Aluminium ADC12: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

ADC12 ist eine hochsiliziumhaltige, kupferhaltige Aluminiumlegierung, die zur Gusslegierungsfamilie gehört und unter den JIS (Japanese Industrial Standards) als ADC12 geführt wird. Sie gehört nicht zur Nomenklatur der gewalzten Serien 1xxx bis 7xxx, sondern wird am besten als Al-Si-Cu-Gusslegierung beschrieben, die für Druckguss- und Sandgussverfahren entwickelt wurde.

Die wesentlichen Legierungselemente sind Silizium (Si) in relativ hohen Anteilen, Kupfer (Cu) in moderaten Mengen sowie Eisen (Fe) und geringe Zusätze von Mangan (Mn), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Spurenelementen wie Titan (Ti) und Chrom (Cr). Der hohe Siliziumgehalt bildet eine harte eutektische/primäre Siliziumphase, die zur Festigkeit und Verschleißfestigkeit beiträgt, während das Kupfer zusätzliche ausscheidungshärtende Effekte und eine verbesserte Festigkeit bei erhöhten Temperaturen bietet.

ADC12 wird hauptsächlich durch eine Kombination aus mikrostruktureller Kontrolle (Si-Eutektoid und intermetallische Phasen) sowie begrenzter Ausscheidungshärtung durch Cu-haltige Phasen nach Lösungsglühen und künstlichem Altern gehärtet. Die Legierung zeigt eine gute Gussfestigkeit für leichte Strukturbauteile, moderate Korrosionsbeständigkeit, eine angemessene thermische und elektrische Leitfähigkeit für ihre Klasse und akzeptable Zerspanbarkeit; Umformbarkeit und Schweißbarkeit sind dagegen im Vergleich zu gewalzten Aluminiumlegierungen eingeschränkt.

Typische Anwendungsbereiche von ADC12 finden sich in der Automobilindustrie (Werkzeuge, Gehäuse, Getriebebehälter, Halterungen), in Haushaltsgeräten, elektrischen Gehäusen sowie bei einigen maritimen und industriellen Gussteilen. Ingenieure wählen ADC12, wenn ein kosteneffizientes, druckgießbares Material benötigt wird, das ein ausgewogenes Verhältnis von Gießbarkeit, Maßhaltigkeit, mechanischer Festigkeit und Zerspanbarkeit für mittelbeanspruchte, volumenstarke Komponenten bietet.

Temperzustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
F (Gegossen/Zustand nach Fertigung)	Niedrig–Mittel	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Schlecht–Mäßig	Standard-Druckgusszustand mit typischer Porosität und eutektischer Mikrostruktur
O (Weichgeglüht)	Niedrig	Höher	Verbessert	Mäßig	Selten bei ADC12; verbesserte Duktilität auf Kosten der Festigkeit
T5 (Künstlich gealtert nach dem Abkühlen vom Guss)	Mittel–Hoch	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Schlecht–Mäßig	Üblich für Druckgussteile zur Maßstabilisierung und Festigkeitssteigerung
T6 (Lösungsglühen + künstliches Altern)	Hoch	Niedrig	Schlecht	Schlecht	Erzielt höhere Festigkeit, sofern eine effektive Lösungsglühung und Abschreckung möglich ist
T4 (Lösungsglühen + natürliche Alterung)	Mittel	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Schlecht	Weniger verbreitet wegen Schwierigkeiten beim vollständigen Lösungsglühen komplexer Gussteile

Der Temperzustand beeinflusst deutlich die mechanischen Eigenschaften und die praktische Einsetzbarkeit von Druckgussteilen. Die Zustände „Gegossen“ und „T5“ sind in der industriellen Praxis am gebräuchlichsten, da sie ein gutes Gleichgewicht zwischen Maßhaltigkeit, Eigenspannungen und erreichbarer Festigkeit bieten, ohne komplexe Wärmebehandlungen großer Gussbaugruppen zu erfordern.

Bei Anwendung von T6- oder lösungsbasierten Tempern sind Festigkeitssteigerungen möglich, die jedoch stark von Wandstärke, Porosität sowie der Fähigkeit zu gleichmäßigem Lösungsglühen und Abschrecken abhängen; dünnwandige Druckgussteile sprechen nicht immer gleichmäßig auf T6 an.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	10,0 – 13,0	Hauptlegierungselement; bildet eutektisches Silizium und harte Phasen, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit verbessern
Fe	0,6 – 1,3	Verunreinigung, bildet intermetallische Phasen; zu viel Fe reduziert Duktilität und erhöht Sprödigkeit
Mn	0,05 – 0,45	Beeinflusst intermetallische Morphologie; kleine Zusätze verfeinern die Gefügestruktur
Mg	0,05 – 0,45	Geringe Mengen; trägt zur leichten Mischkristallhärtung und Alterungsreaktion bei
Cu	2,0 – 3,5	Fördert Ausscheidungshärtung und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen; verringert Korrosionsbeständigkeit
Zn	≤ 0,25	Üblicherweise eine kleine Verunreinigung; höhere Zn-Gehalte sind bei ADC12 selten
Cr	≤ 0,10	Verfeinerer der Kornstruktur; begrenzt Warmrisse bei einigen Gussstücken
Ti	≤ 0,20	Kornfeiner in Schmelzverfahren und Barrenherstellung
Andere (Ni, Pb, Bi, Sr, Zr)	Rest bis zu spezifizierten Grenzwerten	Spurenelementzusätze oder Verunreinigungen gemäß Spezifikation kontrolliert; Al-Basis typischerweise > 85 %

Die Legierungschemie setzt Si und Cu als die wichtigsten Leistungsfaktoren fest: Silizium bildet ein hartes eutektoides Gefüge und verbessert die Fließfähigkeit beim Gießen, während Kupfer nach Wärmebehandlung zusätzliche Ausscheidungshärtung ermöglicht. Eisen und andere Verunreinigungen beeinflussen die Morphologie der intermetallischen Phasen und damit die Duktilität sowie die Dauerfestigkeit. Die Legierung ist so abgestimmt, dass eine optimale Kavitätsfüllung, minimale Warmrissbildung und eine vorhersehbare Bearbeitbarkeit sowie Alterungsreaktion gewährleistet sind.

Mechanische Eigenschaften

Die Zugfestigkeit von ADC12 hängt stark vom Gießverfahren, der Wandstärke, der Porosität und der Wärmebehandlung ab. Druckgegossenes ADC12 im typischen gegossenen oder T5-Zustand weist eine moderate bis hohe Zugfestigkeit für eine Aluminiumgusslegierung auf (üblich im Bereich von 200–300 MPa) bei vergleichsweise niedriger Duktilität im Vergleich zu gewalzten Legierungen. Die spröde Natur der siliziumreichen Mikrostruktur begrenzt die Dehnung, insbesondere bei dickeren Abschnitten, in denen Porosität und Schrumpfung eine Rolle spielen.

Das Streckverhalten folgt dem Zugverhalten; ADC12 kann in T5-/T6-ähnlichen Zuständen aufgrund von Cu-haltigen Ausscheidungen und mikrostruktureller Alterung eine deutlich ausgeprägte Streckgrenze entwickeln. Die Härte steigt erheblich vom weichgeglühten zum gealterten Zustand, da sich Kupferphasen und verfeinerte Si-Partikel in der Matrix verteilen. Die Dauerfestigkeit wird von Gussfehlern und intermetallischen Phasen beeinflusst; Oberflächenzustand, Porosität und Wärmebehandlung steuern die Dauerfestigkeitsgrenze maßgeblich.

Die Wandstärke hat einen ausgeprägten Einfluss, da die Abkühlrate beim Erstarren die Größe der Siliziumpartikel, den Porositätsgrad und die Möglichkeit einer gleichmäßigen Lösungsglühung bestimmt. Dünnwandige Abschnitte erreichen typischerweise höhere Festigkeiten und geringere Porosität, können jedoch beim Gießen anfälliger für Warmrisse sein.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wesentlicher Temper (z. B. T5/T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	120 – 160	200 – 300	Großer Bereich abhängig von Gießverfahren, Porosität und Wandstärke
Streckgrenze (MPa)	60 – 110	160 – 240	In gealterten Zuständen mit Cu-Ausscheidungen höher; variiert mit Querschnitt und Fehlern
Dehnung (%)	4 – 10	1 – 6	Dehnung nimmt mit steigender Festigkeit ab; spröde Si-Phasen begrenzen Duktilität
Härte (HB)	40 – 70	80 – 120	Härteanstieg durch künstliches Altern und Lösungsglühen

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,75 – 2,80 g/cm³	Typisch für Al-Si-Gusslegierungen; Massevorteil gegenüber Stahl
Schmelzbereich	Solidus ~ 510 – 540 °C, Liquidus ~ 560 – 585 °C	Breiter Schmelz-/Erstarrungsbereich aufgrund der Legierung und eutektischen Eigenschaften
Wärmeleitfähigkeit	~100 – 130 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber ausreichend für viele wärmetechnische Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~20 – 35 % IACS	Durch Si und Cu gegenüber reinem Aluminium reduziert
Spezifische Wärme	~0,88 – 0,92 J/g·K	Vergleichbar mit anderen Aluminiumlegierungen für transienten Wärmeaustausch
Wärmeausdehnung	~22 – 24 µm/m·K	Typische Aluminiumausdehnung; bei engen Toleranzen zu berücksichtigen

Die physikalischen Eigenschaften von ADC12 machen die Legierung attraktiv, wenn Gewichtseinsparungen und Gießbarkeit im Vordergrund stehen. Der Dichtevorteil ermöglicht Masseneinsparungen gegenüber eisenhaltigen Werkstoffen, während die thermische und elektrische Leitfähigkeit trotz Reduzierung gegenüber reinem Aluminium für Gehäuse und bestimmte Wärmeanwendungen ausreichend bleiben. Der Schmelzbereich und die Erstarrungseigenschaften bestimmen das Werkzeugdesign, die Angussführung und Kühlstrategien beim Gießen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	Begrenzte Verfügbarkeit; dünne Stärken selten	Nicht typisch; Eigenschaften variabel	O, T5 (wenn produziert)	ADC12 wird selten als kaltgewalztes Blech geliefert; gussbedingt hat das Blech eine begrenzte Umformbarkeit
Platte	Begrenzt; typischerweise Gussteile	Variabel je nach Dicke und Wärmebehandlung	O, T5/T6	Dicke Gusplatten weisen größere Porosität und geringere Zähigkeit auf
Strangpressprofil	Nicht typisch	n.v.	n.v.	ADC12 wird gewöhnlich nicht für Strangpressprofile verwendet; schmiedbare Legierungen werden bevorzugt
Rohr	Begrenzt (Gussrohre oder gefertigt)	Variabel	O, T5	Rohrformen sind selten; Herstellung erfolgt häufig durch nachträgliche Fertigung
Stab/Stange	Bearbeitete Stäbe aus Barren; Schmiedeteile selten	Gute Zerspanbarkeit im Massivmaterial	O, T5	Üblich als Gussteile oder bearbeitete Halbzeuge zur Weiterverarbeitung

ADC12 wird überwiegend als Druckguss- und Sandgusskomponenten gefertigt, weniger als konventionelle Bleche, Platten oder Strangpressprofile. Der Druckguss ermöglicht dünnwandige, komplexe Geometrien mit engen Toleranzen und Oberflächenqualität, die für viele Industriebauteile geeignet sind. Sekundärprozesse wie Zerspanung, Wärmebehandlung und Oberflächenbearbeitung werden häufig angewendet, um die Endprodukteigenschaften zu erreichen.

Die Unterschiede in den Fertigungsverfahren korrespondieren direkt mit der Eignung für verschiedene Anwendungen: Druckguss bietet hohe Produktivität und geometrische Komplexität; Sandguss kann größere Teile fertigen, allerdings mit geringerer mechanischer Leistung und höherer Porosität; Walz- und Strangpressverfahren werden allgemein nicht verwendet, da die Zusammensetzung und Mikrostruktur von ADC12 optimal für den Gussprozess ausgelegt sind.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA (Aluminum Association)	A383 / A413 (ca.)	USA	A383/A413 sind Al-Si-Cu-Gusslegierungen mit Zusammensetzungen und Eigenschaften, die ADC12 im Wesentlichen entsprechen
EN AW	EN AC-AlSi12Cu1(Fe) (ca.)	Europa	Europäische Gussbezeichnung entspricht der Werkstofffamilie mit ~12% Si und ~1% Cu; exakte Grenzwerte sind normabhängig
JIS	ADC12	Japan	JIS-Standardbezeichnung für diese spezifische Druckgusslegierung
GB/T	ZL102 / AlSi12Cu (ca.)	China	Chinesische Al-Si-Cu-Gusslegierungen sind ähnlich, variieren jedoch hinsichtlich Verunreinigungen und Spurenelementkontrollen

Äquivalente Bezeichnungen nähern die Werkstofffamilie an, sind aber keine exakten chemischen Zwillinge. Regionale Unterschiede liegen meist in erlaubten Verunreinigungen, genauen Cu- und Fe-Grenzwerten sowie qualitätsbezogenen Fertigungsparametern (Porosität, Reinheit). Ingenieure müssen bei Ersatz von JIS ADC12 durch regionale Äquivalente stets spezifische Normblätter und Chargenzertifikate prüfen, um wesentliche Elemente und mechanische Eigenschaften sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

ADC12 bietet eine moderate atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Al-Si-Gusslegierungen; eine natürliche Aluminiumoxid-Schicht bildet den primären Schutz gegen gleichmäßige Korrosion. Der Cu-Gehalt reduziert jedoch die Korrosionsbeständigkeit gegenüber nahezu reinem Aluminium oder Mg-haltigen 5xxxer Legierungen, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen, wo lokale Lochfraßkorrosion auftreten kann.

In marinen oder hochsalinen Umgebungen neigt ADC12 zu Loch- und Spaltkorrosion, vor allem an gussbedingten Porositäten oder intermetallischen Klümpchen, die als Korrosionsinitiationsstellen wirken. Schutzbeschichtungen, Dichtmittel oder Eloxieren (sofern möglich) werden empfohlen, wenn Marineinsatz vorgesehen ist.

Spannungsrisskorrosion ist bei ADC12 unter üblichen Betriebsbedingungen kein Hauptversagensmodus, jedoch können Bauteile unter andauernder Zugbelastung in korrosiven Atmosphären durch Cu-haltige Phasen lokal schneller geschädigt werden. Galvanisch ist ADC12 gegenüber vielen technischen Metallen anodisch; eine Trennung von kathodischen Materialien wie Edelstahl wird empfohlen oder konstruktive Maßnahmen zur Minimierung bimetallischer Kontaktflächen sinnvoll. Im Vergleich zu den 5xxx- und 6xxx-Walzlegierungen tauscht ADC12 etwas Korrosionsbeständigkeit gegen bessere Gießeigenschaften und Zerspanbarkeit ein.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von ADC12 ist generell anspruchsvoll, da die für Druckguss typischen Mikrostrukturen Porosität und eutektischen Siliziumanteil enthalten, welche Heißrisse und Bindungsfehler begünstigen. TIG- und MIG-Schweißen können für Reparaturen oder Baugruppen bei geringer Porosität genutzt werden, doch wird oft auf vollwertige Schweißverbindungen zugunsten von mechanischer Befestigung oder Klebverbindungen verzichtet. Bei Schweißarbeiten werden üblicherweise Al-Si-Fülllegierungen (z. B. ER4043) empfohlen, um Heißrissbildung zu reduzieren und metallurgische Übergänge kompatibel zu gestalten. Vorwärmen, optimale Passgenauigkeit der Fügepartner und Wärmenachbehandlung können Eigenspannungen und Rissrisiko vermindern, jedoch sind Schwächungen im Wärmeeinflussbereich (HAZ) und reduzierte Bauteillinienfestigkeit neben der Naht zu beachten.

Zerspanbarkeit

ADC12 gilt als gut bis sehr gut zerspanbare Gusslegierung, da die harten Siliziumpartikel kurze, gut abbrechbare Späne erzeugen und die Bildung von Aufbauschneiden verringern. Typische Werkzeuge sind Hartmetall mit TiAlN- oder ähnlichen Beschichtungen bei moderaten Schnittgeschwindigkeiten; Vorschub und Schnitttiefe richten sich nach Bauteildicke und Porositätsgrad. Die Oberflächenqualität ist für Druckgussteile meist gut, allerdings sind Grate sorgfältig zu kontrollieren und Werkzeugwege sensibel zu planen, um Risse im spröden eutektischen Gefüge zu vermeiden. Der Einsatz von Kühlschmierstoffen reduziert Aufbauschneiden und verlängert Werkzeugstandzeiten besonders bei großen Serien.

Umformbarkeit

Umformprozesse sind für ADC12 aufgrund seiner spröden, siliziumreichen Mikrostruktur und Porosität in Gussbauteilen eingeschränkt. Biegeradien müssen relativ groß ausgelegt werden und das Umformen sollte möglichst im weichgeglühten (O) Zustand erfolgen, soweit verfügbar; vollweichgeglühtes ADC12 ist jedoch selten lieferbar. Kaltumformen bringt nur geringe Kaltverfestigungsvorteile; deshalb wird meist auf gestaltgebende Gusstechniken gesetzt anstelle starker Nachumformungen.

Wärmebehandlungsverhalten

ADC12 zeigt eine eingeschränkte, aber nutzbare Reaktion auf Wärmebehandlung, hauptsächlich durch Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern, welche Kupfer enthaltende Ausscheidungen steuern. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen im Bereich 480–535 °C zum Auflösen löslicher Phasen, gefolgt von schnellem Abschrecken zur Erhaltung einer übersättigten festen Lösung; künstliches Altern bei 150–200 °C setzt die Ausscheidung von Cu-reichen härtenden Phasen in Gang, was Streck- und Zugfestigkeit erhöht. Gleichmäßiges Lösungsglühen und Abschreckraten sind bei komplexen, dicken Gussteilen schwer realisierbar, daher wird die Wärmebehandlung bei dünnwandigen oder massiven, für Wärmebehandlung geeigneten Geometrien am effektivsten.

In vielen Industriebereichen wird ADC12 einer T5-ähnlichen Behandlung unterzogen — künstliches Altern ohne vollständiges Lösungsglühen — da dadurch Maßhaltigkeit bei moderaten Festigkeitssteigerungen mit geringem Verzug erreicht wird. Eine vollständige T6-Wärmebehandlung ist möglich, wird aber aufgrund der Gussporosität, eingeschlossener Gase und potenziellen Verzuges in der Praxis selten eingesetzt; der Härtungseffekt fällt zudem weniger ausgeprägt aus als bei hochfesten, warmfesten Walzlegierungen, da der Silizium-Eutektikum den Haupteinfluss darstellt. Ohne Wärmebehandlung ist Kaltverfestigung minimal und eine konventionelle Glühbehandlung kann Zähigkeit erhöhen und Festigkeit für begrenzte Umformprozesse reduzieren.

Hochtemperatureinsatz

ADC12 verliert mit steigender Temperatur zunehmend an Festigkeit; oberhalb von ca. 125–150 °C nimmt die Langzeit-Festigkeit deutlich ab, da Ausscheidungen wachsen und die Matrix weicher wird. Kurzzeitige Belastungen bei 200–250 °C sind je nach Last und Sicherheitsfaktor tolerierbar, jedoch wird die Dauerbelastung bei diesen Temperaturen für tragende Bauteile nicht empfohlen. Die Oxidation bei höheren Temperaturen ist moderat, da Aluminium eine schützende Oxidschicht bildet, dennoch können Oberflächenschäden und Zunderbildung in aggressiven Atmosphären auftreten.

Im Wärmeeinflussbereich an Schweißnähten und wärmebehandelten Zonen können Erweichung oder Versprödung auftreten, da Kupfer-haltige intermetallische Phasen unter längerer Hitzeeinwirkung wachsen. Für Anwendungen bei hohen Temperaturen sollten alternative Legierungen (z. B. Al-Si-Mg oder spezielle Hochtemperatur-Aluminium- bzw. Nicht-Aluminium-Legierungen) in Betracht gezogen werden, wenn die Einsatztemperaturen die praktischen Grenzen von ADC12 überschreiten.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Gründe für den Einsatz von ADC12
Automobilindustrie	Getriebegehäuse, Ventilkörper, Halterungen, Abdeckungen	Ausgezeichnete Druckgießbarkeit für komplexe Geometrien, ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Zerspanbarkeit für die Serienfertigung
Haushaltsgeräte	Motorgehäuse, Rahmen	Gute Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit für ästhetische und funktionale Bauteile
Elektronik	Gehäuse, Steckverbinder	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit und EMI-Abschirmung