AlSi10Mg: Der Standardwerkstoff im Aluminium-3D-Druck
Ingenieur-Guide zu AlSi10Mg (3.2381 / EN AC-43000) im LPBF: Nahe-eutektische Schmelzeigenschaften, T6-Wärmebehandlung, Zylinderköpfe, Wärmetauscher und Gehäuse.
AlSi10Mg (Werkstoffnummer 3.2381 / EN AC-43000 / A360) ist die am weitesten verbreitete Aluminiumlegierung im metallischen 3D-Druck (LPBF). Dank der nahe-eutektischen Zusammensetzung (ca. 10 % Silizium, 0.4 % Magnesium) weist der Werkstoff ein extrem enges Erstarrungsintervall auf, was Heißrissbildung im Laser-Schmelzbad verhindert. Das extrem feine zelluläre Gefüge aus alpha-Aluminium-Zellen und Silizium-Netzwerken verleiht additiv gefertigtem AlSi10Mg im as-built Zustand Zugfestigkeiten von über 400 MPa – deutlich höher als bei konventionellem Aluminium-Sand- oder Druckguss.
- Nahe-eutektisches Schmelzintervall verhindert Heißrisse und ermöglicht breite, stabile Bauprozesse.
- As-Built Festigkeit (Rm > 400 MPa) übertrifft konventionellen Aluminiumguss um mehr als 30 %.
- Hervorragende Wärmeleitfähigkeit (130 - 160 W/(m*K)) für Wärmetauscher und Leistungselektronik.
- Niedriges Schüttgewicht (Dichte 2.67 g/cm3) prädestiniert für Leichtbau in Luftfahrt und Motorsport.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Zustand | As-Built (LPBF) | Spannungsarmgeglüht (300 °C / 2h) | T6-Wärmebehandelt (Lösungsglühen+Auslagern) |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit Rm | 400 - 460 MPa | 320 - 360 MPa | 340 - 390 MPa |
| Streckgrenze Rp0.2 | 250 - 290 MPa | 190 - 230 MPa | 240 - 280 MPa |
| Bruchdehnung A5 | 5 - 9 % | 10 - 16 % | 12 - 18 % (hochduktil) |
| Härte | 110 - 125 HB | 85 - 95 HB | 95 - 110 HB |
| Silizium-Gefüge | Submikron-Netzwerk | Siliziumkügelchen (eingeebnet) | Gleichmäßig rekristallisiert |
Submikron-Zellstruktur und Silizium-Netzwerke
Unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) zeigt as-built AlSi10Mg ein atemberaubendes Gefüge: Feinst verteilte Zellen aus reinem Aluminium (ca. 500 nm Durchmesser), vollständig umhüllt von einem zusammenhängenden, harten Silizium-Eutektikumsnetzwerk. Diese Mikrostruktur blockiert Versetzungsbewegungen extrem effektiv, was die erstaunliche Härte und Festigkeit direkt nach dem Druck erklärt.
Wärmebehandlungsstrategien: Spannungsarmglühen vs. T6
Das as-built Bauteil besitzt Eigenspannungen und moderate Dehnung (ca. 6 %). Ein einstündiges Spannungsarmglühen bei 300 °C baut Spannungen ab und bricht das Siliziumnetzwerk in feine Einzelkügelchen auf: Die Dehnung steigt auf über 12 %, während die Zugfestigkeit auf ca. 340 MPa absinkt. Eine klassische T6-Behandlung (530 °C Lösungsglühen mit Wasserabschreckung und 160 °C Warmauslagern) homogenisiert das Gefüge vollständig.
Einsatz in Wärmetauschern, Invertergehäusen und Schwingungsdämpfern
In Elektrofahrzeugen müssen Leistungsinverter (SiC-Halbleiter) mit maximaler Effizienz gekühlt werden. Mit AlSi10Mg werden dünnwandige Gehäuse mit bionischen Pin-Fin-Kühlstrukturen gedruckt. Das Bauteil integriert Kühlkanal, Montageflansche und elektromagnetische Schirmung in einem einzigen, dichten Leichtbauteil.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum erfordert AlSi10Mg eine höhere Laserleistung als Edelstahl?
Wie wird das Pulver vor Feuchtigkeitsaufnahme geschützt?
Kann AlSi10Mg eloxiert werden?
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