Aluminium AlSi7Mg: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

AlSi7Mg ist eine Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung, die zur Al–Si-Familie der Gusslegierungen gehört und typischerweise im Formen- und Druck- oder Schwerkraftguss unter der Bezeichnung EN AC‑AlSi7Mg vorkommt. Sie ist im Bereich der Gussaluminiumlegierungen angesiedelt und nicht in den geschmiedeten 2xxx–7xxx-Serien. In der nordamerikanischen Praxis wird sie meist mit den Werkstoffen der Güteklassen A356/A357 verglichen.

Das Hauptlegierungselement ist Silizium (~6,5–7,5 Gew.-%) mit Magnesium als sekundärem Legierungselement (~0,2–0,5 Gew.-%) sowie geringen Anteilen an Fe, Cu, Mn, Ti und weiteren Elementen als kontrollierte Verunreinigungen oder Mikrolegierungszusätze. Die Festigkeitssteigerung erfolgt hauptsächlich durch eine Lösungsglühtemper-Behandlung gefolgt von Ausscheidungshärtung der Mg2Si-Intermetallische (wärmebehandelbar); die Guss-Erstarrungsstruktur und der sekundäre Dendritenarmabstand spielen ebenfalls eine wichtige Rolle für die Festigkeit im Gusszustand.

Wesentliche Eigenschaften sind ausgezeichnete Gießbarkeit und Fließfähigkeit für komplexe Geometrien, eine gute Kombination aus Festigkeit und Duktilität nach T6-ähnlichen Wärmebehandlungen, eine vernünftige Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen sowie eine gute Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu vielen anderen Aluminiumlegierungen. Die Schweißbarkeit und Umformbarkeit sind moderat: Gusslegierungen lassen sich mit geeigneten Verfahren schweißen, sind jedoch im Gusszustand weniger duktil als geschmiedete Legierungen, was umfangreiche Kaltumformungen einschränkt.

Typische Einsatzbereiche sind die Automobilindustrie (strukturtragende Gussteile, Gehäuse, Rad- und Fahrwerkskomponenten), allgemeiner Maschinenbau, Pumpen und Ventile, maritime Ausrüstung sowie einige elektronische Gehäuse oder wärmeableitende Gussteile. Ingenieure wählen AlSi7Mg, weil es eine gute Balance zwischen Gießbarkeit und Festigkeit nach Wärmebehandlung bietet, kosteneffektiv gegenüber höherlegierten oder geschmiedeten Legierungen ist und eine vorhersehbare, reproduzierbare Leistung in der Gießpraxis gewährleistet.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet (relativ für Gussteile)	Ausgezeichnet	Volles Weichglühen oder entspannter Gusszustand; beste Duktilität, geringste Festigkeit
T4	Niedrig–Mittel	Mittel–Hoch	Gut	Gut	Lösungsglühen und natürliche Alterung; mittlere Festigkeit mit besserer Duktilität als T6
T5	Mittel	Mittel	Befriedigend	Gut	Abschrecken aus dem Gusszustand und künstliche Alterung; üblich für schnell gefertigte Bauteile
T6	Hoch	Mittel	Befriedigend–Schlecht	Moderat	Lösungsglühen, Abschrecken und künstliche Alterung; höchste Härte und Festigkeit für die Konstruktionsauslegung
T7	Mittel–Hoch	Mittel	Befriedigend	Moderat	Überaltert zur Verbesserung der thermischen Stabilität und zur Verringerung der Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit
F	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Wie gefertigt ohne spezifische Wärmebehandlungssteuerung; Eigenschaften abhängig vom Herstellungsprozess

Die Zustandsauswahl steuert die Mikrostruktur: Das Lösungsglühen löst lösliche Phasen auf und homogenisiert die Matrix, während die künstliche Alterung feine Mg2Si-Partikel ausscheidet, die Streck- und Zugfestigkeit erhöhen. Gusszustände (O/F) bieten die beste Duktilität und Umformbarkeit für begrenzte Umformarbeiten, während T6 die maximale Festigkeit auf Kosten von etwas Zähigkeit und Umformbarkeit liefert.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Hinweise
Si	6,5–7,5	Hauptlegierungselement; verbessert Fließfähigkeit und reduziert Schrumpfung; bildet Eutektikphasen
Fe	0,1–0,6	Verunreinigung; höherer Fe-Gehalt fördert spröde Intermetallische (β‑Al5FeSi), die die Duktilität verringern
Mn	0,05–0,35	Steuert Morphologie der Eisen-Intermetallischen; kleine Zusätze verfeinern die Mikrostruktur
Mg	0,2–0,5	Ausscheidungshärtendes Element (Mg2Si); steuert das Ansprechverhalten auf Alterung
Cu	0,05–0,2	Meist begrenzt; erhöht Festigkeit, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit bei höheren Werten verschlechtern
Zn	≤0,2	Kleinanteil; meist begrenzt, um unerwünschte Effekte zu reduzieren
Cr	≤0,1	Korngrößen- und Feinkornsteuerung; begrenzt Rekristallisation bei einigen Verfahren
Ti	≤0,2	Korngrößenverfeinerer in Gussteilen (TiB-Zusätze werden in Gießereien häufig verwendet)
Andere	Rest Al	Spurenelemente werden in den Normen kontrolliert auf spezifizierte Grenzwerte

Silizium bildet eine eutektische Struktur, die das Gussverhalten und die mechanischen Eigenschaften im Gusszustand verbessert, während Magnesium Ausscheidungshärtung durch Mg2Si bei Lösungsglühen und Alterung ermöglicht. Kontrollierte Gehalte an Eisen und Mangan bestimmen die Morphologie spröder Intermetallischer und beeinflussen damit entscheidend Duktilität und Ermüdungsbeständigkeit. Spurenelemente wie Ti und Cr dienen der Kornverfeinerung und der Kontrolle der Erstarrungseigenschaften in der Produktion.

Mechanische Eigenschaften

AlSi7Mg zeigt ein breites Spektrum mechanischer Eigenschaften, abhängig von Gießverfahren, Bauteildicke und Zustand. Im weichgeglühten oder Gusszustand ist die Zugfestigkeit moderat, jedoch ist die Duktilität für eine Gusslegierung relativ hoch; das Bruchverhalten ist empfindlich gegenüber Porosität und Intermetallischen Morphologie. Nach Lösungsglühen und künstlicher Alterung (T6) steigen Zug- und Streckgrenzen deutlich aufgrund feiner Mg2Si-Ausscheidungen, wobei die Dehnung zugunsten höherer zulässiger Spannungen reduziert wird.

Die Streckgrenze im T6-Zustand erlaubt häufig Konstruktionen mit Festigkeitswerten, die mit mittelstarken geschmiedeten Legierungen vergleichbar sind. Dabei müssen jedoch Gussfehler und Dickeneinflüsse bei ermüdungs- und bruchkritischen Anwendungen berücksichtigt werden. Die Härte korreliert mit dem Zustand: HBR bzw. HBW steigt deutlich von O/T4 bis T6, was zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit in Lager- oder Gleitflächenanwendungen führt. Die Ermüdungsfestigkeit ist stark von Oberflächenzustand, Porosität und Mikrostrukturgrößen abhängig; Kugelstrahlen, Verfeinerung der Erstarrungsstruktur sowie Kontrolle der Wasserstoffporosität verbessern das S–N-Verhalten deutlich.

Dicke und Bauteilgeometrie beeinflussen die Abkühlrate und den Dendritenarmabstand und somit die mechanischen Eigenschaften: Dünnwandige Gussteile kühlen schnell ab, erzeugen feinere Mikrostrukturen und bessere Festigkeiten, während dickere Bereiche langsam abkühlen und oft angepasste Lösungsglühverfahren erfordern, um weichere Kerne und inhomogene Eigenschaften zu vermeiden.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wesentlicher Zustand (T6)	Hinweise
Zugfestigkeit	150–210 MPa	260–340 MPa	T6-Werte hängen von Gussqualität und Mg-Gehalt ab; typische Werte für Auslegung
Streckgrenze	70–140 MPa	200–260 MPa	Streckgrenze steigt ca. 2×–3× von weichgeglüht zu T6 bei guten Gussteilen
Dehnung	6–18%	4–12%	Dehnung nimmt mit steigender Festigkeit und bei Gussfehlern ab
Härte (HB)	40–70 HB	80–110 HB	Brinellhärte steigt mit Alterung; Härte von Bauteildicke und Porosität beeinflusst

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	~2,68 g/cm³	Typisch für Al–Si-Gusslegierungen; leichte Schwankungen durch Legierungszusätze
Schmelzbereich	~555–615 °C	Solidus und Liquidus abhängig vom Si-Gehalt und Mikrolegierungselementen; Eutektikum nahe 577 °C
Wärmeleitfähigkeit	~100–140 W/m·K	Niedriger als reines Al, aber noch gut für wärmeableitende Gussteile
Elektrische Leitfähigkeit	~30–38 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Al wegen Legierung; geeignet für einige leitfähige Anwendungen
Spezifische Wärmekapazität	~870–910 J/kg·K	Ähnlich wie andere Aluminiumlegierungen; temperaturabhängig
Thermische Ausdehnung	22–24 ×10⁻⁶ /K	Typische lineare thermische Ausdehnung bei Raumtemperatur; wichtig für Verbindungsdesign

AlSi7Mg verbindet eine relativ geringe Dichte mit einer vernünftigen Wärmeleitfähigkeit, wodurch es sich für Anwendungen eignet, bei denen Gewichtsreduzierung und Wärmeableitung zusammen mit guter Gießbarkeit gefordert sind. Der Erstarrungsbereich und das eutektische Verhalten steuern Porositätsneigung und Nachspeisung; das Verständnis dieser thermischen Eigenschaften ist für die Auslegung von Speisern, Kühlrippen und Wärmebehandlungsplänen unerlässlich. Die thermische Ausdehnung ist moderat und muss bei der Verbindung mit Stahl oder anderen Metallen berücksichtigt werden, um thermische Spannungen im Betrieb zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Sand-/Schwerkraftguss	Variabel, mm bis mehrere 100 mm	Festigkeit variiert mit der Querschnittsgröße	O, T5, T6	Weit verbreitet für Strukturgussteile, gut geeignet für mittelgroße bis große Bauteile
Dauerform-/Druckguss	Dünnwandig bis moderat (2–20 mm)	In der Regel feinere Mikrostruktur, höhere Gussfestigkeit	T5, T6	Hervorragende Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit; häufig für Fahrzeugteile verwendet
Gussblock / Halbzeug	Bis zu mehreren 100 mm	Homogenisiert für nachfolgende Verarbeitung	O, T4	Rohmaterial für Remelting, Schmieden von Nahe-Netz-Formen und Sekundärguss
Strangpressen / Walzen (eingeschränkt)	Begrenzte Machbarkeit	Untypisch; gewalztes Verhalten minderwertig	—	AlSi7Mg wird selten für Standard-Strangpressprofile oder gewalztes Blech verwendet
Stab / Rundstahl (kaltgezogen/kaltgefertigt)	Kleine Querschnitte	Variabel; häufig remelted und weiterverarbeitet	O, T6	Geliefert als Zerspanungsrohlinge; mechanische Eigenschaften abhängig vom Prozess

AlSi7Mg tritt primär als Gusslegierung auf, und die Produktformen spiegeln die Praxis im Gießereiwesen wider: Sandguss, Schwerkraft- oder Dauerformteile sowie Druckgussteile dominieren. Unterschiede in der Verarbeitung (Sand- vs. Dauerform- vs. Druckguss) erzeugen unterschiedliche Mikrostrukturen, Porositätsverteilungen und mechanische Eigenschaften, daher müssen Konstrukteure die Form und Wärmebehandlung entsprechend den Anforderungen an Struktur und Oberflächenqualität auswählen. Obwohl begrenzte Kaltumformung durch Remelting und Homogenisierung möglich ist, sind traditionelle Strangpressprofile und schweres Walzen unüblich, da die Legierungschemie und die eutektische Mikrostruktur für den Guss optimiert sind.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA / AMS	A356 / AlSi7Mg0.3	USA	A356 ist ein bekanntes kommerzielles Äquivalent mit genau festgelegtem Mg-Gehalt und Verunreinigungsgrenzen
EN	AC‑AlSi7Mg	Europa	Übliche europäische Gussbezeichnung; Es existieren variierende Gießereispezifikationen
JIS	ADC12 / A356-Äquivalente	Japan	ADC12 ist eine Druckgusslegierung, oft mit höherem Cu-Gehalt; A356-äquivalente Gusslegierungen werden ebenfalls verwendet
GB/T	AlSi7Mg	China	Chinesische Normen listen ähnliche Zusammensetzungen unter AlSi7Mg-Bezeichnungen

Die Normen unterscheiden sich in den zulässigen Mg- und Fe-Grenzwerten sowie in den Wärmebehandlungsdefinitionen (T6 vs. T61 etc.), daher erfordert eine direkte Substitution eine Prüfung der Verunreinigungsgrenzen und des Alterungsverfahrens. Für kritische Anwendungen sollten Konstrukteure die spezifischen compositionalen Grenzen, Gussverfahren und definierten Wärmebehandlungspraktiken der jeweiligen Norm vergleichen, um die Austauschbarkeit sicherzustellen sowie mechanische und korrosionsbeständige Eigenschaften vorherzusagen.

Korrosionsbeständigkeit

AlSi7Mg zeigt gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Bildung einer dünnen, schützenden Aluminiumoxidschicht und des Fehlens großer Kupferanteile, die lokal begrenzte Korrosionsstellen fördern. In maritimen oder chloridreichen Umgebungen kann die Legierung anfällig für Lochfraß und Spaltkorrosion sein, insbesondere wenn Porosität oder intermetallische Netzwerke vorhanden sind, welche lokale anodische Bereiche fördern.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) ist geringer als bei hochfesten Legierungen der 2xxx- und 7xxx-Reihen, vor allem wenn diese nicht überaltert sind und Porosität sowie Wasserstoffgehalt kontrolliert werden; jedoch können verbleibende Zugspannungen aus Guss oder Schweißprozessen die SCC-Grenzen reduzieren. Galvanische Reaktionen sind bei der Konstruktion zu berücksichtigen: Bei Kontakt mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl) in leitfähigen Elektrolyten wirkt AlSi7Mg als Anode und korrodiert bevorzugt, sofern keine Isolierung oder Schutzbeschichtung vorhanden ist.

Im Vergleich zu gewalzten 5xxx- oder 6xxx-Legierungen bietet AlSi7Mg üblicherweise eine vergleichbare oder etwas geringere lokale Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund der Gusstruktur und der Anfälligkeit gegenüber Porosität sind die Oberflächenqualität, Nachbehandlung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schutzbeschichtungen entscheidend für die Langzeitbeständigkeit, insbesondere bei maritimen Anwendungen.

Fertigungs-Eigenschaften

Schweißbarkeit

AlSi7Mg-Gussteile können mit herkömmlichen TIG- (GTAW) und MIG- (GMAW) Verfahren geschweißt werden, wobei auf gründliche Vorreinigung und Kontrolle der Wasserstoffaufnahme zu achten ist. Typische Zusatzwerkstoffe sind Al‑Si-Legierungen wie ER4043 für siliziumreiche Gussteile, um eine kompatible Erstarrung zu fördern und Heißrisse zu vermeiden; Al‑Mg-Füller (ER5356) können für bessere Duktilität eingesetzt werden, erhöhen jedoch die Gefahr von Porosität und Rissbildung im Schweißgut bei Unverträglichkeit. Heißrisse können im Schweißnaht- und Wärmeeinflussbereich auftreten, zudem kann eine Erweichung und Auflösung von Ausscheidungen im HAZ lokal die Festigkeit reduzieren. Nachgelagerte Lösungsglühen und künstliches Altern können für sicherheitsrelevante Bauteile erforderlich sein.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von AlSi7Mg ist moderat und stark abhängig von der Gussqualität sowie der Morphologie der eutektischen Siliziumpartikel. Hartmetallwerkzeuge mit TiN-/TiAlN-Beschichtung oder unbeschichteter Hartmetall werden für Schrupp- und Schlichtbearbeitung empfohlen; Schnellarbeitsstahl ist für Nachbearbeitung akzeptabel. Schnittgeschwindigkeiten liegen typischerweise über denen von Stählen, aber unter denen von zerspanbaren Gusslegierungen; die Spanbildung ist häufig abreißend, weil abrasive Si-Partikel den Werkzeugverschleiß beschleunigen, daher sind Kühlung und optimierte Werkzeuggeometrien wichtig.

Umformbarkeit

Als Gusslegierung bietet AlSi7Mg im Vergleich zu gewalzten Legierungen eine begrenzte Kaltumformbarkeit; Biegen und Tiefziehen sind durch Porosität und das spröde eutektische Siliziumnetz eingeschränkt. Die besten Umformergebnisse erzielt man im geglühten oder lösungsgeglühten und gedehnten Zustand, dennoch sind enge Radien limitiert und an scharfen Biegungen kann es zu Rissbildung kommen. Konstrukteure sollten Nahe-Netz-Formguss für komplexe Geometrien bevorzugen und Nachformprozesse möglichst auf Zuschneiden, leichtes Biegen oder Zerspanung beschränken.

Wärmebehandlungsverhalten

AlSi7Mg ist wärmebehandelbar durch Lösungsglühen und künstliches Altern, um T6-ähnliche Eigenschaften zu erzielen. Typische Lösungstemperaturen liegen zwischen ca. 525–545 °C für mehrere Stunden, abhängig von der Wandstärke, um Mg-haltige Phasen aufzulösen und die Matrix zu homogenisieren, gefolgt von schnellem Abschrecken, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten. Das künstliche Altern erfolgt meist bei 155–185 °C über mehrere Stunden, um feine Mg2Si-Ausscheidungen zu bilden, die Festigkeit und Härte erhöhen.

T5 (Abkühlung direkt nach dem Gießen plus künstliches Altern) bietet einen praxisgerechten Kompromiss für die Produktion, wenn vollständiges Lösungsglühen nicht praktikabel ist, und liefert angemessene Festigkeit bei geringerer thermischer Belastung. T7-Überalterungszyklen werden eingesetzt, um thermische Stabilität zu verbessern und die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion bei wärmebeanspruchten Bauteilen zu reduzieren. Sorgfältige Kontrolle von Haltezeiten, Abkühlraten und Alterungsprofilen ist essentiell, um eine Schmelzpunkte unterschreitende Eutektikbildung oder grobkörnige Ausscheidungen, die die mechanischen Eigenschaften verschlechtern, zu vermeiden.

Leistung bei höheren Temperaturen

AlSi7Mg verliert bei erhöhten Temperaturen zunehmend an Festigkeit: Deutliche Abnahmen bei Streckgrenze und Zugfestigkeit setzen ab ca. 150 °C ein; daher werden im Konstruktionsalltag Dauereinsatztemperaturen deutlich darunter empfohlen. Kriechverformung wird bei anhaltender Belastung und hohen Temperaturen relevant, insbesondere bei grobkörnigen oder überalterten Gussteilen mit kontinuierlichen eutektischen Netzwerken. Die Oxidationsbeständigkeit entspricht im Wesentlichen der anderer Aluminiumlegierungen, die native Oxidschicht bietet Schutz; im Vergleich zu Eisenwerkstoffen ist die Bildung von Zunder jedoch vernachlässigbar und generell kein limitierender Faktor.

Schweißprozesse und lokale Wärmeeinträge führen zu einer Erweichung im Wärmeeinflussbereich und potenzieller Mikrostrukturvergröberung, was die lokale Hochtemperaturbeständigkeit reduziert; deshalb sind thermische Auslegung und Nachwärmebehandlungen für Bauteile mit zyklischer oder hochtemperaturiger Beanspruchung kritisch.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum AlSi7Mg verwendet wird
Automobilindustrie	Getriebegehäuse, Bremskomponenten, Radnaben	Ausgezeichnete Gießbarkeit, gute Festigkeit nach T6, dimensionsstabil
Maritime Anwendungen	Pumpengehäuse, Propeller-Naben, kleine Rumpfteile	Angemessene Korrosionsbeständigkeit und Gießbarkeit für komplexe Formen
Luft- und Raumfahrt	Leichte Strukturgussteile, nicht-kritische Halterungen	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für Gussteile und beherrschbare Wärmebehandlung
Elektronik	Gehäuse, wärmeableitende Bauteile	Wärmeleitfähigkeit und einfache Herstellung komplexer Gussformen für das Wärmemanagement

AlSi7Mg wird bevorzugt eingesetzt, wenn effiziente Nahe-Netz-Formgebung und moderate bis hohe Festigkeit nach Wärmebehandlung zusammen mit angemessener Korrosionsbeständigkeit gefordert sind. In vielen Fällen ermöglicht die Legierung kostengünstigere Fertigung komplexer Bauteile, die aus gewalzten Werkstoffen teuer oder unmöglich wären.

Auswahl-Empfehlungen

AlSi7Mg ist eine gute Wahl, wenn Gießbarkeit, kostengünstige Nahe-Netz-Form-Produktion und eine wärmebehandelbare Festigkeitssteigerung Priorität haben. Im Vergleich zu handelsüblichen Rein-Aluminiumlegierungen (1100) tauscht AlSi7Mg höhere Festigkeit und bessere Gießbarkeit gegen geringere elektrische Leitfähigkeit und etwas reduzierte Umformbarkeit ein, weshalb es ungeeignet ist, wenn maximale Leitfähigkeit oder umfangreiche Kaltumformung erforderlich sind.

Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet AlSi7Mg typischerweise nach der T6-Wärmebehandlung eine höhere Höchstfestigkeit, kann jedoch in aggressiven Chlorid-Umgebungen eine etwas geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen; wählen Sie AlSi7Mg, wenn im Design komplexe Gussformen und höhere Festigkeit wichtiger sind als eine überlegene Duktilität oder die hervorragende marine Korrosionsbeständigkeit der 5xxx-Walzlager.

Im Vergleich zu gewöhnlichen wärmebehandelbaren Walzlegierungen wie 6061 kann AlSi7Mg für komplexe Gussteile und Fälle bevorzugt werden, bei denen die Wirtschaftlichkeit des Gusses wichtiger ist als die höhere Höchstfestigkeit und die bessere Oberflächenqualität von gewalztem 6061; verwenden Sie AlSi7Mg für integrierte Gusshüllen und wählen Sie 6xxx-Legierungen, wenn großserienmäßiges Strangpressen, enge Maßtoleranzen oder höhere Ermüdungsfestigkeit erforderlich sind.

Abschließende Zusammenfassung

AlSi7Mg bleibt eine weitverbreitete technische Gusslegierung, da sie ausgezeichnete Gießbarkeit mit einem wärmebehandelbaren Weg zu nützlichen Festigkeitswerten, akzeptabler Korrosionsbeständigkeit und günstigen thermischen Eigenschaften verbindet; diese Ausgewogenheit der Eigenschaften macht sie zu einer pragmatischen Wahl für viele Fahrzeug-, Marine- und Industrie-Gusskomponenten, bei denen Near-Net-Shape-Formgebung und Kostenkontrolle entscheidend sind.