Aluminium 319: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

319 ist eine Guss-Aluminiumlegierung aus der 3xx-Serie der Al-Si-Cu-Gusslegierungen. Sie ist hauptsächlich als wärmebehandelbare, siliziumreiche Aluminium-Gusslegierung konzipiert, wobei Kupfer zur Erhöhung der Festigkeit und Verbesserung der mechanischen Stabilität bei erhöhten Temperaturen zugesetzt wird.

Die wichtigsten Legierungselemente sind Silizium und Kupfer, mit kontrollierten Gehalten an Eisen, Mangan, Magnesium, Chrom sowie Spuren von Titan und weiteren Elementen. Die Festigkeitssteigerung wird hauptsächlich durch Lösungsglühen und künstliches Altern (Ausscheidungshärtung der kupferreichen Phasen) in Kombination mit der mikrostrukturellen Verfeinerung des eutektischen Siliziums und intermetallischer Dispersionen erreicht.

Wesentliche Eigenschaften von 319 sind relativ hohe Festigkeiten im gegossenen und ausgehärteten Zustand, gute thermische Stabilität, angemessene Korrosionsbeständigkeit für den Automobilbereich sowie gute Gießbarkeit für komplexe Dünnwandbauteile. Die Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit sind bei Verwendung geeigneter Werkstoffe und Verfahren gut, während die Umformbarkeit im Vergleich zu gewalzten Legierungen begrenzt ist; dies macht 319 ideal für Gussteile und weniger geeignet für gewalzte Bleche oder Profile.

Typische Anwendungen finden sich im Automobilbereich für Antriebsstrang- und Strukturgussteile, Motor- und Getriebekomponenten, Gehäuse für Pumpen sowie einige Marinebauteile. Ingenieure wählen 319, wenn komplexe Geometrien und moderate bis hohe Festigkeiten nach Wärmebehandlung gefordert sind und der Vorteil des Gießprozesses sowie die Integration von Geometrien den Nutzen von gewalzten Produkten überwiegen.

Temper-Varianten

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O (gegossen/gefüllt)	Niedrig	Moderat	Begrenzt	Gut bei Reparaturverfahren	Gegossener oder spannungsarm geglühter Zustand; höchste Duktilität unter den Guss-Tempers
T5	Mittel-Hoch	Moderat-Niedrig	Begrenzt	Gut bei Vorwärmen	Aus dem Guss gekühlt und künstlich gealtert; verbessert Festigkeit ohne Lösungsglühen
T6	Hoch	Niedrig-Moderat	Begrenzt	Reparierbar; Risiko von HAZ-Erweichung	Lösungsglühen und künstliches Altern; gängiger Produktionszustand für 319
T7	Mittel	Moderat	Begrenzt	Gut mit passendem Schweißzusatz	Überalterung zur Stabilisierung für verbesserte thermische und dimensionsstabile Eigenschaften
Hxxxx (lokale Kaltverformung)	Variabel	Variabel	Schlecht	Erfordert oft spezielle Verfahren	Lokale Kaltverformung wird selten eingesetzt; die meisten 319-Anwendungen beruhen auf Wärmebehandlung statt extensiver Kaltumformung

Der Temperzustand steuert maßgeblich das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität bei 319-Gussteilen. T6 erzielt die höchste praktische Festigkeit für viele Bauteile, reduziert jedoch die Duktilität und erhöht das Risiko einer Erweichung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) bei Schweißreparaturen, während T7 oder T5 bevorzugt werden, wenn thermische Stabilität oder die Festigkeit im Gusszustand ohne vollständiges Lösungsglühen gewünscht ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	Bereich in %	Hinweise
Si	5,5–7,5	Hauptlegierungselement im Guss; verbessert Fließfähigkeit und verringert Schrumpfung
Fe	≤1,3	Verunreinigung; bildet intermetallische Verbindungen, die verspröden und Ermüdung beeinflussen können
Mn	0,2–0,6	Beeinflusst Fe-Intermetallische Morphologie und verbessert Zähigkeit
Mg	0,05–0,45	Geringer Beitrag zur Ausscheidungshärtung in einigen Tempern; oft niedrig kontrolliert
Cu	2,5–4,0	Hauptverantwortlich für Festigkeitssteigerung durch Ausscheidung kupferreicher Phasen
Zn	≤0,2	Nebenbestandteil; meist begrenzt zur Kontrolle der Korrosionswirkung
Cr	0,04–0,25	Verfeinert Gefüge und stabilisiert Mikrostruktur gegen Überalterung
Ti	0,02–0,12	Gefügefeinung für Gussmikrostruktur
Andere	≤0,15	Beinhaltet Ni, Pb, Sn, Bi und Reststoffe; niedrig gehalten für Gießbarkeit und mechanisches Verhalten

Die oben stehenden Zusammensetzungsbereiche repräsentieren gängige A319-Spezifikationen; die tatsächlichen Grenzwerte hängen von der jeweils zugrunde liegenden Norm und Gießpraxis ab. Silizium bestimmt das Gießverhalten und die eutektische Morphologie, während Kupfer für die Ausscheidungshärtung nach Lösungsglühen und Altern sorgt; Eisen und Mangan kontrollieren die Morphologie der intermetallischen Phasen, die Duktilität und Ermüdungsverhalten beeinflussen.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 319 zeigt eine ausgeprägte Abhängigkeit vom Temperzustand und der Wanddicke. Im gegossenen oder minimal behandelten Zustand weist die Legierung eine moderate Zugfestigkeit mit vernünftiger Dehnung auf, während wärmebehandelte und künstlich gealterte Zustände (T6) eine deutliche Steigerung der Streck- und Zugfestigkeit mit einem gewissen Nachteil bei der Duktilität zeigen.

Die Streckgrenze wird durch die Ausscheidung kupferreicher Phasen im T6-Zustand deutlich erhöht; typische Streck-zu-Zugfestigkeitsverhältnisse zeigen einen relativ schmalen elastisch-plastischen Übergang im Vergleich zu duktileren gewalzten Legierungen. Die Dehnung ist bei dickwandigen Gussteilen aufgrund gröberer eutektischer Silizium- und intermetallischer Netzwerke oft begrenzt, weshalb bei der Konstruktion mit niedriger Duktilität in dicken Bauteilen gerechnet werden sollte.

Die Härte korreliert mit Temper und Mikrostruktur und steigt nach Lösungsglühen und Altern deutlich an; Brinellwerte zeigen dies mit T6 als deutlich härter als den gegossenen Zustand. Die Ermüdungsfestigkeit ist moderat und wird stark durch Gussfehler, Oberflächenbeschaffenheit und das Vorhandensein intermetallischer Phasen beeinflusst; Verfahren wie Kugelstrahlen, Oberflächenbearbeitung und geeignete Wärmebehandlung sind gängige Strategien zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit.

Eigenschaft	O/Glühen	Haupttemper (T6)	Hinweise
Zugfestigkeit	180–240 MPa (ca.)	260–350 MPa (ca.)	Starke Schwankungen abhängig von Wanddicke und Gießverfahren
Streckgrenze	90–140 MPa (ca.)	170–240 MPa (ca.)	Cu-Ausscheidungen erhöhen Streckgrenze im T6 deutlich
Dehnung	2–10 % (abschnittsabhängig)	1–6 % (abschnittsabhängig)	Dehnung sinkt bei T6 und mit zunehmender Wanddicke
Härte	60–90 HB (ca.)	90–130 HB (ca.)	Härte entspricht Zustand der Ausscheidungen und Siliziummorphologie

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für Al–Si-Gusslegierungen; gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
Schmelzbereich	~520–640 °C	Solidus-Liquidusbereich abhängig von Si- und Cu-Gehalt; eutektische Merkmale vorhanden
Wärmeleitfähigkeit	~120 W/m·K (ca.)	Niedriger als reines Al aufgrund der Legierung; für viele thermische Anwendungen ausreichend hoch
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS (ca.)	Reduziert gegenüber reinem Al durch Legierungsanteile und intermetallische Phasen
Spezifische Wärme	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen im Raumtemperaturbereich
Thermische Ausdehnung	~22–24 µm/m·K	Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich anderen Al–Si-Gusslegierungen

Das physikalische Eigenschaftsprofil unterstützt die Wahl von 319 für thermisch belastete Gussteile, bei denen Gewichtseinsparung und angemessene Wärmeleitfähigkeit wichtig sind. Schmelz- und Erstarrungsverhalten sind für die Formteilkonstruktion und Porositätskontrolle entscheidend, da die Legierung einen breiten Erstarrungsbereich sowie komplexe intermetallische Phasen bildet.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Temper	Hinweise
Guss (Sandguss, Kokillenguss, Druckguss)	Dünnwände bis starke Sektionen (1 mm bis >100 mm)	Stark abhängig von Wanddicke und Abkühlrate	O, T5, T6, T7	Hauptproduktform; ausgezeichnet für integrierte komplexe Geometrien
Platte / Gussplatte	Bis zu mehreren zehn mm (gegossen oder homogenisiert)	Ähnlich wie gegossenes Verhalten; Walzen selten	O, T6 nach Wärmebehandlung	Selten als gewalzte Platte; wird meist gussnah gefertigt und anschließend spanend bearbeitet
Strangpressprofil	Nicht typisch	Nicht anwendbar	—	319 wird nicht als Standard-Strangpressmaterial hergestellt; Zusammensetzung nicht für Strangpressen optimiert
Rohr	Begrenzt (Gussrohr oder gefertigt)	Variabel	O, T6	Gussrohre oder aus Gussrohlingen bearbeitete Teile für spezialisierte Anwendungen
Stab / Rundstahl	Begrenzt (Gussstab)	Variabel	O, T6	Verfügbar als Gussblöcke oder Barren zum Spanen; nicht verbreitet als gewalzter Rundstahl

319 ist primär eine Gusslegierung und die meisten Produktformen sind Gussteile, hergestellt mittels Sandguss, Kokillenguss oder Druckgussverfahren. Gewalzte Formen sowie traditionelle Blech-, Platten- und Strangpressprodukte sind selten oder nicht standardisiert, da die Legierungsbalance auf Gießbarkeit und Ausscheidungshärtung statt auf umfassende Kaltumformung optimiert ist.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	319	USA	Aluminum Association Gusslegierungsbezeichnung; gebräuchliche Basisspezifikation
EN	AlSi9Cu (ca.)	Europa	Ungefährer Übereinstimmung in Zusammensetzung und Verwendungszweck; exakte mechanische Werte variieren je nach Spezifikation
JIS	AC9x (ca.)	Japan	Japanische Gussklassen mit vergleichbaren Si–Cu-Familien; genaue JIS-Nummer prüfen
GB/T	AlSi9Cu3 (ca.)	China	Übliche chinesische Gusslegierung mit ähnlichem Si- und Cu-Anteil; lokale Toleranzen beachten

Es existiert kein globaler Einzelstandard, der A319 exakt entspricht, da Gusslegierungsfamilien regional variieren und Normen Legierungen unterschiedlich gruppieren. Die oben genannten äquivalenten Werkstoffe stellen ungefähre Übereinstimmungen hinsichtlich Zusammensetzung oder Funktion dar, weshalb Ingenieure vor dem Austausch spezifische chemische und mechanische Grenzwerte in den jeweiligen Normen vergleichen müssen.

Korrosionsbeständigkeit

Die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von 319 ist im Allgemeinen gut für Anwendungen im Automobil- und Industriebereich, da die siliziumreiche Matrix und der kontrollierte Kupfergehalt ein passives Verhalten begünstigen. Kupfer mindert jedoch die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu niedrig legierten Aluminiumstählen und erhöht die Anfälligkeit für lokalisierten Angriff in aggressiven Chloridumgebungen.

Bei marinen oder hochchloridhaltigen Einsatzbedingungen zeigt 319 eine moderate Beständigkeit, erreicht jedoch nicht die Leistung spezialisierter Marinelegierungen wie 5xxx-Serie Al–Mg-Legierungen oder bestimmter Edelstahltypen; Opferanstriche, Anodisieren oder Schutzlackierungen werden üblicherweise für längere Einsatzzeiten eingesetzt. Die Lochfraßbeständigkeit hängt von Gussporosität, Oberflächenbeschaffenheit und Wärmebehandlung ab, weshalb Nachbehandlungen wie Abdichten oder Zerspanen die Langzeitperformance verbessern.

Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei 319 unter Normaltemperaturen kein dominierender Schadensmechanismus, aber Kupfer und Zugnachspannungen (z. B. durch Schweißen) erhöhen das SCC-Risiko in stark aggressiven Umgebungen. Galvanische Effekte mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl, Kupfer) können lokale Korrosion an Berührungspunkten beschleunigen, wodurch Isolierung oder Beschichtungen bei Mischmetallkontakt empfehlenswert sind.

Im Vergleich zu anderen Legierungsgruppen bietet 319 eine bessere Korrosionsbeständigkeit als hochkupferhaltige erzinngeschmiedete Legierungen, jedoch eine geringere Beständigkeit als 5xxx-Serie Al–Mg-Legierungen; die Wahl von 319 erfolgt dort, wo Gießbarkeit und thermische Stabilität Priorität haben und moderate Korrosionsschutzmaßnahmen akzeptiert werden.

Fertigungseigenschaften

Schweißeignung

Das Schweißen von 319-Gussteilen ist mit TIG-, MIG- oder Löttechniken machbar, sofern eine geeignete Vorwärmung und Füllwerkstoffauswahl erfolgt. Aluminium-Silizium-Fülllegierungen wie ER4043 oder ER4047 werden empfohlen, um Heißrisse zu minimieren und Unterschiede im Wärmeausdehnungsverhalten und Schmelzpunkt auszugleichen.

Der Wärmeeinflussbereich kann durch Auflösung oder Koarsening von Ausscheidungen in wärmebehandelten Bauteilen lokal erweichen; Reparaturschweißungen sollten durch passende Wärmebehandlungen ergänzt werden, wenn Maßhaltigkeit und mechanische Eigenschaften kritisch sind. Vorwärmen, kontrollierte Zwischenlagentemperaturen und Minimierung von Spannungen reduzieren Rissbildung und Verzug.

Zerspanbarkeit

319 gilt als gut zerspanbar durch das eutektische Silizium, das den Spanbruch begünstigt und den Werkzeugverschleiß begrenzt. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und gezielter Kühlung sind empfehlenswert für höhere Abtragsraten und konsistente Oberflächenqualität.

Die Schnittgeschwindigkeiten für Aluminiumgusslegierungen sind gegenüber Stählen generell hoch, sollten jedoch an Si-Gehalt und Härte des Querschnitts angepasst werden; Werkzeugstandzeiten profitieren von effizienter Spanabfuhr und Vermeidung von Reibverschleiß. Oberflächengüte und Maßhaltigkeit werden stark durch Gussporosität und mikrostrukturelle Heterogenität beeinflusst; eine Folgezerspanung erfolgt häufig nach Spannungsarmglühen oder Lösungsglühen.

Umformbarkeit

Das Verformen von 319 ist begrenzt, da es sich um eine Gusslegierung handelt, die nicht für große plastische Umformungen ausgelegt ist; Biegen, Strecken oder Tiefziehen erfolgen meist nur an dünnen oder speziell vorbereiteten Bereichen. Best Practices empfehlen, Formeigenschaften bereits in der Gussgeometrie zu integrieren, um Nachformprozesse zu vermeiden und die Gussfähigkeit für komplexe Formen zu nutzen.

Lokale Kaltumformungen oder mechanisches Biegen sind für geringfügige Nacharbeiten möglich, aber die geringe Duktilität in ausscheidungshärteten Zuständen sowie die Sprödigkeit bestimmter Zwischengitterphasen begrenzen umfangreiche Umformungen. Bei erforderlichen Umformmerkmalen sollte der Einsatz alternativ geschmiedeter Legierungen oder das Design der Form in den Gussteil in Betracht gezogen werden, um Nacharbeit zu vermeiden.

Verhalten bei Wärmebehandlung

319 ist eine wärmebehandelbare Gusslegierung, die gut auf Lösungsglühen und künstliches Altern reagiert, um ausscheidungshärtende Mikrostrukturen zu erzeugen. Das Lösungsglühen erfolgt üblicherweise bei Temperaturen von ca. 505–545 °C über mehrere Stunden, abhängig von der Bauteildicke, mit schnellem Abschrecken zur Erhaltung der Legierungselemente in Lösung.

Künstliches Altern (T6) wird typischerweise bei 150–200 °C für mehrere Stunden durchgeführt, um Cu-reiche Phasen (theta prime und verwandte Intermetallische Phasen) auszubilden, die Festigkeit und Härte steigern. T5 (Direktalterung) wird genutzt, wenn eine vollständige Lösungsglühung nicht praktikabel ist; hier sind Festigkeitswerte meist niedriger als bei vollständig ausgehärteten T6-Zuständen.

T7- oder überalterte Zustände werden gewählt, wenn thermische Stabilität und Widerstand gegen Eigenschaftsänderungen im Einsatz benötigt werden; Überalterung bewirkt ein Vergröbern der Ausscheidungen, senkt die Höchstfestigkeit, verbessert jedoch Maßhaltigkeit und Widerstand gegen thermisches Weichwerden. Kontrolle von Abschreckgeschwindigkeiten, Alterungszyklen und querschnittsbezogenen Haltezeiten ist entscheidend, um konstante Eigenschaften und minimale Verzüge oder Eigenspannungen zu erzielen.

Leistung bei erhöhten Temperaturen

319 behält seine mechanische Festigkeit bis zu moderat erhöhten Temperaturen, jedoch beginnen die ausscheidungshärtenden Phasen oberhalb typischerweise von ca. 150–200 °C zu vergröbern. Bei kontinuierlicher Belastung über diese Temperaturen ist mit einem stetigen Festigkeitsverlust zu rechnen, weshalb überalterte Zustände oder speziell für hohe Temperaturstabilität ausgelegte Legierungen in Betracht gezogen werden sollten.

Die Aluminiumoxidation bei erhöhten Temperaturen ist moderat und bildet einen schützenden Oxidfilm, jedoch können Umgebungseinflüsse und Chloridkontamination das Oxidationsverhalten verändern und den Abbau beschleunigen. Schweißnahtwärmeeinflusszonen und lokal erhitzte Bereiche können bei hohen Temperaturen oder wiederholter thermischer Beanspruchung erweichen und Festigkeitsverluste zeigen.

Für Bauteile, die thermischer Ermüdung oder zyklischer thermischer Belastung ausgesetzt sind, verbessern die Wahl geeigneter Härtezustände (T7 oder stabilisierte Zustände), Kontrolle der Eigenspannungen und der Einsatz von Beschichtungen oder anodischem Schutz die Lebensdauer. Für anhaltend hohe Temperatureinsätze sind spezifische Hochtemperaturlegierungen oder alternative Werkstoffklassen zu bevorzugen.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Grund für den Einsatz von 319
Automobilindustrie	Getriebegehäuse und Motorkomponenten	Gute Gießbarkeit, Maßhaltigkeit und ausscheidungshärtete Festigkeit
Marine	Pumpengehäuse und strukturelle Gussarmaturen	Angemessene Korrosionsbeständigkeit bei guter Detailauflösung im Guss
Luft- und Raumfahrt	Nicht-kritische Armaturen und Halterungen	Hohe Festigkeit bei geringem Gewicht für komplexe Gussteile sowie thermische Stabilität
Elektronik	Gehäuse und Kühlkörpergehäuse	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit und Möglichkeit zur Integration von Formelementen im Guss

319 wird häufig gewählt, wenn komplexe Geometrien, integrierte Montageanschläge, dünnwandige Gussteile und die Konsolidierung durch Nachbearbeitung die Montage vereinfachen und Gewicht reduzieren. Die Legierung bietet eine ausgewogene Kombination aus Gießbarkeit, Festigkeit nach Wärmebehandlung und Wirtschaftlichkeit für viele seriengefertigte Bauteile in Automobil- und Transportanwendungen.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 319 sollte die Legierung für komplexe Gussformen bevorzugt werden, die nach Wärmebehandlung moderate bis hohe Festigkeit erfordern und bei denen integrierte Formelemente Montageprozesse reduzieren. Die Gießbarkeit und mechanische Leistungsfähigkeit im T6-Zustand machen 319 zu einer pragmatischen Wahl für Automobil- und Industriegehäuse, wenn geschmiedete Alternativen unpraktisch sind.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) tauscht 319 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und verbesserte thermische und mechanische Stabilität ein. Gegenüber verformgehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 319 eine höhere ausscheidungshärtete Festigkeit, aber meist geringere Korrosionsbeständigkeit in manchen Umgebungen; Kompensationen durch Beschichtungen oder Korrosionszugaben sind möglich.

Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Schmiedelegierungen wie 6061/6063 kann 319 geringere Höchstfestigkeitswerte aufweisen