anodizers Council beschreibt Harteloxal als eine dickere anodische Oxidschicht mit hoher Abriebfestigkeit. Er weist außerdem darauf hin, dass eine harte Beschichtung bei Punktbelastung weiterhin auf dem weicheren Substrat beruht. Sein Anwendungsleitfaden für Harteloxal trennt härtebezogene Bewertungen von Verschleißprüfungen, weil Härte allein die Abriebleistung nicht belegt.
Spezifizieren Sie Schicht und Kern getrennt:
- Definieren Sie für das Substrat Legierung, Zustand, Produktform und Verfahren zur Bestimmung der Grundwerkstoffhärte.
- Definieren Sie für die Oberfläche Eloxalart, Schichtdicke, Verdichtungs- oder Färbezustand und die erforderliche Verschleiß-, Korrosions- oder Beschichtungsprüfung.
- Geben Sie an, ob die Härtemessung vor oder nach der Oberflächenbehandlung erfolgt und wo sich die Prüffläche befindet.
Diese Trennung verhindert, dass ein hoher Oberflächenhärtewert als Nachweis dafür verwendet wird, dass das darunterliegende Bauteil den geforderten Zustand oder die erforderlichen tragenden Eigenschaften besitzt.
Härte ist nicht Festigkeit, Steifigkeit oder Verschleißlebensdauer
Härte misst den Widerstand gegen örtliche bleibende Verformung. Zugfestigkeit beschreibt die Spannung, die ein Werkstoff vor einem definierten Fließ- oder Bruchereignis trägt. Steifigkeit beschreibt elastische Verformung und wird vom Elastizitätsmodul bestimmt. Die Verschleißlebensdauer hängt von Kontaktdruck, Schmierung, Gegenkörper, Abriebpartikeln, Bewegung, Beschichtung und Abstützung durch das Substrat ab.
Diese Eigenschaften können sich in einem kontrollierten Legierungssystem gemeinsam verändern, sind aber nicht austauschbar. Die Zugfestigkeit von Aluminium benötigt ihren eigenen Kontext aus Produktform und Prüfung. Eine Härteprüfung kann helfen, den Werkstoffzustand zu überprüfen, ersetzt jedoch keine konstruktiven Festigkeitsdaten.
Dieselbe Zurückhaltung gilt für Fertigungsentscheidungen. Ein härterer Zustand kann gegen Eindrücken widerstandsfähiger sein und die Spanbildung verändern; die Zerspanbarkeit hängt jedoch auch von Legierungschemie, Werkzeuggeometrie, Wärmeabfuhr, Schmierung und Bauteilsteifigkeit ab. Wählen Sie Legierung und Zustand nach der Gesamtanforderung und nicht nach dem höchsten Härtewert.
So spezifizieren Sie Aluminiumhärte in einer Zeichnung oder Anfrage
Eine sinnvolle Härteanforderung ist reproduzierbar. Sie teilt dem Lieferanten mit, welches Material geprüft wird, wie die Prüfung erfolgt und was als akzeptabel gilt.
Nehmen Sie folgende Angaben auf:
- Legierung und Zustand: beispielsweise 6061-T6 statt nur 6061.
- Produktform und maßgebende Werkstoffspezifikation: Strangpressprofil, Blech, Platte, Stange, Rohr, Schmiedeteil oder Gussteil.
- Härteverfahren und genaue Skala: Brinell nach ASTM E10, HRB nach ASTM E18 oder eine vereinbarte Vickers-Bedingung.
- Prüfzustand: im Anlieferzustand, nach Wärmebehandlung, nach Bearbeitung, vor Beschichtung oder am Fertigteil.
- Prüfort und Oberflächenvorbereitung: eine ebene, abgestützte, repräsentative Fläche und ausgeschlossene Zonen festlegen.
- Stichproben- und Abnahmeregel: Messungen je Teil oder Los, Mittelungsregel, zulässiger Bereich und Vorgehen bei einem Ausreißer.
- Gemessener oder umgerechneter Wert: angeben, ob eine Umrechnung zulässig ist und welche Tabelle maßgebend ist.
Eine klare Vorlage ohne Zahlenwert lautet:
Strangpressprofil 6061-T6; Härteprüfung auf der definierten unbeschichteten ebenen Fläche in der angegebenen Prozessstufe; Verfahren, Skala, Stichprobe und Abnahmebereich gemäß Zeichnung und Beschaffungsspezifikation; tatsächlich gemessene Werte dokumentieren.
Der endgültige Zahlenbereich muss aus der maßgebenden Spezifikation, einer validierten Zeichnungsanforderung oder einer vereinbarten Werkstoff-/Prozessqualifikation stammen. Übernehmen Sie keinen allgemeinen Internetwert in eine kritische Abnahmeklausel.
Für eine strangpressbezogene Prüfung behandelt der Zheng-Ji-Leitfaden zur Härteprüfung und Qualitätskontrolle von Aluminiumstrangpressprofilen die Produktionsverifizierung ausführlicher.
Fazit
Härte ist am nützlichsten als Bestandteil einer kontrollierten Werkstoffentscheidung. Beginnen Sie mit den Anforderungen an Last, Umgebung, Umformung, Bearbeitung, Fügen, Oberfläche und Erscheinungsbild. Wählen Sie anschließend eine Legierung und einen Zustand, die diese Anforderungen ausgleichen.
Wenn Härte ein Abnahmemerkmal ist, sollte der Lieferant Werkszeugnis, Produktform, Wärmebehandlungszustand und Prüfprotokoll aufeinander abstimmen. Ein Wert ohne Rückverfolgbarkeit kann auf eine Abweichung hinweisen, belegt für sich allein jedoch nicht die vollständige Werkstoffspezifikation.
Zheng Ji Aluminum unterstützt kundenspezifische Aluminiumextrusion, Aluminium-CNC-Bearbeitung, Oberflächenveredelung und Prüfung innerhalb eines durchgängigen Fertigungsablaufs. Senden Sie Zeichnung, Legierung und Zustand, Produktform, Oberfläche, Prüfort und Abnahmeforderung mit der Anfrage. So erhält das Engineering-Team genügend Informationen, um die Herstellbarkeit zu prüfen und einen kontrollierten Prüfplan vorzuschlagen.
Häufig gestellte Fragen
Ist Aluminium ein hartes oder weiches Metall?
Handelsüblich reines Aluminium ist relativ weich. Legieren, Kaltverfestigen und Ausscheidungshärten können die Härte erheblich erhöhen. Ohne Legierung, Zustand und Prüfskala ist die Antwort unvollständig.
Wie hoch ist die Härte von Aluminium 6061?
In den zitierten Herstellerdaten für Stangen und Stäbe liegt 6061-O bei 30 HB, 6061-T4/T451 bei 65 HB und 6061-T6/T651 bei 95 HB. Dies sind typische Werte unter der angegebenen Brinell-Bedingung, keine universellen Mindestwerte.
Ist Aluminium 7075 härter als 6061?
In vergleichbaren T6/T651-Daten desselben Herstellers für Stangen und Stäbe liegt 7075 bei 150 HB und 6061 bei 95 HB. Die härtere Legierung ist nicht automatisch die bessere Wahl; auch Korrosionsbeständigkeit, Fügbarkeit, Kosten, Zähigkeit und Produktverfügbarkeit sind relevant.
Kann Aluminium nach dem Umformen gehärtet werden?
Das hängt von der Legierung ab. Nicht wärmebehandelbare Legierungen werden hauptsächlich durch Kaltverfestigung verstärkt. Wärmebehandelbare Legierungen nutzen kontrolliertes Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern. Der Weg muss zur Legierung und zu den geforderten Endeigenschaften passen.
Erhöht Harteloxieren die Härte des Aluminiums im gesamten Querschnitt?
Nein. Es erzeugt an der Oberfläche eine harte, verschleißbeständige Oxidschicht. Das Substrat behält die Legierung und den Zustand, die die Beschichtung tragen; daher sollten Anforderungen an Beschichtung und Kern getrennt festgelegt werden.
