Aluminium AlF357: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

AlF357 ist eine wärmebehandelbare Aluminium-Gusslegierung mit Silizium und Magnesium (typischerweise der Al–Si–Mg-Familie zugeordnet und oft mit A357/AlSi7Mg-Graden vergleichbar). Sie wird am häufigsten als Kokillenguss- oder Druckguss-Komponente produziert, wenn hohe Gussqualität, erhöhte Festigkeit und gute Dauerfestigkeit erforderlich sind. Die Hauptlegierungselemente sind Silizium (Si) zur Verbesserung der Gießbarkeit und Fließfähigkeit, Magnesium (Mg) für die Ausscheidungshärtung (Mg2Si) sowie kontrollierte Mengen an Eisen (Fe) und Kupfer (Cu) zur Feinabstimmung von Festigkeit und Zähigkeit. Die Festigkeitssteigerung erfolgt primär durch Lösungsglühen, gefolgt von Abschrecken und künstlichem Altern (T6/T5), wobei durch modifizierte Chemien und Wärmebehandlungszyklen zusätzlichen Einfluss genommen werden kann.

Wichtige Merkmale sind relativ hohe statische und Dauerfestigkeit für eine Gusslegierung, gute Dimensionsstabilität nach der Wärmebehandlung und vernünftige Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen. Die Schweißbarkeit ist machbar, erfordert jedoch sorgfältige Auswahl der Schweißzusätze und Kontrolle der Porosität; Umformbarkeit im Sinne von gewalztem Material ist eingeschränkt, da AlF357 als Gusslegierung optimiert ist. Typische Anwendungsbereiche von AlF357 sind die Automobilindustrie (strukturtragende Gussteile, Radkomponenten, Fahrwerksaufnahmen), Luft- und Raumfahrt (nicht-kritische Strukturgussteile und Beschläge), maritime Befestigungstechnik sowie Gehäuse für Industriemaschinen. Ingenieure wählen AlF357, wenn die Kombination aus Gießbarkeit, wärmebehandelbarer Festigkeit und Dauerfestigkeit ein besseres Kosten-Leistungs-Verhältnis bietet als gewalzte Legierungen oder günstigere Gussaluminiumlegierungen.

Zustandsvarianten

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Schlecht (spröde im Vergleich zu gewalztem Material)	Gut	Als gegossen, geglüht oder spannungsarm geglüht; maximale Duktilität für Gusslegierungen
T5	Mittel-Hoch	Moderat	Begrenzt	Gut	Abgekühlt aus dem Gusszustand und künstlich gealtert; üblich für as-cast-Härtung
T6	Hoch	Niedrig bis Moderat	Begrenzt	Befriedigend	Lösungsglühen, Abschrecken und künstliches Altern; Spitzenfestigkeitszustand
T7	Mittel	Moderat	Begrenzt	Befriedigend	Überaltert zur Verbesserung der thermischen Stabilität und Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion
T651	Hoch	Niedrig bis Moderat	Begrenzt	Befriedigend	Lösungsglühen, spannungsarm gelängt, anschließend gealtert; verbesserte Maßhaltigkeit

Die Wahl des Zustands bei AlF357 beeinflusst erheblich die performancebezogenen Kompromisse: T6 liefert die höchste Festigkeit und beste Dauerfestigkeit auf Kosten der Duktilität und der Bearbeitbarkeit, während T5 zum Einsatz kommt, wenn Budget oder Prozessabläufe ein Lösungsglühen nicht zulassen. T7 und stabilisierte Zustände werden gewählt, wenn Bauteile nach Belastung bei erhöhten Betriebstemperaturen ihre Eigenschaften behalten müssen oder wenn verminderte Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und verbesserte Dimensionsstabilität im Vordergrund stehen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	6,5 – 7,5	Primäres Legierungselement für Gießbarkeit und Festigkeit; bildet Eutektikum mit Al
Fe	0,05 – 0,45	Kontrolliertes niedriges Eisen reduziert spröde intermetallische Phasen; höherer Fe-Gehalt mindert Duktilität
Mn	0,05 – 0,25	Geringer Modifikator; kann intermetallische Morphologie verfeinern
Mg	0,25 – 0,50	Ermöglicht Ausscheidungshärtung (Mg2Si) während des Alterns
Cu	0,0 – 0,30	Erhöht Festigkeit und Alterungseffekt, kann jedoch Korrosionsbeständigkeit reduzieren
Zn	0,0 – 0,15	Typischerweise Rückstand; hier vernachlässigbare Festigkeitswirkung
Cr	0,0 – 0,10	Kornfeinung / Hemmstoff für Rekristallisation in manchen Schmelzen
Ti	0,02 – 0,15	Zur Kornfeinung besonders bei Gussstücken und Barren zugesetzt
Sonstige	Rest Al	Spurenelemente kontrolliert gemäß Gießpraxis; bewusst niedrige Verunreinigungsgrade verbessern Duktilität und Dauerfestigkeit

Silizium bestimmt die Gießeigenschaften und die eutektische Struktur, während Magnesium die wärmebehandelbare Festigkeitssteigerung durch Mg2Si-Ausscheidungen ermöglicht. Niedriger Eisenanteil und kontrollierte Spurenelemente verbessern Zähigkeit und Dauerfestigkeit, indem grobkörnige intermetallische Partikel minimiert und eine feine Mikrostruktur während des Erstarrens und der Wärmebehandlung gefördert wird.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von AlF357 zeichnet sich durch einen deutlichen Anstieg der Streck- und Zugfestigkeit nach sachgerechtem Lösungsglühen und künstlichem Altern aus, wobei der T6-Zustand die höchsten Festigkeiten für diese Legierungsfamilie liefert. Die Dehnung im T6-Zustand ist gegenüber dem gegossenen oder geglühten Zustand reduziert, bleibt aber für viele Strukturgussteile aufgrund des relativ feinen Eutektikums und der kontrollierten Verunreinigung akzeptabel. Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Zugfestigkeit und wird oft als einfache Werkskontrolle für den Erfolg der Wärmebehandlung eingesetzt.

Die Dauerfestigkeit ist ein wesentlicher Auswahlfaktor für AlF357; die Kombination aus hoher Zugfestigkeit und sorgfältiger Gusspraxis (geringe Porosität, optimale Formgebung der Anschnitt- und Speisersysteme) ermöglicht eine überlegene Dauerfestigkeit im Vergleich zu Standard-Al–Si-Gusslegierungen. Blechdicke und Querschnittsgröße beeinflussen sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Wärmebehandlungswirkung erheblich; dicke Querschnitte homogenisieren während der Lösungsglühen möglicherweise nicht vollständig und zeigen daher geringere ausgebildete Festigkeiten und reduzierte Dehnung im Vergleich zu dünnen Querschnitten.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (T6)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	150 – 240 MPa	300 – 380 MPa	T6-Werte abhängig von Querschnittsdicke und Effektivität der Lösungsglühung
Streckgrenze	70 – 130 MPa	230 – 300 MPa	0,2 % Dehngrenze; deutliche Steigerung nach Alterung
Dehnung	8 – 18 %	4 – 10 %	Dehnung sinkt mit steigender Festigkeit und zunehmender Querschnittsbegrenzung
Härte	40 – 70 HB	90 – 120 HB	Härte korreliert mit dem Ausscheidungszustand und der Siliziummorphologie

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,65 g/cm³	Typisch für Al–Si-Gusslegierungen; gutes Verhältnis Festigkeit zu Gewicht
Schmelzbereich	~555 – 595 °C	Eutektikum und Erstarrungsbereich beeinflusst durch Si-Gehalt
Wärmeleitfähigkeit	~120 – 150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al, aber ausreichend für viele Wärmeabführungsanwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30 – 45 %IACS	Reduziert im Vergleich zu reinem Al durch Legierungselemente und Siliziumgehalt
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Typischer Wert einer Aluminiumlegierung
Wärmeausdehnung	~20 – 23 µm/m·K	Wert abhängig vom Si-Anteil; wichtig für dimensionale Auslegung

Die physikalischen Eigenschaften machen AlF357 attraktiv, wenn eine Kombination aus moderater Wärmeleitfähigkeit und geringer Dichte gefordert ist. Die Schmelz- und Erstarrungseigenschaften der Legierung ermöglichen qualitativ hochwertige Gussstücke mit vorhersehbarem Schwund und guter Gussqualität bei korrekt angewandter Gießpraxis.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	Begrenzt / nur dünne Querschnitte	inkonsistent – nicht typisch	T5 / Als gegossen	Nicht primäre Form; Umformung ist unüblich
Platte	Begrenzt	Querschnittabhängig	T5/T6	Dicke Plattengussteile sind wärmebehandelbar, erfordern jedoch lange Lösungsglühzyklen
Strangpressprofil	Selten	Nicht standardmäßig für Gusslegierung	N/A	AlF357 ist nicht für konventionelle Strangpressverfahren vorgesehen
Rohr	Begrenzt (Guss oder halbfest)	Abhängig von Wandstärke	T5/T6	Üblicherweise als Gushülse gefertigt oder aus Barren bearbeitet; kein gezogenes Rohr
Stab/Stange	Gussbarren / Schmiedeteile	Wärmebehandelbar auf T6	T5/T6	Bearbeitungsfähige Gussbarren und Schmiedeteile für CNC-Bauteile erhältlich

AlF357 ist primär eine Gusslegierung; die häufigsten Produktformen sind Kokillen-, Druckguss- und Sandgusskomponenten oder Barren zur Weiterbearbeitung. Unterschiede in den Fertigungsverfahren (Kokillenguss vs. Druckguss vs. Sandguss) beeinflussen Mikrostruktur, Porositätsgrad und erreichbare mechanische Eigenschaften erheblich; Konstrukteure müssen Querschnittsgröße, Abkühlrate und anschließende Wärmebehandlung bei der Spezifikation der Bauteilgeometrie und des erwarteten Leistungsniveaus berücksichtigen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Anmerkungen
AA	A357 / AlSi7Mg	USA	Übliche ASTM/AA Gussbezeichnung; AlF357 wird häufig auf diese Chemie bezogen
EN AW	EN AC-AlSi7Mg	Europa	Europäisches Gussäquivalent gemäß EN 1706 Benennung
JIS	ADC12 (nicht exakt) / AlSi7Mg	Japan	ADC12 hat einen höheren Cu-Gehalt und ist kein direkter Vergleich; spezifische JIS-Varianten mit niedrigem Cu-Anteil prüfen
GB/T	AlSi7Mg	China	Chinesischer Standard-Gusswerkstoff mit enger Übereinstimmung zur A357-Chemie

Feine Unterschiede zwischen den Normen betreffen hauptsächlich Grenzwerte für Verunreinigungen (Fe, Cu, Zn) sowie die engen Mg- und Si-Spannweiten; diese beeinflussen das Ansprechen auf Wärmebehandlung und langfristige Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und Dauerfestigkeit. Beim Vergleich der Normen sollten die genauen Zusammensetzungen und zusätzliche Qualitätskontrollen (z. B. maximaler Eisenanteil, Wasserstoffporositätsgrenzen) der Lieferanten überprüft werden.

Korrosionsbeständigkeit

AlF357 bietet eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Aluminium-Silizium-Magnesium-Gusslegierungen. Die natürlich gebildete Oxidschicht sorgt für Grundschutz, und der niedrige Kupfergehalt (wenn kontrolliert) hilft, die Beständigkeit in städtischen und leicht industriellen Umgebungen aufrechtzuerhalten. In maritimen oder chloridreichen Umgebungen ist die Legierung mäßig anfällig für Lochfraß und lokale Angriffe; Oberflächenbehandlungen, Eloxieren oder geeignete Beschichtungen werden für Langzeitexposition empfohlen.

Spannungsrisskorrosion (SCC) ist bei Al–Si–Mg-Gusslegierungen weniger ausgeprägt als bei einigen hochfesten, gewalzten Aluminium-Kupfer-Legierungen, die Anfälligkeit nimmt jedoch mit steigender Zugspannung und Chloridpräsenz zu. Galvanische Wechselwirkungen sind bei Aluminium typisch: AlF357 ist anodisch im Vergleich zu Edelstahl und kupferbasierten Legierungen, daher sollten elektrische Trennung oder Opferanoden in gemischten Metallbaugruppen berücksichtigt werden. Im Vergleich zu den gewalzten Familien 5xxx und 6xxx opfert AlF357 etwas Korrosionsbeständigkeit zugunsten verbesserter Festigkeit im Gusszustand und Dauerfestigkeit, erreicht jedoch nicht die Marine-Performance sorgfältig optimierter 5xxx Legierungen.

Fertigungs-Eigenschaften

Schweißbarkeit

AlF357 lässt sich mittels TIG (GTAW) und MIG (GMAW) schweißen, aber Gussporosität, Wasserstoffaufnahme und Heißrisse erfordern sorgfältige Kontrolle. Aluminiumsilizium-Lotlegierungen wie ER4043 (Al–Si) werden häufig verwendet, um die Benetzeigenschaften abzugleichen und die Rißneigung zu vermindern; ER5356 (Al–Mg) kann mit Vorsicht eingesetzt werden, wenn ein stärkeres Schweißgut benötigt wird. Nachbehandlung durch Wärmebehandlung kann die Festigkeit bei manchen Bauteilen wiederherstellen, beseitigt jedoch keine gussbedingten Fehler; Vorwärmen und Entgasen der Schmelze sind wichtig, um Porosität zu minimieren.

Mechanische Bearbeitung

Als hypoeutektische Al–Si-Gusslegierung lässt sich AlF357 gut zerspanen: Siliziumpartikel bewirken einen Spanbrucheffekt und dimensional stabile Bearbeitung, erhöhen aber den Werkzeugverschleiß im Vergleich zu weicheren gewalzten Legierungen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und hoher Kühlschmierstoffzufuhr werden empfohlen, um Wärme zu kontrollieren und Späne abzuleiten; die Schnittgeschwindigkeiten liegen typischerweise über Stahl, abhängig von Querschnitt und Wärmebehandlungszustand. Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sind mit stabilen Spannmitteln und geeigneten Vorschüben gut erreichbar.

Umformbarkeit

Die Kaltumformung von AlF357 ist wegen der gussorientierten Mikrostruktur und mäßig bis niedrigen Duktilität im T6-Zustand eingeschränkt; Biegeradien müssen konservativ gewählt werden, da häufig Risse entstehen. Warmumformung oder Schmieden von nahe-Netzform-Gussrohlingen sind realistischere Wege, wenn die Geometrie starke Verformung verlangt. Die beste Umformbarkeit zeigt die geglühte oder als gegossene Zustände, die jedoch Festigkeit opfern und selten für tragende Bauteile eingesetzt werden.

Wärmebehandlungsverhalten

AlF357 ist wärmebehandelbar durch Lösungsglühen und künstliches Altern. Typische Lösungsglühtemperaturen liegen im Bereich 510–540 °C, ausreichend lange zum Homogenisieren und Auflösen löslicher Phasen in dünnen Querschnitten, gefolgt von Schnellabschrecken, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten. Künstliches Altern (Niederschlagshärtung) erfolgt meist bei 155–185 °C zur Bildung von Mg2Si-Niederschlägen und Erreichen von T6-Niveau; die Alterungszeit ist abhängig von der Bauteildicke und dem gewünschten Eigenschaftsprofil.

T5 wird durch Abkühlung vom Gusszustand und nachfolgendes künstliches Altern ohne Zwischenschritt des Lösungsglühens erreicht, was eine höhere Festigkeit bei geringeren Prozesskosten, aber geringeren maximalen Eigenschaften liefert. T7- oder Überalterungszustände nutzen höhere oder verlängerte Alterungszeiten, um thermische Stabilität zu verbessern und die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion zu vermindern, auf Kosten etwas reduzierter Spitzenfestigkeit. Wird die Legierung im nicht wärmebehandelbaren Zustand verwendet, ist Kaltverfestigung kein wirksames Verstärkungsverfahren wegen der Gussmikrostruktur; Glühen entspannt Eigenspannungen und verbessert die Duktilität.

Hochtemperatureinsatz

Ab ca. 150 °C beginnt AlF357 einen erheblichen Teil seiner T6-Festigkeit zu verlieren, mit fortschreitender Erweichung und Wachstum der Niederschläge bei weiter steigender Temperatur; Langzeitanwendung ist generell unterhalb dieses Temperaturbereichs zu empfehlen. Oxidation ist bei diesen Temperaturen keine primäre Ausfallursache, aber mikrostrukturelle Überalterung und Wachstum verringern Dauerfestigkeit, Streckgrenze und Härte. Schweiß-Wärmeeinflusszonen können lokale Erweichung und reduzierten Dauerfestigkeitswert zeigen; Konstrukteure müssen diese Gradienten bei nachträglichem Schweißen berücksichtigen.

Für intermittierende oder kurzfristige Expositionen bis 200 °C können einige Eigenschaften erhalten bleiben, wenn ein geeigneter T7-Überalterungszustand spezifiziert wird, für dauerhafte Hochtemperatureinsätze sind jedoch Speziallegierungen mit höherer Temperaturbeständigkeit besser geeignet.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispiel-Komponente	Grund für den Einsatz von AlF357
Automobil	Strukturgussteile, Getriebegehäuse	Gute Gießbarkeit, hohe T6-Festigkeit, Dauerfestigkeit
Marine	Pumpengehäuse, nicht-kritische Strukturhalter	Angemessene Korrosionsbeständigkeit bei wirtschaftlicher Gussherstellung
Luftfahrt	Beschläge, kleine Strukturgussteile	Hoches Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für mittelschwere Komponenten
Elektronik	Gehäuse und Wärmeverteilergussteile	Dimensionsstabilität und moderate Wärmeleitfähigkeit

AlF357 wird gewählt, wenn die Fertigungsökonomie des Gießens mit einer wärmebehandelbaren Legierung kombiniert wird, um Bauteile zu fertigen, die strukturellen und Dauerbelastungsanforderungen ohne die Kosten gewalzter Fertigung erfüllen. Es nimmt eine praktische Nische zwischen niedrigfesten Gusslegierungen und teureren, höherfesten gewalzten Werkstoffen für mittelschwere Strukturbauteile ein.

Auswahlhinweise

AlF357 ist ein attraktiver Werkstoff, wenn Konstrukteure gussgeometrische Bauteile mit T6-ähnlichen Eigenschaften aus kosteneffizienter Aluminiumlegierung benötigen. Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium (1100) tauscht AlF357 elektrische Leitfähigkeit und überlegene Duktilität gegen deutlich höhere Festigkeit und verbesserte Dauerfestigkeit ein; es ist weniger geeignet, wenn hohe Leitfähigkeit im Vordergrund steht. Im Vergleich zu häufig gekaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet AlF357 in der Regel höhere Festigkeit im behandeltem Zustand und bessere Dauerfestigkeit, aber geringere Kaltumformbarkeit und teils schlechtere Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Chloridumgebungen. Gegenüber wärmebehandelbaren gewalzten Legierungen wie 6061/6063 kann AlF357 einfachere Fertigung komplexer Gussformen und wettbewerbsfähige Festigkeiten in bestimmten Querschnitten bieten, trotz generell geringerem Spitzenfestigkeitsgewicht und unterschiedlicher Schmiede-/Strangpressfähigkeiten.

Verwenden Sie AlF357, wenn Gießen der bevorzugte Fertigungsweg ist, T6-ähnliche mechanische Eigenschaften im Gusszustand erforderlich sind und Konstrukteure Querschnittsdicke und Wärmebehandlung kontrollieren können, um das Potenzial der Legierung auszuschöpfen. Vermeiden Sie AlF357, wo tiefe, duktile Kaltumformung, maximale elektrische Leitfähigkeit oder langanhaltender Hochtemperatureinsatz Hauptanforderungen sind.

Abschließende Zusammenfassung

AlF357 bleibt relevant, da es vorhersehbares Gießverhalten mit wärmebehandelbarer Verstärkung kombiniert und hohe Dauer- sowie statische Festigkeiten für komplexe Gussbauteile zu relativ niedrigen Kosten liefert. Bei sorgfältiger Auswahl hinsichtlich Gießpraxis, Temperaturzustand und Korrosionsschutz bietet AlF357 eine robuste Lösung für zahlreiche Anwendungen in Automotive, Luftfahrt, Marine und Industrie, bei denen Gussgeometrie und mechanische Leistung ausgewogen sein müssen.