Aluminium 4043: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

4043 gehört zur 4xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die Silizium enthalten und primär für Schweißanwendungen sowie verbesserte Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand ausgelegt sind. Die 4xxx-Familie ist keine wärmebehandelbare Serie; die Festigkeitssteigerung erfolgt durch Mischkristalleffekte der Legierungselemente und durch Kaltverfestigung bei Kaltumformung.

Das Hauptlegierungselement in 4043 ist Silizium (Si), üblicherweise im Bereich von 4,5–6,0 Gew.-%, mit geringen Eisenanteilen und Spuren von Ti sowie weiteren Elementen als Kornfeinungsmittel. Silizium senkt den Schmelzbereich, verbessert die Gießbarkeit und die Fluidität der Schweißnaht und verringert die Neigung zu Heißrissen beim Schmelzschweißen.

Wesentliche Eigenschaften von 4043 sind moderate Zugfestigkeit, ausgezeichnete Schweißbarkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und akzeptable Umformbarkeit im geglühten Zustand. Es wird häufig als Fülllegierung für MIG-/TIG-Schweißen von Aluminium verwendet und auch als Halbfabrikat für nicht-strukturelle Bauteile geliefert, bei denen Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit.

Typische Einsatzbranchen für 4043 sind die Automobilfertigung (Schweißdraht und Löten), Haushaltsgeräteherstellung, allgemeine Fertigung sowie elektrische/elektronische Baugruppen, bei denen gute Leitfähigkeit und saubere Schweißnähte gefordert sind. Ingenieure wählen 4043 gegenüber Alternativen, wenn Fließfähigkeit, geringe Heißrissneigung und Kompatibilität mit aluminiumoxidkontrollierten Schweißbädern Vorrang vor maximalen mechanischen Eigenschaften haben.

Ausführungsvarianten (Tempers)

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Gering	Hoch (15–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, beste Umformbarkeit und Duktilität
H14	Moderat	Niedrig–Moderat (3–10%)	Akzeptabel	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt auf Viertelhärte, erhöht die Streckgrenze
H18	Moderat–Hoch	Niedrig (≈3%)	Begrenzt	Ausgezeichnet	Voll kaltverfestigter Zustand für höhere Festigkeit
T4	Gering–Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Lösungsgeglüht und natürlich ausgereift; für 4043 selten, aber bei einigen Halbfabrikaten vorhanden
T5 / T6 / T651	Nicht anwendbar / Variabel	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Ausgezeichnet	Typische T5/T6-Temperzustände sind für 4043 nicht Standard, da es sich nicht um eine klassisch ausscheidungshärtbare Legierung handelt; Angaben deuten auf begrenzte oder spezialisierte Bearbeitung hin

Der Temperzustand beeinflusst hauptsächlich die Duktilität, Streckgrenze und Umformbarkeit von 4043. Geglüht (O) bietet die höchste Dehnung und einfachste Umformung, während H- und kaltverfestigte Tempers Duktilität zugunsten höherer Streckgrenzen und Härte tauschen.

Die Verarbeitungstemper beeinflusst außerdem das Schweißverhalten und die Empfindlichkeit gegenüber Eigenspannungen; weichere Tempers reduzieren die Rissbildungstendenz in geschweißten Baugruppen und werden für komplexe Umformungen vor dem Schweißen bevorzugt.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	4,5–6,0	Hauptelement; verbessert Fluidität und senkt Schmelzbereich
Fe	≤0,8	Häufige Verunreinigung; bildet Intermetallische Verbindungen, die Oberfläche und mechanische Streuung beeinflussen
Mn	≤0,05	Typisch minimal; geringer Festigkeitsbeitrag
Mg	≤0,05	Gering; 4043 ist nicht für Mg-basierte Ausscheidungshärtung ausgelegt
Cu	≤0,2	Niedrig gehalten für Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit
Zn	≤0,25	Geringe Verunreinigung; kaum Einfluss bei diesen Konzentrationen
Cr	≤0,05	Spurenelement; kann zur Verunreinigungskontrolle genutzt werden
Ti	≤0,20	Wird häufig als Kornfeinungsmittel in Guss- und Schweißfüllungen zugesetzt
Sonstige / Rest Al	Rest	Aluminium bildet die Basis mit kontrollierten Spurenelementen gemäß Spezifikation

Das Verhalten von 4043 wird vor allem vom Silizium bestimmt: Es senkt die Liquidustemperatur und erhöht die Fließfähigkeit der Schmelze, was das Schmelzschweißen verbessert und die Neigung zu Erstarrungsrissen reduziert. Die geringfügigen Elemente werden kontrolliert, um schädliche intermetallische Phasen zu minimieren und die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten; Ti und geringe Zusatzmengen werden gezielt als Kornfeinungsmittel zur Mikrostrukturverbesserung in Guss- und Schweißauftragsschichten eingesetzt.

Mechanische Eigenschaften

4043 zeigt typisches Zugverhalten nicht wärmebehandelbarer Al-Si-Legierungen: moderate Zug- und Streckgrenzen mit relativ hoher Duktilität im geglühten Zustand. Das Streckverhalten wird stark vom Temperzustand und der Kaltverfestigung beeinflusst; kaltverfestigtes (H-Zustand) Material kann für strukturell nicht-kritische Anwendungen ausreichende Streckgrenzen erreichen, während geglühtes Produkt dort eingesetzt wird, wo Umformbarkeit gefragt ist.

Die Bruchdehnung ist im O-Temperzustand hoch und fällt mit zunehmender Kaltverfestigung deutlich ab. Die Härte korreliert mit dem Temperzustand – geglüht ist sie niedrig, H-Tempers zeigen höhere Härte und damit verbundene geringere Dehnung. Die Ermüdungsfestigkeit ist moderat und stark abhängig vom Oberflächenzustand, dem Wärmeeinflussbereich durch Schweißen sowie Vorhandensein von Guss- oder Schweißporosität.

Die Dicke hat einen messbaren Einfluss: Dünnere Querschnitte können aufgrund von Kaltwalzen und Bearbeitungshistorie etwas höhere Zugfestigkeiten erreichen, während dicke Bauteile und Schweißauftragsschichten geringere Eigenschaften und größere mikrostrukturelle Heterogenität aufweisen können. Oberflächenbeschaffenheit und Eigenspannungen aus Umformung/Schweißen beeinflussen ebenfalls maßgeblich die Ermüdungsfestigkeit und Rissinitiierung.

Eigenschaft	O / Geglüht	Wesentlicher Temper (z. B. H14/H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	≈80–140 MPa	≈120–200 MPa (je nach Kaltverfestigung)	Große Bandbreite je nach Bearbeitungsweg; Zugfestigkeit der Schweißnaht kann abweichen
Streckgrenze	≈30–80 MPa	≈90–160 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung
Dehnung	≈15–30%	≈3–10%	Duktilität nimmt durch Kaltverfestigung ab
Härte (HB)	≈25–50 HB	≈50–85 HB	Härte variiert mit Temper und vorheriger Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; relevant für Massenberechnung
Schmelzbereich	≈577–613 °C (Solidus–Liquidus)	Si senkt den Solidus im Vergleich zu reinem Al; tatsächlicher Bereich variiert mit Si-Gehalt
Wärmeleitfähigkeit	≈120–160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al durch Legierung; dennoch gut für Wärmemanagement
Elektrische Leitfähigkeit	≈30–45 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Al; Schweißauftrag und Mikrostruktur beeinflussen die Leitfähigkeit zusätzlich
Spezifische Wärmekapazität	≈0,9 J/g·K (900 J/kg·K)	Typisch für Aluminium; schwacher Einfluss durch Legierungselemente
Wärmeausdehnung	≈23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Typischer linearer Ausdehnungskoeffizient für Aluminiumlegierungen; wichtig für thermische Spannungsberechnung

Das physikalische Eigenschaftsprofil von 4043 macht es geeignet für thermische und elektrische Anwendungen, bei denen moderate Leitfähigkeit und geringe Dichte von Vorteil sind. Die Wärmeleitfähigkeit reicht für viele Wärmeleit- und Wärmeübertragungsanwendungen aus, aber Planer sollten die Verringerung gegenüber reinem Aluminium bei exakter thermischer Simulation berücksichtigen.

Der verringerte Schmelzbereich und die verbesserte Fließfähigkeit durch Silizium sind entscheidende Voraussetzungen für Schweiß- und Gießprozesse und beeinflussen die Erstarrungskinetik sowie die Neigung zu Heißrissen beim Schmelzschweißen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Tempers	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Geringere Festigkeit im O-Zustand; kann kaltverfestigt werden	O, H14	Verwendet für Verkleidungen, Gehäuse und Anwendungen mit erforderlicher Umformbarkeit
Platte	6–50 mm	Moderne Festigkeit; dickere Querschnitte zeigen mikrostrukturelle Gradienten	O, gewalzt	Weniger gebräuchlich für Strukturplatten aufgrund begrenzter Höchstfestigkeit
Profil	Komplexe Profile, 1–50 mm Querschnitt	Variiert mit Profil und Kaltverfestigung	O, H-Zustände	Profile werden verwendet, wo Schweißbarkeit und Formgenauigkeit zählen
Rohr	Ø wenige mm bis große Durchmesser	Festigkeit variiert mit Wandstärke und Temper	O, H	Verwendet für Fluidförderung und nicht-strukturelle Rohrleitungen
Stab/Rundstahl	2–50 mm	In der Regel moderate Festigkeit; oft als Schweißdraht verwendet	O, gezogen	Gängige Form für Schweißdraht und Lötstäbe

Halbfabrikate aus 4043 werden so verarbeitet, dass Schweißbarkeit und Umformbarkeit betont werden; Bleche und Profile werden häufig geglüht, um Umformung und anschließendes Schweißen zu erleichtern. Kaltverfestigung kann eingesetzt werden, um die Festigkeit bei nicht-kritischen Strukturbauteilen zu erhöhen, wobei der Verlust an Duktilität abzuwägen ist.

Schweißqualitätsprodukte und Stab-/Drahtformen von 4043 werden mit kontrollierter Chemie und Kornfeinung hergestellt, um die Fließfähigkeit der Schmelze zu maximieren, Porosität zu reduzieren und die Bildung von Erstarrungsrissen bei Schmelzschweiß- und Lötverbindungen zu minimieren.

Entsprechende Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	4043	USA	Bezeichnung der Aluminum Association; häufig in Spezifikationen referenziert
EN AW	4043	Europa	Oft als EN AW-4043 oder AlSi5 mit ähnlichem chemischem Bereich angegeben
JIS	A4043 / AlSi5	Japan	Japanische Industriestandards verwenden ähnliche Al–Si-Bezeichnungen; genaue Bezeichnung kann variieren
GB/T	4043	China	Chinesische GB/T-Bezeichnungen entsprechen weitgehend den AA/EN-Chemien für Al–Si-Schweißlegierungen

Die Äquivalenz ist ungefähr, da Fertigungsverfahren, Reinheitsgrenzen und zugelassene Spurenlegierungen je nach regionalem Standard variieren können. Ingenieure sollten für kritische Anwendungen die Lieferantenzertifikate mit Analyseergebnissen überprüfen und sich kleiner zulässiger Abweichungen bei Fe, Ti und Spurenelementen bewusst sein, die Schweiß- und Gießeigenschaften beeinflussen können.

Korrosionsbeständigkeit

4043 weist eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, wie sie typisch für Aluminiumlegierungen ist, wenn die Legierung mit Luft oder leicht korrosiven Umgebungen in Kontakt kommt. Die Legierung bildet eine stabile Aluminiumoxid-Schicht, die eine Passivierung bewirkt; der Siliziumgehalt beeinträchtigt die passive Schicht unter normalen Bedingungen nicht erheblich.

In marinen oder chloridhaltigen Umgebungen ist 4043 mäßig beständig, bleibt jedoch bei galvanischer Verbindung mit edleren Metallen oder bei geschädigten Beschichtungen anfällig für lokalen Angriff. Die Lochfraßbeständigkeit ist aufgrund des geringen Kupfergehalts besser als bei einigen hochfesten Legierungen, jedoch nicht so robust wie bei spezialisierten Marinelegierungen unter aktivem Salznebel.

Die Neigung zu Spannungsrisskorrosion ist bei 4043 im Vergleich zu hochfesten, wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen gering; jedoch können Schweißwärme beeinflusste Zonen (HAZ) und Zug-Ruhedrücke lokal Korrosionsrisse begünstigen. Konstrukteure sollten bei Anwesenheit unterschiedlicher Metalle Beschichtungen, kathodischen Schutz und Isolationsmaßnahmen zur Minimierung galvanischer Angriffe in Betracht ziehen.

Gegenüber den Legierungen der 2xxx- und 7xxx-Reihen bietet 4043 aufgrund seines niedrigen Cu- und hohen Si-Gehalts eine überlegene allgemeine Korrosionsbeständigkeit; im Vergleich zu Legierungen der 5xxx-Reihe ist die Leistung bei vielen atmosphärischen Bedingungen ähnlich, jedoch haben 5xxx-Legierungen mit höherem Mg-Gehalt meist bessere Seewasserbeständigkeit im Strukturdienst.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

4043 ist eine der bevorzugten Schweißzusatzlegierungen für Aluminium aufgrund seines hohen Siliziumanteils, der eine ausgezeichnete Schmelzfließfähigkeit und eine geringe Neigung zu Heißrissen bietet. Die Legierung eignet sich gut für MIG (GMAW) und TIG (GTAW) Verfahren und ist Standard bei Aluminium-zu-Aluminium-Schweißungen, wenn ein weicheres, duktiles Schweißgut akzeptabel ist. Das Risiko von Heißrissen ist im Vergleich zu vielen anderen Zusatz- oder Grundwerkstoffkombinationen gering, aber Schweißporosität und Wasserstoffaufnahme müssen dennoch kontrolliert werden.

Zerspanbarkeit

Geschmiedetes 4043 zeigt eine moderate Zerspanbarkeit; es lässt sich leichter bearbeiten als hochfeste wärmebehandelte Legierungen, ist jedoch durch die abrasiven Siliziumpartikel etwas härter als reines Aluminium. Einsatz von Hartmetallwerkzeugen mit positivem Spanwinkel sowie eine stabile Werkzeugaufspannung werden für eine vorhersehbare Spanbildung empfohlen. Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten optimiert werden, um Schneidkantenaufbau zu vermeiden und die abrasiven Siliziumpartikel zu bewältigen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im weichgeglühten O-Zustand exzellent, mit engen Biegeradien möglich, vor allem bei dünnen Blechdicken; typische minimale Innenbiegeradien liegen je nach Werkzeug und Zustand im Bereich von 1–3× Blechdicke. Kaltumformung erhöht die Festigkeit, reduziert jedoch die Umformbarkeit, weshalb das Umformen meist im O-Zustand oder mit Zwischenweichglühungen erfolgt. Bei starken Umformungen ist auf Rückfederverhalten und die mögliche Entstehung von Oberflächenrissen in stark kaltverfestigten H-Zuständen zu achten.

Verhalten bei Wärmebehandlung

4043 ist nominell eine nicht wärmebehandelbare Legierung; sie spricht nicht auf die konventionellen Lösungsbehandlungs- und künstlichen Auslagerungsverfahren an, wie es bei den 6xxx- oder 7xxx-Reihen üblich ist. Versuche einer T6-Aushärtung führen nur zu begrenzter Ausscheidungshärtung, da Mg- und Cu-Gehalte für eine signifikante Alterung zu niedrig sind.

Die Lösungsglühen kann die Mikrostruktur homogenisieren und Ausscheidungen in Gussformen auflösen, aber nachfolgende Aushärtungen bewirken nur geringe Eigenschaftsänderungen. Das Weichglühen (O-Zustand) ist der übliche Wärmebehandlungsprozess zur Wiederherstellung der Duktilität und Spannungsreduzierung; typische Glühzyklen liegen im Bereich von 300–400 °C, abhängig von Produktform und gewünschter Weichheit.

Kaltverfestigung (H-Zustände) stellt den hauptsächlichen Weg zur zusätzlichen Festigkeitssteigerung nach der Umformung dar. Die Verfestigung erhöht Streckgrenze und Härte, muss jedoch gegen verminderte Dehnung und eine höhere Bruchanfälligkeit bei zyklischer Belastung abgewogen werden.

Leistungen bei erhöhter Temperatur

Wie die meisten Aluminiumlegierungen verliert 4043 mit steigender Betriebstemperatur oberhalb des Umgebungstemperaturbereichs erheblich an Festigkeit. Nützliche Werkstoffeigenschaften nehmen ab ca. 150–200 °C deutlich ab, und Langzeiteinwirkung nahe dem Schmelzpunkt verschlechtert die mechanische Integrität. Oxidation bei hohen Temperaturen beschränkt sich auf die Bildung einer stabilen Aluminiumschicht, jedoch können Aufskalierungen und Versprödungsmechanismen in aggressiven Atmosphären auftreten.

Die schweißnahe Wärmeeinflusszone zeigt metallurgische Veränderungen mit örtlicher Erweichung oder Grobkörnigkeit; während das 4043-Schweißgut selbst duktil bleibt, kann die HAZ reduzierte Eigenschaften aufweisen, die die Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen einschränken. Für dauerhafte Anwendungen bei hohen Temperaturen sollten speziell für Kriechbeständigkeit entwickelte Legierungen gewählt werden.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Grund für Einsatz von 4043
Automobil	Dekorative Zierleisten und geschweißte Baugruppen	Hervorragende Schweißbarkeit und gute Oberflächenqualität nach dem Schweißen
Marine	Nicht-strukturelle Verkleidungen, Schweißzusatz für Baugruppen	Gute Korrosionsbeständigkeit und geringe Heißrissneigung in Schweißnähten
Luft- und Raumfahrt	Schweißzusatz für Aluminium, Reparaturstäbe	Kompatibilität mit Aluminiumgrundwerkstoffen und kontrollierbare Schweißmetallmikrostruktur
Elektronik	Sammelschienen, Gehäuse, Wärmeableiter-Komponenten	Günstiges Verhältnis von Leitfähigkeit und geringer Dichte
Haushaltsgeräte	Kochgeschirr und Gehäuseteile	Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit

4043 wird überwiegend als Schweißdraht und Schweißstab eingesetzt und nicht als primäre Strukturlegierung; seine Rolle in Baugruppen besteht häufig darin, zuverlässige Schmelzverbindungen zu ermöglichen und ein duktiles Schweißgut bereitzustellen, das thermische Belastungen verträgt. Die Kombination aus Fließfähigkeit, geringem Rissrisiko und angemessener Korrosionsbeständigkeit gewährleistet seine breite Anwendbarkeit bei nicht-kritischen Struktur- und Gehäuseteilen.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 4043, wenn Schweißverträglichkeit, Schmelzfließfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit. Es ist ein exzellenter Zusatzwerkstoff für den allgemeinen Aluminium-Schweißbetrieb und für Komponenten, bei denen Umformbarkeit und ein duktiles Schweißgut erforderlich sind.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 4043 etwas elektrische Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen erhöhte Festigkeit und deutlich verbesserte Schmelzfließfähigkeit ein. Gegenüber kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 4043 meist ähnliche oder etwas geringere Festigkeit, dafür aber verbesserte Schweißbarkeit und geringere Heißrissneigung; die Korrosionsbeständigkeit ist vergleichbar oder leicht besser, abhängig von der Umgebung. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 wird 4043 gewählt, wenn keine Spitzenfestigkeit benötigt wird, aber Schweißbarkeit, Zusatzstoffkompatibilität und reduziertes Rissrisiko im Vordergrund stehen.

Bei Beschaffungs- und Konstruktionsentscheidungen sollten Verfügbarkeit der Zusatzformen, Kostenvorteile bei Schweißprozessen und mögliche mechanische Anforderungen nach dem Schweißen berücksichtigt werden, die eventuell eine höherfeste Alternative oder eine konstruktive Lösung erfordern.

Abschließende Zusammenfassung

4043 bleibt in der modernen Technik relevant, da es ein vorhersehbares, niedrig rissanfälliges Schweißmetall mit guter Korrosionsbeständigkeit und angemessenem mechanischem Verhalten für eine breite Palette nicht-kritischer Struktur- und Gehäuseanwendungen bietet und somit eine Standardlegierung für Schweißen, Fertigung und allgemeine Aluminium-Komponenten darstellt.