Aluminium A357: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsleitfaden & Anwendungen

Umfassender Überblick

A357 ist eine wärmebehandelbare Aluminium-Silizium-Magnesium-Gusslegierung, die in der europäischen Notation häufig als AlSi7Mg und in ASTM/ASME-Listen als AA A357 spezifiziert wird. Sie gehört zur Familie der Al–Si–Mg-Gusslegierungen (oft konzeptionell mit den 3xx/4xx Reihen der gewalzten Legierungen aufgrund der Legierungselemente in Verbindung gebracht, formal jedoch als Gusslegierung klassifiziert), wobei Silizium das Hauptelement ist und Magnesium zur Ausscheidungshärtung hinzugefügt wird.

Die Festigkeitssteigerung bei A357 erfolgt hauptsächlich durch Lösungsglühen, gefolgt von Abschrecken und künstlicher Alterung (Ausscheidungshärtung), um Mg2Si-Ausscheidungen zu erzeugen; eine Eigenschaftsanpassung ist zudem durch Modifikation (Sr, Na) und Kornfeinung (Ti, B) möglich. Wichtige Merkmale sind ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis in den Zuständen T6/T651, gute Gießbarkeit und Maßhaltigkeit, mäßige Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen sowie allgemein akzeptable Schweißbarkeit mit geeigneten Zusatzwerkstoffen; die Umformbarkeit ist gegenüber den gewalzten Legierungen im peak-gealterten Zustand eingeschränkt.

Typische Anwendungsbereiche umfassen Automobilantriebsstrang- und Strukturgussteile, sekundäre Strukturbauteile und Halterungen in der Luftfahrt, allgemeine Industrie-Gußkomponenten sowie einige maritime und Verbraucherprodukte, bei denen Gussteile bevorzugt werden. Ingenieure wählen A357 für komplex geformte Gussteile, die eine Balance aus hoher statischer Festigkeit, angemessenem Ermüdungsverhalten und guter Gussoberflächenqualität erfordern und bei denen wärmebehandelbare Zustände (T6/T651) benötigt werden, ohne den Kupfer- oder Zinkgehalt zu erhöhen wie bei hochfesten Luftfahrtlegierungen.

Wärmebehandlungszustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, optimal für Umformen und Zerspanen.
T4	Mittel	Mittel-Hoch	Gut	Gut	Gelöstemperung und natürliche Alterung; Zwischenwerteigenschaften.
T5	Mittel-Hoch	Mittel	Ausreichend	Gut	Abgekühlt aus dem Gusszustand und künstlich gealtert; verwendet wenn keine Lösungsglühung erfolgt.
T6	Hoch	Niedrig-Mittel	Begrenzt	Gut (mit Nachbehandlung)	Gelöstempert, abgeschreckt und künstlich gealtert für maximale Festigkeit.
T651	Hoch	Niedrig-Mittel	Begrenzt	Gut (mit Nachbehandlung)	T6 mit Spannglühung durch Dehnen; häufig bei maßhaltigen Gussteilen.
F	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Wie geliefert, Eigenschaften abhängig von nachfolgender Bearbeitung; nicht normiert.

Der Wärmebehandlungszustand hat einen erst-ordentlichen Einfluss auf die mechanische Leistung und Bearbeitbarkeit, da der Lösungsglühen/Alterungsprozess Mg2Si ausscheidet, um die Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Duktilität zu reduzieren. Der vollständig geglühte Zustand (O) optimiert die Duktilität und die Umform- oder Zerspanbarkeit, während die T6/T651-Zustände die Zug- und Streckfestigkeit auf Kosten von Dehnung und Umformbarkeit maximieren; Schweißarbeiten erfordern in der Regel eine lokale Neueralterung oder eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen, um die Eigenschaften wiederherzustellen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	6,5–7,5	Wichtigstes Legierungselement für Gießbarkeit, Fließfähigkeit und Festigkeit durch eutektisches Silizium.
Fe	≤0,20–0,30	Verunreinigung, die intermetallische (Fe-reiche) Phasen bildet, welche Versprödung und Reduktion der Duktilität verursachen können.
Mn	≤0,10	Geringer Anteil; hilft bei der Modifizierung der Fe-Intermetallische Morphologie.
Mg	0,35–0,60	Ermöglicht Ausscheidungshärtung über Mg2Si; steuert das Ansprechverhalten auf Wärmebehandlung.
Cu	≤0,20	Üblicherweise gering; erhöht Festigkeit, kann aber Korrosionsbeständigkeit und Spannungsrisskorrosion beeinträchtigen.
Zn	≤0,10	In der Regel Restgehalt; begrenzte Festigkeitssteigerung auf diesem Niveau.
Cr	≤0,10	Steuert die Kornstruktur und kann das Kornwachstum während der Verarbeitung begrenzen.
Ti	0,02–0,10	Zur Kornfeinung während der Erstarrung eingesetzt (Ti-B-Systeme üblich).
Weitere (jeweils)	≤0,05–0,15	Reststoffe und gezielte Modifikatoren (Sr zur Siliziummodifikation, Sr ca. 0,01).

Die Legierungschemie ist optimiert, um Gießbarkeit, Wärmebehandlungsreaktion und Korrosionsverhalten auszubalancieren. Silizium bestimmt die eutektische Struktur und fördert die Fließfähigkeit, Magnesium ist Basis der Ausscheidungshärtung und niedrige Kupfer- und Eisenwerte begrenzen Korrosionsanfälligkeit und Versprödung durch intermetallische Phasen.

Mechanische Eigenschaften

A357 zeigt erhebliche Schwankungen in Zug- und Streckverhalten, abhängig vom Wärmebehandlungszustand und Gießverfahren. Im T6/T651-Zustand erreicht die Legierung relativ hohe Zugfestigkeiten und Streckgrenzen für ein Al–Si–Mg-Gussmaterial durch feine Mg2Si-Ausscheidungen und ein verfeinertes eutektisches Silizium, während der geglühte Zustand deutlich höhere Dehnung und niedrigere Streckgrenze aufweist. Die Härte folgt der Zugfestigkeit und steigt mit Alterung deutlich an; Brinell- oder Vickers-Härtewerte nehmen von weichen, gut bearbeitbaren Werten im O-Zustand auf deutlich höhere Werte im T6-Zustand zu.

Das Ermüdungsverhalten von A357 ist im Allgemeinen besser als bei spröderen hypereutektischen Aluminium-Silizium-Gussteilen, weil die kontrollierte Siliziummorphologie und Wärmebehandlung Rissinitiierungsstellen reduzieren; dennoch ist die Lebensdauer empfindlich gegenüber Gussfehlern, Porosität und Oberflächenfinish. Dicke und Bauteilquerschnitt beeinflussen die Abkühlgeschwindigkeit während der Erstarrung, was Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften mitbestimmt; dickere Querschnitte kühlen langsamer ab, was grobkörnigeres Silizium und geringere Festigkeit nach Wärmebehandlung fördert.

Oberflächenzustände, nachträgliche Modifikationen und Techniken zur Porositätsminderung (Vakuum-Gießen, Entgasen und korrektes Angießsystem) verbessern direkt die mechanische Konsistenz und das Ermüdungsverhalten in Strukturbauteilen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Zustand (T6/T651)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	140–190	260–320	Breiter Bereich je nach Gießverfahren und Bauteildicke.
Streckgrenze (MPa)	60–110	200–260	Streckgrenze steigt nach Lösungsglühen und Alterung deutlich an.
Dehnung (%)	10–18	4–8	Duktilität reduziert im peak-gealterten Zustand; Bruchverhalten meist duktil-spröder Mischbruch.
Härte (HB)	40–70	85–120	Brinell-Härte steigt mit Alterung und feiner eutektischer Siliziummorphologie.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,65–2,68 g/cm³	Typisch für Al–Si-Gusslegierungen; hilfreich für Massen-/Gewichtsberechnungen.
Schmelzbereich	~560–635 °C	Solidus und Liquidus variieren je nach Si- und Modifikatorgehalt; eutektischer Anteil beeinflusst Erstarrungsbereich.
Wärmeleitfähigkeit	120–150 W/m·K	Niedriger als reines Al aufgrund von Legierung und Silizium; dennoch gut zum Wärmeableiten gegenüber Stählen.
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Reduziert im Vergleich zu reinem Aluminium; Leitfähigkeit sinkt mit Kaltverformung und Legierungselementen.
Spezifische Wärmekapazität	~0,89 kJ/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen, relevant für thermische Berechnungen.
Thermische Ausdehnung	22–24 µm/m·K	Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich anderen Al–Si-Legierungen; wichtig beim Verbinden mit verschiedenen Werkstoffen.

Die physikalischen Eigenschaften machen A357 attraktiv, wenn ein niedrigdichtes, wärmeleitfähiges Metall benötigt wird, aber die volle elektrische Leitfähigkeit von reinem Aluminium nicht entscheidend ist. Daten zu thermischer Ausdehnung und Leitfähigkeit sind bei der Konstruktion von Baugruppen mit Stahl, Verbundwerkstoffen oder Beschichtungen entscheidend, da unterschiedliche Ausdehnungen zu Spannungen oder Dichtungsversagen führen können.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	Selten; dünne Gussstücke 1–6 mm	Variabel; typischerweise niedriger als bei gewalztem Blech	O, T5	Begrenzte Verfügbarkeit; verwendet für spezialisierte Gussblechverfahren.
Platte	6–100 mm (Gussplattensegmente)	Querschnittsabhängige Eigenschaften	O, T6/T651	Plattenähnliche Gussteile zeigen in dicken Querschnitten aufgrund von Grobkorngrobung reduzierte Eigenschaften.
Strangpressprofil	Nicht gebräuchlich	Nicht anwendbar	—	A357 wird üblicherweise nicht für Strangpressprofile verwendet; Zusammensetzung und Gussfokus machen es ungeeignet.
Rohr	Gegossen oder aus Brammen bearbeitet; Größen variabel	Abhängig von Guss und Wärmebehandlung	O, T6	Gussrohre sind weniger verbreitet als gewalzte Rohre; verwendet für komplexe Querschnitte.
Stab/Stange	Gegossene Brammen und Schmiedeteile	Variabel; wärmebehandelbar	O, T6	Oft als Barren oder Brammen zur weiteren Bearbeitung hergestellt.

A357 ist primär eine Gusslegierung, und die meisten handelsüblichen Formen sind Sandguss, Kokillenguss oder Feinguss sowie Barren/Brammen. Unterschiede im Herstellungsprozess (z. B. Kokillenguss versus Sandguss) beeinflussen die Abkühlraten und damit die Mikrostruktur und mechanischen Endeigenschaften; Konstrukteure müssen Gussverfahren, Bauteildicke und Zustand auf die vorgesehene Belastung und Ermüdungsbeanspruchung abstimmen.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	A357	USA	Übliche ASTM-Bezeichnung für Gießlegierungen; genutzt in Luftfahrt- und Automobilspezifikationen.
EN AW	AlSi7Mg	Europa	Allgemeiner europäischer Äquivalentwerkstoff; Zusammensetzungstoleranzen und Wärmebehandlungsverfahren können abweichen.
JIS	ADC10/ADC12 (ca.)	Japan	ADC-Reihe sind Druckgusslegierungen mit ähnlichem Si-Gehalt; ADC12 enthält mehr Cu und weist andere Eigenschaften auf.
GB/T	AlSi7Mg (oder A357-Analog)	China	Lokale Normen entsprechen EN/ASTM, aber chemische und mechanische Toleranzen können je nach Hersteller variieren.

Die Äquivalenz ist nur ungefähr, da Gusspraktiken, Grenzwerte für Verunreinigungen und Wärmebehandlungsprotokolle je nach Region und Normungsorganisation unterschiedlich sind. Ingenieure sollten mechanische Eigenschaftsdaten und Wärmebehandlungshinweise beim Austausch zwischen Normen sorgfältig prüfen, um funktionale Gleichwertigkeit bei kritischen Bauteilen sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

A357 zeigt generell eine gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit für eine Aluminium-Gusslegierung, da die siliziumreiche Matrix und der niedrige Kupferanteil galvanische Tendenzen in typischen Umgebungen reduzieren. Die natürlich entstehende Aluminiumoxidschicht bietet einen Basisschutz, jedoch kann lokale Korrosion an intermetallischen Teilchen oder Gussfehlern beginnen, wo die Passivschicht gestört ist.

In marinen oder chloridhaltigen Umgebungen zeigt A357 eine moderate Beständigkeit, ist jedoch nicht so robust wie spezialisierte Marinelegierungen (z. B. Al–Mg 5xxx-Serie); längere Einwirkung von Salznebel oder Spritzwasserbereiche erfordern Schutzbeschichtungen, Anodisieren oder kathodische Isolation, um Lochfraß zu vermeiden. Die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion ist aufgrund des niedrigen Kupfergehalts und moderater Mg-Werte relativ gering, obwohl hohe Zugspannungen kombiniert mit aggressiven Umgebungen dennoch SCC verursachen können.

Galvanische Wechselwirkungen erfordern Aufmerksamkeit: In Verbindung mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl, Kupferlegierungen) wirkt A357 anodisch und korrodiert bevorzugt, wenn ein Elektrolyt anliegt; isolierende Materialien oder Schutzbeschichtungen werden üblicherweise eingesetzt, um beschleunigte Korrosion zu vermeiden. Im Vergleich zu gewalzten 6xxx-Serie-Legierungen bietet A357 ähnliche Korrosionsbeständigkeit, wobei jedoch beachtet werden muss, dass gussbedingte Porosität oder die Verteilung intermetallischer Phasen lokalen Angriff fördern können.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißeignung

A357 lässt sich mit gebräuchlichen Lichtbogenschweißverfahren wie WIG (GTAW) und MIG (GMAW) unter Einsatz geeigneter Zusatzwerkstoffe schweißen; für Al–Si-Gusslegierungen ist ER4043 (Al–5Si) ein weit verbreiteter Zusatz, da er die Siliziumverträglichkeit fördert und Heißrisse verringert. Das Risiko von Heißrissen ist bei Gusslegierungen aufgrund der eingeschränkten Erstarrung und groben Eutektik mäßig, daher sind Vorreinigung, gutes Fügekonzept und Wärmeeintragkontrolle essenziell. Eine Erweichung des Wärmeeinflussbereichs (WEZ) ist im T6-Zustand erwartet, da lokale Erwärmung Ausscheidungen auflöst; Nachbehandlung durch Lösungsglühen und Auslagern oder lokales künstliches Altern nach dem Schweißen wird empfohlen, um die mechanischen Eigenschaften wiederherzustellen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von A357 ist im Vergleich zu vielen hochsiliziumhaltigen Gusslegierungen allgemein gut, da der Siliziumgehalt und die modifizierte Eutektik die Werkzeugbeanspruchung im Vergleich zu hypereutektoiden Legierungen reduzieren. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und Hochgeschwindigkeitszerspanung führen zu guter Produktivität; Kühlschmierstoffe wie Überspülkühlung oder Nebelkühlung verbessern den Spanabfluss und die Werkzeugstandzeit. Beim Zerspanen großer Sektionen im T6-Zustand sind Härte und Spanbruchkontrolle zu berücksichtigen; Taschen und dünne Stege sollten zur Vermeidung von Vibrationen und Verformungen konstruiert werden.

Umformbarkeit

Die Kaltumformbarkeit ist in gehärteten Zuständen (T6/T651) aufgrund verminderter Dehnbarkeit begrenzt, während die geglühten (O) oder lösungsgeglühten (T4) Zustände deutlich bessere Biege- und Streckumformbarkeit bieten. Typische Mindestbiegeradien hängen von Blechdicke und Zustand ab, sind aber im Allgemeinen größer als bei duktilen gewalzten Legierungen; Konstrukteure geben häufig Biegen im O-Zustand gefolgt von einer finalen Wärmebehandlung vor, um gewünschte Geometrie und mechanische Eigenschaften zu erzielen. Inkrementelle Umformverfahren für Gussteile sind möglich, erfordern jedoch sorgfältige Kontrolle von Wärme und Eigenspannungen.

Wärmebehandlungsverhalten

A357 ist eine wärmebehandelbare Gusslegierung und spricht auf konventionelle Al–Si–Mg-Wärmezyklen zur Erzeugung von T6/T651-Zuständen an. Das Lösungsglühen erfolgt typischerweise bei etwa 520–540 °C für ausreichend lange Zeit, um Mg zu lösen und Siliziumnetzwerke teilweise zu verändern; die Zeitdauer richtet sich nach Bauteildicke und muss Homogenisierung mit dem Vermeiden von beginnendem Schmelzen tieffschmelzender Bestandteile abwägen. Eine schnelle Abschreckung auf Raumtemperatur hält die Legierung in übersättigter Festlösung gefangen und bereitet das künstliche Altern bei 150–200 °C vor, bei dem feine Mg2Si-Partikel ausscheiden und die Zielzugfestigkeit erreicht wird.

Der T5-Zustand wird durch künstliches Altern nach dem Abkühlen aus dem Gusszustand erreicht; er wird verwendet, wenn eine vollständige Lösungsglühung nicht praktikabel ist. T651 beinhaltet zusätzlich ein Dehnungsglühen nach dem Abschrecken zur Minimierung von Eigenspannungen und Verbesserung der Maßhaltigkeit, was besonders für Druckguss oder hochpräzise Gussteile wichtig ist. Überalterung bei höheren Temperaturen oder zu langen Alterungszeiten grobkornt Ausscheidungen und verringert die maximale Festigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Duktilität.

Verhalten bei erhöhten Temperaturen

Die mechanischen Eigenschaften von A357 nehmen mit steigender Temperatur aufgrund der Ausscheidungsvergröberung und der abnehmenden Wirksamkeit der Lösungsfestigung progressiv ab; eine nützliche statische Festigkeit bleibt typischerweise bis ca. 125–150 °C erhalten, darüber kommt es zu deutlicher Erweichung. Die Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen ist moderat und unterliegt speziellen Hochtemperatur-Aluminium- oder Nickellegierungen; daher wird A357 für langzeitige Dauerbeanspruchung über ~150 °C nicht empfohlen.

Bei erhöhten Temperaturen beschränkt sich die Oxidation auf die Bildung einer stabilen Aluminiumoxidschicht, jedoch können Oberflächenskalierungen und Reaktionen mit aggressiven Atmosphären bei längeren Einsatzzeiten problematisch sein. Schweißungen oder lokale thermische Zyklen können die Mikrostruktur im Wärmeeinflussbereich und angrenzenden Bereichen verändern, was Zonen mit reduzierter Festigkeit und erhöhter Anfälligkeit für Kriechen oder Ermüdung bei höheren Einsatztemperaturen entstehen lässt.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielbauteil	Warum A357 verwendet wird
Automobilindustrie	Getriebegehäuse, Pumpengehäuse, Strukturhalter	Gute Gießbarkeit, hohe Festigkeit nach T6 und kosteneffiziente Produktion komplexer Formen.
Maritime Anwendungen	Getriebegehäuse, Pumpenkomponenten	Angemessene Korrosionsbeständigkeit und gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für nasse Umgebungen mit Beschichtungen.
Luft- und Raumfahrt	Fittings, Halterungen, weniger kritische Strukturgehäuse	Wärmebehandelbare Festigkeit und Maßhaltigkeit im T651-Zustand für weniger kritische Strukturelemente.
Elektronik	Kühlkörper und Gehäuse	Wärmeleitfähigkeit und Gussformgeometrie für integriertes Wärmemanagement.

A357 wird bevorzugt dort eingesetzt, wo die Bauteilgeometrie vom Gießen profitiert, T6-Niveau statischer Eigenschaften erforderlich ist und Gewichtseinsparungen sowie thermische Leistung systembedingte Vorteile bringen. Eine sachgerechte Konstruktion für Gussqualität und Nachbehandlung sichert konstante Leistung in diesen Industriezweigen.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von A357 sollte es in erster Linie dann in Betracht gezogen werden, wenn ein Gussteil eine wärmebehandelbare Festigkeit in Kombination mit vernünftiger Korrosionsbeständigkeit und guter Gießbarkeit erfordert; es ist eine gute Wahl für Bauteile mittlerer Festigkeit mit komplexer Geometrie, die von einer T6/T651-Auslagerung und dimensionsstabiler Form profitieren. Für Anwendungen, bei denen Duktilität und Umformbarkeit im Vordergrund stehen, sollten O- oder T4-Zustände spezifiziert oder stattdessen eine geschmiedete Legierung gewählt werden; für Langzeiteinsätze bei erhöhten Temperaturen oder extreme Ermüdungsbeanspruchungen sind Alternativen zu prüfen.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) tauscht A357 elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie überlegene Umformbarkeit gegen eine deutlich höhere Festigkeit und bessere Dimensionsstabilität nach Wärmebehandlung ein. Gegenüber häufig eingesetzten, Kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet A357 nach Auslagerung eine deutlich höhere Höchstfestigkeit, kann jedoch in chloridhaltigen Umgebungen eine vergleichbare oder leicht geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen; A357 wird eingesetzt, wenn Gießkomplexität und Festigkeit wichtiger sind als umfangreiche Kaltumformung. Im Vergleich zu den vielseitigen, wärmebehandelbaren geschmiedeten Legierungen wie 6061/6063 zeichnet sich A357 durch bessere Gießbarkeit und vergleichbare ausscheidungsverstärkende Mechanismen aus; A357 wird bevorzugt, wenn eine komplexe Gussteil-Geometrie und geringere Dichte trotz etwas niedrigerer Höchstfestigkeit als bei einigen geschmiedeten 6xxx-Legierungen erforderlich sind.

Abschließende Zusammenfassung

A357 bleibt eine relevante und weit verbreitete Gussaluminiumlegierung, da sie ausgezeichnete Gießbarkeit mit einer robusten wärmebehandelbaren Reaktion kombiniert, die hohe statische Festigkeit, akzeptable Ermüdungsfestigkeit und annehmbare Korrosionsbeständigkeit für viele Struktur- und Maschinenbauteile liefert. Die richtige Auswahl von Gießverfahren, Zustandsbezeichnung und Nachbehandlungen ermöglicht es Konstrukteuren, ihre Stärken zu nutzen und gleichzeitig Limitationen hinsichtlich Umformbarkeit und Einsatz bei erhöhten Temperaturen zu steuern.