Aluminium A390: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

A390 ist eine hypereutektische Aluminium-Silizium-Gusslegierung aus der Familie der 3xx/4xx-Stil Guss-Al‑Si‑Cu‑Mg-Werkstoffe und gehört nicht zu den gewalzten Serien 6xxx oder 7xxx. Die Chemie ist durch einen sehr hohen Siliziumgehalt (typisch ~17–19 Gew.-%) geprägt, wobei Kupfer und Magnesium als sekundäre Legierungselemente zur Festigkeitssteigerung eingesetzt werden, ergänzt durch geringe Mengen an Eisen, Mangan und Spuren von Titan zur Kornfeinung und -modifikation.

Der primäre Festigkeitsmechanismus ist die Ausscheidungshärtung der Aluminium-Matrix durch Cu/Mg-Intermetallische nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung, kombiniert mit mikrostruktureller Verstärkung durch harte, primäre Siliziumpartikel, die in der Matrix verteilt sind. Dadurch ist A390 eine wärmebehandelbare Gusslegierung mit einer Mikrostruktur und mechanischen Reaktion, die sich deutlich von kaltverfestigten gewalzten Legierungen unterscheidet.

Zentrale Eigenschaften sind hohe Verschleißfestigkeit und Druck-Kontaktfestigkeit dank der großen harten Si-Partikel, gute Maßhaltigkeit nach Wärmebehandlung, mäßige Korrosionsbeständigkeit, die durch Kupfer reduziert wird, sowie eingeschränkte Duktilität und Umformbarkeit im Vergleich zu gängigen gewalzten Legierungen. Typische Anwendungsbereiche für A390 sind die Automobilindustrie (Kolben, Zylinderlaufbuchsen, Verschleißeinsätze), hydraulische und pneumatische Bauteile, Pumpen sowie einige Schwerlast-Motorbauteile, bei denen Verschleißfestigkeit und Gießbarkeit entscheidend sind.

Ingenieure wählen A390, wenn eine Kombination aus hypereutektischer Verschleißfestigkeit, Gießbarkeit in komplexe Formen und die Fähigkeit, eine gehärtete T6-ähnliche Zustandsstufe zu erreichen, erforderlich ist; es wird gegenüber Gusslegierungen mit niedrigerem Si-Gehalt bevorzugt, wenn Oberflächenstabilität bei gleitender oder abrasiver Belastung und enge thermische Maßhaltigkeit Priorität haben.

Vergütungsvarianten

Vergütung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
Gusszustand (F)	Niedrig–Mittel	Niedrig (1–4%)	Schlecht	Begrenzt	Gussmikrostruktur; primäres Silizium vorhanden; minimale Duktilität
O / Weichgeglüht	Niedrig	Moderat	Verbessert gegenüber F	Begrenzt	Weichere Matrix durch Lösungsglühen/Weichglühen zur Spannungsreduzierung
T5 (Künstlich gealtert im Gusszustand)	Mittel	Niedrig (1–3%)	Schlecht	Begrenzt	Schnelle künstliche Alterung nach dem Abkühlen ohne vorheriges Lösungsglühen
T6 (Lösungsglühen + künstliche Alterung)	Hoch	Niedrig (0,5–3%)	Schlecht	Begrenzt	Maximale Festigkeit für A390; typisch für Kolben und Verschleißteile
T7 / Überglüht	Mittel	Niedrig (1–4%)	Schlecht	Begrenzt	Stabilisierte, verbesserte thermische Stabilität zulasten der Spitzenfestigkeit

Die Vergütung hat einen deutlichen Einfluss auf A390, da die Siliziummorphologie und die Verteilung der Cu/Mg-Ausscheidungen direkt Festigkeit und Zähigkeit steuern. Das Lösungsglühen gefolgt von Abschrecken und künstlicher Alterung (T6) maximiert die Matrixfestigkeit, verbessert jedoch kaum die Dehnung, da die großen primären Siliziumpartikel weiterhin eine Einschränkung darstellen.

In der Praxis tauschen Konstrukteure Duktilität gegen Härte und Verschleißfestigkeit ein: Gusszustand und T5 werden bevorzugt, wenn minimale Wärmebehandlung gewünscht ist, während T6 spezifiziert wird, wenn höhere Zug- und Streckgrenzen sowie verbesserte Ermüdungsfestigkeit erforderlich sind.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	17,0–19,0	Primäre Festigungs- und Verschleißphase; hypereutektischer Gehalt führt zu primären Si-Partikeln.
Fe	0,6–1,2	Intermetallisches Element; zu viel verursacht spröde Fe-Phasen und reduziert Ermüdungsbeständigkeit.
Mn	0,2–0,6	Modifiziert Fe-Intermetallische; verbessert leicht die Zähigkeit.
Mg	0,3–0,6	Trägt zur Ausscheidungshärtung mit Cu als Mg2Si und komplexen Ausscheidungen bei.
Cu	3,5–4,5	Hauptausscheidungshärter; verbessert Festigkeit, reduziert jedoch Korrosionsbeständigkeit.
Zn	≤0,25	Geringer Anteil; meist Verunreinigung, kaum Festigungswirkung.
Cr	≤0,2	Binden Fe und stabilisieren die Mikrostruktur in einigen Schmelzen.
Ti	0,02–0,12	Kornfeiner für Gussstücke, steuert Keimbildung der Al-Matrix.
Sonstige (Ni, Sr, Sr-Modifikatoren)	≤0,5 gesamt	Ni kann für Hochtemperaturstabilität zugesetzt werden; Sr wird zur Si-Modifikation in einigen Schmelzen verwendet.

Der hohe Siliziumanteil erzeugt eine Zweiphasenmikrostruktur aus Al-Matrix und harten Si-Partikeln, die Verschleißfestigkeit und Steifigkeit maßgeblich bestimmen. Kupfer und Magnesium bilden nach Wärmebehandlung Ausscheidungen, die Festigkeit und Härte deutlich erhöhen, während Eisen und Mangan spröde Intermetallische kontrollieren, welche Ermüdung und Bruchverhalten beeinflussen. Kleine Zugaben von Ti oder Sr werden im Gießprozess zur Kornfeinung und Modifikation der Siliziumpartikelmorphologie genutzt, um die Gießeigenschaften zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

A390 zeigt eine Kombination aus relativ hoher Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit bei eingeschränkter Zugduktilität aufgrund der hypereutektischen Siliziumphase. Im T6-Zustand trägt die Aluminium-Matrix durch Cu/Mg-Ausscheidungen deutlich zur Streck- und Zugfestigkeit bei, allerdings bleibt die Dehnung gering, und der Bruch wird meist von den spröden Siliziumpartikeln und Intermetallischen gesteuert. Die Ermüdungsleistung hängt stark von der Gussqualität, Porosität sowie Größe und Verteilung der primären Si-Partikel ab; glatte Oberflächen und Wärmebehandlung können die Ermüdungslebensdauer verbessern, eliminieren jedoch nicht die rissinitiierende Wirkung der Si-Partikel.

Dicke und Querschnittsgröße wirken sich stark aus, da die Abkühlrate während der Erstarrung die Größe der primären Si-Partikel, deren Verteilung und das Eutektikum-Abstandsmaß bestimmt; dickere Bereiche kühlen langsamer, was gröbere Si-Partikel und geringere mechanische Eigenschaften zur Folge hat. Die Härte korreliert mit der Vergütung und Mikrostruktur: Die Gusszustand-Härte ist moderat und steigt nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung auf T6-Zustand deutlich an, wobei die HB-Werte für verschleißfeste Bauteile passend sind.

Eigenschaft	Gusszustand / Weichglühen (F/O)	Typische Hauptvergütung (T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	140–220 MPa	280–360 MPa	T6-Werte abhängig von Wärmebehandlungsdauer/-temperatur; große Streuung aufgrund von Porosität und Si-Morphologie.
Streckgrenze (0,2 % Dehngrenze)	70–140 MPa	220–320 MPa	Streckgrenze steigt stark mit T6; Gusszustand weist niedrige und variable Werte auf.
Dehnung (A%)	1–6%	0,5–3%	Typisch geringe Duktilität; höhere Dehnungen in dünneren, feinkörnigen Gussteilen möglich.
Härte (HB)	70–110 HB	110–160 HB	Härte steigt mit Alterung; hohe HB-Werte korrelieren mit Verschleißfestigkeit.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,75 g/cm³	Etwas höher als reines Al durch Cu; hoher Si-Gehalt senkt Dichte leicht.
Schmelzbereich (Solidus–Liquidus)	~520–585 °C	Hypereutektische Legierung mit breit gestrecktem Erstarrungsbereich; primäres Si kristallisiert früh.
Wärmeleitfähigkeit	~90–120 W/m·K	Niedriger als reines Al und niedrig-Si-Legierungen; Leitfähigkeit wird durch Cu und Si-Partikel verringert.
Elektrische Leitfähigkeit	~25–35 %IACS	Legierungselemente und Intermetallische reduzieren die Leitfähigkeit im Vergleich zu technischem Rein-Aluminium.
Spezifische Wärmekapazität	~0,88–0,95 kJ/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen; variiert leicht mit Temperatur und Zusammensetzung.
Wärmeausdehnung (20–200 °C)	~21–23 µm/m·K	Ausdehnungskoeffizient durch hohen Si-Gehalt beeinflusst; insgesamt etwas geringer als bei gewalztem Aluminium.

Die verbundartige Mikrostruktur von A390 (Al-Matrix mit harten Si-Partikeln) reduziert Wärme- und elektrische Leitfähigkeit gegenüber reinem Aluminium, verbessert jedoch Verschleißstabilität und thermische Maßhaltigkeit bei Gleitkontakten. Das Schmelz- und Erstarrungsverhalten ist für die Auslegung des Gießprozesses wichtig, da die Kristallisation des primären Siliziums das Nachspeisen, die Schrumpfung und den Werkzeugverschleiß beim Druckgießen und Kokillengießen beeinflussen kann.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Anmerkungen
Blech	Nicht typisch	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	A390 wird nicht als dünnes gewalztes Blech hergestellt; ungeeignet zum Walzen/Formen.
Platte	Begrenzt / Dicke Gussteile (≥10 mm)	Variabel abhängig vom Querschnitt	F, T5, T6	Dicke Gussplatten können durch Schwerkraft- oder Kokillenguss für schwere Teile hergestellt werden.
Strangpressprofil	Nicht anwendbar	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	A390 ist eine Gusslegierung und wird nicht für Strangpressprofile verwendet.
Rohr	Selten als Gusrohre	Variabel	F, T6	Gusrohre sind für spezielle hydraulische Bauteile möglich; aber unüblich.
Stab/Rundstahl	Knüppelstangen / Schmiedeblöcke	Variabel	F, T6	Typischerweise als Gussteile oder Knüppel für die Weiterbearbeitung geliefert; warmgewalzter Stab ist unüblich.

A390 wird primär in Gussformen geliefert und verwendet – Hochdruck-Druckguss, Schwerkraft- bzw. Kokillenguss und Präzisions-Sandguss sind übliche Herstellungsverfahren. Der hohe Siliziumgehalt der Legierung fördert geringe thermische Ausdehnung und reduzierte Schwindung, erhöht jedoch den Werkzeug- und Formenverschleiß, weshalb Gießereitechnik und Werkzeugmaterialien wichtige Faktoren sind. Konstrukteure sollten annähernd fertig bearbeitete Formen planen, um Nachbearbeitungen zu minimieren, und Gießverfahren entsprechend den erforderlichen Querschnittsdicken auswählen, um die Siliziummorphologie und Porosität zu kontrollieren.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Anmerkungen
AA	A390	USA	Aluminium Association Gussbezeichnung für hypereutektoide Al‑Si‑Cu‑Mg Legierung.
EN AW / EN AC	AlSi17Cu4 / EN AC‑43400 (ca.)	Europa	Ungefähr vergleichbare EN-Bezeichnungen vorhanden; chemische und mechanische Spezifikationen je nach Norm überprüfen.
JIS	ADCxx (ca.)	Japan	Kein genaues 1:1 JIS-Pendant; einige ADC-Legierungen sind ähnlich, unterscheiden sich jedoch im Cu/Si-Verhältnis.
GB/T	A390 (oder AlSi17Cu4)	China	Chinesische Normen verwenden ähnliche Bezeichnungen; lokale Spezifikationen für exakte Grenzwerte prüfen.

Querverweise zu internationalen Normen sind nur approximativ, da Gussnormen unterschiedliche Toleranzen, Grenzwerte für Verunreinigungen und Anforderungen an mechanische Prüfungen verwenden. Ingenieure müssen bei einem Werkstoffaustausch zwischen Regionen die vollständigen chemischen Zusammensetzungen und die Bedingungen der mechanischen Prüfungen (Gießverfahren, Wärmebehandlung, Porositätsgrenzen) vergleichen.

Korrosionsbeständigkeit

A390 besitzt moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Al‑Si Gusslegierungen, jedoch reduziert der relativ hohe Kupferanteil die Beständigkeit im Vergleich zu niedrigkupferhaltigen Legierungen. In industriellen oder geringfügig korrosiven ländlichen Atmosphären bildet die Legierung eine schützende Oxidschicht, aber Kupfer- und intermetallische Partikel können als lokale Kathoden fungieren und das Risiko von Loch- und örtlicher Korrosion erhöhen, insbesondere wenn die Matrix nicht gut passiviert ist.

Marine Umgebung stellt größere Herausforderungen dar: Chloridhaltige Medien beschleunigen Lochfraß und Spaltkorrosion, wobei der Kupfergehalt lokale Angriffe verschärft. Für marine oder aggressive Chlorid-Anwendungen sind Schutzbeschichtungen, das Eloxieren (sofern anwendbar) oder Opfermaßnahmen üblich.

Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei stark Si-gefüllten Gusslegierungen seltener als bei hoch belasteten, hochfesten warmgewalzten Al-Cu Legierungen, aber Restspannungen aus Guss und Wärmebehandlung kombiniert mit korrosiven Umgebungen können Risse an Fehlerstellen wie Porosität oder großen Si-Partikeln fördern. Galvanische Wechselwirkungen sind zu berücksichtigen; A390 ist anodisch gegenüber vielen rostfreien Stählen und Nickellegierungen und korrodiert bevorzugt, daher werden Isolation oder geeignete Beschichtungssysteme empfohlen. Im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-warmgewalzten Legierungen bietet A390 etwas geringere Korrosionsbeständigkeit zu Gunsten von Verschleißfestigkeit und Festigkeit bei Gussteilen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von A390 ist schwierig und wird meist nicht empfohlen, da primärer Siliziumanteil und intermetallische Phasen zu Heißrissen und schlechten Bindungszonen führen. Lokales Schmelzen bei TIG- oder MIG-Schweißen kann sprödes Schweißgut und erhebliche Weichzonenbildung (HAZ) verursachen; Zusatzwerkstoffe müssen sorgfältig ausgewählt werden, um Duktilität und Korrosionsbeständigkeit auszubalancieren, wobei Vor- und Nachwärmebehandlungen nur begrenzt wirksam sind. Für Reparaturschweißungen sind speziell formulierte Al‑Si‑Cu Zusatzwerkstoffe sowie strikte Kontrolle von Wärmeeintrag, Zwischenlagentemperatur und Sauberkeit nötig, häufig werden jedoch mechanische Reparaturen durch Nachbearbeitung und Schrauben bevorzugt.

Zerspanbarkeit

Die Bearbeitbarkeit ist in vielen Fällen gut, da die harte Si-Phase als Verschleißpartikel wirkt, der den Werkzeugverschleiß erhöht, aber hohe Spanvolumina ermöglicht; Hartmetallwerkzeuge werden empfohlen, und Kühlschmierstoffe sollten zur Wärme- und Spanabfuhr eingesetzt werden. Typische Zerspanbarkeitswerte liegen über vielen warmgewalzten Legierungen wegen der spröden Matrix und der Si-Partikel, jedoch hängt die Werkzeugstandzeit stark von der Siliziummorphologie und Gießporosität ab. Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit starren Aufspannungen, PCBN- oder beschichteten Hartmetalleinsätzen und unterbrochenen Schnittstrategien funktioniert gut für A390 Bauteile.

Umformbarkeit

Kaltumformen und konventionelles Biegen sind aufgrund der geringen Duktilität und großer primärer Si-Phasen, die Risse begünstigen, stark eingeschränkt. Kleine lokale Verformungen sind bei geglühten oder speziell behandelten Gussteilen möglich, aber typische Umformprozesse sollten durch möglichst nahe an die Endgeometrie gießen ersetzt werden. Warm- und Halbfestformverfahren existieren für Al‑Si Gusslegierungen, erfordern jedoch spezielle Prozesse und sind bei Standard-A390-Gussteilen unüblich.

Wärmebehandlungsverhalten

A390 ist eine wärmebehandelbare hypereutektoide Gusslegierung, bei der kontrollierte Lösungsglühung und künstliches Altern die gewünschte Ausscheidungsstruktur in der Aluminium-Matrix erzeugen. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen im Bereich von 500–540 °C, abhängig von der Querschnittsdicke, um lösliche Cu- und Mg-Bestandteile zu lösen, gefolgt von schnellem Abschrecken, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten. Das künstliche Altern erfolgt meist bei 150–200 °C für Zeiten zwischen 2 und 10 Stunden, um die T6-Spitzfestigkeit zu erreichen; Zeiten und Temperaturen werden optimal an Bauteilgröße und gewünschte Eigenschaften angepasst.

Da die primären Si-Partikel bei Wärmebehandlungstemperaturen stabil bleiben, modifiziert die Wärmebehandlung die Matrixeigenschaften, ohne den spröden Siliziumanteil wesentlich zu verändern – weshalb die Zugfestigkeitssteigerung begrenzt ist. Überalterung (T7) führt zur Vergröberung der Ausscheidungen, was thermische Stabilität und Spannungsabbau verbessert, allerdings zulasten der Spitzfestigkeit – ein sinnvoller Kompromiss für hochtemperaturstabile Bauteile. Beim Guss sind Steuerung der Abschreckintensität sowie Minimierung von Abschreckverzug und Eigenspannungen praktische Herausforderungen; manche Gussteile benötigen Spannvorrichtungen für das Lösungsglühen oder angepasste Abschreckmedien, um Verzüge zu minimieren.

Hochtemperatureinsatz

Die mechanischen Eigenschaften von A390 nehmen mit steigender Temperatur aufgrund von Ausscheidungsvergröberung und reduzierter Matrixfestigkeit ab; die nutzbare Strukturfestigkeit fällt typischerweise oberhalb von ca. 150–200 °C ab. Für Dauerbetrieb bei erhöhten Temperaturen bieten T7- bzw. überalterte Zustände bessere Stabilität bei jedoch niedrigerer Festigkeit bei Raumtemperatur, während kurze Temperaturspitzen zum teilweisen Rückgang der Alterungsfestigkeit führen können. Die Aluminiumoxidation ist im Vergleich zu Eisenwerkstoffen minimal, aber kupferreiche intermetallische Phasen können das Hochtemperaturkorrosionsverhalten in oxidierenden oder chloridhaltigen Umgebungen beeinflussen.

Die Wärmeeinflusszone bei lokalem Erhitzen (Schweißen, Reibung) kann eine Abschwächung und Versprödung erfahren; das Design muss Kriechen, Spannungsrelaxation und Maßänderungen bei Hochtemperatureinsatz berücksichtigen. Bei zyklischer thermischer Belastung kann die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen Aluminium-Matrix und harten Si-Partikeln mit der Zeit Mikrorisse verursachen, daher sollten Bauteilgeometrie und Lager so gestaltet sein, dass thermische Spannungskonzentrationen vermieden werden.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum A390 verwendet wird
Automobilbau	Kolben und Kolbenringe	Hypereutektisches Si bietet Verschleißfestigkeit und reduzierte thermische Ausdehnung; gute Maßhaltigkeit.
Automobilbau / Antriebsstrang	Zylinderlaufbuchsen, Verschleißringe	Hohe Oberflächenhärte und geschmierte Verschleißeigenschaften für Gleitkontakte.
Hydraulik / Pneumatik	Ventilgehäuse, Pumpengehäuse	Gießbarkeit in komplexe Geometrien und gute Festigkeit nach T6-Wärmebehandlung.
Industriemaschinen	Lager und Buchsen	Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit für wiederholte Kontaktbelastung.
Elektronik / Wärme	Wärmebeständige Gehäuse (eingeschränkt)	Gute thermische Stabilität und Bearbeitbarkeit für Präzisionsteile.

A390 wird gewählt, wenn Bauteile hohe Verschleißfestigkeit, thermische Maßhaltigkeit bei zyklischer Belastung und die Fähigkeit zur Herstellung komplexer Near-Net-Shape-Formen erfordern. Die Kombination aus hypereutektischer Siliziummikrostruktur und ausscheidungshärtender Matrix eignet sich besonders für Hub- und Gleitkomponenten, bei denen die Lebensdauer unter Kontaktbelastung entscheidend ist.

Auswahlhinweise

A390 eignet sich, wenn Verschleißfestigkeit und Gießbarkeit gegenüber Duktilität und elektrischer Leitfähigkeit prioritär sind; wählen Sie A390 für Kolben, Laufbuchsen und Verschleißeinsätze, bei denen das hypereutektoide Si dauerhafte Gleitflächen bietet. Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) tauscht A390 eine deutlich geringere elektrische Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen eine wesentlich höhere Härte, Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit bei Kontaktbelastung ein.

Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet A390 eine deutlich höhere Verschleißfestigkeit und höhere erreichbare Festigkeit nach T6, dafür jedoch typischerweise eine schlechtere Korrosionsbeständigkeit und deutlich geringere Umformbarkeit; diese gewalzten Legierungen sind besser geeignet, wenn Umformung und Korrosionsbeständigkeit im Vordergrund stehen. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren gewalzten Legierungen wie 6061/6063 bietet A390 überlegene Abrieb- und Festfress-Beständigkeit sowie bessere thermische Maßstabilität bei Gusskomponenten und wird bevorzugt, wenn gussnahe Formgebungskomplexität und Verschleiß wichtiger sind als die höhere Zugfestigkeitsduktilität der gewalzten 6xxx-Serienlegierungen.

Abschließende Zusammenfassung

A390 bleibt eine wichtige technische Gusslegierung, bei der die hypereutektoide Siliciummorphologie, Gießbarkeit in komplexe Geometrien und ausscheidungshärtende Matrixeigenschaften zusammenkommen, um hohe Verschleißfestigkeit und Maßstabilität zu gewährleisten. Ihre spezifischen Stärken machen sie zur häufigen Wahl für hochbelastete Gleit- und Hubkomponenten in der Automobil- und Industrieanwendung, vorausgesetzt, Konstrukteure berücksichtigen ihre begrenzte Duktilität und die korrosiven Kompromisse.