Aluminium A356: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

A356 ist eine gegossene Al-Si-Mg-Legierung aus der 3xx.x-Familie der Aluminium-Gusslegierungen, international üblicherweise als AlSi7Mg bezeichnet. Sie gehört zur Al–Si–Mg-Reihe, bei der Silizium das Hauptlegierungselement ist (für Gießbarkeit und Fließfähigkeit) und Magnesium eine Ausscheidungshärtung durch Bildung von Mg2Si während der Wärmebehandlung ermöglicht.

Diese Legierung ist wärmebehandelbar und gewinnt den Großteil ihrer Festigkeit durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern (T5/T6-Varianten), kann jedoch auch im als-gestrahlt und spannungsarm geglühten Zustand geliefert werden, wenn die Zähigkeit im Vordergrund steht. Wesentliche Eigenschaften umfassen gute Gießfließfähigkeit, mäßig bis hohe Festigkeit nach dem Altern, angemessene Korrosionsbeständigkeit für viele Umgebungen und eine vertretbare Schweißbarkeit bei entsprechender Vorbereitung; die Umformbarkeit ist jedoch im Vergleich zu gewalzten Legierungen eingeschränkt, sodass sie primär als Gusslegierung eingesetzt wird.

Typische Anwendungsbereiche für A356 sind die Automobilindustrie (Räder, Strukturgussteile), Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung (bearbeitete Gussteile und Fittings), Konsumgüter (Kompressorgehäuse, Pumpengehäuse) und Elektronik (Gehäuse und wärmeableitende Gussteile). Ingenieure wählen A356, wenn eine Kombination aus geringem Gewicht, guter Gießbarkeit und altersverfestigbaren mechanischen Eigenschaften erforderlich ist und komplexe Formen wirtschaftlicher durch Gießen als durch Umformen hergestellt werden.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Hervorragend (für Gussteile)	Hervorragend	Vollständig geglüht / überlagert; höchste Duktilität und Spannungsabbau für die Bearbeitung.
T5	Moderat	Moderat	Ausreichend	Gut	Vom Gusszustand abgekühlt und künstlich gealtert; praktisch für als-gestrahlte Bauteile.
T6	Hoch	Niedrig–Moderat	Eingeschränkt	Gut (mit Vorsicht)	Gelöst, abgeschreckt und künstlich gealtert; höchste Festigkeit bei A356.
T651	Hoch	Niedrig–Moderat	Eingeschränkt	Gut (mit Vorsicht)	T6 plus Spannungsarmglühen durch Dehnen oder Vibrieren; reduziert Verzug bei der Bearbeitung.
H14 (leicht kaltverfestigt)	Niedrig–Moderat	Moderat	Moderat	Gut	Leicht kaltverformt; selten für reinen Guss, aber anwendbar bei gewalzten Formen.

Die Wahl des Zustands beeinflusst entscheidend das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität sowie die dimensionsstabile Ausführung von A356-Gussteilen. Die Zustände O und überlagert maximieren die Bearbeitbarkeit und Dehnung auf Kosten der Festigkeit, während T5/T6/T651 durch Ausscheidungen von Mg2Si und die veränderte Siliziummorphologie die Streck- und Zugfestigkeit erhöhen, dabei jedoch häufig die Dehnung verringern und die Rissgefahr unter hoher Beanspruchung steigern.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	6,5–7,5	Hauptlegierungselement; verbessert Fließfähigkeit, reduziert Schrumpfung und beeinflusst die Festigkeit.
Fe	≤0,20–0,35 (spezifikationsabhängig)	Verunreinigung, die spröde Intermetallische Verbindungen bildet; kontrolliert zur Minimierung von Porosität und Heißrissbildung.
Mn	≤0,10	Begrenzt die Morphologie der Eisen-Intermetallischen Phasen; kleine Mengen verbessern die Zähigkeit.
Mg	0,20–0,45	Ermöglicht Altersverfestigung durch Mg2Si-Ausscheidungen; entscheidend für das T6-Ansprechverhalten.
Cu	≤0,20	Kleine Zusätze können die Festigkeit erhöhen, aber Korrosionsbeständigkeit mindern und Heißrissgefahr steigern.
Zn	≤0,10	Sehr gering gehalten; trägt kaum zur Festigkeit bei.
Cr	≤0,10	Beeinflusst Kornstruktur und verbessert marginal die Hochtemperaturstabilität.
Ti	≤0,20	Kornfeiner im Guss; verbessert Mikrostruktur und Nachspeisung im Gusszustand.
Andere	≤0,05 einzeln, ≤0,15 gesamt	Spurenelemente und Verunreinigungen; Limits erforderlich für vorhersehbares Gieß- und mechanisches Verhalten.

Die Chemie von A356 ist optimiert, um Gießbarkeit und Wärmbehandlungsansprechen auszubalancieren. Silizium bestimmt das Eutektikum und die Erstarrungseigenschaften, während der Magnesiumgehalt das Volumen und die Verteilung der Mg2Si-Ausscheidungen steuert, die für die Altersverfestigung verantwortlich sind; eine strenge Kontrolle von Eisen und Spurelementen ist entscheidend, um schädliche Intermetallische Phasen zu vermeiden, die Duktilität und Ermüdungsbeständigkeit beeinträchtigen.

Mechanische Eigenschaften

Im geglühten Zustand (O) zeigt A356 eine relativ niedrige Zugfestigkeit mit hoher Dehnung, bedingt durch eine sphäroidisierte Siliziummorphologie und minimale Ausscheidungshärtung. Nach Lösungsglühen und künstlichem Altern (T6) steigen Zug- und Streckgrenze deutlich an, verursacht durch fein verteilte Mg2Si-Ausscheidungen und eine verfeinerte Siliziumpartikelverteilung, jedoch nimmt die Duktilität entsprechend ab. Die Ermüdungsfestigkeit ist empfindlich gegenüber Gussdefekten (Porosität, Schrumpfung) und Oberflächenzustand; Kugelstrahlen und Warmisostatisches Pressen (HIP) sind gängige Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer bei strukturellen Gussteilen.

Dicke und Abkühlgeschwindigkeit während des Gießens beeinflussen die Mikrostruktur im als-gestrahlten Zustand: dickere Querschnitte erstarren langsamer, was zu gröberen Siliziumpartikeln und geringerer Festigkeit im Vergleich zu dünnwandigen Gussteilen führt. Die Härte korreliert mit dem Zustandsbild und wird häufig als schnelles Prozesskontrollmittel verwendet; typischerweise steigt die Brinell-Härte von niedrigen Werten im Zustand O auf deutlich höhere Werte im Zustand T6. Thermische Belastung in der Nähe oder über den Alterungstemperaturen verändert den Ausscheidungszustand und kann die Legierung je nach Zeit- und Temperaturverlauf überaltern (erweichen) oder weiter härten.

Eigenschaft	O/Geglüht	Hauptzustand (T6 / T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	90–160 MPa (typ.)	230–320 MPa (typ.)	Große Streubreite bedingt durch Wandstärke, Gießverfahren und Porosität.
Streckgrenze	35–80 MPa (typ.)	140–240 MPa (typ.)	Streckgrenze steigt deutlich durch Lösungsglühen und Altern; T651 verbessert Dimensionsstabilität.
Dehnung	10–30 % (typ.)	2–10 % (typ.)	Duktilität nimmt mit höherer Festigkeit ab; Dehnung ist von Defekten abhängig.
Härte (HB)	30–50 HB	70–100 HB	Härte wird für Qualitätssicherung verwendet und korreliert mit Altersverfestigung und Mikrostruktur.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für Al-Si-Gusslegierungen; leichter als Stahl und viele andere Metalle.
Schmelzbereich	~557–640 °C	Eutektischer/halbfester Erstarrungsbereich, beeinflusst durch Si-Gehalt und Gussabkühlrate.
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/(m·K)	Niedriger als bei reinem Aluminium durch Silizium und Intermetallische Verbindungen; dennoch gut für wärmeableitende Bauteile.
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Reduziert gegenüber reineren Aluminiumlegierungen wegen Si und anderer Legierungselemente.
Spezifische Wärmekapazität	~0,88–0,90 J/(g·K)	Typisch für Aluminiumlegierungen; relevant für thermische Auslegung in Elektronik und Kühlkörpern.
Wärmeausdehnungskoeffizient	21–24 µm/(m·K)	Mäßiger Wert; wichtig für das Zusammenwirken mit Stahl oder Verbundwerkstoffen in Baugruppen.

A356 bietet eine günstige Kombination aus niedriger Dichte und guter Wärmeleitfähigkeit, was die Legierung attraktiv für leichte Strukturbauteile und thermisches Management macht. Das Silizium senkt die elektrische und thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium, erhält jedoch ausreichend Leitfähigkeit für viele Anwendungen im Bereich Wärmesenken und elektronische Gehäuse und bietet dabei überlegene Gießbarkeit.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Guss (Sandguss)	Querschnitte von wenigen mm bis zu mehreren hundert mm	Festigkeit variiert stark mit Querschnittsgröße	O, T5, T6, T651	Weit verbreitet für Prototypen und Kleinserienteile; langsame Abkühlung → gröbere Mikrostruktur.
Guss (Dauerform / Kokillenguss)	Dünne bis mittlere Querschnitte (≤100 mm)	Höhere Festigkeit im Gußzustand durch schnellere Abkühlung	T5, T6	Bessere Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit; häufig für Räder, Gehäuse.
Strangpressen	Begrenzt / nicht typisch	Nicht anwendbar für Standard-Strangpressverfahren	H-Zustände bei Herstellung	A356 ist keine primäre Strangpresslegierung; extrudierte AlSi-Legierungen existieren, sind aber weniger gebräuchlich.
Rohr	Guss- und Fertigrohre	Variabel; abhängig von Umformung/Verarbeitung	O, T5	Spezialisierte Near-Net-Shape-Gussrohre oder Fließformkomponenten möglich.
Stange/Rundstahl/Block	Geschmiedete oder gegossene Halbzeuge zum Zerspanen	Bearbeitbar; Eigenschaften durch nachfolgende Wärmebehandlung	O, T6 (nach Lösungsglühen/Alterung)	Wird als Ausgangsmaterial für CNC-bearbeitete Bauteile aus Gussblöcken oder Schmiedeteilen verwendet.

A356 ist hauptsächlich eine Gusslegierung; der Herstellungsweg (Sandguss, Kokillenguss, Hochdruckdruckguss) beeinflusst stark die Mikrostruktur und das resultierende mechanische Verhalten. Nachbehandlungen wie Wärmebehandlung und Spannungsarmglühen steuern zusätzlich die End-Eigenschaften und Maßstabilität. Die Wahl des Gussverfahrens basiert auf Stückzahlen, Toleranzen, Oberflächenqualität und thermischer Prozesshistorie.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Bezeichnung	Region	Bemerkungen
AA	A356 / A356.0	USA	Gängige Aluminum Association Bezeichnung für die Gusslegierung AlSi7Mg-Typ.
EN AW	AlSi7Mg0.3 (≈ EN AW-226)	Europa	Normierte europäische Bezeichnung, entspricht chemisch und leistungsmäßig ungefähr A356.
JIS	AC-AlSi7Mg (ungefähr)	Japan	Japanische Gusslegierungsäquivalente mit ähnlichen Si–Mg-Gehalten, aber anderen Grenzwerten für Verunreinigungen.
GB/T	AlSi7Mg oder A356 (ungefähr)	China	Chinesische Normen mit ähnlichen Zusammensetzungen; Schmelzpraxis und Verunreinigungsgrenzen können abweichen.

Äquivalente Werkstoffe sind für viele Anwendungen weitgehend austauschbar, jedoch beeinflussen subtile Unterschiede bei erlaubten Verunreinigungen (insbesondere Eisen und Kupfer) sowie der genaue Mg-Gehalt das Ansprechverhalten beim Altern und das Gießverhalten. Einkäufer sollten zertifizierte chemische und mechanische Datenblätter vergleichen und bei kritischen Anwendungen Musterprüfungen oder Fertigungsversuche verlangen, da Gießverfahren und Qualitätskontrolle größere Variabilitäten verursachen können als nominale Werkstoffunterschiede.

Korrosionsbeständigkeit

A356 zeigt allgemein gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit durch die natürlich gebildete Al2O3-Passivschicht und eignet sich für städtische und industrielle Atmosphären bei entsprechender Oberflächenpflege und begrenztem Chloridkontakt. In maritimen und chloridreichen Umgebungen treten bevorzugt Loch- und Spaltkorrosion an siliziumreichen Phasen oder Gussdefekten auf, weshalb Schutzbeschichtungen, Eloxieren oder kathodischer Schutz für Daueranwendungen üblich sind.

Spannungsrisskorrosion ist bei A356 seltener als bei hochfesten Al–Cu-Legierungen, nimmt jedoch mit höherfesten Zuständen, erhöhten Eigenspannungen und mikrostrukturellen Defekten zu; Konstrukteure sollten Zugüberbeanspruchungen vermeiden und Spannungsarmglühen nach der Wärmebehandlung (T651) in Betracht ziehen. Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Werkstoffen (Edelstahl, Kupfer) fördern die Korrosion der Aluminiumlegierung als anodisches Material; Isolationsschichten oder Opferanoden sind typische Gegenmaßnahmen.

Im Vergleich zu 5xxx (Al–Mg) Legierungen weist A356 eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen auf, ist jedoch meist weniger widerstandsfähig als stark legierte, eloxierbare 6xxx-Legierungen in aggressiven Chloridumgebungen. Die Auswahl sollte sich nach geforderten mechanischen Eigenschaften, Expositionsbedingungen sowie der Verfügbarkeit von Beschichtungen und Nachbehandlungen richten.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

A356 lässt sich mit konventionellen Verfahren wie WIG (TIG) und MIG schweißen, wobei bei gegossenem Material auf Porosität und Heißrissbildung geachtet werden muss. Vorwärmen und der Einsatz geeignet abgestimmter Schweißzusatzwerkstoffe (z. B. Al-Si-Legierungen wie 4043 oder Al-Mg-Si-Legierungen wie 5356 in speziellen Fällen) verringern Wasserstoffporosität und thermische Spannungen; eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist oft erforderlich, um die Alterungshärte wiederherzustellen. Wärmeeinflussgebiete (WEG) erfahren lokale Weichung und erfordern Prozesskontrolle, um Verzug und Eigenschaftsminderung in kritischen Bereichen zu vermeiden.

Bearbeitbarkeit

Gusszustand A356 weist gute Bearbeitbarkeit für eine Gusslegierung auf, besonders im O- oder halbstabilisierten Zustand; Werkzeugschneiden aus Hartmetall sowie moderate Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten sind empfehlenswert, um harte Siliziumpartikel zu bewältigen. Werkzeugverschleiß entsteht primär durch abrasiven Silizium und Intermetallische Phasen, daher sind positive Spanwinkel und Kühlmitteleinsatz vorteilhaft; Stoßschnitte sollten wenn möglich vermieden und Späne effizient abgeführt werden, um Oberflächenschäden zu verhindern. Maschinell bearbeitete Oberflächen und Toleranzen verbessern sich bei Einsatz von Kokillen- oder Druckgusshalbzeugen aufgrund feinerer Mikrostruktur.

Umformbarkeit

Die Kaltumformbarkeit von A356 ist im Vergleich zu gegossenen Aluminiumlegierungen eingeschränkt; Biegen und Stanzen werden kaum auf gegossene Teile angewandt, außer bei dünnen Kokillengussteilen. Das beste Umformverhalten zeigt sich in überwiegend überaltertem oder O-Zustand. Konstrukteure bevorzugen meist die geometrische Gestaltung über das Gießen statt Nachumformung. Wenn Umformen erforderlich ist, ermöglichen lokale Erwärmung oder Lösungsglühen vor der Umformung mit anschließender geeigneter Alterung eine begrenzte Formgebung unter Erhalt der Festigkeit nach der Wiederalterung.

Wärmebehandlungsverhalten

A356 ist eine wärmebehandelbare Legierung, die auf Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken und künstlicher Alterung zum T6-Zustand anspricht. Das typische Lösungsglühen erfolgt bei etwa 525–540 °C zur Mg-Auflösung und Bildung einer übersättigten festen Lösung; das schnelle Abschrecken reduziert die Ausscheidungsbildung während des Abkühlens, und die nachfolgende künstliche Alterung bei ca. 150–180 °C über mehrere Stunden setzt feine Mg2Si-Ausscheidungen frei zur Festigkeitssteigerung. T5 ist eine verkürzte künstliche Alterung an Gußteilen ohne Lösungsglühen; sie liefert moderate Festigkeitsverbesserungen ohne vollständiges Lösungsglühen.

Überalterung, längere Einwirkung erhöhter Temperaturen oder unzureichende Abschreckgeschwindigkeit führen zu groberen Ausscheidungen und Festigkeitsverlust, daher ist Prozesskontrolle entscheidend. Für nicht wärmebehandelbares Verhalten (relevant bei nicht-standardisierten Chargen oder bestimmten Walzvarianten) erfolgt Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung und Kaltumformung, während Glühen oder komplette Lösungsglühungen verwendet werden, um Zähigkeit zurückzugewinnen und Spannungen vor der Endbearbeitung abzubauen.

Hochtemperaturverhalten

A356 verliert oberhalb typischer Alterungstemperaturen allmählich an Festigkeit; Einsatztemperaturen über ~150 °C verringern die Wirksamkeit der Mg2Si-Ausscheidungen und führen mit der Zeit zu Erweichung. Kriechverhalten bei erhöhten Temperaturen ist im Vergleich zu hochtemperaturbeständigen Legierungen begrenzt, daher ist A356 meist für mittlere Temperaturen oder intermittierende thermische Beanspruchung geeignet; Auslegungsfaktoren müssen Langzeitbelastungen und potenzielle Überalterung berücksichtigen. Oxidation ist bei normalen Betriebstemperaturen durch die schützende Aluminiumschicht minimal, aber längere hohe Temperaturbelastung fördert Mikrostrukturvergröberung und kann Versprödung intermetallischer Phasen begünstigen.

Anwendungen

Industrie	Beispielbauteil	Warum A356 verwendet wird
Automobil	Räder, Getriebegehäuse, Kurbelgehäuseabdeckungen	Gute Gießbarkeit, Gewichtsersparnis und alterbare Festigkeit für Strukturgussteile.
Luft- und Raumfahrt	Strukturteile, Halterungen, Fittings	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Fähigkeit, komplexe Near-Net-Shape-Teile zu fertigen.
Marine	Rumpfarmaturen, Pumpengehäuse, Außenbordkomponenten	Angemessene Korrosionsbeständigkeit und Möglichkeit, komplexe, seewasserbeständige Formen mit Schutzbeschichtungen zu gießen.
Elektronik	Gehäuse, Kühlkörpergehäuse	Kombination aus Wärmeleitfähigkeit, Gießbarkeit und Bearbeitbarkeit für thermisch relevante Bauteile.

A356 wird häufig gewählt, wenn Konstrukteure komplexe Geometrien mit guter mechanischer Leistung nach Wärmebehandlung benötigen und dabei Nachbearbeitung sowie Montageaufwand minimieren wollen. Die ausgewogene Kombination aus Gießbarkeit, Bearbeitbarkeit und Alterungshärte ermöglicht eine kosteneffiziente Herstellung von mittelstarken Gussteilen in verschiedenen Branchen.

Auswahlempfehlungen

Wählen Sie A356, wenn komplexe oder dünnwandige Gussteile mit nachbearbeitbarer mechanischer Leistung erforderlich sind und Gewichtseinsparung wichtig ist, aber nicht die höchsten Festigkeiten von Halbzeuglegierungen. Besonders geeignet ist sie für Bauteile, die von guter Gießbarkeit und moderater Alterungshärte profitieren (Räder, Gehäuse, Fittings).

Im Vergleich zu handelsüblichem reinem Aluminium (1100) tauscht A356 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie die inhärente Umformbarkeit gegen eine deutlich höhere Festigkeit nach Wärmebehandlung und Maßhaltigkeit in Gussformen ein. Im Vergleich zu üblichen werkstoffgehärteten Legierungen (3003, 5052) bietet A356 eine höhere ausscheidungshärtbare Festigkeit, jedoch typischerweise geringere Duktilität und eine ähnliche oder leicht reduzierte Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen. Im Vergleich zu gebräuchlichen wärmebehandelbaren Halbzeuglegierungen (6061, 6063) kann A356 bevorzugt werden, wenn komplexe Gussgeometrien und wirtschaftliche Vorteile des Gießens die höhere Spitzenfestigkeit und bessere Schweißbarkeit dieser Halbzeuglegierungen überwiegen.

Abschließende Zusammenfassung

A356 bleibt eine bewährte Gusslegierung für Ingenieure, die eine praxisorientierte Kombination aus Gießbarkeit, geringer Dichte und wirksamer Ausscheidungshärtung benötigen. Dies macht sie besonders wertvoll in der Automobil-, Luftfahrt-, Marine- und Wärmetechnik, wo komplexe Formen und eine mittlere bis hohe Festigkeit zu angemessenen Kosten gefordert sind.