Aluminium 4046: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Legierung 4046 gehört zur 4xxx-Reihe der Aluminiumlegierungen, die Silizium enthaltende Legierungen sind und hauptsächlich als Schweißzusatzwerkstoffe sowie für bestimmte Umformanwendungen verwendet werden. Die 4xxx-Reihe zeichnet sich durch Silizium als Hauptelement aus; bei 4046 ist der Si-Gehalt im Vergleich zu vielen anderen 4xxx-Legierungen relativ hoch, wodurch die Legierung einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine verbesserte Schmelzflüssigkeit aufweist.

Die wichtigsten Legierungselemente für 4046 sind Silizium als dominierende Legierungszugabe, sowie Eisen und Spuren von Mangan, Magnesium, Kupfer, Zink, Chrom und Titan als Nebenelemente. Die Legierung ist im Wesentlichen nicht wärmebehandelbar und erhält ihre mechanischen Eigenschaften durch Legierungschemie und mechanische Bearbeitung anstelle von Ausscheidungshärtung.

Zentrale Merkmale von 4046 sind exzellente Schmelzfließfähigkeit und geringe Neigung zu Heißrissen (nützlich beim Schweißen und Löten), mäßige statische Festigkeit, gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit, typisch für Aluminium, sowie eine vernünftige Schweißbarkeit. Die Umformbarkeit ist im geglühten Zustand gut, nimmt jedoch mit steigendem Siliziumgehalt und zunehmender Kaltverfestigung ab.

Typische Einsatzbereiche für 4046 sind die Automobil- und Transportindustrie (als Füll-/Schweißmaterial sowie für einige fertigungstechnische Bauteile), HLK- und Kältetechnik (gelötete Verbindungen und Wärmetauschherstellung), Marineanwendungen (Fertigung und Verbindung von Bauteilen) und Elektronik (wo Fließfähigkeit und Lötbarkeit entscheidend sind). Ingenieure wählen 4046, wenn exzellente Fließfähigkeit des Zusatzwerkstoffs gefordert ist oder wenn eine siliziumreiche Legierung bessere Verbindungsintegrität und geringere Rissneigung beim Erstarren als Legierungen mit niedrigerem Si-Gehalt bietet.

Ausführung/Zustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, optimal für Umformung und Löten
H14	Mittel	Mäßig	Akzeptabel	Gut	Kaltverfestigt halbhart; verwendet, wenn mäßige Festigkeit erforderlich ist
H18	Hoch	Niedrig	Schlecht	Gut	Vollhart; begrenzte Umformbarkeit, höhere Festigkeit durch Kaltumformung
T4	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Typische T-Zustände (Lösungsglühen + natürliche Alterung) sind für die nicht wärmebehandelbare 4046 wirkungslos
T6	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Künstliche Alterung entfällt; 4046 wird primär durch Kaltverfestigung verstärkt

Der Zustand hat erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit: Der geglühte (O) Zustand bietet maximale Duktilität und die beste Umformbarkeit für Tiefziehen oder enge Biegungen, während die H-Zustände die Festigkeit durch Kaltverfestigung auf Kosten der Dehnung steigern. Da 4046 nicht wärmebehandelbar ist, erzeugen konventionelle T5/T6-Behandlungen nicht die Ausscheidungshärtung, wie sie bei 6xxx- oder 2xxx-Reihenlegierungen vorkommt.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	9,0–12,0	Hauptelement; erhöht Fließfähigkeit und senkt Schmelztemperaturspanne
Fe	0,4–1,0	Häufiges Verunreinigungselement; bildet intermetallische Phasen, die Duktilität beeinflussen können
Mn	0,05–0,50	Geringer Anteil; unterstützt Kornstruktur und beständig gegen interkristalline Korrosion
Mg	0,05–0,30	Niedriger Gehalt; kein primäres Festigungselement in dieser Legierung
Cu	0,05–0,20	Spurenelement; kann Festigkeit leicht erhöhen, eventuell negative Auswirkungen auf Korrosionsbeständigkeit
Zn	0,05–0,20	Spur; in 4xxx Legierungen generell limitiert
Cr	0,05–0,20	Spur; Steuerung der Kornstruktur in einigen Produktformen
Ti	0,02–0,10	Kornfeinerzugaben für Gussmetallurgie oder Guss-/Strangpressverarbeitung
Sonstige (jeweils)	max. 0,05	Restbestandteile einschließlich Bi, Pb, Ni etc.

Der Siliziumgehalt bestimmt maßgeblich Mikrostruktur und Verarbeitungsverhalten: Er senkt Solidus- und Liquidustemperaturen, bildet im Gefüge ein Silizium-reiches Netzwerk oder Partikel und verbessert die Schmelzflüssigkeit für bessere Schweißraupe und reduzierte Heißrissanfälligkeit. Eisen und Mangan kontrollieren Morphologie und Verteilung intermetallischer Phasen, während die übrigen Elemente niedrig gehalten werden, um negative Effekte auf Korrosionsbeständigkeit und Duktilität zu vermeiden.

Mechanische Eigenschaften

Im Einsatz und bei Labortests zeigt 4046 moderate Zugfestigkeit und angemessene Duktilität im geglühten Zustand, mit steigenden Zugfestigkeiten bei Kaltverfestigung. Die Streckgrenze folgt demselben Trend; da die Legierung nicht ausscheidungshärtbar ist, erfolgt die Festigkeitssteigerung vorrangig durch Kaltverfestigung (H-Zustände). Die Dehnung ist im O-Zustand hoch und nimmt mit zunehmender Härte deutlich ab; vollharte Zustände weisen sehr geringe Dehnung auf und erfordern größere Biegeradien.

Die Härte korreliert mit Zustand und Kaltverfestigung; geglühtes 4046 zeigt niedrige Härtewerte, während H14–H18 Zustände messbare Anstiege aufweisen, konsistent mit erhöhten Streck- und Zugfestigkeiten. Die Ermüdungsfestigkeit ist für nicht-strukturelle zyklische Belastungen akzeptabel, jedoch sensitiv in Bezug auf Oberflächenfinish und Verbindungsqualität beim Einsatz als Zusatz- oder Schweißmaterial. Dickenabhängige Effekte treten auf: Dünnblech lässt sich leichter umformen und kühlt nach dem Schweißen schnell ab, während dickere Querschnitte grobkörnige Gefüge behalten und andere Schweißparameter benötigen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtige Zustände (H14 / H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	90–130	120–180	Werte abhängig von Dicke, Produktform und Kaltverfestigung; Schätzwerte für typische Fertigprodukte
Streckgrenze (MPa)	35–70	80–150	Streckgrenze steigt deutlich bei Kaltverfestigung; keine Ausscheidungshärtung möglich
Dehnung (%)	20–30	3–12	Dehnung verringert sich mit zunehmender Härte; Dünnbleche zeigen noch geringere Duktilität
Härte (HB oder HV)	25–50 HB	60–95 HB	Härte steigt mit H-Zustand; gemessene Werte variieren je nach Prüfnorm

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,66–2,70 g/cm³	Leicht geringer als bei einigen Aluminiumsorten durch Siliziumgehalt; typischer Dichtebereich von Aluminium
Schmelzbereich	~577–615 °C	Durch Eutektoid-Beeinflussung aufgrund hohem Si-Gehalt; niedrigerer Solidus als reines Aluminium
Wärmeleitfähigkeit	110–140 W/m·K	Reduziert im Vergleich zu reinem Aluminium; Silizium senkt Wärmeleitfähigkeit moderat
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 %IACS	Legierung reduziert Leitfähigkeit gegenüber handelsüblichen reinem Aluminium
Spezifische Wärmekapazität	~880–910 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen in Umgebungstemperaturbereich
Wärmeausdehnung	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Ähnlich zu vielen Aluminiumlegierungen; leichte Abnahme bei höherem Si-Gehalt

Das physikalische Eigenschaftsprofil macht 4046 geeignet für Anwendungen, bei denen Schmelzflüssigkeit und thermischer Wärmetransport wichtig sind, wie Löten und Schweißen von Wärmetauschern. Der verringerte Schmelzbereich und die niedrigere Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium sind Kompromisse für eine verbesserte Schweißbarkeit und Verbindungsqualität bei bestimmten Fertigungsverfahren.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,2–6,0 mm	Dünne Bleche sind leichter zu glühen und zu umformen	O, H14	Verwendung bei Umformung oder als Deckschicht / Lötgrundlage
Platte	6–50 mm	Dickere Abschnitte zeigen gröbere Gefügestruktur	O, H18	Einsatz in tragenden oder geschweißten Baugruppen, wenn Dicke erforderlich
Strangpressprofil	Profile bis zu großen Querschnitten	Kaltverfestigung während des Strangpressens erhöht die Festigkeit	O, H Zustand nach Strangpressen	Gute Strangpressbarkeit; Siliziumgehalt beeinflusst Werkzeugverschleiß
Rohr	Verschiedene Durchmesser/Wandstärken	Verhalten ähnlich wie Blech/Rohr vergleichbarer Dicke	O, H Zustände	Oft verwendet in Wärmetauscher- und HLK-Rohrleitungen
Stab/Rundstahl	Durchmesser von wenigen mm bis groß	Kaltumformbar bis H Zustände	O, H	Häufig als Schweiß- und Lötfüllmaterial geliefert; Varianten mit hohem Si-Gehalt als Füller sind Standard

Verarbeitungseigenschaften werden maßgeblich vom Siliziumgehalt bestimmt: Hoch-Si-Legierungen wie 4046 fließen im flüssigen Zustand gut, was das Löten und Schweißen erleichtert, aber der erhöhte Si-Gehalt erschwert starkes Kaltumformen. Strangpressen und Walzen erfordern Aufmerksamkeit hinsichtlich Werkzeugverschleiß und Kühlungssteuerung, um grobe Si-Partikelbildung zu vermeiden. Die Produktverfügbarkeit zielt meist auf Füllerdraht/-stab und dünnwandige Bleche für Verbindungs- und Wärmetauscherherstellung ab.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Bezeichnung	Region	Hinweise
AA	4046	USA	Gängige Bezeichnung für Schmiedewerkstoff und Basis für Füllermaterialien
EN AW	4046	Europa	Wird in europäischen Katalogen häufig als EN AW-4046 für Schmiedeprodukte aufgeführt
JIS	A4046 (oder äquivalent)	Japan	Lokale Normen verweisen meist auf vergleichbare Al-Si-Zusammensetzungen statt exakt numerische Übereinstimmung
GB/T	4046	China	Chinesische Normen umfassen Al-Si-Legierungsvarianten ähnlich dem AA 4046

Äquivalenztabellen beziehen sich auf nominale Chemie, aber Fertigungsprozesse und Verunreinigungsgrenzen unterscheiden sich je nach Region und Norm. Diese Unterschiede können Eigenschaften wie Duktilität, Intermetallverteilung und Schweißfüllerleistung beeinflussen, weshalb Konstrukteure bei Materialsubstitutionen Lieferantenzertifikate und Produktspezifikationen prüfen sollten.

Korrosionsbeständigkeit

4046 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Aluminiumlegierungen, bedingt durch die schützende Oxidschicht auf Aluminiumoberflächen. Silizium-Zusätze beeinträchtigen die gleichmäßige Korrosionsbeständigkeit kaum, können jedoch das lokale elektrochemische Verhalten und die Verteilung intermetallischer Partikel verändern, was unter aggressiven chloridhaltigen Bedingungen Mikro-Galvanikstellen erzeugen kann.

In maritimen Umgebungen oder bei Salzsprühnebel eignet sich 4046 für viele Anwendungen ausreichend, ist jedoch nicht so widerstandsfähig wie hochmagnesiumhaltige Legierungen mit zäheren Passivfilmen oder aluminium-mangan Legierungen, die für Lochfraßresistenz optimiert sind. Spannungsrisskorrosion ist für 4046, verglichen mit hochfesten, wärmebehandelbaren Legierungen, kein dominanter Versagensmechanismus; jedoch können an Schweißnähten und Verbindungsstellen bei Vorhandensein von Oberflächenverunreinigungen oder Eigenspannungen lokale Angriffe auftreten.

Bei galvanischer Kopplung mit anderen Metallen verhält sich 4046 wie andere Aluminiumlegierungen und ist anodisch gegenüber Edelstahl und Kupfer; bei Mischmetallbaugruppen sind daher isolierende Barrieren oder kathodischer Schutz für den Korrosionsschutz erforderlich. Im Vergleich zu 5xxx Serien (Al-Mg) bietet 4046 eine ähnliche allgemeine Korrosionsbeständigkeit, tauscht jedoch etwas Duktilität und Kaltumformbarkeit gegen bessere Schweiß- und Füllereigenschaften ein.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

4046 wird häufig als Füll- und Schweißdraht für TIG- und MIG-Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet, da der hohe Siliziumgehalt die Schmelzbereichsbreite verringert und den Fluss der Schmelze verbessert. Mit geeigneten Schutzgasen erzeugen TIG- und MIG-Prozesse saubere Schweißnähte; ER4046 Fülldraht wird typischerweise zum Schweißen von Al-Mg und Al-Si Grundwerkstoffen empfohlen, wenn ein siliziumverträglicher Füller benötigt wird. Das Risiko von Heißrissen ist bei 4046 gegenüber Füllern mit geringerem Siliziumanteil reduziert, jedoch müssen Schweißparameter den Wärmeeintrag kontrollieren, um Porosität zu vermeiden und das Nahtprofil zu erhalten.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 4046 ist mittelmäßig und wird durch den Siliziumgehalt beeinflusst, der Abrasivität und Werkzeugverschleiß im Vergleich zu niedrigsiliziumhaltigen Legierungen erhöht. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und stabile Aufspannungen werden empfohlen; Schnittgeschwindigkeiten sollten bei großen Querschnitten und ungleichmäßigen Schnitten konservativ gewählt werden. Die Oberflächenqualität ist gut, wenn geeignete Vorschübe und scharfe Werkzeuge eingesetzt werden, aber die Werkzeugstandzeiten sind verkürzt; Kühlmittel- oder Luftblasstrategien sind zur Wärmeabfuhr anzuwenden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im O-Zustand ist für leichte Umformungen gut, verschlechtert sich aber in H Zuständen, da die siliziumreiche Mikrostruktur die Duktilität verringert und die Neigung zum Rissspleißen bei engen Biegeradien erhöht. Biegeradius-Empfehlungen sollten gegenüber weicheren Aluminiumlegierungen konservativ gewählt werden; für kritische Umformprozesse wird üblicherweise vorab ein Glühen auf O-Zustand empfohlen. Für Kaltstempel- und Tiefziehprozesse ist eine sorgfältige Prozessgestaltung notwendig, gegebenenfalls mit Einsatz von Schmierung oder Einfassttechniken, um die verringerte Dehnbarkeit auszugleichen.

Wärmebehandlungsverhalten

4046 ist als nicht wärmebehandelbare Legierung klassifiziert und spricht deshalb nicht auf Lösungsglühen / künstliches Altern wie 6xxx- oder 2xxx-Legierungen an. Konventionelle T6-ähnliche Wärmebehandlungen führen nicht zur Ausscheidungshärtung, die für diese Familien typisch ist. Thermische Belastung bei erhöhten Temperaturen führt zur Entspannung von Kaltverfestigung und Festigkeitsminderung, jedoch nicht zu einer stabilen Altershärtung.

Die Wiederherstellung der Duktilität erfolgt durch Glühen im üblichen Temperaturbereich für Aluminium (typischerweise 300–420 °C über ausreichend lange Zeit in Abhängigkeit von der Bauteildicke) mit anschließender Luftabschreckung; dadurch wird der O-Zustand wieder erreicht. Festigkeitssteigerungen erfolgen mechanisch durch Kaltverfestigung (H Zustände) und bleiben erhalten bis ein erneutes Glühen oder thermische Belastung zur Erholung und Rekristallisation führt.

Hochtemperatureigenschaften

Die mechanische Festigkeit von 4046 nimmt mit steigender Temperatur allmählich ab, spürbare Erweichung tritt oberhalb von etwa 150–200 °C auf; die Langzeitfestigkeit bei höheren Temperaturen ist gering. Die Oxidation des Aluminiums beschränkt sich bei normalen Einsatztemperaturen auf die Bildung einer schützenden Oxidschicht, kann aber bei höheren Temperaturen durch Flussmittel oder Verunreinigungen während Löten oder Schweißen beeinträchtigt werden.

Wärmeeinflusszonen an Schweißnähten können wegen thermischer Zyklen und Körnervergröberung geänderte mechanische Eigenschaften aufweisen; da 4046 nicht ausscheidungshärtbar ist, fällt die Erweichung der HAZ geringer aus als bei wärmebehandelbaren Legierungen, aber kaltverfestigtes Grundmaterial kann während des Schweißens geglüht werden. Für tragende Anwendungen bei erhöhten Temperaturen sind Werkstoffauswahlen empfehlenswert, die auf Kriechfestigkeit oder Hochtemperaturfestigkeit optimiert sind.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Warum 4046 verwendet wird
Automobilbau	Schweißfüller für Karosserie und Unterrahmen	Hervorragende Schweißbarkeit und Fließeigenschaften, reduzierte Heißrissneigung
Schiffbau/Marine	Verklebte Verbindungen in HLK/Wärmetauschern	Gute Fließfähigkeit für Löten und akzeptable Korrosionsbeständigkeit
Luft- und Raumfahrt	Unkritische Verschraubungen, Füllmaterial	Gute Verbindungsfestigkeit und Kompatibilität bei Aluminiumbaugruppen
Elektronik	Wärmetauscherlamellen und gelötete Verbindungen	Gute Wärmeleitfähigkeit und Lötbarkeit

4046 wird häufig dort spezifiziert, wo das Fließverhalten der Schmelze und die Verbindungsfestigkeit kritisch sind, insbesondere beim Löten und als Schweißfiller für Al-Mg- und Al-Si-Kombinationen. Für hochfeste Primärstrukturen wird diese Legierung üblicherweise nicht gewählt, ist aber sehr relevant für Füge-, Reparatur- und Fertigungsprozesse, bei denen Schweißnahtqualität und reduzierte Rissbildung wichtig sind.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 4046, wenn Sie eine siliziumreiche Aluminiumlegierung für Schweißen oder Löten benötigen, die eine ausgezeichnete Schmelzflüssigkeit und reduzierte Erstarrungsrissbildung bietet. Besonders geeignet ist sie für das Fügen von Aluminiumbauteilen, bei denen gute Nahtbenetzung und Schmelzfluss gefordert sind und keine übermäßige Härte gewünscht wird.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 4046 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Umformbarkeit gegen höhere Festigkeit und deutlich bessere Schweiß-/Füllereigenschaften ein. Gegenüber Kaltarbeitslegierungen wie 3003 oder 5052 bietet 4046 vergleichbare Korrosionsbeständigkeit, jedoch bessere Schmelzfließeigenschaften und Fügbarkeit; in harten Zuständen ist sie im Allgemeinen weniger duktil. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 4046 nicht dieselben maximalen Festigkeiten nach Alterung, wird aber bevorzugt, wenn Schweißbarkeit, geringe Heißrissneigung und Löterkompatibilität im Vordergrund stehen.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 4046 bleibt eine praktische Aluminiumwahl, bei der ein hoher Siliziumgehalt eine überlegene Schmelzfließfähigkeit, Schweiß- und Lötleistung sowie eine zuverlässige Verbindungsausbildung bietet. Dadurch ist sie eine bewährte Füller- und Fertigungslegierung in den Bereichen Transport, HLK (Heizung, Lüftung, Klimatechnik) und Elektronik. Konstrukteure und Fertiger geben 4046 vor, wenn robuste Verbindungseigenschaften und moderate Festigkeit in Kombination mit akzeptabler Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als höchste Ausscheidungshärtungspotenziale.