Aluminium 4N30: Zusammensetzung, Eigenschaften, Anlieferungszustand & Anwendungen

Umfassender Überblick

4N30 ist ein Mitglied der 4xxx-Serie von Aluminiumlegierungen, einer Familie, die durch Silizium als Hauptelement charakterisiert ist. Sie gehört zur Al-Si-Gruppe, die hauptsächlich für Schweißdraht, Lötlegierungen und gewalzte Erzeugnisse verwendet wird, bei denen verbesserte Fließfähigkeit, Verschleißbeständigkeit oder kontrolliertes Schmelzverhalten gefordert sind.

Das hauptsächliche Legierungselement ist Silizium im mittleren einstelligen Prozentbereich. Restmengen an Eisen, Mangan sowie Spuren von Titan und Chrom werden zur Kornsteuerung und Einschlussmodifikation zugefügt. Die Festigkeitssteigerung bei 4N30 erfolgt überwiegend durch Lösungseffekte und Kaltverfestigung und weniger durch klassische Ausscheidungshärtung; der niedrige Si-Gehalt erzeugt nicht die starke Alterungshärtung, wie sie bei Mg-Si (6xxx) Legierungen vorkommt.

Zentrale Eigenschaften von 4N30 sind moderate Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu vielen anderen Legierungen sowie eine verlässliche Schweißbarkeit mit geringer Neigung zu Heißrissen bei korrekter Verarbeitung. Die Korrosionsbeständigkeit ist typisch für Al-Si-Legierungen – allgemein gut in atmosphärischen Umgebungen, erfordert jedoch konstruktive Sorgfalt bei chloridreicher Marineanwendung und bei galvanischen Kontaktpaaren mit kathodischen Metallen.

Typische Einsatzbranchen für 4N30 sind der Automobilbau für Füll- und Fügeteile, allgemeine Fertigung für geschweißte und gelötete Baugruppen, elektrische Bauteile, bei denen Wärmeleitfähigkeit gewünscht ist, sowie einige Konsumgüter mit extrudierten oder umgeformten Teilen. Ingenieure wählen 4N30, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus Schweißbarkeit, moderater Festigkeit und Umformbarkeit erforderlich ist oder wenn die Siliziumchemie ein verbessertes Verhalten des geschmolzenen Metalls für Fügevorgänge oder nahe Gießprozesse bietet.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Duktilität
H12	Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt, erhöhte Streckgrenze
H14	Moderat-Hoch	Niedrig-Moderat	Ausreichend	Ausgezeichnet	Viertelhart kaltverfestigt, üblich für Strukturbleche
H18	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausgezeichnet	Vollhart kaltverfestigt für höchste praktische Festigkeit
T451 / T4 (falls angewandt)	Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Spannungsarm geglüht nach Lösungsglühen / begrenzte künstliche Alterung (selten bei 4xxx)

Die Wahl des Zustands beeinflusst Streckgrenze und Dehnung stark, da 4N30 seine Festigkeit hauptsächlich durch Kaltverfestigung gewinnt. Kaltbearbeitung (H-Zustände) erhöht Streck- und Zugfestigkeit bei gleichzeitiger Verringerung von Duktilität und Umformbarkeit, weshalb H14/H18 bei Strukturblechen mit höherem Festigkeitsbedarf häufig verwendet werden.

Der geglühte O-Zustand maximiert die Umformbarkeit für Tiefzieh- und komplexe Biegeprozesse und wird typischerweise dort eingesetzt, wo nachfolgende Schweiß- oder Umformungsprozesse hohe Duktilität und minimales Rückfedern erfordern.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Hinweise
Si	2,5–4,0	Hauptlegierungselement; steuert Fließfähigkeit und verringert Schmelzbereich
Fe	0,2–0,8	Verunreinigung; bildet Intermetallische Phasen, die Duktilität und Zerspanbarkeit beeinflussen
Mn	0,1–0,5	Kornstruktur-Modifikator; verbessert Festigkeit und lokale Korrosionsbeständigkeit
Mg	0,05–0,3	Geringer Anteil; kann bei oberen Werten Ausscheidungseffekte fördern
Cu	≤0,10	Gering gehalten zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit; höhere Werte erhöhen Festigkeit, verschlechtern aber Spannungsrissbeständigkeit
Zn	≤0,15	Geringe Restmenge; höherer Zn-Gehalt untypisch für 4xxx-Serie
Cr	≤0,05	Kornfeinung und Dispersoidbildung in Spuren
Ti	≤0,15	Zur Kornfeinung bei Guss- und Strangpressprodukten
Sonstige	Rest Al / Reststoffe	Enthält Spurenelemente wie Sr, Zr in kontrollierten Qualitätssorten

Silizium ist der dominierende Eigenschaftstreiber in 4N30: Es senkt den Schmelzbereich leicht und verbessert Fließfähigkeit sowie Verschleißbeständigkeit bei Kontaktanwendungen. Eisen und Mangan steuern die Morphologie der intermetallischen Phasen; Eisen neigt zur Bildung spröder Phasen, während Mangan deren Gestalt günstig beeinflusst. Spurenelemente wie Titan und Chrom werden zur Kornverfeinerung und Verbesserung der mechanischen Gleichmäßigkeit nach thermischer oder mechanischer Behandlung eingesetzt.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 4N30 ist durch eine moderate Zugfestigkeit mit einem relativ niedrigen Elastizitätsmodul ähnlich anderer Aluminiumlegierungen charakterisiert. Im geglühten Zustand zeigt die Legierung duktil ausgeprägte Brucharten mit einer erheblichen gleichmäßigen Dehnung, während kaltverfestigte Zustände höhere Streckgrenzen zulasten der Dehnung und Kerbschlagzähigkeit bieten. Die Dauerfestigkeit hängt von der mikrostrukturellen Zusammensetzung und Oberflächenbeschaffenheit ab; Oberflächenfinish und Eigenspannungen aus Umformprozessen sind maßgebliche Faktoren für die Ermüdungslebensdauer.

Streck- und Zugfestigkeit skalieren stark mit dem Zustand. Geglühtes (O) Material zeigt generell niedrige Streckgrenze aber gute Dehnung, während H-Zustände Streckgrenzen bis zu zwei- bis dreifach erhöhter Werte gegenüber dem geglühten Zustand erbringen. Die Härte folgt dem gleichen Trend: Geglühtes Material ist weich und leicht bearbeitbar bzw. umformbar, während kaltverfestigtes Material höhere Brinell- oder Vickerswerte erreicht und sich somit gut für verschleißbeanspruchte Bauteile eignet.

Dicke Abschnitte sind zu berücksichtigen: Dicke Bereiche können mikrostrukturelle Heterogenitäten aus Guss- oder Strangpresszuständen behalten und zeigen verringerte Duktilität sowie leicht reduzierte Festigkeit im Vergleich zu dünnem, gleichmäßig kaltverfestigtem Blech. Schweiß- und Wärmeeinflusszonen weisen typischerweise lokale Weichungen bei erheblicher Kaltverfestigung auf, weshalb Konstrukteure HAZ-bedingte Festigkeitsverluste in Verbindungen berücksichtigen müssen.

Eigenschaft	O / Geglüht	Wesentlicher Zustand (z.B. H14)	Hinweise
Zugfestigkeit	110–140 MPa	200–260 MPa	Werte abhängig vom genauen Si-Gehalt und Kaltverfestigungsgrad
Streckgrenze	30–60 MPa	140–200 MPa	Streckgrenze steigt stark mit Kaltverfestigung; geglüht niedrige Werte
Dehnung	20–35 %	4–12 %	Hohe Duktilität im O-Zustand; reduzierte Duktilität bei H-Zuständen
Härte	30–40 HB	60–90 HB	Brinell-Härte typische Bereiche für Blech; variiert mit Verarbeitung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	~2,70 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; leichte Variation mit Si-Gehalt
Schmelzbereich	~610–650 °C	Enger als bei hochsiliziumhaltigen Legierungen; Solidus nähert sich reinem Al bei niedrigem Si
Wärmeleitfähigkeit	140–180 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al; Si und andere Legierungselemente reduzieren Leitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit	38–52 %IACS	Legierung reduziert Leitfähigkeit gegenüber reinem Al
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Wärmeausdehnung	22–24 µm/m·K	Linearer Ausdehnungskoeffizient ähnlich anderen Al-Legierungen; Auslegung für thermische Belastung erforderlich

Die physikalischen Eigenschaften spiegeln einen Kompromiss wider: Die Zugabe von Silizium senkt den Schmelzpunkt und verbessert die Gießbarkeit, reduziert jedoch elektrische und thermische Leitfähigkeit gegenüber reinem Aluminium. Für Anwendungen im Thermomanagement bietet die Legierung weiterhin gute Leitfähigkeit bei geringerer Dichte als Kupfer, was sie attraktiv für leichte wärmeableitende Bauteile macht. Dichte und Ausdehnungskoeffizient liegen nahe bei den Serien 2xx/6xx, was einen relativ einfachen Austausch in vielen Konstruktionen ermöglicht.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Durchdicke gleichmäßig bei Kaltwalzen	O, H12, H14	Weitverbreitet für umgeformte Teile und geschweißte Baugruppen
Platte	6–25 mm	Leichtes Festigkeitsgefälle möglich	O, H18	Dickere Abschnitte erfordern sorgfältige Homogenitätskontrolle
Strangpressprofil	Wanddicke 1–20 mm; Profile kundenspezifisch	Festigkeit variiert mit Abkühlung und Umformung	O, T45, H12	Strangpressen profitieren von Ti- oder Sr-Kornveredlern
Rohr	Durchmesser 6–300 mm	Gute Maßhaltigkeit	O, H14	Nahtlose und geschweißte Rohre verfügbar
Stab/ Rundstahl	Durchmesser 3–100 mm	Gute Zerspanbarkeit in weicheren Zuständen	O, H12	Kaltziehen erhöht Festigkeit bei Stäben

Der Fertigungsweg bestimmt die End-Eigenschaften: Kaltwalzen und Ziehen erhöhen Festigkeit und reduzieren Duktilität, während Glühen oder Spannungsarmglühen Umformbarkeit wiederherstellen. Strangpressprofile ermöglichen komplexe Querschnitte, benötigen aber Kornsteuerung zur Vermeidung von Anisotropie; Platten und dicke Abschnitte sind anfälliger für Einschlüsse und erfordern strengere Qualitätskontrolle. Die Wahl der Produktform sollte mit der Endanwendung sowie den erforderlichen Füge- und Fertigungsschritten abgestimmt werden.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	4N30	USA	Hersteller- und lieferantenspezifische Bezeichnung innerhalb der 4xxx-Familie
EN AW	4030 (ähnlichste)	Europa	EN AW-4030 ist eine vergleichbare Al-Si-Legierung in geschmiedeter Ausführung mit ähnlichen Si-Gehalten
JIS	A4043 (vergleichbares Zusatzmaterial)	Japan	JIS A4043 wird häufig als Al-Si-Schweißzusatz verwendet; Basislegierungsäquivalenz nur ungefähr
GB/T	4N30 (oder AlSi3)	China	GB/T-Nomenklatur kann vergleichbare Al-Si-Werkstoffe mit ähnlicher Chemie listen

Direkte 1:1-Äquivalente sind nicht immer verfügbar, da Produktspezifikationen, Grenzwerte für Verunreinigungen und Herstellungsverfahren je nach Region und Hersteller variieren. Die aufgeführten EN- und JIS-Werkstoffe sind ungefähre Vergleichswerte innerhalb der Al-Si-Familie; beim Ersatz sollten Ingenieure detaillierte Zusammensetzungsgrenzen, mechanische Eigenschaften und Zertifizierungsmethoden vergleichen und sich nicht ausschließlich auf Werkstoffkennzeichnungen verlassen.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischen Umgebungen zeigt 4N30 typischerweise einen guten natürlichen Oxidschutz ähnlich anderen Aluminiumlegierungen, während geringe Kupferanteile die Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion unterstützen. Das Schutzverhalten ist ausreichend für den Innenbereich und ländliche Außenanwendungen; jedoch beeinflussen Oberflächenzustand, Beschichtungen und konstruktive Details (z. B. Entwässerung, Vermeidung von Spalten) die Langzeitleistung maßgeblich.

In maritimen und chloridreichen Umgebungen besitzt 4N30 eine moderate Beständigkeit, ist jedoch anfälliger für lokale Lochkorrosion als hochlegierte 5xxx (Mg)- oder speziell behandelte 6xxx-Legierungen. Designmaßnahmen wie Eloxieren, Cladding oder Opferschichten sind gängig, wenn eine lange Lebensdauer im Salzwasser gefordert ist. Spannungsrisskorrosion tritt bei Al-Si-Legierungen seltener auf als bei höher kupfer- oder magnesiumhaltigen Legierungen, kann aber durch Zugspannungen in Kombination mit korrosiven Medien dennoch zu artverwandten Ausfällen führen; deshalb sollten Rest- und Beanspruchungsspannungen minimiert werden.

Galvanische Wechselwirkungen müssen beachtet werden: 4N30 ist anodisch gegenüber Edelstahl und Kupfer, aber kathodisch zu manchen Magnesiumlegierungen, sodass Werkstoffkombinationen aggressive galvanische Paare in feuchten Umgebungen vermeiden sollten. Im Vergleich zu 1xxx-Serienlegierungen (kaufmännisch reines Aluminium) bietet 4N30 leicht reduzierte absolute Korrosionsbeständigkeit, jedoch höhere Festigkeit und bessere Schweißbarkeit; im Vergleich zur 5xxx-Serie besitzt es typischerweise verbesserte Schweißbarkeit, aber eine geringfügig niedrigere Performance bei rein chloridhaltiger Beanspruchung.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit
4N30 lässt sich in der Regel problemlos mit konventionellen Schmelzschweißverfahren wie TIG und MIG schweißen, da Silizium die Neigung zu Heißrissen reduziert. Schweißzusätze aus der Al-Si-Familie (z. B. AlSi5) werden häufig eingesetzt, um die Chemie anzupassen und flüssige Schweißbäder zu fördern; bei Strukturverbindungen wird durch Abstimmung von Grundwerkstoff- und Zusatzmaterialchemie die mechanische Leistungsfähigkeit optimiert. Im Wärmeeinflussbereich (HAZ) kann es bei kaltverfestigten Ausgangswerkstoffen zu lokaler Weichung kommen, weshalb nach dem Schweißen die mechanischen Eigenschaften kritischer Verbindungen geprüft werden müssen. Vorwärmen ist bei dünnen Blechen selten erforderlich, aber eine kontrollierte Wärmeeinbringung und passende Schweißnahtgeometrie minimieren Verzug und Porosität.

Bearbeitbarkeit
Die Bearbeitbarkeit von 4N30 im weichen Zuständen (O-Zustand) ist im Vergleich zu härteren Aluminiumlegierungen gut; es lässt sich problemlos mit Standard-Hochgeschwindigkeitsstahl- oder Hartmetallwerkzeugen zerspanen. Die Spänebildung ist meist kontinuierlich und kann durch passende Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten gesteuert werden; Kühlschmierstoffe verbessern Werkzeugstandzeit und Oberflächengüte. Das Vorhandensein von intermetallischen Phasen und eisenreichen Partikeln führt gegenüber ultra-reinem Aluminium zu erhöhtem Werkzeugverschleiß, weshalb geeignete Werkzeuggeometrien und Beschichtungen (TiAlN, TiN) für die Serienbearbeitung empfohlen werden.

Umformbarkeit
Die Umformbarkeit im O-Zustand ist exzellent für Tiefziehen und komplexe Biegungen, mit typischen Mindestbiegeradien von etwa 1 bis 1,5-facher Blechdicke, abhängig von Werkzeug und Oberflächenzustand. Kaltumformen (H-Zustände) reduziert die Umformbarkeit und erhöht das Rückfederungsverhalten (Springback); daher werden H12/H14-Zustände nur für einfachere Umformungen oder wenn unmittelbar nach der Umformung höhere Festigkeiten benötigt werden, eingesetzt. Warmumformen ist für komplexe Formen möglich, erfordert aber sorgfältigen Umgang mit Oberflächenoxidation und Werkzeugschmierung, um Rattermarken zu vermeiden.

Wärmebehandlungsverhalten

4N30 gilt für praktische ingenieurtechnische Zwecke als nicht wärmebehandelbare Legierung; sie zeigt keine nennenswerte Ausscheidungshärtung durch herkömmliche Lösungsglühen und künstliches Altern. Lösungsglühen führt nur zu begrenzter Festigkeitssteigerung, da das Mg-Si-Ausscheidungssystem, das bei 6xxx-Legierungen hohe Härtung bewirkt, fehlt.

Die Festigkeit wird hauptsächlich durch Kaltumformen erzielt: Steuerung von Walz-, Zieh- und Kaltumformprozessen bestimmt die endgültige mechanische Performance. Standardmäßige Rekristallisationsglühprozesse (Weichglühen) sind wirksam, um Duktilität wiederherzustellen: Aufheizen in den entsprechenden Temperaturbereich gefolgt von kontrolliertem Abkühlen rekristallisiert die Mikrostruktur und löst Deformationsstrukturen auf. Werden geringfügige Wärmebehandlungen angewendet (z. B. Spannungsarmglühen), ist darauf zu achten, dass kein nachteiliger Überalterungsprozess oder grobe Ausscheidungen die Duktilität verschlechtern.

Leistungen bei hoher Temperatur

Ab Temperaturen von etwa 150–200 °C beginnt 4N30 signifikant an Festigkeit zu verlieren, wobei die Verfestigung mit steigender Temperatur durch Rekristallisation und Kornwachstum der Ausscheidungen abnimmt. Längerer Temperaturbetrieb fördert mikrostrukturelle Veränderungen, die sowohl die Streckgrenze als auch die Ermüdungslebensdauer mindern, weshalb diese Legierung für hochtemperaturbeanspruchte Bauteile nur eingeschränkt geeignet ist. Die Oxidationsbeständigkeit entspricht typischen Werten von Aluminiumlegierungen; schützende Oxidschichten bilden sich schnell, verhindern aber nicht die alterungsbedingte Verschlechterung bei hohen Temperaturen oder in oxidierenden Atmosphären mit Chlorid- oder Schwefelverbindungen.

Geschweißte Verbindungen können bei höheren Temperaturen eine verlängerte Weichzone (HAZ) ausbilden; Konstruktionen mit Beanspruchungen durch Kriechen oder Dauerlast bei hohen Temperaturen sollten hitzebeständige Aluminiumlegierungen oder andere besser geeignete Werkstoffe in Betracht ziehen.

Einsatzgebiete

Branche	Beispielbauteil	Warum 4N30 verwendet wird
Automobilbau	Schweißzusatz, kleine Strukturhalter	Gute Schweißbarkeit und moderate Festigkeit für Punktschweiß- und Rollnahtverbindungen
Schiffbau	Unkritische Bauteile, Beschläge	Ausreichende Korrosionsbeständigkeit sowie Umform- und Schweißeignung
Luftfahrt	Sekundäre Bauteile, Klemmen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für nichttragende Strukturen und einfache Fertigung
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Thermische Leitfähigkeit und geringe Dichte für Wärmeableitung
Verbrauchsgüter	Kochgeschirr-Ränder, Rahmen	Umformbarkeit und Oberfläche nach Eloxieren

4N30 besetzt eine Konstruktionsnische, in der ein ausgewogenes Verhältnis aus Schweißbarkeit, Umformbarkeit und moderater mechanischer Leistung gefragt ist, insbesondere wenn die Si-Chemie Vorteile beim Fügen oder beim Gießnaheinsatz bringt. Der Werkstoff wird bevorzugt dort eingesetzt, wo Kosten, einfache Bearbeitung und ausreichende Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 4N30, wenn Ihr Konstruktionsanforderung eine verlässliche Schweißbarkeit, gute Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand und moderate Festigkeit bei gleichzeitig günstiger Wärmeleitfähigkeit voraussetzt. Es eignet sich besonders gut für geschweißte Baugruppen, Strangpressprofile und Bauteile, bei denen das fließ- und schmelzverhalten durch Si-reiche Legierungen Vorteil beim Fügen oder gießnahen Prozessen bietet.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (1100) bietet 4N30 höhere Festigkeit sowie verbessertes Verhalten beim Verschleiß und im Schweißbad, tauscht dafür etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie sehr hohe Duktilität ein. Im Vergleich zu gebräuchlichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 weist 4N30 typischerweise vergleichbare oder leicht bessere Schweißbarkeit und ähnliche Umformbarkeit auf, mit Festigkeitswerten zwischen 1xxx- und 5xxx-Familien je nach Zustand. Gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 wird 4N30 gewählt, wenn überlegene Schweißbarkeit und Umformbarkeit wichtiger sind als Höchstfestigkeiten durch Ausscheidungshärtung oder wenn geringere Legierungsanteile und andere Schmelzeigenschaften von Vorteil sind.

Fazit

4N30 bleibt eine praxisbewährte Ingenieurlegierung, wenn die Kombination aus guter Schweißbarkeit, moderater Festigkeit und Umformbarkeit neben akzeptabler Korrosionsbeständigkeit und thermischer Leistung gefordert ist. Durch seine Einordnung in die Al-Si-Familie stellt es eine vielseitige Wahl für gefertigte und gefügte Bauteile in den Bereichen Automobil, Schiffbau und allgemeiner Fertigung dar, in denen ausgewogene Eigenschaften und zuverlässige Verarbeitung maßgeblich sind.