Aluminium 4049: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsmöglichkeiten

Umfassender Überblick

Die Legierung 4049 gehört zur 4xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die durch Silizium als Hauptlegierungselement gekennzeichnet ist. Die Bezeichnung 4xxx steht für Al-Si-Zusammensetzungen, bei denen Silizium hauptsächlich hinzugefügt wird, um die Schmelztemperatur zu senken, die Fließfähigkeit beim Gießen und Schweißen zu verbessern und die Wärmeausdehnung in bestimmten Anwendungen zu reduzieren. Typische Einsatzgebiete der 4xxx-Familie sind Schweiß- und Lotfüllstoffe, Strangpressprofile sowie Anwendungen, in denen verbesserter Verschleißschutz oder ein reduzierter Schmelzbereich vorteilhaft sind.

Das wichtigste Legierungselement in 4049 ist Silizium, das typischerweise in erhöhtem Umfang im Vergleich zu reinem Aluminium vorhanden ist; zudem können kontrollierte geringe Mengen Eisen, Kupfer, Mangan, Titan und Spurelemente enthalten sein. Die Festigkeit von 4049 wird durch Festigkeitssteigerung infolge der Lösungsfestigung und, bei Kaltumformung, durch Kaltverfestigung erreicht; es handelt sich im Wesentlichen um eine nicht wärmebehandelbare Legierung, die keine signifikante Ausscheidungshärtung wie Legierungen der Serien 6xxx oder 7xxx entwickelt. Dieses Verhalten führt zu moderater statischer Festigkeit kombiniert mit guter Duktilität und sehr guter Schweißbarkeit.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von 4049 gehören gute Fließfähigkeit und ein niedriger Schmelzbereich, die für Schweißen und Löten vorteilhaft sind, eine angemessene Korrosionsbeständigkeit gegenüber atmosphärischen Bedingungen, vergleichbar mit vielen handelsüblichen Aluminiumlegierungen, sowie gute Umformbarkeit im geglühten Zustand. Die Schweißbarkeit ist besonders ausgeprägt: Silizium senkt den Schmelzbereich und reduziert die Neigung zu Heißrissen beim Lichtbogenschweißen, weshalb 4049 und verwandte Fülllegierungen weit verbreitet für das Fügen von Aluminiumkomponenten verwendet werden. Typische Einsatzbranchen sind die Automobilindustrie (Schweißfüller und gelötete Baugruppen), der Schiffsbau (Beschläge und Reparaturstäbe), Konsumgüter (Strangpressprofile und Zierteile) sowie Fertigungsbetriebe, die zuverlässige Schweißfüllmaterialien benötigen.

Ingenieure bevorzugen 4049 gegenüber anderen Legierungen, wenn das Design eine Füll- oder Grundlegierung mit ausgezeichneter Schweißbarkeit und Fließfähigkeit erfordert, eine moderate Festigkeit toleriert wird und ein überlegener Zufluss in die Fügezone beim Lichtbogenschweißen gewünscht ist. Sie wird häufig gegenüber höherfesten wärmebehandelbaren Legierungen bevorzugt, wenn eine Nachbehandlung nach dem Schweißen vermieden werden soll, sowie gegenüber reinem Aluminium, wenn ein verbessertes Schmelzverhalten und ein geringeres Rissrisiko erforderlich sind.

Ausführungszustände (Temper)

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; beste Umformbarkeit und Duktilität
H12	Moderat	Moderat	Gut	Sehr gut	Leicht gekaltverfestigt; häufig für Strangpressprofile verwendet
H14	Moderat	Moderat	Ausreichend	Sehr gut	Kaltverfestigt auf kontrolliertes Streckgrenzenniveau
H18	Höher	Niedriger	Begrenzt	Sehr gut	Stark kaltverformt für höhere Festigkeiten, wo erforderlich
F (wie gefertigt)	Variabel	Variabel	Variabel	Ausgezeichnet	Typischer Zustand für Füller- und Drahtherstellungsprodukte
T5 (begrenzte Anwendung)	Moderat	Moderat	Ausreichend	Ausgezeichnet	Künstlich gealtert nach Abkühlung von erhöhter Temperatur (selten bei 4049)

Der Ausführungszustand beeinflusst direkt das mechanische Verhalten und das Umformverhalten. Der geglühte Zustand (O) bietet die höchste Duktilität und die besten Tiefziehen-Eigenschaften, während die H-Reihe durch Kaltverfestigung die Streck- und Zugfestigkeit auf Kosten von Dehnung und Umformbarkeit erhöht.

Die Schweißbarkeit bleibt über alle gängigen Zustände hinweg gut, da Silizium die Empfindlichkeit gegenüber Erstarrungsrissen senkt; allerdings erfordern H-Zustände in der Regel höhere Umformkräfte und tolerieren enge Biegeradien schlechter. Für Füll- und Schweißdrahtanwendungen dominieren die Zustände F und O in Produktion und Anwendung.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	6,0–12,0	Hauptlegierungselement; verbessert Fließfähigkeit und senkt Schmelzbereich
Fe	0,2–1,0	Übliche Verunreinigung; bildet Intermetallische Phasen, die die Duktilität beeinflussen können
Mn	0,05–0,5	Geringe Zugabe; kann das Korn verfeinern und die Zähigkeit beeinflussen
Mg	0,01–0,3	Niedrige Konzentrationen; kann leicht Festigkeit erhöhen, aber begrenzt in 4xxx-Legierungen
Cu	0,01–0,4	Kleine Mengen möglich; erhöhen Festigkeit und verringern Korrosionsbeständigkeit
Zn	0,05–0,3	Spur- bis niedrige Konzentrationen; üblicherweise kein gezieltes Zusatzmittel in 4049
Cr	0,01–0,2	Spurzugabe zur Kornkontrolle in einigen Chargen
Ti	0,01–0,2	Als Kornverfeinerer in Guss- und Schweißprodukten verwendet
Sonstige	Rest bis 100%	Spurenelemente und Rückstände gemäß Spezifikation kontrolliert

Silizium dominiert die Legierungschemie und steuert direkt den Schmelzbereich, Erstarrungseigenschaften und Schweißbarkeit. Eisen und andere Verunreinigungen bilden intermetallische Phasen, die bei Übermaß die Mikrostruktur verspröden können; kontrollierte Mengen und geeignete Verarbeitung halten diese Phasen fein verteilt. Kleine Zugaben von Mangan, Titan oder Chrom dienen der Kornfeinung und Stabilisierung der mechanischen Eigenschaften während thermischer Zyklen.

Mechanische Eigenschaften

Die Legierung 4049 zeigt typischerweise moderate Zug- und Streckgrenzen bei relativ hoher Duktilität im geglühten Zustand. Das Zugverhalten ist durch eine relativ flache Kaltverfestigungskurve gekennzeichnet: Nach Erreichen der Streckgrenze dehnt sich das Material erheblich, bevor die maximale Zugfestigkeit erreicht wird, was es verzeihend bei Umform- und Schweißprozessen macht. Die Dehnung im geglühten Zustand ist oft ausreichend für Tiefziehen und viele Blechumformverfahren.

Die Härtewerte sind im geglühten Zustand niedrig bis moderat und nehmen erwartungsgemäß mit zunehmender Kaltverfestigung zu; die Härte korreliert mit dem Festigkeitsanstieg in den H-Zuständen. Die Ermüdungsfestigkeit von 4049 ist im Allgemeinen niedriger als die von hochfesten wärmebehandelbaren Legierungen aufgrund der geringeren statischen Festigkeit und der Anwesenheit siliziumreicher Phasen, die als Rissinitiationsstellen wirken können; konstruktive Maßnahmen für zyklische Belastung sollten konservative Sicherheitsfaktoren sowie Beachtung von Oberflächenqualität und Schweißnahtqualität umfassen. Dickeneinflüsse sind relevant: dünnere Querschnitte kühlen beim Schweißen schneller ab und können anfälliger für Erstarrungsfehler sein; dickere Querschnitte behalten Wärme länger und können gröbere Mikrostrukturen ausbilden.

Eigenschaft	O/Geglüht	Hauptzustand (z. B. H14/T5)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	90–140 MPa	120–180 MPa	Breite Spanne, abhängig von Produktform und Kaltverfestigungsgrad
Streckgrenze	40–70 MPa	70–140 MPa	H-Zustände zeigen deutliche Zunahmen durch Kaltverfestigung
Dehnung	10–25 %	5–15 %	Geglühter Zustand mit höchster Duktilität
Härte	25–45 HB	35–70 HB	Härte steigt mit Kaltverfestigung; T5-Effekt bei Vorhandensein moderat

Die angegebenen Werte sind Richtwerte für Knet- oder Füllerformen; exakte Eigenschaften hängen von Produktform, Verarbeitungsgeschichte und genauer Chemie ab. Für kritische Konstruktionen sollten Eigenschaften anhand von Lieferantenzertifikaten geprüft und anwendungsspezifische Prüfungen wie Ermüdungs- oder Bruchzähigkeitstests durchgeführt werden.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; nützlich für Massenberechnungen
Schmelzbereich	~570–615 °C	Verringert gegenüber reinem Al durch erhöhten Si-Gehalt; eutektische Einflüsse prägen Solidus-Liquidus Intervall
Wärmeleitfähigkeit	120–160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium; Silizium reduziert Leitfähigkeit, bleibt aber gut für Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	30–45 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium; ausreichend für einige Leiter, aber nicht optimiert
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Typischer Wert nahe Raumtemperatur für Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnungskoeffizient	22–24 µm/m·K	Leicht durch Si reduziert; wichtig für thermische Zyklen und Fügeauslegung

Der im Vergleich zu reinem Aluminium reduzierte Schmelzbereich ist ein zentrales physikalisches Merkmal, das 4049 als Schweißfüllstoff und für Gussteile mit kontrollierter Erstarrung attraktiv macht. Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sind geringer als bei kommerziellem Reinaluminium, bleiben aber nützlich für das Wärmemanagement in Gehäusen und Wärmeverteilern, bei denen mechanisches Verhalten und Fügeverhalten wichtig sind.

Dichte und Wärmeausdehnung liegen in ähnlichen Bereichen wie viele andere Al-Legierungen, was eine vorhersehbare Gewichts- und thermische Dehnungsberechnung in Baugruppen ermöglicht. Konstrukteure müssen das veränderte Schmelzverhalten berücksichtigen, wenn sie ungleiche Legierungen schweißen oder Fügeauslegungen zur Steuerung von Erstarrung und Eigenspannungen entwerfen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Mäßig; abhängig von der Dicke	O, H12, H14	Häufig verwendet für Verkleidungen, Gehäuse und geschweißte Konstruktionen
Platte	6–25 mm	Abnehmende Festigkeit mit zunehmender Dicke aufgrund gussähnlicher Mikrostruktur	O, H18	Weniger verbreitet; eingesetzt wenn thermische Masse beim Schweißen akzeptabel ist
Strangpressprofil	Querschnitt bis 200 mm	Gute Maßhaltigkeit; Festigkeit abhängig von Querschnitt und Zustand	O, H12	Für Profile mit guter Schweißbarkeit und Oberflächenqualität
Rohr	Wandstärke 0,5–10 mm	Gute Umformbarkeit bei dünnwandigen Rohren; Schweißrohre nutzen Zusatzwerkstoffe	O, H14	Rohrproduktion verwendet oft Schweißzusätze kompatibel mit 4049
Stab/Rundstahl	Ø2–25 mm	Festigkeit bei Vollstab variiert mit Kaltumformung	F, O	Gängige Form für Zusatzstoffe und Schweißdraht; Größen auf manuelles oder automatisiertes Schweißen abgestimmt

Blech- und Strangpressprodukte aus 4049 werden bevorzugt eingesetzt, wenn Schweißbarkeit und Umformbarkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit. Strangpressprofile profitieren vom Einfluss des Siliziums auf den Fluss beim Heißpressen sowie auf die Oberflächenbeschaffenheit, während Plattenprodukte weniger typisch sind aufgrund der vorgesehenen Anwendungsbereiche der Legierung.

Zusatzdrähte und Schweißdraht sind eine wichtige Produktform für die 4049-Chemie; sie werden mit engen Vorgaben zu Zusammensetzung und Schmelzbereich hergestellt, um ein gleichmäßiges Schweißbadverhalten und minimale Neigung zum Heißriss zu gewährleisten.

Entsprechende Güten

Norm	Güte	Region	Bemerkungen
AA	4049	USA	Gängige Bezeichnung in amerikanischen Normen und Zusatzstoffklassifizierungen
EN AW	4049	Europa	Oft unter EN für Zusatzstoffe und Guss-/Strangpressformen mit lokalen Spezifikationsvarianten aufgeführt
JIS	A4049	Japan	Regionale Ausführungen können Verunreinigungslimits unterschiedlich regeln
GB/T	4049	China	Chinesische Standardgüten nähern sich dem internationalen 4049 an, erfordern jedoch Verifizierung

Feine Unterschiede zwischen gleichwertigen Bezeichnungen beziehen sich meist auf erlaubte Verunreinigungsgrenzen, exakte Siliziummengen und Zertifizierungs- bzw. Prüfanforderungen. Regionale Normen passen eventuell Fe- und Cu-Maximalwerte an oder verlangen zusätzliche Kontrollen zu Wasserstoff und Porosität, wenn 4049 als Schweißdraht oder Zusatzstab gefertigt wird. Beim Austausch zwischen regionalen Güten sollte stets das genaue Datenblatt und die Lieferantenzertifizierung geprüft werden.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Umgebungen zeigt 4049 eine Korrosionsbeständigkeit, die mit vielen Aluminiumlegierungen für allgemeine Anwendungen vergleichbar ist; die passive Oxidschicht bildet sich schnell neu und schützt in den meisten städtischen und industriellen Atmosphären. Der Siliziumanteil verschlechtert die allgemeine Korrosionsbeständigkeit nicht grundsätzlich, jedoch können grobverteilte Zwischenmetallische Phasen durch Eisen oder andere Verunreinigungen lokal als kathodische Stellen wirken und Lochfraß in aggressiven Umgebungen fördern.

Das Verhalten im maritimen Bereich ist bei kurz- bis mittelfristiger Exposition akzeptabel, jedoch erfordert dauerhafte Einwirkung in chloridhaltigen Medien sorgfältige Konstruktion und Oberflächenschutzmaßnahmen. 4049 zählt nicht zu den korrosionsbeständigsten Aluminiumlegierungen für langfristigen maritimen Einsatz; Eloxieren, Beschichtungen oder Opferanoden können für verlängerte Lebensdauer notwendig sein.

Die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion ist gering im Vergleich zu hochfesten 2xxx- und 7xxx-Legierungen, da die Nennfestigkeit und Legierungschemie von 4049 nicht die gleichen SCC-Mechanismen fördern. Schweißbereiche müssen jedoch bezüglich Eigenspannungen und potentiellen galvanischen Paarungen, insbesondere beim Verbinden mit Edelstahl oder kupferreichen Legierungen, überwacht werden. In galvanischen Systemen verhält sich 4049 ähnlich wie andere Al-Si-Legierungen und wirkt anodisch gegenüber edleren Metallen; das Isolieren der Verbindungen und eine sorgfältige Materialauswahl minimieren beschleunigte Korrosion.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

4049 ist sowohl mit TIG- als auch MIG/GMAW-Verfahren sehr gut schweißbar und wird vielfach als Zusatzlegierung beim Aluminium-Schweißen eingesetzt, da der Siliziumgehalt das Risiko von Heißrissen mindert und den Schmelzfluss verbessert. ER4049-Schweißdraht wird empfohlen beim Schweißen von Grundwerkstoffen der 6xxx-Serie oder ähnlicher Chemie, um die Fließfähigkeit zu erhöhen und Risse in Aluminiumguss und Strangpressprofilen zu vermeiden. Das Heißrissrisiko ist im Vergleich zu Schweißzusätzen mit niedrigem Siliziumgehalt gering, dennoch sind gute Passgenauigkeit, sorgfältige Reinigung und Steuerung der Wärmeeinbringung entscheidend, um Porosität und Fehler zu verhindern.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 4049 ist moderat; siliziumreiche Legierungen können abrasive Zwischenmetallische Phasen bilden, die den Werkzeugverschleiß im Vergleich zu reinem Aluminium erhöhen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und effektiver Spanabfuhr werden empfohlen. Durch die geringere Festigkeit gegenüber hochfesten Aluminiumlegierungen sind höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich, jedoch sollten Vorschub und Schnitttiefe ausgewogen sein, um Oberflächenqualität und Werkzeugstandzeit zu optimieren. Kühlmittel oder Luftstrahlen reduzieren Aufbauschneiden und verbessern die Oberflächenintegrität.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand ist sehr gut, was Biege-, Tiefzieh- und Dehnprozesse mit moderatem Rückfedern ermöglicht. Typische Mindestbiegeradien bei Blech im O-Zustand liegen bei 1–2× der Dicke für einfache Biegungen, bei H-Zuständen sind größere Radien erforderlich. Kaltumformung (H-Zustände) erhöht die Festigkeit, reduziert aber die Dehnung und kann Zwischengeglühte für komplexe Umformungen erfordern. Für Tiefziehprozesse wird der O-Zustand bevorzugt, um Rissbildung und Ausdünnung zu minimieren.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Als Mitglied der nicht wärmebehandelbaren 4xxx-Serie spricht 4049 nicht auf Lösungsglühen und Auslagern wie Legierungen der 2xxx-, 6xxx- oder 7xxx-Serie an. Konventionelle Lösungsglüh- und künstliche Auslagerungsversuche erzeugen nur minimale Ausscheidungsverfestigung, da Silizium nicht die gleichen ausscheidungsstärkenden Phasen wie Magnesium- oder Kupfer-basierte Systeme bildet. Aus diesem Grund werden die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch die Legierungschemie und Kaltverformung gesteuert.

Das Glühen ist die wichtigste Wärmebehandlung zur Weichlegung von 4049, zur Wiederherstellung der Zähigkeit und Homogenisierung der Mikrostruktur; typische Glühkurven liegen im Bereich 300–400 °C mit langsamer Abkühlung zum Abbau von Eigenspannungen. Kaltverfestigung (H-Zustände) ist das übliche Verfahren zur Festigkeitssteigerung; Zug- und Streckgrenze steigen durch Kaltumformung planbar an. Einige Hersteller bieten künstlich auslagerte (T5) Produkte für dimensionsstabile Strangpressprofile an, doch der T-Zustandseffekt auf die Festigkeit ist im Vergleich zu wirklich wärmebehandelbaren Legierungen begrenzt.

Verhalten bei hohen Temperaturen

Bei steigender Temperatur nimmt die Festigkeit von 4049 progressiv ab; nutzbare mechanische Eigenschaften sinken deutlich oberhalb von 150 °C und die Legierung wird allgemein nicht für dauerhafte tragende Einsätze über ca. 200 °C empfohlen. Oxidation wird durch den schützenden Aluminiumoxidschutzfilm kontrolliert, jedoch beschleunigen bei höheren Temperaturen das Schuppenausblättern und das Grobwerden der Zwischenmetallischen Phasen die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

Die Wärmeeinflusszone (WEZ) in geschweißten Baugruppen bleibt meist duktil, da keine ausscheidungshärtende Matrix überaltert, jedoch kann die Grobkorngbildung siliziumreicher Phasen lokal mechanisches Verhalten und Ermüdungsverhalten beeinflussen. Bei zyklischer Hochtemperaturbelastung ist mit verringerter Ermüdungslebensdauer zu rechnen; hier sind konservative Konstruktionsansätze empfehlenswert oder der Einsatz wärmebehandelbarer Aluminiumlegierungen beziehungsweise hochtemperaturbeständiger Werkstoffe als Alternative.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Grund für den Einsatz von 4049
Automobilindustrie	Schweißzusatz für Karosserieaufbauten und Reparaturstäbe	Ausgezeichnete Schweißbarkeit und Fließverhalten; geringes Heißrissrisiko
Schiffbau/Marine	Kleine Beschläge, Reparaturen, Lötbaugruppen	Gute Korrosionsbeständigkeit und Fügeleistung
Luft- und Raumfahrt	Nichttragende Beschläge und Halterungen	Günstige Umformbarkeit und Schweißbarkeit für Sekundärstrukturen
Elektronik	Gehäuse und Kühlkörper für Niedrigleistungsgeräte	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit mit einfacher Umformung und Verbindung

4049 ist besonders wertvoll dort, wo die Qualität der Verbindung und das Verhalten der Schmelze wichtiger sind als höchste Festigkeit. Die Rolle als Zusatzlegierung beim Schweißen und Löten ist Hauptanwendungsgebiet, aber auch Strangpressprofile und Umformteile werden genutzt, wenn gute Oberflächenqualität, Schweißbarkeit und moderate Festigkeit gefragt sind.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 4049, wenn Schweißbarkeit und Schmelzfließvermögen entscheidende Konstruktionskriterien sind, wenn Entwickler eine Zusatz- oder Grundlegierung benötigen, die Heißrisse minimiert und saubere Schweißverbindungen fördert, ohne eine Nachbehandlung erforderlich zu machen. Die Legierung ist eine pragmatische Wahl für Reparaturstäbe, Schweißdraht und umgeformte Bauteile, die im strukturellen Einsatz nicht hoch belastet werden.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (z. B. 1100) opfert 4049 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine leicht höhere Umformbarkeit zugunsten eines verbesserten Schmelzverhaltens und moderater Festigkeitssteigerungen. Im Vergleich zu üblichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 4049 typischerweise eine bessere Schweißzusatzstoffverträglichkeit und Fließfähigkeit, kann jedoch je nach Umgebung und Zustand eine ähnliche oder leicht geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 4049 eine überlegene Schweißbarkeit ohne die Notwendigkeit eines nachgeschalteten Lösungsglühens, was sie bevorzugt einsetzbar macht, wenn die einfache Verbindungstechnik und minimale thermische Verformung wichtiger sind als die maximale Höchstfestigkeit.

Abschließende Zusammenfassung

Aluminium 4049 bleibt eine relevante und weitverbreitete Legierung, bei der die siliziumreiche Chemie eine außergewöhnliche Schweißbarkeit, kontrolliertes Schmelzverhalten und gute Umformbarkeit liefert, wodurch sie zur ersten Wahl für Zusatzwerkstoffe und geschweißte oder stranggepresste Bauteile wird, die zuverlässige Verbindungen und praktische mechanische Eigenschaften erfordern.