Aluminium 4017: Zusammensetzung, Eigenschaften, Härtegrade & Anwendungen

Umfassender Überblick

4017 gehört zur 4xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Gruppe, die üblicherweise durch einen erhöhten Siliziumgehalt gekennzeichnet ist, der das Schmelzverhalten und die Schweißeigenschaften beeinflusst. Die Klassifizierung 4xxx signalisiert Silizium als das Hauptlegierungselement, wobei 4017 entwickelt wurde, um Formbarkeit, Schweißbarkeit und mäßige Festigkeit für Struktur- und Fügeanwendungen auszubalancieren.

Wesentliche Legierungselemente in 4017 umfassen Silizium als dominantes Legierungselement, mit kontrollierten Zugaben von Magnesium und Mangan sowie kleinen, kontrollierten Mengen an Eisen und Titan als Reststoffe. Die Festigkeit von 4017 wird hauptsächlich durch Festlösungsfestigung durch Silizium und Kaltverfestigung (Kaltumformung) erzielt; die Legierung gilt im Wesentlichen als nicht wärmebehandelbar zur Festigkeitssteigerung, obwohl eine geringe künstliche Alterung in bestimmten Zuständen die mikrostrukturelle Stabilität beeinflussen kann.

Wesentliche Merkmale von 4017 sind eine moderate Zug- und Streckgrenze im Vergleich zu reinem Aluminium, verbesserte Schweiß- und Lötverhalten dank Silizium sowie eine gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen und leicht maritimen Umgebungen. Die Umformbarkeit in geglühten Zuständen ist hoch, während eine Temperierung und Kaltverfestigung die Festigkeit auf Kosten der Duktilität erhöhen.

Typische Anwendungsbereiche von 4017 umfassen Karosserie- und Fahrwerkskomponenten im Automobilbau, geschweißte und gelötete Baugruppen, architektonische Profile und allgemeine Blechbearbeitung, in denen eine Kombination aus Formbarkeit und Schweißbarkeit gefordert wird. 4017 wird gegenüber anderen Legierungen bevorzugt eingesetzt, wenn eine verbesserte Kompatibilität mit Schweißzusatzwerkstoffen, reduzierte Neigung zu Heißrissen sowie ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Formbarkeit ohne die Kosten oder Fertigungskomplexität hochfester, wärmebehandelbarer Legierungen erforderlich sind.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch (20–35%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformprozesse
H12	Niedrig-Mittel	Moderat (10–20%)	Gut	Ausgezeichnet	Teilweise Kaltverfestigung, eingeschränkte Umformbarkeit
H14	Mittel	Moderat (8–15%)	Gut bis Befriedigend	Ausgezeichnet	Einzelstufige Kaltverfestigung für mäßige Festigkeit
H22	Mittel	Moderat (8–15%)	Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert durch thermische Behandlung niedriger Intensität
H24	Mittel-Hoch	Niedriger (6–12%)	Befriedigend	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt plus natürliche Alterung/Stabilisierung
T4	N/A / Begrenzt	N/A	Moderat	Gut	Gelöst und natürlich gealtert; selten verwendet für 4xxx Legierungen
T5	Begrenzt	Moderat	Gut bis Befriedigend	Gut	Abgekühlt von erhöhter Temperatur und künstlich gealtert; begrenzter Nutzen
T6	Nicht typisch	N/A	Schlecht	Gut	Generell nicht anwendbar; 4xxx Legierungen sind nicht zuverlässig wärmebehandelbar zur Festigkeitssteigerung

Der Zustand beeinflusst die Leistung von 4017 maßgeblich, indem über Kaltverfestigung und Stabilisierung die Duktilität gegen Festigkeit ausgetauscht wird. Der geglühte Zustand (O) bietet die beste Umformbarkeit für Tiefziehen und Biegen, während die H-Zustände stufenweise Steigerungen von Streck- und Zugfestigkeit bei entsprechenden Dehnungsabnahmen ermöglichen.

Die Auswahl des Arbeitszustands muss auch nachgelagerte Fügeverfahren berücksichtigen, da Kaltverfestigung Restspannungen und Verzug beim Schweißen beeinflussen kann und einige stabilisierte Zustände das Ausmaß der Erweichung im Wärmeeinflussbereich reduzieren.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Hinweise
Si	4,0–6,0	Hauptlegierungselement; senkt das Schmelzintervall, verbessert Schweiß- und Lötverhalten; trägt zur Festigkeit bei
Fe	0,2–0,8	Verunreinigungselement; bildet Intermetallische Verbindungen, die Zähigkeit und Oberflächenqualität beeinflussen
Mn	0,2–0,8	Kontrolle der Gefügestruktur und teilweise Festigkeitssteigerung durch Disperside
Mg	0,2–0,8	Geringe Zugaben erhöhen die Festigkeit durch Festlösung und geringe Ausscheidungen, wenn mit Si abgestimmt
Cu	≤0,1	Niedrig gehalten zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit und zur Vermeidung übermäßiger Festigkeitssteigerungen, die zu Duktilitätsverlust führen
Zn	≤0,1	Niedriger Gehalt zur Vermeidung von Sensibilisierung und galvanischen Problemen
Cr	≤0,1	Spurenelemente für Kornkontrolle und Stabilisierung des Gefüges
Ti	≤0,15	Kornfeiner, in kleinen Mengen zur Steuerung der Guss- und Walzkorngrößen
Sonstige	Balance Al; Verunreinigungen ≤0,15 je Element	Enthält Reststoffe und Spurenelemente, kontrolliert für gleichbleibende Leistung

Das chemische Gleichgewicht in 4017 positioniert Silizium als dominantes Festigungs- und Verarbeitungselement, mit moderatem Magnesium und Mangan zur Feinabstimmung des mechanischen Verhaltens und der Mikrostruktur. Silizium reduziert die Schmelzviskosität und verbessert den Fluss bei Löt- und Schweißprozessen, während Mg und Mn zusätzliche Festigkeit liefern und die Rekristallisation steuern. Eine enge Kontrolle von Eisen und Kupfer ist wichtig zur Erhaltung von Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 4017 ist durch eine relativ flache Kaltverfestigungskurve in gewalzten Zuständen gekennzeichnet; geglühtes Material zeigt hohe Dehnung und niedrigere Streck- sowie Zugfestigkeiten. Das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit ist moderat, was eine gewisse Plastizität vor bleibender Verformung erlaubt, jedoch weniger als bei sehr weichem reinen Aluminium. Dicke und Fertigungshistorie beeinflussen die gemessenen Festigkeiten erheblich, bei stark kaltverfestigten Blechpaketen sind deutliche Steigerungen bei Streck- und Zugfestigkeit beobachtbar.

Die Dehnung im geglühten Zustand (O) überschreitet typischerweise 20% und ermöglicht umfangreiche Umformung, während H-Zustände die Dehnung auf niedrige zweistellige Werte reduzieren. Die Härte korreliert mit dem Zustand und dem Kaltverfestigungsgrad; Brinell- oder Vickers-Härtewerte steigen mit zunehmendem H-Grad, während das geglühte Material relativ weich bleibt. Das Ermüdungsverhalten ist für die allgemeine Fertigung akzeptabel, wobei Oberflächenzustand, Schweißnähte und Restspannungen die Hauptfaktoren für die Lebensdauer sind.

Der Einfluss der Dicke ist signifikant; dünne Bleche zeigen höhere Kaltverfestigungsraten während der Umformung und können in verformten Zuständen höhere Zugfestigkeiten durch durchlaufende Kaltverfestigung aufweisen. Im Gegensatz dazu reagieren dickere Platten und Profile weniger auf Streckumformung und verlassen sich stärker auf Legierungschemie und Ausscheidungen zur Festigkeitssteigerung.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Zustand (z. B. H14)	Hinweise
Zugfestigkeit	120–170 MPa	180–260 MPa	Werte variieren je nach Dicke und Grad der Kaltverfestigung; typische Labormessungen
Streckgrenze	50–100 MPa	120–200 MPa	Streckgrenze steigt stark durch Kaltverfestigung
Dehnung	20–35%	8–15%	Duktilität vermindert in kaltverfestigten Zuständen
Härte	30–55 HB	55–95 HB	Härte folgt Kaltverfestigung; geglühte Legierung ist weich und gut umformbar bzw. bearbeitbar

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,68–2,71 g/cm³	Typische leichte Aluminiumdichte; variiert leicht mit Si-Gehalt
Schmelzbereich	~575–640 °C	Eutektikum und Solidus-Liquidus-Bereich verbreitert durch Siliziumzugaben
Wärmeleitfähigkeit	120–160 W/m·K	Niedriger als reines Al, aber immer noch hoch; Si reduziert die Leitfähigkeit gegenüber Al-1100
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 % IACS	Durch Legierungszusätze gegenüber reinem Al reduziert
Spezifische Wärmekapazität	~0,88–0,90 J/g·K	Vergleichbar mit anderen Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnung	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Typische Aluminium-Ausdehnung; bei Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe beachten

Die physikalischen Eigenschaften von 4017 machen die Legierung attraktiv, wenn geringes Gewicht und thermisches Management erforderlich sind, während der Siliziumgehalt die Schmelzeigenschaften für Fügevorgänge moderat beeinflusst. Die Wärmeleitfähigkeit ist für Anwendungen als Kühlkörper noch ausreichend, jedoch gegenüber sehr reinem Aluminium reduziert; Konstrukteure sollten dies bei thermischen Analysen berücksichtigen.

Die verminderte elektrische Leitfähigkeit macht 4017 nicht zur bevorzugten Wahl für Hochleistungsleiter, sie ist jedoch für Strukturbauteile geeignet, die auch moderate elektrische Leitfähigkeit oder eine übliche Schweißbarkeit nach Aluminiumstandards benötigen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Dünne Bleche sprechen gut auf Kaltumformung an	O, H14, H24	Verwendet für geformte Bleche, geschweißte Baugruppen und Verkleidungen
Platte	6–50 mm	Stärkere Querschnitte zeigen geringere Kaltverfestigung	O, H22	Eingesetzt für strukturtragende Schweißbauteile und bearbeitete Teile
Strangpressprofil	Bis zu großen Profilen	Festigkeit abhängig vom Strangpressverhältnis und der Abkühlung	O, H14	Profile für Rahmen, Laufschienen und geschweißte Baugruppen
Rohr	1–10 mm Wandstärke	Verhalten abhängig von Fertigung (nahtgeschweißt oder nahtlos)	O, H12	Gute Wahl für geschweißte hydraulische oder strukturelle Rohre
Stab/Rundstahl	5–50 mm	Begrenzte Kaltverfestigung im Querschnitt	O, H12	Verwendet für bearbeitete Bauteile und Armaturen

Verarbeitungsunterschiede zwischen den Produktformen resultieren aus der Querschnittsdicke und den Abkühlraten; dünnere Querschnitte härten sich durch Kaltumformung leichter, während dickere Stranggussprofile und Platten mechanische oder thermische Stabilisierung benötigen, um gewünschte Eigenschaften zu erreichen. Stranggepresste Profile können mit maßgeschneiderten Querschnitten hergestellt werden und erhalten oft leichte Wärmebehandlungen oder Stabilisationszyklen, um Eigenspannungen und Maßhaltigkeit zu kontrollieren.

Die Wahl der Anwendung folgt der Form: Blech für gestanzte und geschweißte Paneele, Strangpressprofile für Strukturrahmen, sowie Platte oder Stab für bearbeitete Bauteile, bei denen Volumeneigenschaften und Steifigkeit im Vordergrund stehen.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	4017	USA	Bezeichnung innerhalb der Aluminum Association Nummerierung; chemische Zusammensetzung gesteuert für Eigenschaften der 4xxx-Familie
EN AW	4xxx-Serie Äquivalent (z. B. EN AW-4043)	Europa	Ähnliche Silizium-basierte Legierungen verfügbar; direkte Äquivalenz erfordert Chemieprüfung
JIS	A4xxx (z. B. A4043)	Japan	Regionale Normen verwenden ähnliche Zusammensetzungsfenster für Schweiß-/Lötlegierungen
GB/T	4xxx-Serie Äquivalent	China	Chinesische Normen haben analoge siliziumreiche Knetlegierungen; genaue Abgleichung erforderlich

Querverweise sind nur ungefähr, da nationale Normen gelegentlich unterschiedliche maximal erlaubte Verunreinigungen und Toleranzbereiche vorgeben, die das mechanische Verhalten beeinflussen. Ingenieure sollten Zertifikat-Chemien und gemessene Eigenschaften mitprüfen und sich nicht allein auf Bezeichnungsnummern verlassen, wenn Legierungen über Normen und Regionen hinweg ersetzt werden.

Kleine Unterschiede bei erlaubten Verunreinigungen und Spurenelementen (z. B. Fe, Cu) können Ermüdungsverhalten, Oberflächenqualität und Schweißbarkeit verändern; für kritische Anwendungen werden Qualifikationstests oder Lieferkettenaudits empfohlen.

Korrosionsbeständigkeit

4017 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, bedingt durch die Bildung eines stabilen Aluminiumoxids und den vergleichsweise niedrigen Gehalt an Kupfer und Zink, die lokal beschleunigte Korrosion fördern können. In typischen Außen- und Industrieatmosphären verhält sich die Legierung gut mit Korrosionsraten vergleichbar zu anderen siliziumhaltigen Aluminiumlegierungen, nicht zu empfindlichen magnesiumreichen Legierungen, die anfälliger für Lochfraß sind.

Im maritimen Bereich besteht ein erhöhtes Risiko für lokalisierte Angriffe, wenn chloridhaltige Ablagerungen auf der Oberfläche verbleiben; dennoch widersteht 4017 gleichmäßiger Korrosion gut und zeigt sich oft in Spritzwasser- und Küstenzonenanwendungen ausreichend, sofern Schutzbeschichtungen oder Eloxalschichten vorhanden sind. Spalt- und Unterlagerrkorrosion können bei geschweißten Bauteilen mit Flussmittelrückständen oder Verunreinigungen problematisch sein.

Spannungsrisskorrosion ist keine Hauptausfallursache für die 4xxx-Familie; 4017 ist weniger anfällig für SCC als bestimmte hochbeanspruchte 7xxx Magnesiumlegierungen. Galvanische Wechselwirkungen sollten berücksichtigt werden, wenn 4017 mit edleren Legierungen wie rostfreiem Stahl oder Kupfer kombiniert wird; anodischer Schutz oder isolierende Barrieren werden für Buntmetallverbindungen empfohlen, um beschleunigte Korrosion des Aluminiumteils zu vermeiden.

Im Vergleich zu 5xxx magnesiumhaltigen Legierungen wird etwas Opferschutz gegen Korrosion gegen bessere Schweißbarkeit und geringere Anfälligkeit für Nachschweißabplatzungen getauscht, während im Vergleich zu 6xxx-Legierungen die Korrosionsleistung konkurrenzfähig ist, aber stark von Oberflächenbeschaffenheit und Wärmebehandlungszustand abhängt.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

4017 lässt sich gut mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie TIG und MIG schweißen, da Silizium die Neigung zu Heißrissen verringert und den Schweißbadfluss verbessert. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind siliziumhaltige Schweißzusätze (z. B. Al-Si-Fügematerialien ähnlich EN AW-4043), um metallurgische Kompatibilität sicherzustellen und Porosität sowie Rissbildung beim Schweißen zu minimieren. Die Wärmebeeinflusste Zone zeigt im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen nur geringe Erweichung, jedoch können kaltverfestigte Bereiche durch Schweißen oder anschließende Wärmeeinwirkung Festigkeitsverluste erleiden.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 4017 ist mittel bis gut; der Siliziumgehalt fördert eine vorhersehbare Spanbildung und erlaubt höhere Schnittgeschwindigkeiten als sehr weiche Legierungen, während gleichzeitig feine Oberflächenqualitäten erzielt werden können. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel werden empfohlen; Kühlschmierstoffe oder Nebel verbessern Werkzeugstandzeit und Oberflächenqualität. Die Spanbildung wird von Querschnittsdicke und Zustand beeinflusst; hoher Si-Gehalt kann abrasives Verhalten verstärken, daher sollte die Werkzeugwahl Abriebfestigkeit berücksichtigen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im geglühten O-Zustand ist ausgezeichnet, was Tiefziehen, Biegen und Streckumformen mit relativ großen Biegeradien ermöglicht. Empfohlene Mindestbiegeradien liegen typischerweise bei 1–3-facher Materialdicke für gängige Umformprozesse im O-Zustand und steigen für H-Zustände. Die Kaltumformungsreaktion ist günstig und vorhersehbar, mit schrittweiser Festigkeitssteigerung durch Umformen, jedoch muss der Rückfedereffekt beim Design und der Werkzeugauslegung berücksichtigt werden, um Maßhaltigkeit zu gewährleisten.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Als überwiegend nicht wärmebehandelbare Legierung spricht 4017 nicht auf konventionelle Lösungsglühen plus künstliche Alterung an, wie es 6xxx- oder 7xxx-Serien tun. Versuche, eine T6-Wärmebehandlung anzuwenden, liefern nur begrenzte Festigkeitssteigerungen, da der Si-Gehalt und das Mg:Si-Verhältnis eine deutliche Mg2Si-Ausscheidungsverfestigung nicht begünstigen.

Kaltverfestigung ist der Hauptweg zur Festigkeitssteigerung bei 4017; kontrollierte Kaltumformung gefolgt von Stabilisierung oder mildem Überalterungsschritt (H2x–H3x-Zustände) wird eingesetzt, um Eigenschaften einzufrieren und natürliche Alterungseffekte zu minimieren. Vollständiges Glühen (O) stellt den weichsten, duktilsten Zustand für Umformoperationen her, und Spannungsarmglühungen reduzieren Eigenspannungen aus Umformung oder Schweißen. Für spezielle Einsatzbedingungen kann kontrollierte künstliche Alterung (T5/T4) genutzt werden, um Mikrostrukturen zu stabilisieren, erzielt aber nur moderate Festigkeitszunahmen.

Die Prozesskontrolle bei thermischen Zyklen – Schweißen, Löten oder wärmeeintragende Fertigungsschritte – ist wichtig, um eine Grobkörnigkeit der Siliziumpartikel zu vermeiden und Oberflächenqualität sowie Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.

Hochtemperatureigenschaften

Erhöhte Temperaturen reduzieren die Festigkeit von 4017 deutlich gegenüber Raumtemperaturwerten; die Einsatztemperaturgrenzen liegen typischerweise konservativ im Bereich von 100–150 °C für dauerbelastete Anwendungen. Oberhalb dieser Temperaturen können Silizium-Aluminium-Intermetallische Phasen und Dispersoide wachsen, was zu Einbußen bei Streckgrenze und Ermüdungsfestigkeit führt.

Die Oxidation von Aluminium ist selbstbegrenzend, daher ist die Skalenbildung im Vergleich zu Eisenwerkstoffen minimal, jedoch kann längere Hochtemperaturbelastung Rauheit und Versprödung feiner Bauteile fördern. Die wärmebeeinflusste Zone angrenzender Schweißnähte ist empfindlich gegenüber mikrostrukturellen Änderungen bei erhöhten Temperaturen, was lokale Zähigkeits- und Ermüdungsfestigkeitsverluste verursachen kann.

Für intermittierende Temperaturspitzen kann 4017 verwendet werden, wenn Festigkeitsverluste und mögliche Maßänderungen berücksichtigt werden; ingenieurtechnische Sicherheitsfaktoren und thermische Stabilisierungsschritte sollten für Hochtemperatureinsatz integriert werden.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 4017 verwendet wird
Automobilindustrie	Außenbleche, geschweißte Unterrahmen	Gute Umformbarkeit, Schweißbarkeit und moderate Festigkeit bei geringem Gewicht
Marine	Strukturhalterungen, nicht-kritische Rahmen	Ausgewogene Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit in Küstenumgebungen
Luft- und Raumfahrt	Sekundäre Befestigungen, innere Strukturträger	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Kompatibilität mit Schweiß-/Lötverfahren
Elektronik	Chassis und Wärmeverteiler	Gute Wärmeleitfähigkeit und einfache Fertigung bei kontrollierter Oberflächenqualität

4017 wird häufig dort eingesetzt, wo eine Kombination aus geschweißter Fertigung, Umformbarkeit und angemessener mechanischer Festigkeit gefordert ist, ohne die Komplexität wärmebehandelbarer Legierungen. Der Einsatz in sekundären Strukturbauteilen und gefertigten Baugruppen nutzt die ausgewogenen Eigenschaften und gute Verarbeitbarkeit.

Auswahlhinweise

4017 ist eine praktische Wahl, wenn Ingenieure eine hervorragende Schweißbarkeit und Lötverträglichkeit benötigen, gepaart mit vernünftiger Umformbarkeit und Festigkeit. Es eignet sich besonders gut dort, wo Fügevorgänge die Fertigung dominieren und großflächige Umform- oder Stanzarbeiten im geglühten Zustand erforderlich sind.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 4017 etwas elektrische Leitfähigkeit und maximale Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und verbesserte Beständigkeit gegen Heißrisse beim Schweißen ein. Gegenüber häufig verwendeten, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 4017 in der Regel verbesserte Schweißbarkeit und eine etwas höhere Festigkeit bei geschweißten oder gelöteten Baugruppen, während die Korrosionsbeständigkeit wettbewerbsfähig bleibt. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 4017 nicht die gleichen Spitzenfestigkeiten, wird jedoch bevorzugt, wenn schweißgetriebene Fertigung, geringere Anfälligkeit für HAZ-Aufweichung und einfachere Verarbeitung höhere Priorität als maximale Festigkeit haben.

Berücksichtigen Sie Kosten- und Verfügbarkeitsbeschränkungen: 4017 ist häufig in Blech- und Strangpressbeständen für Fertigungsbetriebe verfügbar, jedoch sollte ein Austausch stets durch Überprüfung der Lieferantenchemie und Prüfdaten der Werkstoffeigenschaften gegenüber den Anforderungen der Anwendung validiert werden.

Abschließende Zusammenfassung

4017 bleibt als siliziumhaltige, gewalzte Aluminiumlegierung relevant, da sie ein pragmatisches Gleichgewicht aus Schweißbarkeit, Umformbarkeit und moderater Festigkeit für fertigungslastige Anwendungen bietet. Die Materialchemie und Verarbeitungsflexibilität machen sie zu einer langlebigen Wahl, wenn Fügevorgänge, Herstellbarkeit und Korrosionsverhalten ausgewogen sein müssen, um den technischen und produktionstechnischen Anforderungen gerecht zu werden.