Aluminium 4145: Zusammensetzung, Eigenschaften, Anlasstabelle & Anwendungen

Umfassender Überblick

Legierung 4145 gehört zur 4xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die hauptsächlich durch Silizium als Hauptlegierungselement gekennzeichnet ist. Die 4xxx-Serie wird typischerweise dort eingesetzt, wo verbesserte Fließfähigkeit, ein niedrigerer Schmelzpunkt und erhöhte Verschleißfestigkeit erwünscht sind; 4145 entspricht diesem Verhalten und wird häufig als gewalztes Produkt für strukturelle und verbindende Anwendungen geliefert.

Das Hauptlegierungselement in 4145 ist Silizium; kleine kontrollierte Mengen an Eisen, Mangan sowie Spurenelemente wie Titan und Chrom sind ebenfalls vorhanden, um die Kornstruktur und das mechanische Verhalten zu optimieren. Die Festigkeit bei 4145 wird überwiegend durch Festigkeitssteigerung in Festlösung durch Silizium und durch Kaltverfestigung (Verfestigung durch Umformen) erreicht; es handelt sich nicht um eine konventionell wärmebehandelbare Aluminiumlegierung, sodass Ausscheidungshärtungsprozesse wie T6 nur begrenzte Vorteile bringen.

Wesentliche Eigenschaften von 4145 umfassen eine moderate bis gute Festigkeit für eine Al-Si-Legierung, hervorragende Beständigkeit gegenüber Erweichung in Schweißbereichen im Vergleich zu manchen wärmebehandelbaren Legierungen, gute Wärmeleitfähigkeit für wärmeableitende Anwendungen und generell gute Umformbarkeit im geglühten Zustand. Die Schweißbarkeit ist mit geeigneten Zusatzwerkstoffen in der Regel sehr gut, während die Korrosionsbeständigkeit im atmosphärischen und mild korrosiven Meeresumfeld ausreichend ist, jedoch gegenüber hochmagnesiumhaltigen Serienlegierungen in aggressivem Meerwasser nachsteht.

Typische Branchen, die 4145 nutzen, sind die Automobilindustrie (strukturelle und verbindende Bauteile), Schweiß- und Lötzusatzstoffe, Konsumgüter, bei denen thermische Leistungsfähigkeit relevant ist, sowie leichte Strukturbauteile, bei denen wirtschaftliche Festigkeit und Umformbarkeit gefragt sind. Ingenieure wählen 4145 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein ausgewogenes Al-Si-Verhältnis gewünscht wird: Es bietet eine bessere hochtemperaturbedingte Erweichungsbeständigkeit in geschweißten Zonen als viele wärmebehandelbare Legierungen und stellt einen Kompromiss zwischen Umformbarkeit und Festigkeit gegenüber reinem Aluminium oder 5xxx-Legierungen dar.

Ausführungen

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Hervorragend	Hervorragend	Vollständig geglüht, optimal für Umformen und Löten
H12	Moderat	Moderat	Gut	Hervorragend	Teilweise kaltverfestigt, leichte Erhöhung der Streckgrenze
H14	Moderat-hoch	Niedrig-moderat	Akzeptabel	Hervorragend	Einviertelgehärtet; gebräuchlich bei Blechanwendungen
H18	Hoch	Niedrig	Schlecht	Gut	Vollgehärtet, für höchste Festigkeit durch Kaltverfestigung
T4*	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Konventionelle Lösungsglühen-Alterung nicht wirksam für 4xxx-Serie
T5*	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Künstliche Alterung nach Abschrecken von erhöhter Temperatur untypisch

Die dargestellten Ausführungen spiegeln die praxisüblichen Zustände wider, die bei Al-Si-Fertigprodukten wie 4145 anzutreffen sind. Die 4xxx-Serie reagiert nicht auf Alterungshärtung wie Legierungen der 6xxx- oder 7xxx-Serie, sodass H-Serien-Kaltverfestigungszustände und der O-Geglühte die wichtigsten Produktionszustände sind. Die Wahl eines härteren H-Zustands geht zu Lasten von Zähigkeit und Umformbarkeit zugunsten von höherer Streck- und Zugfestigkeit, jedoch können weitere Umformungsschritte dadurch eingeschränkt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	4,5–12,5 (typisch)	Hauptlegierungselement; bestimmt Schmelzverhalten und Festigkeitssteigerung in Festlösung
Fe	0,4–1,3	Verunreinigungslevel, bildet intermetallische Phasen; beeinflusst Festigkeit und Zähigkeit
Mn	0,05–0,6	Kornfeinungsmittel, verbessert Festigkeit ohne große Korrosionsnachteile
Mg	0,05–0,6	Kleine Zusätze verbessern Festigkeit und Kaltverfestigungsreaktion
Cu	≤0,25	Üblicherweise niedrig gehalten, um wesentlichen Korrosionsresistenzverlust zu vermeiden
Zn	≤0,25	Niedrig gehalten, da es geringe Festigkeitssteigerung bringt, aber Korrosionsverhalten verschlechtern kann
Cr	≤0,25	Zur Kornkontrolle und zur Reduzierung von Rekristallisation während der Verarbeitung
Ti	≤0,15	Kornfeinungsmittel in Guss- und Umformverfahren
Sonstige (inkl. Rest Al)	Balance	Aluminium als Restbestandteil mit kontrollierten Spurenelementen (z. B. Ni, V, Zr)

Der Siliziumgehalt bestimmt das Verhalten von 4145 maßgeblich: Mit Si im mittleren einstelligen bis niedrigen zweistelligen Bereich zeigt die Legierung eutektische und nahe-eutektische Erstarrungsmerkmale, die den Schmelzbeginn senken und das Fließverhalten beim Löten/Schweißen verbessern. Eisen und Mangan beeinflussen vor allem Morphologie der intermetallischen Phasen und die Rekristallisation; deren Kontrolle ist wichtig für Zähigkeit und Umformbarkeit. Kleine Zusätze von Magnesium und Chrom können verwendet werden, um die Kaltverfestigungsreaktion und Kornstabilität bei thermischen Zyklen zu optimieren.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 4145 wird durch den Siliziumgehalt und die Ausführung bestimmt. Geglühtes (O) Material zeigt typischerweise moderate Zugfestigkeit mit guter Dehnung und somit duktiles Verhalten unter quasistatischer Belastung. Kaltverfestigte Zustände (H-Serie) erhöhen Streck- und Zugfestigkeit auf Kosten der Duktilität und können bei starker Walzung oder Extrusion anisotrope Eigenschaften bewirken.

Die Streckgrenze im geglühten Zustand ist moderat und steigt mit Kaltverfestigung deutlich an; die Legierung zeigt keine bedeutende Ausscheidungshärtung, sodass nach der Verarbeitung erzielte Festigkeitssteigerungen auf plastische Verformung zurückzuführen sind. Die Härte zeigt denselben Trend; HB-Werte steigen mit zunehmender Kaltverfestigung, bleiben aber unter denen von peak-gealterten 6xxx-Legierungen. Die Ermüdungsfestigkeit wird durch Oberflächenzustand und das Vorhandensein siliziumreicher intermetallischer Phasen beeinflusst; Kugelstrahlen und polierte Oberflächen führen zu wesentlich verbesserter Ermüdungslebensdauer.

Die Blechdicke hat einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, da die Abkühlraten während der Verarbeitung die Siliziumpartikelgröße und -verteilung beeinflussen; dünne Dicken, die durch schnelles Abschrecken oder Kaltwalzen entstehen, besitzen oft feinere Siliziumdispersionen und dadurch etwas höhere Festigkeit. Schweißen und thermische Beanspruchung können H-Ausführungen in den wärmebeeinflussten Zonen lokal erweichen; eine sorgfältige Auslegung der Prozessparameter und gegebenenfalls mechanische Nachbehandlung mildern diese Erweichung.

Eigenschaft	O/ Geglüht	Wichtige Ausführung (H14/H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	120–170 MPa (typisch)	200–270 MPa (typisch)	Stark abhängig von Si-Gehalt und Kaltverfestigungsgrad
Streckgrenze	60–110 MPa (typisch)	140–220 MPa (typisch)	H-Serie steigert Streckgrenze stark durch Kaltverfestigung
Dehnung	18–30 %	5–14 %	Duktilität nimmt mit zunehmender Kaltverfestigung und Si-Intermetallischen ab
Härte (HB)	30–55	65–95	Härte korreliert mit Ausführung und Siliziumstruktur

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,68–2,72 g/cm³	Leicht variabel mit Si-Gehalt, nahe bei reinem Aluminium
Schmelzbereich	~577–640 °C	Eutektikum Al–Si bei ca. 577 °C; Solidus–Liquidus-Spannweite abhängig von Si-% und Nebenbestandteilen
Wärmeleitfähigkeit	~120–180 W/m·K	Niedriger als reines Al, da Si Leitfähigkeit vermindert; gut für wärmeabführende Bauteile
Elektrische Leitfähigkeit	~25–45 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Legierungselemente
Spezifische Wärme	~880–910 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Thermische Ausdehnung	~22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Vergleichbar mit anderen Al-Legierungen; Differentialausdehnung mit fremden Metallen berücksichtigen

Die physikalischen Eigenschaften zeigen die Kompromisse durch Siliziumzusatz: Leitfähigkeit und Dichte bleiben gegenüber vielen Metallen günstig, allerdings sind Wärme- und elektrische Leitfähigkeiten gegenüber reinem Aluminium reduziert. Die durch Silizium erniedrigte Solidustemperatur verbessert Gießbarkeit und Löt-/Schweißeigenschaften, erfordert jedoch sorgfältige thermische Kontrolle während Schweißprozessen und Wärmebehandlungen, um lokales Schmelzen oder Eutekting formation zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Festigkeit variiert mit dem Zustand und dem Walzdehnungsgrad	O, H12, H14	Weit verbreitet; verwendet für geformte Bleche und angelötete Baugruppen
Platte	6–25 mm	Etwas geringere gleichmäßige Kaltverfestigung in dickeren Querschnitten	O, H18	Dickere Abschnitte können grobere Siliziumpartikel enthalten, was die Zähigkeit beeinflusst
Strangpressprofil	Querschnitt bis zu 200 mm	Festigkeit hängt von Kühlung und nachträglichem Dehnen ab	O, H12	Stranggepresste Profile werden für Tragwerke und Wärmetauscher verwendet
Rohr	Außendurchmesser 6–150 mm	Wandstärke beeinflusst die mechanische Stabilität	O, H14	Häufig für Wärmeübertrager und Fluidtechnik, bei denen Löten/Schweißen erforderlich ist
Stab/Stange	Durchmesser 3–60 mm	Kaltgezogener Stab verbessert Festigkeit und Oberflächenqualität	O, H18	Verwendet für bearbeitete Bauteile und Befestigungselemente, bei denen Si die Verschleißfestigkeit unterstützt

Unterschiede in der Verarbeitung beeinflussen die Endeigenschaften: Blech und Band erhalten durch gleichmäßiges Walzen und Ausdünnen eine feine Siliziumverteilung, während Platten und schwere Strangpressprofile gröbere Mikrostrukturen behalten, die die Duktilität verringern. Strangpressprofile und Rohre werden häufig nach dem Strangpressen gedehnt, um Eigenspannungen abzubauen und die Maßhaltigkeit zu verbessern. Die Wahl der Produktform hängt von Anforderungen an Querschnittssteifigkeit, Umformschritte und nachfolgende Fügeverfahren ab.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	4145	USA	Bezeichnung im Aluminum Association System für Al–Si Schmiedellegierung
EN AW	Kein direkter Äquivalent	Europa	Keine einzelne EN AW-Legierung entspricht exakt; nächstliegende Al–Si Familien sind AW‑4043/4047
JIS	Kein direkter Äquivalent	Japan	Lokale Bezeichnungen für Al–Si Zusammensetzungen können existieren, jedoch kein exaktes 4145 Pendant
GB/T	Kein direkter Äquivalent	China	Chinesische Normen umfassen Al–Si Schmiedellegierungen, 4145 kann unter proprietären Spezifikationen geliefert werden

Ein 1:1 Vergleich für 4145 in internationalen Normen besteht nicht immer, da sich Zusammensetzungsfenster und Anwendungszwecke regional unterscheiden. Wo exakte Austauschbarkeit verlangt wird, sollten Ingenieure detaillierte chemische Zusammensetzungen und mechanische Eigenschaftstabellen vergleichen oder Zertifikate von Lieferanten anfordern. Häufig sind Al–Si Legierungen wie EN AW‑4043 oder 4047 für Schweiß- oder Füllanwendungen funktional ähnlich, unterscheiden sich jedoch im Si-Gehalt und im mechanischen Eigenschaftsprofil.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Umgebungen zeigt 4145 gute Beständigkeit durch die natürlich gebildete Aluminiumoxidhaut; geringe Anteile an Silizium und Legierungselementen beeinträchtigen die allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit kaum. Lokale Korrosion wie Lochfraß ist üblicherweise weniger ausgeprägt als bei hochsiliziumhaltigen Gusslegierungen, erreicht aber nicht die marine Dauerhaftigkeit von hochmagnesiumhaltigen 5xxx Legierungen.

Das marine Verhalten ist für Bauteile oberhalb der Spritzwasserzone oder für Opferanoden-geschützte und regelmäßig geprüfte Teile akzeptabel. In dauerhaft feuchten, chloridbelasteten Umgebungen neigt 4145 zu lokalem Angriff und galvanischer Korrosion in Kombination mit kathodischen Metallen; Schutzbeschichtungen oder geeignete Isolation sind übliche Gegenmaßnahmen.

Spannungsrisskorrosion ist kein primärer Versagensmodus bei kupferarmen Al–Si Legierungen wie 4145; jedoch können Eigenspannungen durch Kaltumformung oder Schweißen in Kombination mit aggressiven Umgebungen SCC-ähnliches Verhalten in hochgradig spannungsgeladenen Geometrien verursachen. Galvanische Wechselwirkungen sind beim Zusammenbau von 4145 mit edleren Werkstoffen wie rostfreien Stählen oder Kupferlegierungen, insbesondere in Meerwasser, zu berücksichtigen, da Aluminium bevorzugt korrodiert, wenn keine Isolierung vorhanden ist.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren 6xxx- oder 7xxx Legierungen bietet 4145 eine bessere Beständigkeit gegen Erweichung im Wärmeeinflussbereich der Schweißnaht, jedoch meist geringere Korrosionsbeständigkeit bei maritimer Beanspruchung als die 5xxx-Reihe. Die Legierung stellt einen praxisgerechten Kompromiss dar, wenn Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit gleichzeitig Designkriterien sind.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von 4145 ist generell sehr gut mit TIG- und MIG-Verfahren bei geeigneter Schutzgasführung und Verwendung passender Schweißzusatzwerkstoffe. Der Siliziumgehalt fördert Benetzung und Fließfähigkeit beim Schmelzschweißen sowie Löten und reduziert Fehlstellen durch unzureichende Verschmelzung. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind Al–Si Stäbe/Drahtelektroden (z. B. AlSi-Legierungen), um den Siliziumgehalt beizubehalten und Heißrisse zu vermeiden; kupferreiche Schweißzusätze sollten vermieden werden. Die Erweichung im Wärmeeinflussgebiet ist weniger stark als bei ausscheidungshärtbaren Legierungen, jedoch kann Überhitzung zu lokalem Schmelzen oder eutektischer Ausscheidung führen, daher ist eine sorgfältige Temperaturkontrolle erforderlich.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 4145 ist moderat; der Siliziumanteil erhöht den Werkzeugverschleiß gegenüber reinem Aluminium, verbessert aber die Spankontrolle und Stabilität beim Zerspanen. Hartmetallwerkzeuge mit polierten Spanflächen und positivem Spanwinkel sind empfehlenswert; Schnittgeschwindigkeiten können ähnlich wie bei anderen Al-Legierungen gewählt werden, jedoch sollten Vorschübe so gesteuert werden, dass kein Niederbacken entsteht. Bei höheren Si-Gehalten ist häufig Schmierung erforderlich, um Werkzeugstandzeit und Oberflächenqualität zu erhalten.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im geglühten O-Zustand ist ausgezeichnet; 4145 lässt sich tiefziehen, biegen und mit konventionellen Werkzeugen verarbeiten, wobei kleine Biegeradien im Vergleich zu dickeren Aluminiumlegierungen möglich sind. Kaltumformung in H-Zustände reduziert deutlich die Duktilität und erhöht die Rückfederung, daher erfolgen Umformungen üblicherweise in weichen Zuständen mit anschließend leichter Kaltverfestigung. Für kritische Biegungen sind Mindest-Innenbiegeradien von 1–2× Blechstärke im O-Zustand praktikabel, tatsächliche Werte hängen jedoch von Blechdicke und Werkzeug ab.

Wärmebehandlungsverhalten

Als überwiegend Al–Si Legierung wird 4145 nicht effektiv durch konventionelle Ausscheidungshärtung gestärkt; Lösungsbehandlung und künstliches Altern bringen nur marginale Festigkeitssteigerungen. Versuche mit T6-ähnlichen Wärmebehandlungen zeigen begrenzte Wirkung, da Silizium nicht in der gleichen Weise wie Mg2Si in 6xxx Legierungen ausfällt und zur Festigung beiträgt.

Die Wärmebehandlung konzentriert sich daher auf Glühen zur Weichglühung und Kornstrukturanpassung durch thermische Prozesse. Das Vollglühen (O-Zustand) wird durch langes Halten oberhalb der Rekristallisationstemperatur mit kontrolliertem Abkühlen zur duktilen Mikrostruktur erreicht. Kaltverfestigung bleibt der primäre Weg zur Festigkeitssteigerung, wobei Zustandsänderungen mechanischem Verformen mit anschließender Stabilisierung entsprechen (z. B. H14 aus O durch kontrollierte Kaltumformung).

Hochtemperatureigenschaften

Festigkeitsverluste bei 4145 werden ab etwa 150–200 °C signifikant, da Erholung und Rekristallisation zu Erweichung und Grobkornbildung der siliziumreichen Phasen führen. Dauerbetrieb über ca. 200 °C wird für tragende Anwendungen meist vermieden, obwohl kurzzeitige Belastungen beim Löten oder Schweißen durch die günstigen Schmelzeigenschaften toleriert werden.

Oxidation bei hohen Temperaturen wird durch die Aluminiumoxid-Schicht begrenzt, jedoch können siliziumreiche Bereiche lokal Haftungsprobleme der Oxidschicht verursachen; Langzeitbeanspruchung bei zyklischen Temperaturwechseln kann Versprödung und Abplatzen der Oxidschicht bewirken. Wärmeeinflusszonen im Schweißbereich zeigen unterschiedliche Hochtemperaturantworten durch Mikrostrukturveränderungen, diese Bereiche sind bei Einsatz nahe der Temperaturgrenzen besonders zu berücksichtigen.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 4145 verwendet wird
Automobilindustrie	Wärmetauscherlamellen und Halterungen	Gute Wärmeleitfähigkeit und Umformbarkeit; löten/schweißenfreundlich
Marine	Halterungen und nicht-kritische Strukturteile	Ausreichende Korrosionsbeständigkeit bei wirtschaftlicher Festigkeit
Luftfahrt	Sekundäre Strukturbefestigungen, Klemmen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Schweißbarkeit für nicht-haupttragende Strukturen
Elektronik	Kühlkörper und Gehäuse	Wärmeleitfähigkeit und einfache Formgebung zu Lamellen und Baugruppen
Haushaltsgeräte	Gehäuse und Wärmetauscher von Kochgeräten	Gute Kombination aus Umformbarkeit und thermischem Verhalten

Die Kombination aus siliziumgetriebenem thermischem Verhalten, Schweißbarkeit und angemessenen mechanischen Eigenschaften macht 4145 zu einer praxisgerechten Wahl für Bauteile mit Wärmemanagement bei wirtschaftlicher Fertigung. Das ausgewogene Eigenschaftsprofil erlaubt Designern, Zerspanung zu minimieren und geformte oder angelötete Baugruppen zu verwenden.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 4145, wenn Sie eine Al–Si Legierung benötigen, die gut löt- und schweißbar ist, gute Wärmeleitfähigkeit bietet und einen Mittelweg zwischen Umformbarkeit und Festigkeit darstellt. Sie eignet sich besonders für Wärmetauscherbauteile, geformte Gehäuse und geschweißte Baugruppen, bei denen eine Altersverfestigung in T-Zuständen nicht erforderlich ist.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (1100) zeichnet sich 4145 durch eine leicht reduzierte elektrische und thermische Leitfähigkeit aus, bietet dafür jedoch eine höhere Festigkeit sowie ein besseres Verschleiß- und Lötverhalten. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 erzielt 4145 typischerweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine ähnliche oder leicht reduzierte Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig wettbewerbsfähiger Festigkeit nach Kaltumformung. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird 4145 bevorzugt eingesetzt, wenn eine überlegene Schweiß- und Wärmeeinflusszonenstabilität sowie Lötbarkeit wichtiger sind als die Erreichung der höchstmöglichen Spitzfestigkeit.

Bei der Beschaffung sollten Verfügbarkeit und Kosten gegenüber den geforderten Härtezuständen abgewogen werden; da 4145 auf Kaltverfestigung statt auf Ausscheidungshärtung beruht, deckt die Bevorratung von O- und einem H-Zustand die meisten Konstruktionsanforderungen ab, was die Logistik in der Lieferkette vereinfachen kann.

Abschließende Zusammenfassung

Die Aluminiumlegierung 4145 bleibt eine praxisorientierte Ingenieurwahl, wenn die Vorteile von Silizium – verbesserte Lötbarkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und eine robuste Schweißnahtzone – neben angemessenen mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit benötigt werden. Ihr Anwendungsbereich ist durch Anforderungen definiert, die einen dauerhaften Al–Si-Kompromiss anstelle maximaler ausscheidungshärtbarer Festigkeit verlangen, und sie bleibt relevant in Industrien, die preiswerte, schweißbare und thermisch leitfähige Aluminiumlösungen benötigen.