Aluminium 4044: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Legierung 4044 gehört zur 4xxx-Aluminiumlegierungsserie, welche Silizium (Si) als Hauptlegierungselement in der Schmiedefamilie enthält. Der Siliziumgehalt ist im Vergleich zu den 1xxx–3xxx Serien hoch und die Legierung wird als nicht wärmebehandelbare Legierung eingestuft, die ihre mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch Festigkeitssteigerung infolge der festen Lösung und Kaltverfestigung erhält.

Die wichtigsten Legierungselemente sind Silizium mit kleinen kontrollierten Beimischungen oder Grenzwerten von Eisen, Mangan und Spurenelementen; Kupfer- und Magnesiumgehalte sind typischerweise sehr gering. Die Si-reiche Zusammensetzung verbessert die Gießbarkeit und Schweißbarkeit und verändert gleichzeitig das Schmelzverhalten und die Fügeeigenschaften der Legierung.

Wesentliche Merkmale von 4044 sind moderate Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit in vielen atmosphärischen und mild wässrigen Umgebungen, ausgezeichnete Schweißbarkeit sowie eine vernünftige Umformbarkeit im geglühten Zustand. Typische industrielle Anwendungen umfassen Karosserieteile im Automobilbau, Löt- und Fügeanwendungen, Wärmetauscher, elektrische Komponenten sowie allgemeine Strukturextrusionen, bei denen gute Fließeigenschaften und Füllkompatibilität wichtig sind.

Ingenieure entscheiden sich für 4044 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus Schweißbarkeit, Lötleistung und Korrosionsbeständigkeit gefordert wird, ohne die Kosten, Prozesskomplexität oder reduzierte Duktibilität, die viele wärmebehandelbare Legierungen mit sich bringen. Der Siliziumanteil verbessert die Fließfähigkeit und reduziert Heißrisse während des Schweißens und Lötens, weshalb die Legierung bevorzugt für Füge- und Füllanwendungen eingesetzt wird.

Ausführungen (Temper)

Ausführung	Festigkeitsniveau	Elongation	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Voll geglüht, beste Duktibilität und Umformbarkeit
H12 / H14 / H16	Moderat	Moderat	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigte Zustände; von leichter bis mittlerer Kaltverfestigung erhältlich
H18 / H24	Höher	Vermindert	Eingeschränkt	Gut	Stärkere Kaltverfestigung für höhere Festigkeit, wenn Umformbarkeit weniger kritisch ist
T (z.B. T4/T5/T6)	Nicht anwendbar / Eingeschränkt	Keine Angabe	Begrenzt	Keine Angabe	4xxx-Legierungen sind konventionell nicht wärmebehandelbar; T-Zustände selten oder bezogen auf spezifische Prozesse

Die Ausführung hat einen starken, vorhersehbaren Einfluss auf die Leistung von 4044, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist und ihre erhöhte Festigkeit vorwiegend durch Kaltumformung erhält. Der Übergang von O- zu H-Zuständen erhöht Streck- und Zugfestigkeit auf Kosten von Duktibilität und Umformbarkeit, was sich direkt auf Biegeradien und Umformgrenzen auswirkt.

Für Schweiß- und Lötarbeiten wird bevorzugt geglühtes (O) Material verwendet, um vor dem Fügen eine gute Biegbarkeit zu gewährleisten und Eigenspannungen in Schweißzonen zu minimieren; H-Zustände kommen zum Einsatz, wenn eine höhere Auslieferfestigkeit erforderlich ist und Nachumformungen begrenzt sind.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	4,0 – 6,0	Hauptelement; verbessert Fließfähigkeit, senkt Schmelzbereich
Fe	≤ 0,7	Häufige Verunreinigung; beeinflusst Festigkeit und Bildung von Intermetallischen Phasen
Mn	≤ 0,5	Kleine Zusätze verfeinern das Korn und verbessern leicht die Festigkeit
Mg	≤ 0,20	Typischerweise gering; höherer Mg-Gehalt untypisch für 4044
Cu	≤ 0,20	Generell niedrig, um Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit zu erhalten
Zn	≤ 0,10	Niedrig; kein signifikantes Festigungselement
Cr	≤ 0,10	Spurenelement zur Kornstabilität
Ti	≤ 0,20	Typischerweise als Kornfeinungsmittel in einigen Produktformen vorhanden
Sonstige (jeweils)	≤ 0,05	Rest- und Spurenelemente; Rest Aluminium

Die Siliziumkonzentration ist der dominierende Faktor für die Mikrostruktur, das Solidus-Liquidus-Verhalten und die Bildung siliziumreicher Phasen in 4044. Kleine Eisen- und Mangananteile führen zur Bildung von Intermetallischen Phasen, die temperaturempfindliche Eigenschaften und Bearbeitbarkeit beeinflussen, während absichtlich niedrige Gehalte an Mg und Cu die Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit sichern. Die Gesamtleistung ergibt sich aus der Si-gestützten Festigkeitssteigerung durch feste Lösung plus der Mikrostrukturkontrolle mittels thermo-mechanischer Verarbeitung.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 4044 entspricht typischen nicht wärmebehandelbaren Al-Si-Legierungen: relative hohe Duktibilität im geglühten Zustand und zunehmend höhere Streck- und Zugfestigkeiten mit zunehmender Kaltverfestigung. Die Streckgrenze ist im O-Zustand niedrig, steigt aber deutlich mit H-Zuständen; die Dehnung ist im O-Zustand am höchsten und nimmt mit steigender Kaltverfestigung ab. Die Härte folgt einem ähnlichen Trend; H-Zustände zeigen höhere Härte durch Versetzungsakkumulation und eventuell feine Ausscheidungen von Fremdphasen.

Die Ermüdungsfestigkeit ist moderat und stark abhängig von Oberflächenqualität, Blechdicke sowie Zustand der Eigenspannungen, die durch Umformung oder Schweißen induziert wurden. Dünnere Materialien zeigen bei unzureichendem Entgraten und Spannungsabbau tendenziell geringere Ermüdungslebensdauer; Schweiß-Wärmeeinflusszonen und Verunreinigungen aus dem Herstellprozess können Keimbildungsstellen für Ermüdungsrisse sein. Konstrukteure müssen das dickenauswirkungsabhängige Verhalten und den Einfluss von Schweiß- oder Lötverbindungen auf die Zykluslebensdauer berücksichtigen.

Mikrostrukturheterogenitäten, z.B. durch Gießen oder Strangpressen, wie die Verteilung von Si-Partikeln, beeinflussen Bearbeitbarkeit und Verschleißfestigkeit; dickere Querschnitte behalten grobere Si-Partikel und veränderte Duktibilität im Vergleich zu dünnem, kaltgewalztem Blech mit H-Zuständen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Temper (z.B. H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	70 – 110 MPa (typisch)	130 – 180 MPa (typisch)	Werte variieren mit Ausführung und Dicke; H-Zustände deutlich höher
Streckgrenze	30 – 60 MPa (typisch)	100 – 150 MPa (typisch)	Streckgrenze steigt stark mit Kaltumformung
Dehnung	20 – 35 %	5 – 15 %	Duktibilität nimmt durch Kaltverfestigung ab
Härte (HB)	25 – 40 HB	55 – 75 HB	Brinell als Vergleichsmaß; variiert mit Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; relevant für Masse- und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich	≈ 577 – 635 °C	Eutektisch beeinflusster Schmelzbereich durch Si; exakter Bereich abhängig vom Si-Gehalt
Wärmeleitfähigkeit	≈ 120 – 160 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium; Silizium und Verunreinigungen verringern die Leitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit	≈ 35 – 55 % IACS	Legierungselemente verringern Leitfähigkeit im Vergleich zur 1xxx-Serie
Spezifische Wärme	≈ 880 – 910 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Thermische Ausdehnung	≈ 23 – 24 ×10⁻⁶ /K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen, wichtig für thermisches Design bei unterschiedlichen Werkstoffen

Die physikalischen Eigenschaften machen 4044 geeignet für Anwendungen, bei denen gute Wärmeleitfähigkeit erwünscht ist, während absolute elektrische Leitfähigkeit keine Priorität hat. Die Werte für thermische Ausdehnung und Leitfähigkeit sind wichtig beim Design von Wärmetauschern, Gehäusen für Elektronik oder Mehrwerkstoffbaugruppen zur Steuerung differenzieller Ausdehnung. Der relativ niedrige Schmelzbeginn durch Si-Eutektika beeinflusst zudem die zulässigen Verarbeitungsfenster beim Schweißen, Löten und Gießen/Fügen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	0,3 – 6,0 mm	Gleichmäßig; reagiert auf Kaltumformung	O, H14, H24	Verwendet für Verkleidungen, Kühlkörper, Lötbleche
Platte	6 – 25 mm	Geringfügig geringere Kaltverfestigung	O, H18	Stärkeres Material, grobkörnige Si-Verteilung kann Zähigkeit mindern
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter	Gute richtungsbezogene Festigkeit	O, H14	Si fördert Fließverhalten und Oberflächenqualität beim Strangpressen
Rohr	Verschiedene Außendurchmesser/Wandstärken	Ähnliches Verhalten wie Blech	O, H14	Verwendet für gelötete Wärmetauscher und Strukturrohre
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis ca. 100 mm	Höhere Festigkeit im as-extrudierten Zustand	O, H12	Oft eingesetzt für nachfolgende Zerspanung oder Schmieden

Die Verarbeitungsunterschiede zwischen Blech, Strangpressprofil und Platte werden durch Kühlraten und Bearbeitungszyklen gesteuert, die die Si-Partikelverteilung und Korngröße beeinflussen. Dünnbleche im Kaltumformzustand (H-Zustände) weisen eine höhere Festigkeit und geringere Dehnung als geglühte Platten auf. Stranggepresste Formen nutzen die durch Silizium bewirkte Fließverbesserung, um komplexe dünnwandige Querschnitte herzustellen und dabei Oberflächenqualität sowie Maßhaltigkeit für nachfolgende Umform- oder Fügeverfahren zu erhalten.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	4044	USA	Bezeichnung der Aluminum Association
EN AW	4044	Europa	Gängige europäische Bezeichnung; Zusammensetzungslimits können leicht abweichen
JIS	A4044 (circa)	Japan	Lokale Normen können ähnliche Al-Si-Bezeichnungen verwenden
GB/T	Al4044 (circa)	China	Chinesische Normen listen Al-Si-Legierungen mit vergleichbarem Si-Gehalt

Äquivalente Bezeichnungen stehen in der Regel für ähnliche chemische Zusammensetzungen, doch regionale Normen unterscheiden sich in zulässigen Gehalten von Verunreinigungen und Spurenelementen. Diese Toleranzen beeinflussen Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Zerspanbarkeit und Lötbarkeit; Ingenieure sollten die spezifischen Normtabellen für die endgültige Beschaffung und Qualifizierung heranziehen. Bei Ersatz oder Substitution sind Zertifizierungsberichte zu kritischen Eigenschaften wie Si-Gehalt, Zugfestigkeit und Einfluss weiterer Legierungselemente zu prüfen.

Korrosionsbeständigkeit

4044 weist eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, vergleichbar mit vielen kommerziellen Aluminiumlegierungen, bedingt durch die schützende Al2O3-Schicht, die sich naturgemäß auf Aluminiumoberflächen bildet. Siliziumzusätze beeinträchtigen die passive Schicht nicht wesentlich, und 4044 zeigt gute Leistungen in industriellen sowie ländlichen Atmosphären mit moderater Schadstoffbelastung.

In maritimen Umgebungen ist die Legierung mäßig beständig gegen gleichmäßige Korrosion, jedoch können in Spalten und stagnierendem Meerwasser lokal begrenzte Korrosionen auftreten, insbesondere bei galvanischer Verbindung mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl oder Kupferlegierungen). Oberflächenvorbereitung, Beschichtungen sowie kathodische/anodische Schutzmaßnahmen sind für den Langzeiteinsatz in aggressiven Meerwasserbedingungen erforderlich.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion bei 4044 ist im Vergleich zu hochfesten, wärmebehandelbaren Legierungen der 2xxx- und 7xxx-Serie gering, da die Festigkeitswerte moderat sind und Silizium nicht dieselben interkristallinen Angriffsmechanismen fördert. Dennoch müssen geschweißte oder gelötete Verbindungen sorgfältig ausgeführt werden, da heterogene Mikrostrukturen und Zugrestspannungen lokale Korrosionsprozesse gegenüber dem Grundwerkstoff beschleunigen können.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

4044 ist sehr gut schweißbar und wird häufig als Fülllegierung für Aluminium-Schweiß- und Lötverfahren eingesetzt, da Silizium die Fließfähigkeit verbessert und die Neigung zu Heißrissen verringert. Gängige Verfahren wie GMAW (MIG) und GTAW (TIG) liefern gute Ergebnisse, sofern geeignete Füllerdrähte (ER4043/ER4044) verwendet werden; ER4044 ist weit verbreitet für Anwendungen im Automobilbau und Löten. Die wärmebeeinflusste Zone kann bei stark verarbeiteten Zuständen punktuelle Erweichungen zeigen; Vorwärmen oder Nachbehandlung wird gelegentlich eingesetzt, um Eigenspannungen zu reduzieren.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 4044 ist moderat; die Siliziumpartikel erhöhen die Stabilität des Werkzeug-Eingriffs und können die Spanabfuhr verbessern im Vergleich zu reinem Aluminium, führen jedoch auch zu verstärktem Werkzeugverschleiß gegenüber sehr weichen Legierungen. Hartmetallwerkzeuge mit TiN- oder TiAlN-Beschichtungen und positivem Freiwinkel sind für stabile Schnitte bei moderaten Geschwindigkeiten empfehlenswert. Die Oberflächenqualität ist gut, wenn Späne sauber abgeführt werden; Anbackungen am Werkzeug sind weniger problematisch als bei manchen kupferhaltigen Legierungen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im O-Zustand ausgezeichnet, wodurch enge Biegeradien und Tiefziehen möglich sind, sofern die Si-Partikelverteilung und Korngröße kontrolliert werden. Kaltverfestigung reduziert die Umformbarkeit in H-Zuständen, weshalb Umformprozesse typischerweise im geglühten Zustand durchgeführt und bei Bedarf anschließend durch Kaltverfestigung auf die geforderte Festigkeit gebracht werden. Die minimal empfohlenen Innenbiegeradien hängen von Materialstärke und Zustand ab und sollten empirisch für das jeweilige Werkzeug und Coil ermittelt werden.

Wärmeverhalteigenschaften

4044 gilt als eine nicht wärmebehandelbare Legierung; ihre mechanischen Eigenschaften lassen sich nicht durch konventionelle Lösungsglühen und künstliches Altern verbessern wie bei 6xxx- oder 7xxx-Familien. Die Hauptfestigung erfolgt durch Kaltverformung (Eigenspannungshärtung) in Verbindung mit Festlöseeffekten des Siliziums. Der Versuch, T‑Typ-Behandlungen anzuwenden, bringt nur begrenzten Nutzen und bezieht sich hauptsächlich auf spezielle Produktprozesse, nicht auf Festigungszyklen.

Glühen und Rekristallisation sind wirksam zur Wiederherstellung der Zähigkeit: Vollglühen (O-Zustand) löst arbeitserzeugte Versetzungsgefüge auf und lässt feine Ausscheidungen oder Si-Dispersioden anwachsen, was optimale Umformeigenschaften ergibt. Stabilisierung und Spannungsabbauzyklen werden industriell verwendet, um Eigenspannungen nach Schweißen, Löten oder Umformen zu kontrollieren, nicht zur Festigkeitssteigerung.

Hochtemperatureigenschaften

Die Festigkeit von 4044 nimmt mit steigender Temperatur ab, wobei der nutzbare Bereich für dauerhafte Belastung allgemein auf Temperaturen unter ~150 °C begrenzt ist. Darüber erhöhen sich die Versetzungsbeweglichkeit und die Reduktion des Beitrags von Festlöseeffekten und Kaltverfestigung zur Festigkeit rapide; daher sollten Konstrukteure den Dauergebrauch auf niedrigere Temperaturen beschränken oder dickere Querschnitte wählen.

Oxidation ist für Aluminiumlegierungen bei mäßig erhöhten Temperaturen nicht gravierend, da die Al2O3-Schicht schützt. Längere Exposition bei hohen Temperaturen beschleunigt jedoch das Wachstum der Oxidschicht und die diffusionsbedingte mikrostrukturelle Koarsening der Si-Phasen. Geschweißte und gelötete Verbindungen, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, können in der wärmebeeinflussten Zone erweichen und sollten hinsichtlich Kriechen oder Spannungsrelaxation bei zyklischer oder dauerhafter Beanspruchung überprüft werden.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Warum 4044 verwendet wird
Automobil	Lötfüller und Wärmetauscherlamellen	Ausgezeichnete Fließfähigkeit und Schweiß-/Lötverträglichkeit; Korrosionsbeständigkeit
Marine	Klimatechnikkanäle und nicht-kritische Strukturbauteile	Korrosionsbeständigkeit und einfache Verarbeitung
Luftfahrt	Keine