Aluminium 413: Zusammensetzung, Eigenschaften, Härtegrade & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

Die Aluminiumlegierung 413 gehört zur 4xxx-Serie, einer Familie, die durch Silizium als Hauptlegierungselement definiert ist. Diese Serie legt typischerweise Wert auf verbesserte Fließfähigkeit, einen geringeren Schmelzbereich und erhöhte Verschleißfestigkeit, anstatt auf hohe Festigkeit durch Wärmebehandlung.

413 wird hauptsächlich durch feste Lösungseffekte von Silizium und durch Kaltverfestigung gehärtet; es handelt sich nicht um eine konventionell wärmebehandelbare Legierung wie die 6xxx- oder 7xxx-Familien. Typische Legierungszusätze neben Silizium umfassen kontrollierte Mengen an Eisen, Mangan und Spurenelementen, um Gießbarkeit, Festigkeit und Bearbeitbarkeit gezielt zu beeinflussen.

Wesentliche Eigenschaften von 413 sind moderate Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit in vielen atmosphärischen und mild aggressiven Umgebungen, ausgezeichnete Schweißbarkeit sowie gute Umformbarkeit in weicheren Anlieferungszuständen. Diese Merkmale machen die Legierung attraktiv für Branchen, die zuverlässige Verbindungen und Umformungen bei angemessener mechanischer Leistung erfordern, z. B. Sekundärstrukturen im Automobilbau, Konsumgüter und bestimmte Marinebefestigungen.

Ingenieure wählen 413 gegenüber anderen Legierungen, wenn eine Kombination aus Schweißbarkeit, vorhersagbarem thermischem Verhalten beim Fügen und kosteneffizienter Fertigung (Umformen, Zerspanen, Schweißen) erforderlich ist, ohne die Kosten oder Verzugrisiken, die mit ausscheidungshärtbaren Legierungen verbunden sind. Die Stabilität im schweißbeeinflussten Bereich und die gute Anpassungsfähigkeit an die Schweißfügelmetallurgie sind oft entscheidende Gründe für die Auswahl bei geschweißten Baugruppen und gelöteten Bauteilen.

Ausführungszustände

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Gering	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformprozesse
H14	Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Teilweise Kaltverfestigung, üblich bei Blechen
H18	Hoch (kaltverformt)	Niedrig	Schlecht	Ausgezeichnet	Stark kaltverformt für erhöhte Streckgrenze
T4*	Gering bis moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Keine konventionelle Wärmebehandlung; natürlicher Zustand nach Lösungsglühen bei Spezialvarianten
T5/T6/T651	Üblicherweise nicht anwendbar	N/A	Begrenzt	Ausgezeichnet	Wärmebehandlungsbezeichnungen meist nicht wirksam für 4xxx-Serie; mechanische Reaktion beschränkt
Individuelle Hx/Tx	Variabel	Variabel	Variabel	Ausgezeichnet	Viele kommerzielle Chargen erhalten proprietäre Zustände für Extrusion oder Löten

413 ist überwiegend eine nicht wärmebehandelbare Legierung, daher beziehen sich Ausführungszustände typischerweise auf Kaltverfestigungsgrade (H-Nummern) und spezielle kommerzielle Zustände, die auf Umform- oder Zerspanungsanforderungen abgestimmt sind. O- und leichte H-Zustände werden für komplexe Umformungen bevorzugt, während höhere H-Zustände Umformbarkeit gegen höhere Streckgrenze und Steifigkeit tauschen.

Da siliziumreiche Phasen während thermischer Zyklen ausscheiden können, führt eine konventionelle künstliche Alterung vom Typ T5/T6 nur zu minimaler Festigkeitssteigerung; spezialisierte Verfahrenswege (kontrolliertes Abkühlen nach Lösungsglühen oder angepasste thermomechanische Behandlungen) werden gelegentlich eingesetzt, sind aber in der allgemeinen Praxis selten.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	4,5–6,5	Hauptlegierungselement, liefert reduzierten Schmelzbereich, verbesserte Fließfähigkeit und feste Lösungshärtung
Fe	0,4–1,2	Häufiger Verunreinigungselement; bildet intermetallische Phasen, die Gieß- und Bearbeitbarkeit beeinflussen
Mn	0,1–0,6	Reguliert die Kornstruktur und kann Festigkeit sowie Korrosionsverhalten verbessern
Mg	0,05–0,40	Kleine Mengen; können Festigkeit und Oberflächenqualität beeinflussen, werden jedoch zur Vermeidung von Schweißproblemen niedrig gehalten
Cu	0,05–0,25	Begrenzte Mengen zur Vermeidung signifikanter Korrosionsverluste; erhöht gegebenenfalls die Festigkeit
Zn	0,05–0,30	Typischerweise niedrig; zu hohe Zinkwerte können die Korrosionsbeständigkeit reduzieren
Cr	0,03–0,20	Spurenzusatz zur Mikrostrukturstabilisierung und Begrenzung des Kornwachstums während der Verarbeitung
Ti	0,01–0,15	Kornfeiner bei Guss- und Extrusionsprodukten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
Sonstige	0,05–0,50	Enthält Spurenelemente und Verunreinigungen (V, Zr, Sr); kontrollierte Zugaben verbessern Gießbarkeit und Mikrostruktur

Der Rest der Legierung besteht aus Aluminium, und die oben angegebenen Bereiche spiegeln typische kommerzielle Zusammensetzungen der 4xxx-Typ Knet- und Gusslegierungen mit der Kennzeichnung 413 wider. Silizium dominiert die Leistung durch Verringerung des Schmelz-/Erstarrungsbereichs und Erhöhung der Verschleißfestigkeit. Minderheitselemente (Mn, Cr, Ti) werden eingesetzt, um Korngröße, intermetallische Morphologie und Festigkeit bzw. Bearbeitbarkeit zu kontrollieren, ohne die Schweißbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit wesentlich zu verschlechtern.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugverhalten zeigt 413 typischerweise eine moderate Zugfestigkeit mit angemessener Dehnung im geglühten Zustand und verringerter Duktilität bei zunehmender Kaltverfestigung. Die Streckgrenze steigt mit H-Zuständen, während Zähigkeit und Dehnung als Kompromiss abnehmen. Die Kaltverfestigungsreaktion ist gut vorhersagbar und wird genutzt, um gezielte Festigkeiten in umgeformten oder gezogenen Bauteilen zu erreichen.

Die Härte korreliert mit dem Ausführungszustand: O-geschulter Werkstoff weist niedrigere Brinell- oder Vickers-Werte auf, während H14–H18 Zustände die Härte durch Vermehrung von Versetzungen erhöhen. Die Ermüdungsfestigkeit ist für nicht-kritische zyklische Belastungen meist ausreichend; jedoch spielen Spannungskonzentratoren und Oberflächenqualität eine größere Rolle für die Lebensdauer als bei hochfesten wärmebehandelbaren Legierungen. Die Bauteildicke beeinflusst die mechanischen Eigenschaften durch Abkühlraten beim Gießen/Extrudieren und erreichbare Kaltverfestigung; dickere Querschnitte zeigen meist geringere effektive Festigkeit und Duktilität aufgrund gröberer Mikrostruktur.

Konstrukteure sollten glatte Spannungs-Dehnungs-Kurven mit moderaten Verfestigungsexponenten und einen deutlichen Kompromiss zwischen Festigkeit und Umformbarkeit bei steigender H-Zustandsbezeichnung erwarten.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Zustand (z. B. H14/H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~120–190 MPa	~180–260 MPa	Typische Bereichsgrößen abhängig von Blechdicke, Verarbeitung und genauer Zusammensetzung
Streckgrenze	~60–120 MPa	~140–220 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung
Dehnung	~20–35%	~3–12%	Geglühter Zustand zeigt hohe Duktilität; starke Kaltverfestigung reduziert Dehnung
Härte	~30–55 HB	~60–95 HB	Härte steigt mit zunehmender Kaltverfestigung und Legierungselementen

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,65–2,70 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; variiert leicht mit Legierungselementen
Schmelzbereich	~570–650 °C	Silizium senkt den Solidustemperaturpunkt und reduziert den Erstarrungsbereich gegenüber reinem Al
Wärmeleitfähigkeit	120–160 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber immer noch hoch; gut für Anwendungen mit Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 % IACS	Reduziert gegenüber kommerziell reinem Aluminium durch Legierungsbestandteile; ausreichend für einige Leiter- oder Verbindungseinsätze
Spezifische Wärmekapazität	~0,88–0,92 J/g·K	Typische Werte für Aluminium, relevant für thermische Massenberechnungen
Thermische Ausdehnung	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Vergleichbar mit vielen Knetlegierungen; wichtig für thermische Zyklen und Maßhaltigkeit

Die physikalischen Eigenschaften positionieren 413 in der Kategorie der universell einsetzbaren Aluminiumlegierungen: leichtgewichtig mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Stählen und vielen Legierungen, aber reduzierter elektrischer Leitfähigkeit gegenüber 1xxx-Serien. Das thermische Verhalten beim Schweißen und Löten ist günstig, da Silizium den Schmelzbereich senkt und die Anfälligkeit für Heißrisse in vielen Fügeverfahren verringert.

Konstrukteure sollten die thermische Ausdehnung und Wärmeleitfähigkeit beachten, wenn 413-Bauteile mit unterschiedlichen Werkstoffen kombiniert werden; die hohe Wärmeleitfähigkeit der Legierung macht sie nützlich für Wärmeabfuhr, wo moderate Festigkeit akzeptabel ist.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Homogen; Festigkeit variiert mit Kaltverfestigung	O, H14, H18	Weit verbreitet für geformte Bleche und geschweißte Baugruppen
Platte	6–150 mm	Geringere Produktivität bei dicken Querschnitten; gröbere Mikrostruktur	O, leichter H-Zustand	Bei dicken Platten kann spezielle Verarbeitung zur Kornfeinung erforderlich sein
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter	Herstellbar in verschiedenen Querschnitten; Festigkeit über Zustandseinstellung	O, Hxx	Gute Strangpressbarkeit durch Silizium; Kornfeinung wichtig
Rohr	Außendurchmesser klein bis groß	Festigkeit abhängig von Wanddicke und Bearbeitungsgrad	O, H14	Häufig eingesetzt für Strukturrohre und angelötete Wärmetauscherköpfe
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis ca. 200 mm	Festigkeit nimmt mit Kaltziehen zu	O, H	Genutzt für bearbeitete Bauteile und Befestigungselemente in nicht-kritischen Anwendungen

Bleche und dünnwandige Produkte sind die gebräuchlichste Lieferform für 413, wodurch Stanz- und Tiefziehprozesse ermöglicht werden. Platten und Stranggussprodukte erfordern Beachtung der thermischen Historie; siliziumreiche Erstarrung und intermetallische Phasen können in dicken Abschnitten grobe Strukturen verursachen, die Zähigkeit und Bearbeitbarkeit beeinflussen.

Die Strangpressung profitiert von der Fluidität des Siliziums, benötigt aber oft Kornfeinung (Ti-, B-Zusätze) und sorgfältige Abkühlung, um eine gleichmäßige mechanische Leistung entlang des Profils zu gewährleisten.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	413	USA	Bezeichnung für handelsübliche 4xxx-Serie Schmelzlegierung; Zusammensetzungen können zwischen Lieferanten variieren
EN AW	kein direkter Einzeläquivalent	Europa	Keine einzelne EN AW-Nummer entspricht exakt; ähnliches Verhalten zur EN AW-4043/4047-Familie in einigen Eigenschaften
JIS	kein direkter Einzeläquivalent	Japan	JIS-Standards führen üblicherweise kein direktes 413-Äquivalent; Vergleiche sollten über Zusammensetzung erfolgen
GB/T	kein direkter Einzeläquivalent	China	Chinesische Normen bieten teils ähnliche 4xxx-Zusammensetzungen, direkte Eins-zu-eins-Äquivalente sind selten

Ein universell exaktes Äquivalent für 413 gibt es in vielen internationalen Normen nicht, da 4xxx-Familienlegierungen häufig für spezielle Anwendungen (Schweißzusatz, Silberlot, Schmiedelegierung) formuliert sind. Beim Ersatz sollten Ingenieure detaillierte Zusammensetzung und zertifizierte mechanische Eigenschaften vergleichen, nicht nur die Nummernschilder. Kleine Unterschiede, besonders im Silizium- und Eisenanteil, können das Schmelzverhalten und das Leistungsvermögen im Wärmeeinflussbereich beim Schweißen stark beeinflussen.

Korrosionsbeständigkeit

413 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit ähnlich vielen 4xxx-Serie Legierungen, bedingt durch den natürlich schützenden Aluminiumoxidschutzfilm und relativ geringe Anteile schädlicher Verunreinigungen. In moderat aggressiven Umgebungen verhält sich die Legierung gut, doch chloridhaltige Meeresbedingungen erfordern sorgfältige Auslegung, um lokale Lochfraßkorrosion zu vermeiden, besonders bei galvanischer Kopplung zu edleren Metallen.

In maritimen Anwendungen kann 413 für Strukturteile eingesetzt werden, wenn Korrosionszuschläge, Oberflächenbeschichtungen oder Opferanoden verwendet werden; der Siliziumgehalt verringert die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 5000er Magnesiumlegierungen nicht wesentlich. Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist gering im Vergleich zu hochfesten 2xxx- und 7xxx-Legierungen, allerdings können Eigenspannungen und Kerbwirkungen bei zyklischer Belastung und korrosiver Umgebung lokal zu Ausfällen führen.

Galvanische Effekte sind zu berücksichtigen: In Kontakt mit Edelstahl oder Kupferlegierungen wirkt 413 anodisch und korrodiert bevorzugt, sofern keine elektrische Isolation oder Schutzmaßnahmen vorhanden sind. Im Vergleich zu 1xxx/3xxx-Kaltverfestigten Legierungen tauscht 413 etwas Umformbarkeit gegen bessere Hochtemperatureigenschaften in Schweißnähten und höhere Verschleißfestigkeit in Kontaktanwendungen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

413 ist mit üblichen Lichtbogenschweißverfahren (TIG, MIG/GMAW) sehr gut schweißbar und wird oft gewählt, wenn ausgezeichnetes Schmelzverhalten und geringe Heißrissneigung gefordert sind. Silizium verringert den Schmelzbereich und verbessert die Fließfähigkeit des Schweißbades; Schweißzusatzwerkstoffe auf Basis des Grundwerkstoffs oder der 4xxx-Serie werden üblich empfohlen. Heißrissrisiko ist gering gegenüber kupfer- oder zinkreichen Legierungen, doch die Wahl des Zusatzwerkstoffs sollte auf Einsatzbedingungen und Korrosionsanforderungen abgestimmt sein. Der Wärmeeinflussbereich kann je nach Vorbelastung leichte Erweichungen zeigen; für strukturkritische Anwendungen sind oft Nachbearbeitung oder Spannungsarmglühen erforderlich.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 413 ist moderat und meist besser als bei vielen siliziumreichen Gusslegierungen; im geglühten und mittleren H-Zustand lässt es sich mit passendem Werkzeug und Schnittparametern sauber zerspanen. Für Dauerproduktion empfiehlt sich Hartmetallwerkzeug mit moderaten Schnittgeschwindigkeiten und positiven Spanwinkeln zur Kontrolle der Spanbildung. Siliziumreiche intermetallische Phasen führen zu abrasivem Werkzeugverschleiß, daher sind passende Werkzeugwerkstoffe und Beschichtungen zur Steigerung der Standzeit wichtig. Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sind bei kontrolliertem Vorschub und Kühlung sehr gut erreichbar.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist am besten im weichgeglühten O-Zustand oder leicht verfestigten H-Zuständen und nimmt mit zunehmender Kaltverfestigung ab. Biegeradien von 1–2× Dicke sind bei geglühten Blechen für einfache Biegeprozesse möglich; komplexere Stanz- oder Tiefziehvorgänge erfordern sorgfältige Werkzeuggestaltung und Schmierstoffeintrag, um Oberflächenrisse durch siliziumreiche Phasen zu vermeiden. Kaltumformung erhöht die Festigkeit durch Kaltverfestigung und ist der übliche Weg, höhere mechanische Eigenschaften in Bauteilen zu erreichen.

Wärmebehandlungsverhalten

Als Legierung der 4xxx-Serie ist 413 grundsätzlich nicht wärmebehandelbar zur konventionellen Ausscheidungshärtung. Lösungs- und künstliche Alterungsbehandlungen erhöhen die Festigkeit nur minimal im Vergleich zu 6xxx- und 7xxx-Legierungen. Spezielle thermomechanische Prozesse (kontrollierte Abkühlung nahe Solvus-Temperaturen oder spezielles Sprühabschrecken) können kleine Verbesserungen bringen, sind aber keine Standardfertigungsverfahren.

Kaltverfestigung ist der Hauptweg zur Festigkeitssteigerung: Kaltwalzen, Ziehen und Biegen erhöhen zuverlässig Streck- und Zugfestigkeit; die Wahl des Zustands richtet sich nach dem Verformungsgrad. Glühen stellt den O-Zustand wieder her, verbessert Duktilität und Umformbarkeit; typische Glühzyklen entsprechen denen anderer Aluminiumlegierungen, wobei übermäßiges Kornwachstum durch zeit- und temperaturkontrollierte Prozesse vermieden werden muss.

Hochtemperatureigenschaften

413 verliert mit steigender Temperatur über ca. 100–150 °C zunehmend an Festigkeit; praktische Einsatzgrenzen liegen meist unter ~150 °C bei tragenden Komponenten. Oxidation bei erhöhten Temperaturen wird durch den schützenden Aluminiumoxidfilm begrenzt, aber langzeitige Erwärmung fördert die durch Diffusion verursachte Grobkornbildung siliziumreicher Partikel und verringert mechanische Eigenschaften.

Im Schweißbau können im Wärmeeinflussbereich lokale Erweichung und Grobkornbildung auftreten, besonders in vormals kaltverfestigten Bereichen; die verringerte Festigkeit im HAZ muss daher bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Für dauerhaften Hochtemperatureinsatz oder zyklische thermische Beanspruchung sind Legierungen anderer Serien (z. B. hochfeste 2xxx/7xxx mit speziellen Wärmebehandlungen oder Hochtemperaturaluminiumlegierungen) besser geeignet.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 413 verwendet wird
Automobilindustrie	Sekundäre Strukturbleche, geschweißte Halterungen	Gute Schweißbarkeit, angemessene Festigkeit, kosteneffiziente Umformung
Maritime Anwendungen	Befestigungen, Tauwerkkomponenten	Korrosionsbeständigkeit und einfache Fertigung; gute Stabilität im HAZ
Luft- und Raumfahrt	Nicht-kritische Halterungen, Verkleidungen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Schweißbarkeit für Sekundärstrukturen
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Wärmeleitfähigkeit und Umformbarkeit für Chassis und Gehäuse
Güter des täglichen Bedarfs	Gerätebleche, Rahmen	Ausgewogenheit von Umformbarkeit, Oberflächenveredelung und Kosten

413 wird häufig dort spezifiziert, wo mittlere mechanische Eigenschaften und zuverlässiges Fertigungsverhalten (Schweißen, Umformen) gewünscht sind. Die Kombination aus siliziumverbessertem thermischem und Schmelzverhalten sowie vorhersehbarer Kaltverfestigung macht es zu einer vielseitigen Wahl für viele nicht-kritische Struktur- und Gehäuseanwendungen.

Konstrukteure schätzen besonders die gute Schweiß- und Bearbeitbarkeit, um Montageprozesse zu vereinfachen und Fertigungsschritte im Vergleich zu anspruchsvolleren ausscheidungshärtbaren Legierungen zu reduzieren.

Auswahlhinweise

413 ist die logische Wahl, wenn Schweißbarkeit und gute Umformbarkeit in weicheren Zuständen wichtiger sind als maximale Festigkeit. Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) tauscht 413 etwas elektrische Leitfähigkeit und leicht reduzierte Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und bessere Verschleißfestigkeit; 1100 empfiehlt sich, wenn Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit ohne höchste Festigkeitsanforderung im Vordergrund stehen.

Im Vergleich zu gängigen, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 und 5052 liegt 413 in der Regel etwas höher in der Festigkeit bei gleichem Zustandszustand, während die Korrosionsbeständigkeit ähnlich oder leicht geringer ist; wählen Sie 5052 für überlegene Korrosionsbeständigkeit im Meerwasser und 3003 für hervorragende Umformbarkeit, wenn Leitfähigkeit und Fügebarkeit weniger kritisch sind. Im Vergleich zu vergütbaren Legierungen wie 6061 und 6063 wird 413 bevorzugt, wenn Schweißen und Stabilität des Wärmeeinflussbereichs (HAZ) wichtiger sind als die maximale Ausscheidungshärtung; 6061 bietet zwar höhere Festigkeiten, erfordert jedoch möglicherweise eine aufwendigere thermische Steuerung während des Schweißens.

Wählen Sie 413, wenn in den Fertigungsprozessen geschweißte Baugruppen, Löten oder umfangreiche Umformungen im Vordergrund stehen und eine mittelschwere, kostengünstige Legierung benötigt wird, die thermische Zyklen toleriert, ohne die Verformung oder Versprödung im Wärmeeinflussbereich, wie sie bei einigen hochfesten Legierungen auftreten kann.

Zusammenfassung

Aluminium 413 bleibt als praktische Legierung der 4xxx-Serie relevant, die eine gute Schweißbarkeit, solide Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand und moderate mechanische Festigkeiten für ein breites Spektrum industrieller Anwendungen vereint. Die siliziumbedingten Schmelz- und Thermoeigenschaften erleichtern das Fügen und die Verarbeitung, während kontrollierte Kaltumformung es Konstrukteuren ermöglicht, die Festigkeit ohne Ausscheidungshärtung gezielt anzupassen. Wenn bei der Konstruktion Fertigbarkeit, Stabilität des Wärmeeinflussbereichs und Wirtschaftlichkeit höher gewichtet werden als absolute Höchstfestigkeiten, ist 413 eine zuverlässige Materialwahl.