Aluminium AlSi12: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

AlSi12 gehört zur Aluminium-Silizium-Familie und wird eher zu den gegossenen Al-Si-Legierungen gezählt als zu den gewalzten 1xxx–7xxx Serien; es wird üblicherweise unter Gussbezeichnungen statt unter den gewalzten Seriennummern geführt. Die Legierung enthält nominal etwa 11–13 % Silizium sowie Restelemente von Eisen, Mangan, Kupfer und Spurenelementen wie Titan und Chrom, die zur Kornfeinung und Steuerung der Eigenschaften eingesetzt werden.

Der dominierende Festigungsmechanismus bei AlSi12 ist mikrostrukturell: Eine nahezu eutektische Siliziumphase, verteilt in einer Aluminium-Matrix, sorgt für inhärente Steifigkeit und Verschleißfestigkeit. AlSi12 ist keine klassische ausscheidungshärtbare (wärmebehandelbare) gewalzte Legierung; Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften werden durch Kontrolle der Siliziummorphologie (Modifikation, Kugelung) und durch begrenzte Wärmebehandlungen erreicht, nicht durch Mg/Cu-getriebene Alterungsprozesse.

Wesentliche Merkmale sind ausgezeichnete Gießflüssigkeit, geringe Schrumpfung bei der Erstarrung, gute Maßhaltigkeit im gegossenen Zustand sowie eine angemessene Korrosionsbeständigkeit dank der schützenden Aluminiumoxidschicht. Die Legierung weist eine moderate Zugfestigkeit, geringe Dehnung im Gusszustand und eine gute Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu anderen Gusslegierungen auf. Typische Anwendungen für AlSi12 finden sich im Automobilbereich (Druckguss-Motorbauteile, Gehäuse), in der Industriemaschinenbau (Pumpengehäuse, Ventilkörper), in der Schifffahrt sowie in bestimmten Wärmemanagement-Anwendungen.

Ingenieure wählen AlSi12, wenn Gießbarkeit, geringe Schrumpfung sowie ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit wichtiger sind als die höchsten erreichbaren Zugfestigkeiten. Der Siliziumgehalt macht die Legierung attraktiv für komplexe dünnwandige Gussteile und Bauteile, die gute Verschleißfestigkeit und Stabilität bei thermischen Belastungen erfordern.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
F (unbehandelt)	Niedrig–Mittel	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Moderat	Typischer Gusszustand aus Druckguss oder Sandguss
O (weichgeglüht)	Niedrig	Mittel–Höher	Verbessert	Gut	Spannungsarmglühen zur Verbesserung der Duktilität und Reduzierung von Eigenspannungen
T5	Mittel	Niedrig	Begrenzt	Moderat	Abschrecken nach dem Gießen und künstliches Altern zur Stabilisierung einiger Eigenschaften
T6	Mittel–Hoch	Niedrig	Begrenzt	Moderat	Lösungsbehandlung + künstliches Altern können das Si kugelig machen und die Festigkeit bei geeigneter Legierungszusammensetzung moderat erhöhen
T4 (lösungsgeglüht)	Mittel	Niedrig–Mittel	Begrenzt	Moderat	Lösungsbehandlung mit natürlicher Alterung; wird selektiv nach Modifikation eingesetzt
H14 (verfestigt)	Nicht typisch	Nicht typisch	Nicht typisch	Nicht typisch	Verfestigung durch Kaltumformung ist für gegossenes AlSi12 in der Regel nicht anwendbar; hier nur der Vollständigkeit halber

Der Zustand beeinflusst die Leistung von AlSi12 stark, da Siliziummorphologie und Gussfehler die primären Eigenschaftstreiber sind. Wärmebehandlungen wie Lösungsglühen und künstliches Altern (T6/T5) können die Verteilung der Siliziumpartikel verfeinern und Mikrosegregationen reduzieren, was zu moderaten Veränderungen von Festigkeit und Duktilität gegenüber dem Rohgusszustand führt.

Die praktische Auswahl des Zustands hängt vom Gussverfahren und der Funktion des Bauteils ab; Glühen und kontrollierte Alterung werden verwendet, um die Zerspanbarkeit zu verbessern und innere Spannungen zu verringern, während aggressivere thermomechanische Bearbeitungen, wie sie bei gewalzten Legierungen üblich sind, in der Regel nicht auf AlSi12-Gussteile übertragbar sind.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	11,0–13,0	Hauptlegierungselement; steuert eutektische Struktur, Flüssigkeiteigenschaften und Verschleißfestigkeit
Fe	0,3–1,3	Häufiger Verunreinigungsstoff; höherer Fe-Gehalt fördert spröde Intermetallische Phasen und reduziert Duktilität
Mn	0,1–0,6	Beeinflusst Morphologie der Fe-Intermetallischen; verbessert Gießbarkeit und mechanische Eigenschaften
Mg	0,05–0,5	Kann in Spuren bis geringen Mengen vorkommen; erlaubt teilweise Ausscheidungshärtung bei ausreichender Menge
Cu	0,05–0,5	In der Regel gering; steigender Cu-Gehalt erhöht Festigkeit, aber mindert Korrosionsbeständigkeit
Zn	0,05–0,5	Spurenelement; in der Regel restlich und kontrolliert zur Vermeidung von Warmrissen
Cr	0,05–0,25	Kleine Zugabe zur Kornstrukturkontrolle und Bindung von Fe in ungefährlichen Phasen
Ti	0,02–0,20	Kornfeiner zur Steuerung der Primärkornstruktur im Aluminium
Sonstige	Rest Al mit Spuren von Verunreinigungen	Restelemente (Ni, Pb, Sr zur Modifikation) werden zur Einhaltung der Gussleistung kontrolliert

Silizium ist der wichtigste Stellhebel für die Leistung von AlSi12: Es senkt den Schmelzbereich, erhöht die Gießflüssigkeit und vermindert Schrumpfung. Zudem sorgt es für Verschleißfestigkeit durch harte Si-Partikel. Eisen und Mangan steuern die Bildung schädlicher Intermetallischer Phasen während der Erstarrung. Spurenelemente wie Ti und Sr werden verwendet, um die Korngröße zu verfeinern und die Siliziumform von plattenartig zu faserig oder kugelig zu ändern, was Zähigkeit und Zerspanbarkeit verbessert.

Mechanische Eigenschaften

AlSi12-Gussteile zeigen ein Zugverhalten, das von der eutektischen Siliziummorphologie und der Gussqualität (Porosität, Schrumpfung, Erstarrungsgeschwindigkeit) maßgeblich bestimmt wird. Die Zugfestigkeit im Gusszustand ist moderat, und die Dehnung begrenzt; die Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften kann in Gussteilen mit unterschiedlicher Wanddicke durch Erstarrungsgradienten variieren. Die Festigkeit lässt sich durch Lösungsglühen und Altern mäßig erhöhen, wenn Legierungschemie und Mikrostruktur entsprechend optimiert sind.

Das Fließverhalten (Streckgrenze) liegt generell unter dem von hochfesten, wärmebehandelbaren gewalzten Legierungen, bietet aber stabile Leistungen über verschiedene Gussverfahren hinweg, wenn Schrumpfung und Porosität gut kontrolliert sind. Die Härte korreliert mit der Verteilung der Siliziumpartikel: Feines, kugeliges Si ergibt höhere Zähigkeit und eine etwas geringere Oberflächenhärte als grobes, schuppenartiges Silizium.

Die Ermüdungsfestigkeit von AlSi12 ist empfindlich gegenüber Gussfehlern wie Gasporosität und Oxideinschlüssen, die als Initiationsstellen fungieren; hochwertige Gussteile mit minimalen Defekten können jedoch eine respektable Ermüdungsfestigkeit für nicht-kritische rotierende Bauteile erreichen. Die Wanddicke beeinflusst die Abkühlgeschwindigkeit und damit die Siliziummorphologie: Dünne Wände kühlen schnell ab und bilden eine feinere Mikrostruktur mit höherer Festigkeit als dicke Wände, die langsamer abkühlen und gröberes Si ausbilden.

Eigenschaft	O/weichgeglüht	Hauptzustand (T6/T5)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	90–140 MPa (typisch)	150–240 MPa (typisch, legierungs- und prozessabhängig)	Große Bandbreiten durch Gussverfahren, Porositätskontrolle und Mikrostrukturmodifikation
Streckgrenze (0,2 % Offset)	40–90 MPa	100–170 MPa	Festigkeitssteigerung nach Lösungsglühen/Altern ist im Vergleich zu Mg/Cu-Legierungen moderat
Dehnung	2–10 %	1–6 %	Duktilität nimmt nach dem Altern ab; dünnwandige Gussteile zeigen höhere Dehnung
Härte (Brinell)	35–70 HB	60–110 HB	Härtezunahme bei feiner Si-Morphologie und Wärmebehandlung; Werte hängen von Wanddicke und Bearbeitung ab

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typische Dichte für Al-Si-Gusslegierungen; etwas höher als reines Aluminium wegen Siliziumgehalt
Schmelzbereich	~577–600 °C	Nahe eutektische Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt relativ zu reinem Al; Eutektikum bei ca. 577 °C
Wärmeleitfähigkeit	~110–140 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber dennoch gut zur Wärmeabfuhr in Gussbauteilen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Silizium und Streuung an Intermetallischen Phasen
Spezifische Wärme	~0,88–0,92 kJ/kg·K	Nahezu wie reines Aluminium; nützlich für thermische Massenberechnungen
Wärmeausdehnungskoeffizient	~21–24 µm/m·K	Etwas niedriger als bei reinem Al in manchen wärmebehandelten Zuständen durch Siliziumanteil

Die physikalischen Eigenschaften von AlSi12 machen die Legierung attraktiv für Bauteile, bei denen Wärmemanagement oder Maßhaltigkeit bei Temperaturschwankungen wichtig sind. Der niedrigere Schmelzpunkt und die gute Fließfähigkeit erleichtern die Herstellung dünnwandiger, komplexer Geometrien mit guter Formfüllung.

Die elektrische Leitfähigkeit ist gegenüber reinem Aluminium reduziert und sollte berücksichtigt werden, wenn elektrische Leistungsanforderungen bestehen. Dichte und spezifische Wärme liegen nahe bei anderen Aluminium-Gusslegierungen, was vorteilhaft für leichte Struktur- und Wärme-Anwendungen ist.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Sandguss-Teile	Wanddicken 3–50 mm	Variabel; grobkörnige Gefügestruktur in dicken Bereichen	F, O, T5	Verwendet für große, komplexe Komponenten; Gefüge durch Abkühlrate gesteuert
Druckguss (Dauerform)	Dünnwandig 1–10 mm	Höhere Festigkeit durch schnellere Abkühlung; feines Si	F, T5, T6	Weit verbreitet für Automobilgehäuse und Präzisionsteile
Schwerkraft-Druckguss / Dauerform	2–20 mm	Mittlere Festigkeit und Oberflächenqualität	F, T5, T6	Gute Reproduzierbarkeit und mechanische Eigenschaften für mittlere Serien
Sandkerne / Barren	Variabel	Grundwerkstoff	F	Rohmaterial oder wiederaufgeschmolzenes Material für Gießereien
Stange / Gussstab	Durchmesser bis 200 mm	Ähnlich wie Gussstücke; begrenztes Schmieden oder Walzen	F, O	Verwendet für Bearbeitungsrohlinge und einige kleine Strukturteile

Unterschiedliche Produktformen ergeben sich aus der vorgesehenen Anwendung und den geforderten mechanischen/geometrischen Toleranzen. Druckguss liefert die feinste Mikrostruktur und beste Maßhaltigkeit, wodurch es sich für dünnwandige, volumenstarke Autoteile eignet. Sandguss toleriert größere Querschnitte und komplexe Innengeometrien, erfordert jedoch sorgfältige Defektkontrolle.

Die Lieferform beeinflusst die nachgelagerte Bearbeitung: Druckgussteile benötigen in der Regel geringere Bearbeitungszugaben und weisen eine bessere Oberflächenqualität auf, während Sandgussteile oft mehr Zerspanung und Wärmebehandlung erfordern, um die gewünschten Toleranzen zu erreichen.

Entsprechende Werkstoffgüten

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	AlSi12 (Guss)	USA	Generische Bezeichnung für Al-Si-Gusslegierung mit ca. 12% Si
EN	EN AC-AlSi12 / AlSi12	Europa	Standardisierte Gussbezeichnung (früher AlSi12); EN-Werkstoff oft mit „F“ für Gusszustand
JIS	ADC12 (ähnlich)	Japan	ADC12 wird im Druckguss weit verbreitet eingesetzt und ist zusammensetzungsnah, enthält aber häufig höhere Cu- und Zn-Gehalte
GB/T	AlSi12	China	Chinesische Norm für Al-Si-Gusslegierungen, weitgehend gleichwertig; Toleranzen der Zusammensetzung können abweichen

Feine Unterschiede zwischen den regionalen Werkstoffgüten liegen meist in den zulässigen Anteilen von Cu, Zn und Spurelementen sowie in den erlaubten Eisen- und Manganwerten. ADC12 (JIS) weist häufig einen höheren Kupfergehalt auf, um mechanische Eigenschaften im Druckguss zu verbessern, leidet dabei allerdings etwas unter geringerer Korrosionsbeständigkeit. EN AC-AlSi12 wird meist auf niedrige Eisenwerte kontrolliert und ist in Europa weit verbreitet für qualitativ hochwertige Gussteile.

Korrosionsbeständigkeit

AlSi12 zeigt generell gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Bildung einer schützenden Aluminiumoxidschicht. In neutralen und schwach aggressiven Umgebungen ist die Legierung widerstandsfähig, jedoch können an Gussfehlern, Porositäten oder intermetallischen Phasen lokalisierte anodische Auflösungen auftreten. Oberflächenbehandlungen und versiegelnde Lacksysteme verbessern die Langzeitbeständigkeit in exponierten Umgebungen erheblich.

In maritimen und chloridhaltigen Umgebungen kann die Legierung Loch- und Spaltkorrosion erleiden, insbesondere an Defekten oder rauen Oberflächen, die korrosive Medien einschließen. Der relativ niedrige Kupfergehalt von typischem AlSi12 verbessert die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion gegenüber kupferreichen Legierungen, dennoch sollten Konstrukteure kathodische/anodische Wechselwirkungen bei der Verbindung mit edleren Metallen bedenken.

Spannungsrisskorrosion ist kein Hauptversagensmechanismus bei AlSi12, da die Legierung nur geringe Legierungselementgehalte besitzt, die zu interkristalliner Sprödigkeit führen. Allerdings kann eine Kombination aus Ermüdungs-Korrosion und Gussfehlern in zyklischen maritimen oder industriellen Umgebungen zu vorzeitigem Versagen führen. Galvanische Wechselwirkungen mit Stählen und Kupferlegierungen sollten durch isolierende Barrieren oder geeignete Korrosionszugaben vermieden werden, um eine beschleunigte Korrosion zu verhindern.

Im Vergleich zu 5xxx-Serie geschmiedeten Marinelegierungen hat AlSi12 eine geringere intrinsische Zähigkeit und ist empfindlicher gegenüber Gussfehlern, bietet jedoch Vorteile in der Gießbarkeit und Maßhaltigkeit bei komplexen Formen. Konstrukteure sollten die Umgebungsbedingungen und die Gussteilqualität sorgfältig prüfen, wenn AlSi12 für korrosive Anwendungen ausgewählt wird.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Das Schweißen von AlSi12-Gussteilen ist mit TIG- und MIG-Verfahren möglich, wenn geeignete Zusatzwerkstoffe und eine Vorbehandlung verwendet werden. Aluminium-Silizium-Schweißzusätze wie ER4043 (Al-5Si) und ER4047 (Al-12Si) werden häufig empfohlen, um den Siliziumgehalt der Grundwerkstoffe anzupassen und Rissbildung während des Schweißens zu minimieren. Vorwärmen und Entgasen werden oft eingesetzt, um wasserstoffbedingte Porosität zu verringern; das Schweißen kann jedoch lokal die Siliziummorphologie im Wärmeeinflussbereich verändern und Schrumpf-/Spannungskonzentrationen verursachen, die eine Nachbehandlung durch Wärmebehandlung oder Schleifen zur Entfernung von Defekten erforderlich machen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von AlSi12 ist für Gussaluminium generell gut, wobei die harten Siliziumpartikel den abrasiven Werkzeugverschleiß im Vergleich zu reinem Aluminium beschleunigen. Hartmetallwerkzeuge mit Titannitrid- oder ähnlichen Beschichtungen und positiven Spanwinkeln werden für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung empfohlen; die Spanbildung ist meist akzeptabel, jedoch muss die Werkzeugstandzeit bei langen Serien überwacht werden. Die Bearbeitungsparameter sollten Querschnittsdicke und lokale Härteschwankungen aufgrund der Siliziummorphologie und Wärmebehandlungs-Historie berücksichtigen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit von AlSi12 ist eingeschränkt, da die Legierung typischerweise in Gussform verwendet wird und eine geringere Duktilität gegenüber geschmiedeten Aluminiumlegierungen aufweist. Kaltbiegen oder Tiefziehen sind für typische AlSi12-Gussteile nicht praktikabel; Designer setzen stattdessen auf Werkzeugformgestaltung, Kerne und Einsätze, um die gewünschte Geometrie zu erreichen. Für verbesserte Umformbarkeit können halbflüssige Verarbeitung oder eine Modifikation des Siliziumgefüges durch Wärmebehandlung zur Kugelung des Siliziums führen, die die lokale Duktilität erhöht, jedoch nicht an die Umformbarkeit von 5xxx- oder 6xxx-Geschmiedewaren heranreicht.

Wärmebehandlungsverhalten

AlSi12 ist keine primär ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierung, da es an Magnesium und Kupfer für eine klassische T6-Verfestigung mangelt. Dennoch beeinflussen Wärmebehandlungen die Siliziummorphologie und die Eigenspannungen. Das Lösungsglühen bei Temperaturen um 520–540 °C gefolgt von schnellem Abschrecken kann die Mikrostruktur teilweise homogenisieren und die Siliziumpartikel kugelig umwandeln; anschließendes künstliches Altern (T5/T6) stabilisiert das Gefüge und verbessert die Festigkeit geringfügig.

Für viele AlSi12-Gussteile sind insbesondere Glüh- und Homogenisierungsglühen wertvoll zur Spannungsreduzierung und Minderung der Mikrosegregation. Diese Behandlungen verbessern die Zerspanbarkeit und reduzieren Hot-Cracking während der Sekundärbearbeitung. Da Kaltverfestigung für Gussteile unpraktisch ist, verlassen sich Konstrukteure auf Gefügeoptimierung, Wärmebehandlung und Legierungsmodifikation (z. B. Sr-Behandlung) zur Eigenschaftsanpassung.

Die Prozesskontrolle bei der Wärmebehandlung ist entscheidend: Überalterung oder unzureichendes Lösungsglühen können Silizium verbreitern und die Duktilität senken, während unzureichendes Entgasen oder langsames Abschrecken Porosität und schlechte mechanische Eigenschaften erzeugen. Für Legierungen mit geringen Mg- oder Cu-Zusätzen bieten kontrollierte Lösungs- und Alterungszyklen den größten Nutzen; ansonsten konzentrieren sich Wärmebehandlungen auf Spannungsabbau und Optimierung der Siliziummorphologie.

Hochtemperatureigenschaften

Bei erhöhten Temperaturen verliert AlSi12 progressiv an Festigkeit, da thermische Aktivierung die Versetzungsbewegung und die Koarsening (Vergröberung) struktureller Merkmale ermöglicht. Praktische Einsatztemperaturen liegen häufig unter etwa 150–200 °C für Strukturbauteile, um nennenswerte Kriechverformung und Steifigkeitseinbußen zu vermeiden. Kurzzeitige Belastungen bis 250 °C sind für nicht tragende thermische Bauteile möglich, jedoch verschlechtert sich die mechanische Langzeitzuverlässigkeit.

Das Oxidationsverhalten entspricht dem von Aluminium: Es bildet sich eine stabile Oxidschicht, die das Grundmaterial schützt; jedoch können Oxidschichtbildung und -wachstum den thermischen Kontaktwiderstand in Wärmeübertragungsanwendungen verschlechtern. Der durch Schweißen oder lokale Wärmebehandlungen entstandene Wärmeeinflussbereich kann veränderte Siliziumverteilungen aufweisen, die die Hochtemperatureigenschaften lokal herabsetzen und Kriech- oder oxidationsbedingte Rissbildung beschleunigen. Für Komponenten im höheren Temperatureinsatz ist eine konstruktive Auslegung zur Minimierung von Spannungskonzentrationen und zur Vermeidung dünner Wandungen in tragenden Bereichen unerlässlich.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum AlSi12 verwendet wird
Automobil	Getriebegehäuse, Zahnradgehäuse, Ventilkörper	Ausgezeichnete Druckgießbarkeit und Maßstabilität für komplexe dünnwandige Bauteile
Schifffahrt	Pumpengehäuse, nicht-kritische Strukturgussteile	Korrosionsbeständigkeit und Gießbarkeit für komplexe Geometrien
Luft- und Raumfahrt & Verteidigung	Halterungen, Gehäuse für nicht primäre Strukturen	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für Gussteile und gute thermische Stabilität
Industrielle Maschinen	Zahnradgehäuse, Lagergehäuse, Ventilkörper	Geringes Schrumpfen, gute Verschleißfestigkeit und ausreichende mechanische Festigkeit
Elektronik / Wärme Management	Gehäuse für Wärmeverteiler und thermische Massenkomponenten	Angemessene Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit guter Gießbarkeit komplexer Formen

AlSi12 eignet sich besonders dort, wo die Vorteile des Gießprozesses (komplexe Formen, integrierte Rippen, dünne Wände) die Anforderung an höchste Zugfestigkeit oder extreme Umformbarkeit überwiegen. Die Kombination aus Maßgenauigkeit, Wärmeleitfähigkeit und ausreichender Festigkeit macht die Legierung weit verbreitet bei volumenstarken Druckgussteilen und wirtschaftlichen mittelgroßen Gussteilen.

Auswahlhinweise