Aluminium 4032: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

4032 gehört zur 4xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die durch Silizium als Hauptlegierungselement gekennzeichnet sind. Es handelt sich hauptsächlich um eine Al-Si-Legierung, die für Anwendungen entwickelt wurde, bei denen ein reduzierter Wärmeausdehnungskoeffizient, gute Verschleißfestigkeit sowie Verträglichkeit mit Grauguss-Zylinderlaufbuchsen und anderen unterschiedlichen Werkstoffen erforderlich sind.

Die wesentlichen Legierungselemente umfassen Silizium (Si) im zweistelligen Gewichtsprozentbereich, mit moderaten Zusätzen von Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Magnesium (Mg), Chrom (Cr) und Spuren von Titan (Ti). Die Festigkeitssteigerung erfolgt hauptsächlich durch Wärmebehandlung (Lösungsglühen und künstliches Altern) und in geringerem Maße durch Mischkristallverfestigung und feine Si-Teilchenverteilung, nicht nur durch die klassische Ausfällung von Mg2Si.

Wesentliche Merkmale von 4032 sind eine erhöhte Zugfestigkeit in T6-ähnlichen Zuständen, eine vergleichsweise geringe thermische Ausdehnung im Vergleich zu vielen Aluminiumlegierungen, gute Verschleißeigenschaften und moderate Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen. Die Schweißbarkeit ist bei Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe sowie Vor- und Nachwärmebehandlung praktikabel, wohingegen die Umformbarkeit in den Spitzenhärten eingeschränkt ist – daher wird 4032 häufig in gewalzten, bearbeiteten oder gegossenen und bearbeiteten Komponenten eingesetzt und weniger für umfangreich kaltverformte Bleche.

Typische Einsatzbereiche umfassen die Automobilindustrie (Kolben und Hochverschleißteile), Luft- und Raumfahrtstrukturen und Bauteile, Antriebskomponenten sowie Spezialbearbeitungen für thermisches Management. Ingenieure wählen 4032, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus Festigkeit, dimensionsstabiler Temperaturbeständigkeit, reduzierter thermischer Ausdehnung und guter Zerspanbarkeit gegenüber höherfesten oder leichter umformbaren Alternativen verlangt wird.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Elongation	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; beste Umformbarkeit und Duktilität
H14	Mittel-Niedrig	Moderat	Gut	Gut	Durch Kaltumformung verfestigt für verbesserte Streckgrenze
T5	Mittel	Niedrig bis Moderat	Begrenzt	Gut	Abgekühlt aus erhöhtem Temperaturprozess und künstlich gealtert
T6	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Gut	Gelöst und künstlich gealtert zur Entwicklung der Höchstfestigkeit
T651	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Gut	T6 mit Spannungsabbau durch Dehnen zur Minimierung von Eigenspannungen

Der Zustand hat einen wesentlichen Einfluss auf das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität bei 4032. Geglühter Zustand (O) besitzt die beste Umformbarkeit und Dehnbarkeit, während T6/T651 die höchsten Festigkeits- und Härtewerte auf Kosten der Kaltumformbarkeit liefern.

Die Wahl des Zustands sollte nachfolgende Bearbeitungsschritte berücksichtigen: Für umfangreiche Umformung oder Tiefziehen sind O- oder leichte H-Zustände zu empfehlen, für zerspanende Bearbeitung oder Anwendungen, bei denen dimensionsstabile und verschleißfeste Eigenschaften wichtiger sind als Biegbarkeit, eignen sich T5/T6/T651.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	11,0 – 13,5	Hauptlegierungselement; verringert Wärmeausdehnung und verbessert Verschleißfestigkeit und Gießbarkeit
Fe	0,2 – 1,2	Verunreinigungselement; beeinflusst Intermetallische Phasen und kann die Duktilität beeinträchtigen
Mn	0,05 – 0,5	Beeinflusst Gefüge und kann Festigkeit und Zähigkeit verbessern
Mg	0,2 – 0,8	Ermöglicht Ausscheidungshärtung (Mg2Si in Verbindung mit Si)
Cu	0,2 – 1,2	Erhöht Festigkeit und Härte, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit leicht mindern
Zn	≤ 0,2	In der Regel gering; begrenzte Wirkung in diesem Legierungssystem
Cr	0,05 – 0,35	Körnerverfeinerer und Dispersoidbildner zur Verbesserung von Stabilität und Festigkeit
Ti	0,03 – 0,2	Körnerverfeinerer für Guss- und Umformverfahren
Sonstige / Al-Balance	Rest	Restbestandteile können je nach Hersteller Spuren von Ni, Pb oder Bi enthalten

Die siliziumreiche Zusammensetzung ist der dominierende Einflussfaktor für thermische Ausdehnung, Verschleißfestigkeit und Morphologie der Zweitphasenpartikel. Moderate Mg- und Cu-Gehalte ermöglichen Ausscheidungshärtung und höhere Festigkeit in wärmebehandelten Zuständen, während Spurenelemente wie Cr und Ti hauptsächlich die Kornstruktur verfeinern und die Stabilität der Eigenschaften während der Wärmebehandlung sichern.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugversuch zeigt 4032 einen deutlichen Unterschied zwischen geglühten und wärmebehandelten Zuständen. Im O-Zustand weist die Legierung moderate Zugfestigkeit und hohe Dehnbarkeit auf, was für Umformung und Biegen geeignet ist. In den Zuständen T6/T651 steigt die Zugfestigkeit erheblich durch Lösungsglühen und künstliches Altern an, verbunden mit verminderter Duktilität und geringerer Dehnung.

Die Streckgrenze folgt einem ähnlichen Muster: niedrig im geglühten Zustand, deutlich höher in den gehärteten Zuständen. Die Härte korreliert mit dem Zustand, wobei die Brinell-Härtewerte nach Lösungsglühen und dem Altern deutlich ansteigen. Die Ermüdungsbeständigkeit ist im Vergleich zu vielen Al-Mg-Legierungen oft günstig, da die dichten Si-Partikel und stabilen Dispersoide die Rissinitiierung unter zyklischer Belastung reduzieren.

Dicke, Bearbeitungsstand und Wärmebehandlungshistorie beeinflussen das mechanische Verhalten; dünne Querschnitte altern schneller und erreichen Spitzenwerte mit kürzeren Alterungszyklen, während dickere Querschnitte möglicherweise Rest-Spannungs- und Festigkeitsgradienten behalten. Thermische Belastung nahe oder über den Alterungstemperaturen kann durch Überalterung und Kornwachstum die Höchstwerte mindern.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z.B. T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~140–200 MPa (typisch)	~300–380 MPa (typisch)	T6-Werte sind prozess- und zusammensetzungsabhängig; angegebene Bereiche sind typisch
Streckgrenze	~60–120 MPa (typisch)	~220–320 MPa (typisch)	Festigkeitsanstieg ist der Hauptvorteil der T6/T651-Wärmebehandlung
Dehnung	~10–20%	~2–8%	Duktilität nimmt mit höherer Festigkeit deutlich ab
Härte	~40–70 HB	~85–120 HB	Härte korreliert mit Zugfestigkeit und Si-Partikelverteilung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,70 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; relevant für gewichtssensible Konstruktionen
Schmelzbereich	~575–615 °C	Durch eutektische Effekte des Siliziums liegt die Solidustemperatur unter der von reinem Aluminium
Wärmeleitfähigkeit	~120–160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al aufgrund der Legierung; dennoch gut für thermisches Management
Elektrische Leitfähigkeit	~25–40 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Si und andere Legierungselemente
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K	Typisch für Aluminium; ermöglicht schnelle thermische Anpassung
Wärmeausdehnung	~20–22 µm/m·K	Geringerer Ausdehnungskoeffizient als viele Aluminiumlegierungen aufgrund des hohen Si-Gehalts

Der hohe Siliziumgehalt verringert den Wärmeausdehnungskoeffizienten gegenüber Al-Mg- oder Al-Mn-Legierungen, eine wichtige Eigenschaft für dimensionsstabile Anwendungen bei erhöhten Temperaturen und Bauteile in Kontakt mit Eisenwerkstoffen. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind niedriger als bei hochreinem Aluminium, bleiben aber ausreichend, wenn strukturelle und thermische Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden müssen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,5 – 6 mm	Stärke bei dünnen Blechen wird durch Umformbarkeit begrenzt	O, H14, T5	Verwendet, wenn geringe Bearbeitung erforderlich ist oder für kaschierte/laminierte Anwendungen
Platte	6 – 50 mm	Dickere Querschnitte erfordern kontrolliertes Lösungsglühen für das Altern	O, T6, T651	Zerspante Bauteile werden oft aus Plattenmaterial gefertigt
Strangpressprofil	Profile bis zu mittleren Querschnitten	Eigenschaften hängen von Abkühlrate und nachfolgendem Altern ab	T5, T6	Verwendet für strukturelle Bauteile mit geringer Wärmeausdehnung
Rohr	Durchmesser variabel	Mechanische Leistung variiert mit Wandstärke	O, T6	Oft eingesetzt in Hydraulikarmaturen oder als Wärmetauscherrrohre bei Bearbeitung
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 200–300 mm	Homogene Eigenschaften nach Wärmebehandlung	O, T6, T651	Häufig verwendetes Ausgangsmaterial für Präzisionsbearbeitung und hochverschleißfeste Teile

Geschmiedete Produktformen werden je nach Endanwendung und erforderlichen mechanischen Eigenschaften ausgewählt. Blech und dünne Materialien werden bevorzugt, wenn Umformung notwendig ist, während Platten, Stäbe und Strangpressprofile hauptsächlich in Fällen verwendet werden, bei denen nachfolgende Zerspanung und Wärmebehandlung vorgesehen sind.

Unterschiede im Herstellungsprozess, wie Abkühlgeschwindigkeit nach Warmumformung und die Möglichkeit einer gleichmäßigen Lösungsglühbehandlung, machen es bei großen Querschnitten schwieriger, gleichmäßige T6-Eigenschaften zu erzielen. Zerspanbarkeit und dimensionsstabile Eigenschaften sprechen häufig für Stab- und Plattenmaterial bei Präzisionsteilen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	4032	USA	Standard ASTM/AA-Bezeichnung für diese Si-reiche umgeformte Legierung
EN AW	AlSi11Cu (ca.)	Europa	Im Wesentlichen vergleichbare Si-reiche umgeformte Legierungen vorhanden; keine exakte 1:1-Entsprechung in allen Fällen
JIS	A4032 (ca.)	Japan	JIS-Systeme umfassen ähnliche Al-Si-Mg-Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten für Kolben
GB/T	AlSi11Cu (ca.)	China	Chinesische Normen beinhalten Al-Si-Cu-Legierungen mit vergleichbaren Zusammensetzungsbereichen

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen sollten mit Vorsicht verwendet werden: Viele Normen kennzeichnen ähnliche Al-Si-Legierungen mit unterschiedlichen Grenzwerten für Spurenelemente oder abweichenden Verarbeitungsqualifikationen. Unterschiede in den zulässigen Cu-, Mg- und Verunreinigungsgehalten oder in der Verarbeitung (umgeformt vs. Druckguss) können zu Leistungsabweichungen führen. Beim Austausch zwischen regionalen Normen sollten stets die Wärmebehandlungspraktiken und mechanischen Eigenschaften sorgfältig verglichen werden.

Korrosionsbeständigkeit

4032 bietet eine moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, die typisch für Al-Si-Legierungen ist, und zeigt gute Leistungen in den meisten industriellen und urbanen Umgebungen. Die Legierung widersteht der allgemeinen Korrosion und erfordert bei vielen konstruktiven Anwendungen keine umfangreiche Oberflächenschutzbehandlung, obwohl Schutzbeschichtungen bei aggressiven oder langzeitigen Einsatzbedingungen häufig verwendet werden.

In maritimen Umgebungen ist 4032 mäßig tolerant gegenüber Spritzwasser- und atmosphärischer Salznebelbelastung, jedoch nicht so widerstandsfähig wie spezialisierte Al-Mg-Legierungen mit höherer Korrosionsbeständigkeit. Dauerhaftes Eintauchen in Meerwasser oder der Kontakt mit sauren Chloridlösungen beschleunigen Lochfraß und allgemeine Korrosion; daher werden Opferanoden oder Schutzbeschichtungen empfohlen.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist im Vergleich zu hochfesten Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen relativ gering, aber lokale anodische Auflösung an zugbeanspruchten Stellen kann in chloridehaltigen Umgebungen auftreten. Galvanische Wechselwirkungen mit Edelstahl und Kupfer sollten durch Materialtrennung oder kompatible Befestigungen vermieden werden; 4032 fungiert gegenüber vielen edlen Metallen als anodisches Element.

Im Vergleich zu 1xxx- und 5xxx-Serienlegierungen tauscht 4032 etwas allgemeine Korrosionsbeständigkeit gegen höhere Festigkeit und thermische Stabilität ein. Gegenüber 6xxx-Serienlegierungen ist die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit ähnlich, unterscheidet sich jedoch im Alterungsverhalten und den mikrostrukturellen Korrosionsmechanismen.

Fertigungseigenschaften

Schweißeignung

4032 lässt sich mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie TIG und MIG verbinden, sofern die besten Verfahren eingehalten werden. Schweißzusatzwerkstoffe mit hohem Siliziumgehalt, etwa Al-Si-Zusätze (z. B. ER4043), werden häufig empfohlen, um die Neigung zu Heißrissen zu verringern und die Fließfähigkeit des Schweißmetalls zu verbessern. Eine Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) ist bei wärmebehandelbaren Zuständen kritisch; lokales Überglühen oder Verlust der Lösungszustandsfestigkeit kann mechanische Eigenschaften in der Nahtumgebung beeinträchtigen.

Vorerwärmen, Zwischenlagentemperaturkontrolle und Nachwärmen sind in sicherheitsrelevanten Anwendungen sinnvoll, um Eigenschaften zu stabilisieren oder wiederherzustellen. Für Bauteile mit hohen Anforderungen werden mechanische Füge- oder Lötverbindungen oft bevorzugt, um Probleme der WEZ-Erweichung bei Schmelzschweißungen von wärmebehandelbaren Legierungen zu vermeiden.

Bearbeitbarkeit

4032 gilt aufgrund seines Siliziumgehalts und der stabilen Mikrostruktur als gut bis sehr gut bearbeitbar. Es lässt sich sauberer zerspanen und neigt weniger zur Spananhaftung im Vergleich zu vielen reinen Aluminiumwerkstoffen; mit Hartmetallwerkzeugen entstehen gut geformte Späne. Empfohlene Bearbeitungsparameter sind moderate bis hohe Drehzahlen, positiv gestellte Schneidenwinkel und Kühlung mittels Flutung oder Nebel zur Temperaturkontrolle und Späneförderung.

Als Werkzeugeinsatz eignen sich Hartmetall oder beschichtete Hartmetallwerkzeuge für hohe Produktivität; Schnellarbeitsstahl kann bei leichteren Bearbeitungen eingesetzt werden, verschleißt aber schneller. Hartmetallwerkzeuge minimieren den Flankenverschleiß und erhalten die Oberflächenqualität bei Dauerbearbeitung höherfester T6-Zustände.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im weichgeglühten O-Zustand ausgezeichnet und verschlechtert sich deutlich mit zunehmender Festigkeitsausprägung durch Wärmebehandlung. Minimale Biegeradien richten sich nach Zustand und Blechdicke; im O-Zustand sind enge Radien möglich, während T6-Bleche größere Radien und oft Zwischenspannungsabbau erfordern. Kaltumformung ist in T6 und T651 aufgrund geringer Duktilität eingeschränkt; daher empfiehlt sich die Umformung vor der Endwärmebehandlung oder im O-Zustand.

Für komplexe Formen bei hochfesten Endprodukten empfiehlt sich das Umformen im O-Zustand gefolgt von Lösungsglühen und Ausscheidungshärtung (sofern Bauteilgeometrie und Prozess dies zulassen) oder die Verwendung alternativer Legierungen mit besserer Kaltumformbarkeit.

Wärmebehandlungsverhalten

4032 ist eine wärmeverformbare Legierung, deren Wärmebehandlungszyklen die Si-Mg- (und teilweise Cu-) Chemie zur Ausscheidungshärtung nutzen. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen bei etwa 510–540 °C, um lösliche Phasen zu lösen, ohne ein Schmelzanfangen der Si-reichen Bestandteile zu verursachen. Ein schnelles Abschrecken im Wasser ist erforderlich, um einen übersättigten Festlösungszustand zu erhalten.

Künstliches Altern erfolgt üblicherweise im Bereich von 150–200 °C über mehrere Stunden, abhängig von Bauteildicke und gewünschten Eigenschaften; T5- und T6-Zustände entsprechen unterschiedlichen Prozessabläufen. Überalterung bei höheren Temperaturen oder längerer Dauer führt zum Wachstum der Ausscheidungen, vermindert die maximale Festigkeit, kann aber Zähigkeit und thermische Stabilität verbessern.

Übergänge zwischen den T-Zuständen erfordern sorgfältige Steuerung: Beim Abschrecken entstehen Verzug und Eigenspannungen, weshalb für bearbeitete Bauteile häufig T651 (Dehnen nach Abschrecken) spezifiziert wird, um Eigenspannungen zu minimieren. Die Lösungsglühung dicker Querschnitte erfordert kontrollierte Ofenprozesse und kann längere Einhaltezeiten für homogene Eigenschaften benötigen.

Hochtemperatureigenschaften

4032 zeigt eine abnehmende Festigkeit mit steigender Betriebstemperatur, wobei über ~150–200 °C, abhängig vom Zustand und der Verweildauer, ein deutlicher Festigkeitsverlust eintritt. Kurzzeitige Belastung bei erhöhten Temperaturen mindert die mechanische Integrität nicht zwingend, jedoch führt langfristiger Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen zu Überalterung und Mikrostrukturvergröberung, was Streckgrenze und Ermüdungswiderstand reduziert.

Oxidation ist unter typischen Betriebsatmosphären begrenzt, da Aluminium eine schützende Oxidschicht bildet, aber bei höheren Temperaturen und in aggressiven oxidierenden oder sulfidierenden Umgebungen kann der Oberflächenangriff beschleunigt werden. Wärmeeinflusszonen in Schweißnähten sind besonders anfällig für Versprödung und Eigenschaftsverschlechterung, wenn sie Temperaturen nahe der Alterung ausgesetzt werden.

Konstrukteure sollten Kriechverhalten und thermische Stabilität beachten, wenn sie 4032 für dauerhaft hohe Temperaturen spezifizieren; für kontinuierlichen Hochtemperatureinsatz sind andere Legierungen mit speziell angepasster Hochtemperaturfestigkeit oft besser geeignet.

Anwendungsbereiche

Industrie	Beispiel-Komponente	Warum 4032 verwendet wird
Automobilindustrie	Kolben (für Leistungs- und Dieseltriebwerke)	Niedrige thermische Ausdehnung, Verschleißfestigkeit und gute Bearbeitbarkeit für präzise tolerierte Bauteile
Schiffbau	Ventilkomponenten und Armaturen	Mäßige Korrosionsbeständigkeit und dimensionsstabile Eigenschaften bei schwankenden Temperaturen
Luft- und Raumfahrt	Fittings, Halterungen und thermisch gesteuerte Bauteile	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, thermische Stabilität und Bearbeitbarkeit für Präzisionsteile
Elektronik	Kühlkörper und Gehäuse	Ausgewogenes Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit und einfacher Bearbeitung für gekühlte Gehäuse

4032 wird häufig für Bauteile ausgewählt, die eine Kombination aus dimensionsstabiler Ausdehnung, hoher Verschleißfestigkeit und guter Bearbeitbarkeit erfordern, anstatt maximaler Zugfestigkeit. Die Verwendung bei Automobilkolben ist ein klassisches Beispiel, bei dem die Kontrolle der thermischen Ausdehnung und die Bearbeitung dünnwandiger Bauteile mit engen Toleranzen entscheidend sind.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 4032, wenn Ihr Design eine relativ hohe Festigkeit in Kombination mit reduziertem Wärmeausdehnungskoeffizienten und guter Bearbeitbarkeit für Präzisionsteile benötigt. Es ist besonders geeignet, wenn eine Angleichung der Ausdehnung an Gusseisen oder ähnliche Werkstoffe erforderlich ist, um Temperaturbedingte Maßänderungen gering zu halten.

Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium (1100) tauscht 4032 Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und geringere thermische Ausdehnung ein. Gegenüber Kaltumformlegierungen wie 3003 oder 5052 bietet 4032 erheblich höhere Festigkeit und bessere thermische Stabilität, aber etwas geringere Umformbarkeit und teils anderes Korrosionsverhalten. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 weist 4032 bei einigen Zuständen eine niedrigere Höchstzugfestigkeit auf, bietet jedoch vorteilhafte niedrige thermische Ausdehnung und verbesserte Verschleißfestigkeit, was den Einsatz für Kolben und thermisch beanspruchte Bauteile rechtfertigt.

Berücksichtigen Sie Kosten und Verfügbarkeit bei der Auswahl von 4032; es ist in den Märkten für Bleche und Profile nicht so verbreitet wie 6xxx-Legierungen. Daher sollten Versorgungskette und Fertigungskapazitäten (Wärmebehandlung und Zerspanung) frühzeitig im Entwicklungsprozess geprüft werden.

Abschließende Zusammenfassung

4032 bleibt im modernen Engineering relevant, da es eine einzigartige Kombination aus niedriger thermischer Ausdehnung, guter Verschleißleistung und starker Bearbeitbarkeit mit wärmebehandelbarer Festigkeit bietet. Für Bauteile, die enge Maßtoleranzen unter thermischem Zyklusschwankungen halten und gleichzeitig zuverlässige bearbeitbare Oberflächen erfordern, ist 4032 häufig die pragmatische Wahl.