Aluminium 383: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Legierung 383 (im Druckguss häufig als A383 bezeichnet) ist eine gegossene Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung aus der Al–Si–Cu-Druckguss-Familie, die oft in der 3xx.x Gussserie katalogisiert wird. Die Chemie basiert auf einem relativ hohen Siliziumgehalt mit gezielten Kupferzusätzen zur Erhöhung der Festigkeit und Ermöglichung der Ausscheidungshärtung; die Restmenge besteht aus Aluminium mit Spurenelementen, die für die Gießeignung optimiert sind.

Die Festigkeitssteigerung in 383 erfolgt hauptsächlich durch Ausscheidungs- bzw. Altersgehärtung infolge des Kupfergehalts und in geringerem Maße durch Magnesium, kombiniert mit der mikrostrukturellen Verfeinerung, die während der Erstarrung und Wärmebehandlung erreicht wird; diese Legierung wird daher in der praktischen Technik als wärmebehandelbar für Druckgussteile eingestuft. Typische Eigenschaften sind gute Druckgussflüssigkeit und Maßhaltigkeit, moderate bis hohe statische Festigkeit nach der Alterung, akzeptable Wärmeleitfähigkeit sowie angemessene Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen. Die Umformbarkeit ist kein primärer Entwurfsfaktor, da 383 für gegossene Geometrien und nicht für Blechumformung vorgesehen ist.

Branchen, die 383 am häufigsten verwenden, sind die Automobilindustrie (strukturelle Gehäuse, Getriebe- und Motorenteile), Unterhaltungselektronik (strukturelle Gehäuse und Steckverbinder) sowie einige industrielle Anwendungen, bei denen komplexe dünnwandige Gussgeometrien mit moderater Festigkeit erforderlich sind. Ingenieure wählen 383 gegenüber anderen Legierungen, wenn Druckgießbarkeit, Maßhaltigkeit und die Möglichkeit, durch nachträgliche Wärmebehandlung höhere Festigkeiten zu erzielen, Vorrang vor Duktilität und Oberflächenqualität gewalzter Produkte haben.

Härtezustände

Härtezustand	Festigkeitsniveau	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O (Gegossen / Weichgeglüht)	Niedrig	Höher (typisch 3–8%)	Schlecht bis Mittel	Mittel	Spannungsarm geglühte / gegossene Mikrostruktur; höchste Duktilität für Gussbauteile
T5 (Künstlich gealtert)	Mittel	Niedriger (1–4%)	Schlecht	Mittel bis Schlecht	Typisch für Druckgussteile, die unmittelbar nach dem Abschrecken oder langsamen Abkühlen gealtert werden
T6 (Lösungsglühen & künstlich gealtert)	Hoch	Niedrig (1–3%)	Schlecht	Begrenzt	Erzielt Höchstfestigkeit durch Lösungsglühen, Abschrecken und anschließende Alterung
T7 (Überaltert / Stabilisiert)	Mittel bis Hoch	Niedrig bis Mittel	Schlecht	Begrenzt	Wird eingesetzt, um Stabilität und Zähigkeit bei geringfügigem Festigkeitsverlust zu verbessern
HT (Spezielle Wärmebehandlungen)	Variabel	Variabel	Schlecht	Variabel	Proprietäre Stabilitätszyklen zur Optimierung der Maßhaltigkeit oder mechanischer Eigenschaften

Die Wahl des Härtezustandes hat großen Einfluss auf die Leistung von 383: T6 liefert die höchsten statischen Zugfestigkeiten auf Kosten der Bruchdehnung, während T5 ein fertigungsgerechter Kompromiss ohne vollständige Lösungsglühen darstellt. Der gegossene Zustand (O) behält die größte Duktilität und minimiert Verzugsrisiken, weist jedoch deutlich geringere Festigkeit und Härte als die T5- bzw. T6-Zustände auf.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	8.5–11.5	Hauptlegierungselement; steuert Gießflüssigkeit, verringert Schrumpfung und beeinflusst Festigkeit
Fe	0.6–1.5	Verunreinigungselement; bildet Intermetallische Verbindungen, die bei hohen Gehalten Versprödung an den Korngrenzen verursachen können
Mn	0.2–0.6	Modifiziert Fe-Intermetallische Verbindungen und verbessert leicht Festigkeit sowie Zähigkeit
Mg	0.05–0.30	Trägt zur Ausscheidungshärtung in Kombination mit Cu bei; oft gering in Gussqualitäten
Cu	2.0–3.5	Hauptstärkungszusatz für Altersgehärtung; erhöht Festigkeit, kann aber Korrosionsbeständigkeit vermindern
Zn	0.1–0.5	Minoritär; meist niedrig gehalten, beeinflusst Festigkeit nur geringfügig
Cr	0.05–0.25	Kornverfeinerer und hilft, die Morphologie der Intermetallische Verbindungen zu steuern
Ti	0.02–0.15	Als Kornverfeinerer während Schmelzen und Gießen eingesetzt
Sonstige (Ni, Pb, Sn, Rest Al)	Spuren	Geringe kontrollierte Zusätze oder Rückstände; Aluminium bildet den Rest der Legierung

Die Chemie von 383 ist für Gießeignung und Altersgehärtung optimiert: Silizium verbessert die Fließfähigkeit und reduziert Schrumpfung, Kupfer bietet einen wirkungsvollen Ausscheidungshärtungsmechanismus. Eisen und Mangan kontrollieren intermetallische Phasen und beeinflussen die Zähigkeit; Spurenelemente wie Ti und Cr werden zur Kornverfeinerung und besseren Speisung während der Erstarrung verwendet.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 383 hängt stark von Gussqualität, Wandstärke und Härtezustand ab. Gegossenes Material zeigt typischerweise moderate Zugfestigkeit und relativ geringe Duktilität, bedingt durch Porosität und grobe Siliziumpartikel; nach T5/T6-Wärmebehandlungen bilden sich Ausscheidungen, die Streck- und Zugfestigkeit erhöhen, jedoch die Bruchdehnung verringern.

Die Streckgrenze skaliert mit dem Alterungszustand und der Bauteildicke: dünnwandige Druckgussteile reagieren schneller auf künstliche Alterung und zeigen höhere Spannungsfestigkeiten als dickere Abschnitte aufgrund schnellerer Abschreckung und feinerer Mikrostruktur. Die Härte nimmt deutlich vom O- zum T6-Zustand zu, was die Ausscheidung von kupferreichen Phasen widerspiegelt; Brinell-Härtewerte bewegen sich von relativ niedrig (weich gegossen) bis mittel bis hart, abhängig von der Wärmebehandlung.

Die Ermüdungsfestigkeit von 383 ist schlechter als bei gewalzten Aluminiumlegierungen, da Porosität und intermetallische Verbindungen als Rissinitiierungspunkte wirken; ein ermüdungsgerechtes Bauteildesign erfordert kontrolliertes Gießen und oft eine nachfolgende Verdichtung oder Oberflächenbehandlung. Dickere Abschnitte kühlen langsamer ab, bewirken grobkörniges Eutektoid-Silizium und Intermetallische Verbindungen und zeigen somit geringere Festigkeit und Lebensdauer als dünnwandige Gussteile.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wichtiger Härtezustand (z.B. T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	120–200 MPa	260–350 MPa	Breiter Bereich abhängig von Wandstärke, Porosität und Wärmebehandlung
Streckgrenze (0,2 % Dehngrenze)	70–140 MPa	180–300 MPa	T6 erhöht die Streckgrenze deutlich durch Kupfer-Ausscheidungen
Bruchdehnung	3–8%	1–4%	Duktilität sinkt mit zunehmender Festigkeit und Alterung
Härte (HB)	50–80 HB	80–110 HB	Brinell-Härte steigt mit Alterung und geringerer Porosität

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70–2,78 g/cm³	Typisch für Al–Si-Gusslegierungen, leicht abhängig von Porosität
Schmelzbereich	~515–615 °C (Solidus–Liquidus)	Eutektoid und primäres Silizium beeinflussen das Schmelzintervall; Prozesskontrolle entscheidend
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium durch Legierungselemente; dennoch gut für Wärmeabfuhr
Elektrische Leitfähigkeit	~20–35 % IACS	Durch Legierungselemente insbesondere Cu und Si reduziert
Spezifische Wärme	~0,85–0,95 J/g·K	Typische spezifische Wärmekapazität von Aluminium; leicht temperaturabhängig
Wärmeausdehnung	21–24 µm/m·K	Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich vielen Al–Si-Gusslegierungen

Das physikalische Profil macht 383 attraktiv für Bauteile, die eine gute Wärmeableitung bei relativ geringem Gewicht erfordern. Schmelz- und Erstarrungsverhalten sind zentral für die Gestaltung von Druckgussprozessen, da die eutektische Struktur und die Morphologie des primären Siliziums mechanische Eigenschaften und Schrumpfneigung steuern.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Druckguss (Hauptform)	Wandstärke 1–12 mm	Dünne Abschnitte: höhere Festigkeit nach Auslagerung; dicke Abschnitte: niedrigere Festigkeit	O, T5, T6	Häufigste Form für 383; komplexe Geometrien, dünne Wände
Sand-/ Dauerformguss	>10 mm	Groberes Gefüge, geringere mechanische Eigenschaften	O, HT	Wird für größere Teile verwendet, bei denen Druckguss nicht praktikabel ist
Barren / Bramme	Gieß-Rohmaße	Nicht anwendbar	Roh, gegossen	Bereitgestellt für Druckgießer und Gießereien zur Wiederverarbeitung
Bearbeitete Bauteile	Variiert nach Guss	Festigkeit abhängig vom Ausgangsguss und Wärmebehandlung	T5/T6	Nachguss-Bearbeitung ist üblich für kritische Merkmale
Schmieden/Strangpressen	Selten	Typischerweise nicht durch Strangpressen/Schmieden verarbeitet	N/A	Legierungschemie und gussfokussiertes Design machen Strangpressen unüblich

383 wird hauptsächlich als Druckgussteil hergestellt und verwendet; Blech-, Platte- oder Schmiedeumformungen sind unüblich und werden typischerweise vermieden, da die Legierung für erstarrungskontrollierte Eigenschaften optimiert ist. Konstruktion und Verarbeitung müssen Wandstärken und Anschnittgestaltung berücksichtigen, um Porosität zu minimieren und eine vorhersehbare mechanische Leistung im Endguss sicherzustellen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoffbezeichnung	Region	Hinweise
AA	383 / A383.0	USA	Gängige Aluminium-Association-Gussbezeichnung für Al–Si–Cu-Druckguss
EN AW	AlSi9Cu3(Fe) / ähnlich	Europa	Übliche EN-Gegenstücks-Nomenklatur für ähnliche chemische Familie
JIS	ADC12 (nahe Äquivalenz)	Japan	ADC12 wird häufig als Pendant zu A383 im Druckguss genannt
GB/T	AlSi9Cu3 / ähnlich	China	Chinesische Gussnormen listen vergleichbare Al–Si–Cu-Legierungen mit ähnlichen Eigenschaften

Die Äquivalenz ist funktional, nicht exakt; Kompositionsfenster, Grenzwerte für Verunreinigungen (insbesondere Eisen und Blei) sowie zulässige Wärmebehandlungsverfahren können je nach Region und Norm variieren. Beim Austausch müssen Ingenieure Unterschiede in Cu- und Si-Anteilen, erlaubten Verunreinigungen und dokumentierten mechanischen Eigenschaftsbereichen berücksichtigen und sich nicht allein auf Namensgleichheit verlassen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Bedingungen zeigt 383 eine angemessene Beständigkeit durch die Bildung einer schützenden Aluminiumschicht; allgemeine Korrosionsraten sind mäßig, außer in chloridehaltigen oder sauren Umgebungen, die die Angriffe beschleunigen. Kupferzusätze verbessern zwar die Festigkeit, vermindern jedoch die Beständigkeit gegen lokale Korrosion, wodurch Teile mit hohem Oberflächen-Cu-Gehalt anfälliger für Lochfraß in aggressiven Umgebungen sind.

In maritimen oder hochchloridhaltigen Umgebungen ist 383 der Al–Mg-Serie (5xxx) unterlegen, da Cu mikro-galvanische Zellen und Lochfraß begünstigt; Konstrukteure sollten Beschichtungen, Eloxieren oder kathodischen Schutz in Betracht ziehen, wenn Meerwasserexposition zu erwarten ist. Spannungsrisskorrosion (SCC) ist kein vorherrschender Versagensmodus für 383 im Vergleich zu hochfesten gewalzten Legierungen; grobe Intermetallische Phasen und Gussfehler können jedoch Spannungen lokal konzentrieren und Rissinitiation unter zyklischer Belastung und korrosiver Umgebung fördern.

Galvanische Wechselwirkungen erfordern Aufmerksamkeit: Bei Kontakt mit Stahl, Edelstahl oder Kupferkomponenten ist 383 typischerweise anodisch und korrodiert bevorzugt, wenn ein leitfähiges Elektrolyt vorhanden ist; die Auswahl der Gegenwerkstoffe, Gelenkgestaltung, Isolierbarrieren oder Schutzbeschichtungen werden empfohlen. Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien bietet 383 ein Gleichgewicht aus Gießbarkeit und Festigkeit zulasten einer etwas verminderten maritimen und Lochfraßbeständigkeit gegenüber der Al–Mg-Serie.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von 383 ist möglich, aber anspruchsvoll; die Druckguss-Mikrostruktur, Porosität und der hohe Siliziumgehalt erhöhen die Anfälligkeit für Heißrisse und führen zu variablen HAZ-Aufweichungen. TIG- und MIG-Verfahren können zur Reparatur oder Befestigung verwendet werden, erfordern jedoch oft Vor- und Nachbearbeitung wie Oberflächenvorbereitung, spezielle Zusatzwerkstoffe (Al-Si-Drähte wie 4043 werden häufig verwendet, um den Siliziumanteil anzupassen) und Eliminierung eingeschlossener Gase. Umfangreiches Schweißen kann mechanische Eigenschaften mindern und HAZ-Bereiche mit geringerer Festigkeit als der Basismaterialzustand T5/T6 erzeugen; Schweißarbeiten an tragenden Bauteilen sollten minimiert werden.

Spanbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von gegossenem 383 ist im Vergleich zu vielen gewalzten Legierungen allgemein gut, da die Al–Si-Mikrostruktur kurze, spröde Späne erzeugt, die leicht abbrechen, und die Legierung bei mittleren bis hohen Vorschüben bearbeitet werden kann. Hartmetallwerkzeuge mit passenden Beschichtungen werden für eine konstante Werkzeugstandzeit empfohlen; Einsatz von Kühlschmierstoffen hilft, Temperaturen zu kontrollieren und Späne in tiefen Kavitäten abzutransportieren. Die Oberflächenqualität kann durch Porosität und intermetallische Phasen beeinträchtigt werden; Nachbearbeitung umfasst oft vibrationsfreie Spannmittel und konservative Vorschübe, um Werkzeugvibrationen und eingebettete Oberflächendefekte zu vermeiden.

Umformbarkeit

Als Gusslegierung ist 383 nicht für umfangreiche Kaltumformungen ausgelegt; Biegeradien bei jeglicher Nachgussumformung sind typischerweise groß und durch lokal vorhandene Porosität und intermetallische Phasen begrenzt, welche die Duktilität reduzieren. Beste Umformergebnisse werden im gegossenen, geglätteten Zustand mit minimalen Umformungen erzielt oder durch Funktionsgestaltung des Gussteils zur Netshape-Formgebung, um Nachbearbeitung zu vermeiden. Wo begrenzte Umformungen erforderlich sind, kann das Warmumformen bei niedriger Temperatur mit angepasster Werkzeuggeometrie Rissrisiken reduzieren, doch ist eine Netshape-Druckgusskonstruktion der bevorzugte Weg.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung von 383 folgt klassischen Lösungsglüht- und Auslagerungsfolgen für Al–Si–Cu-Gusslegierungen: Lösungsglühen (typisch im Bereich von 495–540 °C, abhängig von Querschnitt und Spezifikation) löst lösliche Phasen auf und homogenisiert die Matrix, gefolgt von schnellem Abschrecken, um eine übersättigte Festlösung einzuschließen. Die künstliche Alterung (T5/T6) bei Temperaturen zwischen ~150–220 °C scheidet Cu- und Mg-haltige Phasen aus, die Streckgrenze und Zugfestigkeit deutlich erhöhen; Alterungszyklen werden für ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und erhaltener Zähigkeit abgestimmt.

T7- und Überalterungszyklen werden angewandt, wenn Maßhaltigkeit und Widerstand gegen Eigenschaftenverschlechterung während des Einsatzes oder der Bearbeitung erforderlich sind; Überalterung tauscht maximale Festigkeit gegen bessere Beständigkeit gegen Aufweichung bei thermischer Beanspruchung. Für gegossene 383 kann das Erreichen einer konsistenten Lösungsglühung durch Querschnittsdicke und eingeschlossene Porosität begrenzt sein, weshalb viele Serienbauteile direkt aus dem Gusszustand mit T5 gealtert werden, um Steifigkeit ohne die Verzugsrisiken einer vollständigen Lösungsglühbehandlung zu erhalten.

Hochtemperatureigenschaften

Die mechanische Festigkeit von 383 nimmt mit steigender Temperatur progressiv ab; Dauerbetrieb oberhalb von ~120–150 °C führt zu erheblichem Verlust der Alterungsphasen und damit zu reduzierter Streck- und Zugfestigkeit. Die Oxidation bei hohen Temperaturen wird durch die Aluminiumschicht in der Regel begrenzt, aber längere Exposition und thermische Zyklen können die Oberflächenoxidstruktur verändern und Skalenwachstum in aggressiven Atmosphären fördern. Die schweißnahe Wärmeeinflusszone kann lokal aufweichen und gröbere Ausscheidungen bilden, was die lokale Hochtemperaturfestigkeit und Dauerfestigkeit mindert.

Für kurzfristige Temperaturspitzen können sorgfältig ausgewählte Alterungsbedingungen und Legierungsstabilisierung den Eigenschaftsverlust mildern, jedoch wird 383 nicht für dauerhafte Hochtemperatureinsätze empfohlen; Konstrukteure, die dauerhafte Festigkeit über ~150 °C benötigen, sollten spezielle Hochtemperatur-Aluminiumlegierungen oder alternative Werkstoffe in Betracht ziehen.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielbauteil	Warum 383 verwendet wird
Automobilindustrie	Getriebegehäuse, Ventilkörper	Druckgussfähigkeit, Kontrolle dünnwandiger Dimensionen und Festigkeit nach der Auslagerung
Consumer Electronics	Gehäuse, Strukturrahmen	Gute Wärmeleitfähigkeit, komplexe Geometrien und Wirtschaftlichkeit bei Großserien
Industrie-Maschinenbau	Pumpengehäuse, Kompressorgehäuse	Korrosionsbeständigkeit in neutralen Umgebungen und Gestaltungsfreiheit im Guss
HKL / Thermomanagement	Kühlkörpergehäuse, Lüfterkomponenten	Wärmeleitfähigkeit und Fähigkeit, integrierte Lamellen in einem Guss herzustellen
Elektrische Steckverbinder	Steckergehäuse	Maßhaltigkeit, Bearbeitbarkeit für Pass- und Formteile

383 wird typischerweise dort spezifiziert, wo komplexe dünnwandige Gussgeometrien, vernünftige mechanische Festigkeit nach Auslagerung und kosteneffiziente Großserienproduktion gefragt sind. Das ausgewogene Verhältnis von Gießbarkeit und Festigkeit nach dem Gießen macht die Legierung zu einer bevorzugten Wahl für Gehäuse und Komponenten mit integrierten Funktionen und moderaten mechanischen Belastungen.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 383 sollten Ingenieure Anwendungen bevorzugen, die komplexe Druckgussformen und eine moderate bis hohe nachträgliche Festigkeitssteigerung erfordern, dabei jedoch eine geringere Duktilität und gewisse Kompromisse bei der Korrosionsbeständigkeit in Kauf nehmen. Im Vergleich zu handelsüblichem reinem Aluminium (1100) bietet 383 eine deutlich höhere Festigkeit und bessere Maßhaltigkeit, opfert jedoch aufgrund der Legierung und der durch den Gießprozess bedingten Mikrostruktur die elektrische Leitfähigkeit und Umformbarkeit.

Im Vergleich zu häufig verwendeten Kaltumformlegierungen wie 3003 oder 5052 bietet 383 bei Aluminium-Druckgussteilen eine signifikant höhere ausscheidungshärtbare Festigkeit, zeigt jedoch eine geringere marine Korrosionsbeständigkeit und geringere Blechumformbarkeit als die magnesiumhaltigen Knetlegierungen. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Knetlegierungen wie 6061/6063 kann 383 bevorzugt werden, wenn Net-Shape-Guss und komplex integrierte Geometrien im Vordergrund stehen, obwohl die Spitzenfestigkeiten und die Ermüdungsbeständigkeit der 6xxx-Serie für viele strukturmechanische Knetanwendungen überlegen sein können.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 383 bleibt relevant, wenn wirtschaftliche Vorteile des Druckgießens, dünnwandige Komplexität und die Möglichkeit der nachträglichen Ausscheidungshärtung zusammenkommen, um die Leistungsanforderungen von Bauteilen zu erfüllen; ihre chemische Zusammensetzung und Prozessflexibilität bieten Konstrukteuren einen praktikablen Kompromiss zwischen Gießbarkeit, Festigkeit und thermischer Leistung. Die richtige Auswahl des Zustands, die Kontrolle der Gießbedingungen und die Beachtung des Oberflächenschutzes verlängern ihre Lebensdauer und machen sie zu einem zuverlässigen Werkstoff in der Automobil-, Elektronik- und allgemeinen Industrieanwendung.