Aluminium 1N50: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

1N50 ist eine Aluminiumlegierung mittlerer Festigkeit, die funktional zur 5xxx-Serie (Al-Mg-Klasse) gehört und für Strukturbauteile optimiert ist, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit entscheidend sind. Das Hauptlegierungselement ist Magnesium, typischerweise im Bereich von 4,5–5,5 Gew.-%, mit kontrollierten Zusätzen von Mangan sowie Spurenelementen von Chrom und Silizium zur Kornfeinung und Festigkeitssteigerung. Die Legierung ist nicht wärmebehandelbar; die primäre Festigkeitssteigerung wird durch Mischkristallhärtung des Magnesiums und durch Kaltverfestigung während der Kaltumformung erreicht. Wichtige Merkmale sind ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, exzellente atmosphärische und marine Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit mit minimalem Nachbehandlungsbedarf sowie eine akzeptable Umformbarkeit in weicheren Zuständen.

Branchen, die 1N50 häufig verwenden, umfassen die Schifffahrt und den Schiffbau, den Transport- und Anhängerbau, Fassadenverkleidungen sowie bestimmte Fahrzeugstrukturbauteile, bei denen Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsverhalten gefordert sind. Konstrukteure bevorzugen 1N50 gegenüber Legierungen mit geringerer Festigkeit und höherer Leitfähigkeit, wenn eine erhöhte Tragfähigkeit und lokal begrenzte Schweißreparaturen zu erwarten sind. Im Vergleich zu höherfesten wärmebehandelbaren Legierungen wird 1N50 häufig für größere Strukturteile gewählt, bei denen Korrosionsbeständigkeit im Betrieb und die Möglichkeit großer Umformradien wichtiger sind als die maximale Festigkeit im gehärteten Zustand.

Ausführungszustände

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (≥30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; ideal für Tiefziehen
H12	Niedrig-Mittel	Moderat (20–25%)	Gut	Ausgezeichnet	Teilweise kaltverfestigt; mäßige Umformung
H14	Mittel	Moderat (12–18%)	Gut	Ausgezeichnet	Halbhart; häufig für mäßig beanspruchte Bleche
H18	Hoch	Niedrig (6–12%)	Adequat	Ausgezeichnet	Vollhart; eingeschränkt biegbar, wenn hohe Steifigkeit erforderlich ist
H22	Mittel-Hoch	Moderat (10–15%)	Moderat	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und teilweise geglüht; ausgewogene Eigenschaften
H32	Mittel-Hoch	Moderat (10–15%)	Moderat	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert; behält Festigkeit nach dem Schweißen
H116	Mittel-Hoch	Moderat (10–15%)	Moderat	Sehr gut	Für marinen Einsatz mit kontrollierter Rekristallisation vorgesehen

Die Ausführungszustände bei 1N50 beeinflussen das mechanische Verhalten durch Kombination von Kaltverfestigung und Stabilisierung zur Erhaltung der Festigkeit bei nachfolgenden Fertigungsprozessen wie dem Schweißen. Weiche O-Zustände maximieren Duktilität und Umformbarkeit, haben jedoch die niedrigsten Streck- und Zugfestigkeiten, während H-Zustände Duktilität zugunsten höherer Festigkeit und verbesserter Maßhaltigkeit tauschen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,10 – 0,40	Kontrolliert niedriger Siliziumgehalt, um Fe-Silizidbildung zu begrenzen, da diese die Duktilität reduziert
Fe	0,20 – 0,60	Typisches Verunreinigungselement; hohe Gehalte mindern Zähigkeit und erhöhen Rissanfälligkeit
Mn	0,20 – 0,80	Kornfeiner und Widerstand gegen Rekristallisation; verbessert Festigkeit
Mg	4,50 – 5,50	Haupterstärkungsbestandteil für Mischkristallhärtung und Korrosionsbeständigkeit
Cu	0,05 – 0,30	Niedrig gehalten zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit; kleine Zusätze können Festigkeit erhöhen
Zn	0,05 – 0,25	Geringfügig; niedrig gehalten, da höhere Gehalte Korrosionsbeständigkeit verschlechtern können
Cr	0,05 – 0,25	Steuert Kornstruktur und verringert Anfälligkeit für Exfoliation und Spannungsrisskorrosion
Ti	0,02 – 0,10	Kornfeiner, verwendet in Guss-/Barrenmetallurgie zur Mikrostrukturkontrolle
Sonstige (jeweils)	≤0,05	Spurenelemente und Rückstände; Summe der Sonstigen gemäß Spezifikation begrenzt

Die Chemie von 1N50 ist so abgestimmt, dass das Mischkristalleffekt von Magnesium maximiert wird, während Elemente, die die Bildung intermetallischer Phasen fördern, niedrig gehalten werden. Mangan und Chrom wirken als Mikrolegierungselemente zur Stabilisierung der Mikrostruktur gegen Kornwachstum und Rekristallisation bei Temperaturbelastungen, wodurch Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit im Korninneren erhalten bleiben.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 1N50 zeigt eine fortschreitende Steigerung von Streckgrenze und Zugfestigkeit durch Kaltverfestigung; die Legierung weist eine relativ flache Zugfestigkeit-Dehnung-Kurve im Vergleich zu 6xxx-Serie wärmebehandelbaren Legierungen auf. Im geglühten Zustand zeigt sie eine große gleichmäßige Dehnung und einen ausgeprägten Verfestigungsexponenten, was von Vorteil für Umformvorgänge mit plastischer Umverteilung ist. Die Härte korreliert stark mit dem Ausführungszustand; H-Zustände erreichen Brinell-Werte, die typischerweise um 20–40 % höher sind als beim O-Zustand, was die Lagerfestigkeit verbessert, aber die Biegbarkeit reduziert.

Die Ermüdungsleistung von 1N50 profitiert von der duktilen Bruchart und der günstigen Korrosionsbeständigkeit; die Ermüdungsgrenze ist empfindlich gegenüber Oberflächenfinish, Schweißnähten und Dicke. Dünnere Querschnitte zeigen eine höhere apparente Duktilität und leicht höhere Streckgrenze-zu-Zugfestigkeit-Verhältnisse aufgrund von Einschränkungseffekten, während dickere Querschnitte eine reduzierte Duktilität und potenzielle lokale Porosität oder Ausscheidungen infolge schlechter Barrenpraktiken aufweisen können. Konstrukteure müssen dickeabhängige Umformzugaben und ein mögliches Erweichen des Wärmeeinflussbereiches (WEA) neben Schweißnähten bei der Festlegung von Sicherheitsfaktoren für zyklisch belastete Bauteile berücksichtigen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (H32/H116)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~170 MPa	~270–300 MPa	H32/H116 Werte abhängig vom Kaltarbeitungsgrad und der Stabilisierung
Streckgrenze	~60–90 MPa	~200–240 MPa	Streckgrenze steigt signifikant mit Kaltverfestigung
Dehnung	~30–35%	~10–16%	Dehnung nimmt in härteren Zuständen ab; abhängig von der Dicke
Härte (HB)	~35–45 HB	~75–95 HB	Härte steigt mit Kaltverfestigung; wirkt sich auf Verschleiß- und Lagerfestigkeit aus

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,66 g/cm³	Typisch für Al-Mg-Legierungen; trägt zur hohen spezifischen Festigkeit bei
Schmelzbereich	~555–650 °C	Solidus/Liquidus-Bereich abhängig vom genauen Si/Fe-Gehalt und Segregation
Wärmeleitfähigkeit	120–140 W/m·K	Niedriger als reines Al; dennoch ausreichend für Wärmeverteilungsanwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~35–45 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch Mg im Lösungsgitter; variiert mit Ausführung und Verarbeitung
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 kJ/kg·K	Typischer Wert für Aluminiumlegierungen, nützlich für Wärmebilanzberechnungen
Thermische Ausdehnung	23–25 µm/m·K (20–100 °C)	Relativ hohe Ausdehnung; Konstruktion für unterschiedliche Ausdehnungen bei Fügepartnern erforderlich

Die physikalischen Eigenschaften machen 1N50 attraktiv, wenn geringe Masse und Wärmeleitung zusammen mit struktureller Leistungsfähigkeit gefordert sind. Die Leitfähigkeit und Wärmekapazität ermöglichen den Einsatz in moderaten Thermomanagement-Anwendungen, jedoch muss die thermische Ausdehnung bei der Verbindung mit Stahl oder Verbundwerkstoffen berücksichtigt werden, um Spannungskonzentrationen bei Temperaturschwankungen zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Ausführungen	Bemerkungen
Blech	0,3 – 6,0 mm	Festigkeit variiert mit Ausführung; dünnere Stärken zeigen verbesserte Umformbarkeit	O, H14, H32, H116	Weit verbreitet für Bleche, Gehäuse und Verkleidungen
Platte	6 – 120 mm	Geringere Duktilität bei dicker Platte; Festigkeit variiert weniger mit Dicke	O, H22, H32, H116	Strukturplatten für marine und Transportrahmen
Strangpressprofil	Komplexe Querschnitte bis 300 mm	Kann in überaltertem oder kaltverfestigtem Zustand geliefert werden	O, H12, H14, H32	Gute Oberflächenqualität; Anwendungsbereiche sind Schienen und Profile
Rohr	Durchmesser von klein bis über 400 mm	Kaltziehen und Alterung verbessern Maßhaltigkeit	O, H14, H18	Verwendung in Hydraulikrahmen und korrosionsbeanspruchten Leitungen
Stab/Rundstahl	Rund/Sechskant bis 200 mm	Kaltgezogen oder warmgewalzt; mechanische Eigenschaften reagieren auf Kaltverfestigung	O, H12, H18	Zerspanungsrohmaterial und Strukturbolzen/-stangen

Verarbeitungsunterschiede beeinflussen die Produktauswahl; Blechherstellung umfasst Walzen mit enger Dickenkontrolle und ergibt in der Regel eine feine, bearbeitete Oberfläche, während bei der Plattenproduktion Homogenisationsglühungen zur Minimierung der Mittellinienseigerung eingesetzt werden können. Strangpressprofile ermöglichen komplexe Querschnitte, erfordern aber sorgfältige Werkzeugkonstruktion für Mg-haltige Legierungen, um Oberflächenrippeln zu vermeiden und Maßtoleranzen sicherzustellen.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	1N50	USA	Eigene oder Handelsbezeichnung; Chemie entspricht der Al-Mg-Klasse
EN AW	~5xxx-Äquivalent	Europa	Ungefähres Äquivalent in der EN AW 5xxx-Serie; exakte Übereinstimmung abhängig von Mg- und Mn-Gehalt
JIS	~A5xxx-Serie	Japan	Vergleichbar mit JIS Al-Mg-Graden, verwendet für marine und strukturelle Bauteile
GB/T	~5xxx-Serie	China	Regionale Äquivalente verfügbar mit ähnlichen Mg-Bereichen und mechanischen Eigenschaften

Einträge zu äquivalenten Werkstoffen sind als funktionale Näherungen zu betrachten; die finale Auswahl erfordert das Abgleichen von chemischen und mechanischen Grenzwerten in den jeweils gültigen Normdokumenten. Regionale Normen können leicht abweichende Grenzwerte für Verunreinigungen, Kornstrukturkontrollen oder Zustandsklassifizierungen vorsehen, die zu praktischen Leistungsunterschieden führen, besonders bei kritischen Marine- und Luftfahrtbauteilen.

Korrosionsbeständigkeit

1N50 zeigt eine ausgezeichnete allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, die auf die Ausbildung einer stabilen Oxidschicht und die positive Rolle von Magnesium bei der Passivfilmgebung zurückzuführen ist. In marinen Umgebungen verhält sich die Legierung gut, sie widersteht gleichmäßiger Korrosion und weist unter Schutz durch geeignete Oberflächenbehandlungen und kathodische Schutzmaßnahmen eine angemessene Lochfraßbeständigkeit auf. In stark belasteten oder industriellen Atmosphären mit Chloriden und Sulfaten kann die lokal begrenzte Korrosion jedoch beschleunigt auftreten, sofern keine Schutzbeschichtungen oder Eloxierung verwendet werden.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist im Vergleich zu hochfesten, wärmebehandelbaren Al-Zn-Mg-Legierungen gering bis mäßig; die Kombination aus moderater Festigkeit und Mg-Gehalt bedeutet, dass 1N50 nicht immun ist, insbesondere bei Zug-Nachspannungen und erhöhten Temperaturen. Galvanische Wechselwirkungen sind bei der Kopplung von 1N50 mit kathodischen Metallen wie rostfreien Stählen und Kupferlegierungen zu beachten; Aluminium korrodiert bevorzugt, sofern es nicht elektrisch isoliert oder geschützt ist. Im Vergleich zu 3xxx- und 1xxx-Reihen bietet 1N50 eine leicht reduzierte Umformbarkeit bei deutlich höherer Festigkeit und vergleichbarer oder überlegener Korrosionsbeständigkeit im chloridexponierten Einsatz.

Fertigungseigenschaften

Schweißeignung

1N50 lässt sich problemlos mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie MIG (GMAW), TIG (GTAW) und Widerstandsschweißen verbinden, mit geringem Risiko für Erstarrungsrisse bei korrekter Anwendung. Empfohlen werden Fülldrahtlegierungen aus der Al-Mg-Serie (z. B. ER5356 oder ER5183 Äquivalente), um Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften im Schweißgut und der Wärmeeinflusszone (WEZ) zu erhalten. Die WEZ kann gegenüber stark kaltverformtem Grundmaterial eine Weichung aufweisen, aber stabilisierende Zustände wie H32 und mechanische Nachbearbeitungen reduzieren Verzug und lokalen Festigkeitsverlust.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitung von 1N50 ist mittelschwer; die Duktilität kann zu langen, zusammenhängenden Spänen führen, wenn Werkzeuggeometrie und Vorschub nicht optimiert sind. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und veränderlicher Spirale funktionieren gut, bei typischerweise geringeren Schnittgeschwindigkeiten als bei der 6xxx-Serie aufgrund der Neigung zur Kaltverfestigung; erhöhte Vorschübe fördern die Spanablenkung. Oberflächenqualität und Toleranzsicherung sind mit Standardwerkzeugen erreichbar, jedoch müssen Schwingungen und das Spannen dünner Werkstücke bei der Prozessgestaltung berücksichtigt werden.

Umformbarkeit

Das Umformverhalten ist in den Zuständen O und leichten H-Zuständen am besten, wo die Legierung enge Radien und signifikante plastische Dehnung ohne Rissbildung zulässt. Minimale Biegeradien hängen von Zustand und Dicke ab; als Faustregel gelten für Blech in O-Zustand etwa 1,0–1,5× der Blechdicke beim Luftbiegen, was mit härteren Zuständen zunimmt. Die Reaktion auf Kaltverfestigung ist vorhersehbar und gleichmäßig; Bauteile, die nach dem Umformen hohe Festigkeit erfordern, werden oft in O-Zustand umgeformt und anschließend durch Kaltverfestigung in H-Zustände überführt, um Zielwerte der mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Als nicht wärmebehandelbare Legierung erzielt 1N50 keine Festigkeitssteigerung durch Lösungsglühen und künstliches Altern; Festigkeitszunahmen werden vorwiegend durch Kaltverfestigung und mechanische Beanspruchung erreicht. Das Glühen (vollständig oder teilweise) dient der Wiedereinbringung der Duktilität für Umformprozesse: Typische Vollglühtemperaturen liegen im Bereich von 350–420 °C mit kontrollierter Abkühlung zur Vermeidung übermäßigen Kornwachstums. Stabilisierungsglühen (z. B. H32) beinhaltet leichte Nachglüh- oder Dehnzyklen, um natürliche Alterung und Festigkeitsverluste während nachfolgender thermischer Zyklen zu minimieren und mechanische Eigenschaften in geschweißten Strukturen zu erhalten.

Treten während der Fertigung thermische Belastungen auf, verändern sich die Eigenschaften hauptsächlich durch zustandsabhängige Rekristallisations- und Erholungsprozesse; Designer müssen Temperaturen oberhalb des Glühbereichs in Betrieb oder Nachbehandlung vermeiden, da ungewollte Weichung Streckgrenze und Ermüdungsbeständigkeit vermindert. Nachbearbeitungen wie Kugelstrahlen oder Stretch-Umformen können eingesetzt werden, um vorteilhafte Druck-Eigenspannungen wieder einzubringen und lokale Festigkeit zurückzugewinnen.

Hochtemperatureinsatz

Bei erhöhten Temperaturen (oberhalb von ca. 100–150 °C) sinkt die Festigkeit von 1N50 allmählich infolge von Erholungsprozessen und beschleunigter, diffusionsgesteuerter Veränderungen in der Mg-Verteilung. Dienstgrenzen für Dauerbelastungen werden üblicherweise konservativ unter 100 °C angesetzt, um langfristige Weichung und Streckgrenzverlust zu vermeiden. Oxidation beschränkt sich bei Normalbedingungen auf die Bildung von Aluminiumoxiden; jedoch kann längerfristige Exposition in oxidierenden Atmosphären bei hohen Temperaturen zu einer Verdickung der Oberfläche und veränderten thermischen Kontaktwiderständen führen.

Das Verhalten der WEZ im Bereich von Schweißnähten stellt bei Hochtemperatureinsatz eine wichtige Herausforderung dar, da lokale Weichung die Ermüdungslebensdauer verkürzt und das Kriechrisiko unter Dauerbelastung erhöht. Kurzzeitige thermische Belastungen oder Lackeinbrennvorgänge werden von 1N50 moderat vertragen; dennoch müssen Konstrukteure die Dimensionsstabilität und Entwicklung von Eigenspannungen für Bauteile mit erheblicher thermischer Laständerung prüfen.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielbauteil	Warum 1N50 eingesetzt wird
Automobilbau	Strukturbleche, Anhängeraufbauten	Gute Kombination aus Festigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit für exponierte Bauteile
Maritime Anwendungen	Schiffsrümpfe, Aufbauten, Deckbeschläge	Exzellente Chloridbeständigkeit und Schweißbarkeit für den Schiffsbetrieb
Luftfahrt	Sekundärbefestigungen, innere Strukturelemente	Hohe spezifische Festigkeit mit guter Ermüdungsleistung in nicht-kritischen Primärstrukturen
Elektronik	Gehäuse, Wärmeleiter mittlerer Beanspruchung	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit für passive Kühlung; geringes Gewicht fördert Mobilität

1N50 wird vielfach für strukturmechanisch mittelbeanspruchte Anwendungen spezifiziert, bei denen Korrosion und in-situ Schweißen oder Umformen regelmäßig vorkommen. Die Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und dauerhafter Festigkeit macht die Legierung zu einer kosteneffizienten Wahl für großflächige Bleche und Baugruppen, bei denen höherfeste wärmebehandelbare Legierungen nicht erforderlich sind.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 1N50 sollte der Fokus auf Anwendungen liegen, die eine Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und mäßig bis hoch belastbarer Strukturfestigkeit ohne Bedarf an Ausscheidungshärtung erfordern. Für komplexe Umformungen empfiehlt sich der weichgeglühte O-Zustand, während bei höheren Anforderungen an die Streckgrenze nach dem Umformen in H-Zustände überführt wird.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) bietet 1N50 eine deutlich höhere Festigkeit bei moderat reduzierter elektrischer Leitfähigkeit und leicht vermindeter Tiefziehfähigkeit. Gegenüber kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 1N50 meist auf einem höheren Festigkeitsniveau bei vergleichbarer oder besserer Korrosionsbeständigkeit im maritimen Umfeld dank optimiertem Mg-Gehalt und Mikrolegierungszugaben. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 1N50 nicht die Spitzenfestigkeit im gealterten Zustand, wird aber bevorzugt wegen überlegener Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit im Betrieb und kosteneffizienter Fertigung großer Strukturen.

Schlussfazit

1N50 bleibt eine vielseitige Al-Mg-Strukturlegierung, die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsfreundlichkeit für maritime, Transport- und allgemeine Strukturtechnik-Anwendungen ausbalanciert. Die nicht wärmebehandelbare Metallurgie vereinfacht Fertigungs- und Reparaturprozesse und liefert die mechanische Zuverlässigkeit, die für viele moderne leichte Struktursysteme erforderlich ist.