Aluminium 5005: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5005 ist eine Legierung aus der 5xxx-Serie der Aluminium-Magnesium-Legierungen, die hauptsächlich durch Magnesium als Hauptlegierungselement charakterisiert ist. Sie gehört zur Gruppe der nicht wärmebehandelbaren Legierungen, bei denen die Festigkeit durch Kaltumformung statt durch Ausscheidungshärtung eingestellt wird, und wird im Allgemeinen unter der Bezeichnung Alloy 5000 (Al–Mg) für korrosionsbeständige, umformbare Blechprodukte spezifiziert.

Die Hauptlegierungselemente in 5005 sind Magnesium (nominal im Bereich von einem Bruchteil eines Prozents bis etwa 1,1 %) mit kleinen kontrollierten Zusätzen oder Grenzwerten von Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Chrom, Zink und Titan. Der Verstärkungsmechanismus beruht auf Verfestigung durch Kaltumformung (Kaltverfestigung); die Legierung spricht nicht auf Wärmebehandlungen im T6-Stil an, so dass Konstrukteure auf Zustandsklassen (H-Zustände) und Kaltumformung zur Erreichung der gewünschten Festigkeiten setzen.

Wesentliche Merkmale sind eine gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit (besser als bei 1xxx- und vielen 3xxx-Legierungen), gute Umformbarkeit im weichen Zustand und gute Schweißbarkeit mit geeigneten Füllwerkstoffen. Die Kombination aus ausreichender Festigkeit, Oberflächenbearbeitbarkeit (einschließlich Anodisieren) und vertretbaren Kosten macht sie besonders beliebt für architektonische, dekorative und beschichtete Blechanwendungen, bei denen keine extremen Festigkeiten erforderlich sind.

Typische Einsatzbereiche von 5005 sind architektonische Verkleidungen und Vorhangfassaden, Beschilderungen, Lkw- und Anhängerplatten, Geräteverkleidungen sowie einige Konsumgüter, die anodisierte und lackierte Oberflächen benötigen. Ingenieure bevorzugen 5005 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein Gleichgewicht zwischen Umformbarkeit, Oberflächenqualität und Korrosionsbeständigkeit wichtiger ist als maximale Festigkeit oder hohe Temperaturbeständigkeit.

Temper-Zustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für Umformung und maximale Duktilität
H14	Mittel	Moderat	Gut	Sehr gut	Verfestigt und teilweise geglüht; gebräuchlich für Flachziehen
H16	Mittel-Hoch	Moderat	Gut	Sehr gut	Höherer Kaltverfestigungsgrad als H14; verbesserte Festigkeit
H22	Mittel	Moderat	Gut	Sehr gut	Verfestigt und stabilisiert; geringerer Rückfederungseffekt als H1x bei dünnen Blechdicken
H24	Mittel-Hoch	Moderat	Akzeptabel	Sehr gut	Verfestigt und stabilisiert mit erhöhter Streckgrenze
H32	Mittel	Gut	Gut	Sehr gut	Verfestigt und stabilisiert nach leichtem Glühen
H34	Mittel-Hoch	Moderat	Gut	Sehr gut	Höhere Kaltverfestigung und bessere Festigkeitserhaltung als H32

Der Temperzustand verändert das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität: geglüht (O) bietet maximale Dehnung für Tiefziehen, während H-Zustände höhere Streck- und Zugfestigkeiten auf Kosten der Umformbarkeit ermöglichen. Die Wahl des Temperzustands richtet sich nach den vorgesehenen Umformprozessen, wobei stabilisierte Zustände wie H2x oder H3x verwendet werden, um Eigenschaftsschwankungen nach der Fertigung zu minimieren.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Hinweise
Si	0,0–0,4	Kontrollierter niedriger Siliziumgehalt zur Begrenzung von Guss-/Oxidations-Einschlüssen
Fe	0,0–0,7	Typisches Verunreinigungselement; höhere Eisengehalte reduzieren Duktilität und Oberflächenqualität
Mn	0,0–0,2	Geringer Anteil; unterstützt die Kornstrukturkontrolle
Mg	0,5–1,1	Hauptverstärkungselement; verbessert die Korrosionsbeständigkeit
Cu	0,0–0,2	Niedrig gehalten, um Korrosionsbeständigkeit zu bewahren
Zn	0,0–0,2	Geringer Anteil; höhere Werte beeinträchtigen die Korrosionsbeständigkeit
Cr	0,0–0,1	Spurenkontrolle zur Begrenzung des Kornwachstums und Verbesserung der Stabilität
Ti	0,0–0,2	Kornfeinung in bestimmten Produktformen
Sonstige	0,0–0,15	Rest- und Spurelemente (Einzel-/Gesamtgrenzen)

Magnesium ist der Hauptleistungsfaktor, der durch Lösungshärtung die Festigkeit erhöht und die Korrosionsbeständigkeit gegenüber nahezu reinem Aluminium verbessert. Eisen und Silizium sind kontrollierte Verunreinigungen, die Duktilität und Oberflächenqualität beeinflussen, während Kupfer und Zink limitiert sind, da sie die Korrosionsbeständigkeit verschlechtern. Kleine Zusätze von Ti und Cr dienen der mikrostrukturellen Kontrolle, dominieren aber nicht die mechanischen Haupteigenschaften.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5005 wird durch den Magnesiumgehalt und den Grad der Kaltverformung bestimmt; der O-Zustand weist eine niedrige Streckgrenze und hohe Dehnung auf, während H-Zustände moderate Steigerungen bei Streck- und Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringerer Duktilität zeigen. Die Legierung zeigt typischerweise ein lineares elastisches Verhalten bis zur Streckgrenze, gefolgt von mäßiger Verfestigung; Zugfestigkeit und Streckgrenze variieren mit Temper und Dicke. Konstrukteure müssen die dickeabhängige Festigkeit berücksichtigen, da dünne Bleche häufig stärker kaltverformt werden und somit unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.

Die Streckgrenze im geglühten Zustand von 5005 ist vergleichsweise niedrig im Vergleich zu 5xxx-Legierungen für Strukturzwecke (z. B. 5083 oder 5052), steigt jedoch konsequent mit zunehmender Verfestigung; somit kann die Streckgrenze durch die Wahl des Temperzustands und Kaltumformprozesse abgestimmt werden. Die Dehnung im O-Zustand ist hervorragend für Tiefziehprozesse und bleibt bei mittleren H-Zuständen, die für geformte Bauteile verwendet werden, gut verarbeitbar. Die Härte ist moderat und korreliert mit dem Temper; sie nimmt mit der Kaltverfestigung zu, bleibt jedoch deutlich unter der von typischen wärmebehandelbaren 6xxx-Legierungen.

Das Ermüdungsverhalten ist für nicht-kritische zyklische Belastungen akzeptabel, jedoch schlechter als bei einigen hochfesten 5xxx-Legierungen aufgrund der niedrigeren Basiskraft und geringeren Verfestigungskapazität bestimmter Zustände. Dickeneinflüsse sind wichtig: dünnwandiges 5005-Blech, das stark kaltgewalzt wurde, zeigt deutlich höhere Zug- und Streckgrenzen im Vergleich zu dickeren Platten desselben Nennzustands. Oberflächenzustand (anodisiert, lackiert) und Eigenspannungen aus Umformen/Schweißen beeinflussen ebenfalls die Ermüdungslebensdauer.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Temper (z. B. H14/H24)	Hinweise
Zugfestigkeit	~90–160 MPa	~150–260 MPa	Weite Bereiche je nach Temper und Dicke; typische Konstruktionswerte sollten aus Werkszeugnissen bestätigt werden
Streckgrenze	~35–85 MPa	~120–220 MPa	Streckgrenze steigt mit Kaltverfestigungsgrad; H-Zustände sind häufig für geformte Teile spezifiziert
Dehnung	~20–35 %	~6–20 %	Im geglühten Zustand höchste Dehnung; H-Zustände tauschen Duktilität gegen Festigkeit
Härte	~20–40 HB	~40–70 HB	Härte korreliert mit Temper; gemessene Werte hängen von Dicke und Verarbeitung ab

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,66 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen der 5xxx-Familie
Schmelzbereich	~605–650 °C	Legierungsbestandteile erweitern den Schmelzbereich gegenüber reinem Al (660 °C)
Wärmeleitfähigkeit	~140–170 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber dennoch gut für Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	~35–45 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Legierung; geeignet für Sammelschienen und leichte Leiter
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typischer Aluminiumbetrag, nützlich für thermische Massenberechnungen
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Ähnlich wie andere Al–Mg-Legierungen; wichtig für Fügen mit unterschiedlichen Werkstoffen

Die Dichte und thermischen Eigenschaften der Legierung machen sie attraktiv für Anwendungen, bei denen geringes Gewicht und gute Wärmeabfuhr gewünscht sind, wie etwa architektonische Paneele und einige elektronische Gehäuse. Die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind niedriger als bei reinem Aluminium und 1xxx-Legierungen, bleiben jedoch für viele thermische Managementaufgaben akzeptabel und bieten dabei verbesserte mechanische und Oberflächeneigenschaften.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6 mm	Festigkeit variiert mit Zustand und Kaltwalzen	O, H14, H24	Weit verbreitet für architektonische Fassadenplatten und dekorative Verkleidungen
Platte	>6 mm bis ca. 25 mm	Niedrigere Kaltverfestigung bei dicken Platten reduziert erzielbare Festigkeit	O, H32	Weniger gebräuchlich; Einsatz bei dickeren Querschnitten, jedoch ohne hohe strukturelle Lasten
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter	Festigkeit der Profile hängt von Kühlung und Nachbearbeitung ab	O, H22	Begrenzter Einsatzbereich im Vergleich zu 6xxx-Serie; gute Oberflächenqualität für Eloxal
Rohr	0,5–6 mm Wandstärke	Biegen und Schweißen bestimmen die Endfestigkeit	O, H14	Häufig verwendet für Rahmen und dekorative Rohre mit Biege- und Umformprozessen
Stab/Rundmaterial	Durchmesser bis ca. 50 mm	zerspanbares Halbzeug; Festigkeit abhängig von Zieh/Kaltverfestigung	O, H14	Einsatz für Drehteile und Verbindungselemente mit Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenqualität

Die Umformmethode und die Produktform beeinflussen maßgeblich die erreichbaren Eigenschaftskombinationen: Kaltwalzen von Blechen ermöglicht höhere H-Zustände mit verbesserter Festigkeit, während Platten und Strangpressprofile typischerweise näher am geglühten Zustand bleiben. Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen (Eloxieren, PVDF-Beschichtungen) werden häufig auf Blechen und Strangpressprofilen angewendet, weshalb eine sorgfältige Auswahl von Zustand und Oberflächenbearbeitung notwendig ist, um kosmetische Mängel zu vermeiden.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	5005	USA	Bezeichnung der Aluminum Association, häufig in nordamerikanischen Spezifikationen verwendet
EN AW	5005A / EN AW‑5005	Europa	Europäische Nomenklatur entspricht weitgehend; spezifische Endungen geben Produktform und Verunreinigungsgrenzen an
JIS	A5052 (Anmerkung)	Japan	Keine exakte Entsprechung; JIS A5052 ist eine stärker legierte Mg-Legierung, daher Chemie und Zustand vor Austausch prüfen
GB/T	5005	China	Chinesische Normen listen 5005 mit entsprechender Al–Mg-Chemie

Eine exakte Gleichwertigkeit ist aufgrund unterschiedlicher zulässiger Verunreinigungsgrenzen, Prüfmethoden für mechanische Eigenschaften und Normbezeichnungen subtil. Es empfiehlt sich stets der Vergleich von Werkszeugnissen bezüglich Zusammensetzung und temperierartspezifischer mechanischer Daten und nicht nur die Zuordnung nach Bezeichnung. Für kritische Konstruktionen verhindert der Verweis auf das Originalnormblatt eine unerwünschte Substitution.

Korrosionsbeständigkeit

5005 weist aufgrund der schützenden Aluminiumoxidschicht und des günstigen Einflusses des moderaten Magnesiumgehalts auf die Lochfraßbeständigkeit eine gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf. Es schlägt viele Legierungen der Serien 3xxx und 1xxx in Außenanwendungen, insbesondere wenn eloxiert oder beschichtet, und hält Industriekorrosion gut stand, solange keine starken Chloridbelastungen vorliegen.

In maritimen Umgebungen ist 5005 für Innen- und mäßig exponierte Außenelemente zufriedenstellend, wird jedoch von höher legierten Mg-Strukturlegierungen wie 5083 und 5086 für Rumpf- und primäre Tragstrukturen übertroffen. Für Spritzwasser- oder Dauerbadeinsatz favorisieren Anwender üblicherweise die hochfesten Marinelegierungen oder schützen 5005 mit Beschichtungen gegen lokalen Angriff.

Das Risiko für Spannungsrisskorrosion in Al–Mg-Legierungen steigt mit Mg-Gehalt und angelegten Zugspannungen; der moderate Mg-Anteil von 5005 führt zu vergleichsweise geringer Anfälligkeit gegenüber SCC im Vergleich zu stärker legierten Mg-Werkstoffen. Dennoch sind Spannungsfreisetzung und Verbindungsdetails in Clorid-Umgebungen zu berücksichtigen. Galvanische Effekte verlangen Aufmerksamkeit: eloxiertes oder lackiertes 5005 weist ein vernünftiges Verhalten auf, aber die galvanische Kopplung mit Edelstahl oder Kupfer ohne elektrische Trennung kann lokale Aluminiumkorrosion beschleunigen.

Im Vergleich zu 1100er-Legierungen bietet 5005 höhere Festigkeiten und bessere allgemeine Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig reduzierter elektrischer Leitfähigkeit und Umformbarkeit. Gegenüber spezialisierten Marinelegierungen der 5xxx-Serie bietet 5005 geringere Höchstfestigkeit, jedoch vergleichbare Beständigkeit in weniger kritischen maritimen Anwendungen.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

5005 lässt sich gut mit üblichen Schmelzschweißverfahren wie TIG (GTAW) und MIG (GMAW) verarbeiten, vorausgesetzt es werden geeignete Zusatzwerkstoffe gewählt. Während 5356 (Al–5 %Mg) meist verwendet wird, um Korrosionsbeständigkeit und Verbindungszähigkeit sicherzustellen, kann 4043 (Al–5 %Si) wegen besserer Fließeigenschaften eingesetzt werden, verschlechtert jedoch das Eloxalbild. Da 5005 nicht wärmebehandelt wird, ist eine Abschwächung der HAZ durch Ausscheidungen gering, jedoch können lokale Festigkeitsverluste durch das Nachlassen der Kaltverfestigung in H-Zuständen zu schwächeren Verbindungen führen, wenn dies in der Konstruktion nicht berücksichtigt wird.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5005 ist mittel bis gut im Vergleich zu anderen geschmiedeten Aluminiumlegierungen; sie ist generell besser als bei 1xxx- und 3xxx-Familien bei bestimmten Bearbeitungsschritten, jedoch schlechter als bei vielen bleiarmen Leichtzerspanungslegierungen. Hartmetallwerkzeuge bei moderaten Schnittgeschwindigkeiten und mit stabiler Werkzeugspannung werden empfohlen; es ist mit langen, unzerbrechlichen Spänen zu rechnen, sofern Geometrie oder Vorschub nicht angepasst werden. Kühl- und Schmiermittel werden selektiv eingesetzt, da Aluminium an den Werkzeugflächen gallert neigt.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im geglühten Zustand (O) hervorragend und in vielen H-Zuständen für moderate Umform- und Biegeprozesse nutzbar. Typische Mindestbiegeradien von Blechen hängen vom Zustand und der Dicke ab, liegen aber bei milden Biegungen im O-Zustand oft im Bereich von 1–2× Materialstärke; für H-Zustände sind größere Radien empfehlenswert, um Risse zu vermeiden. Tiefziehen erfolgt bevorzugt im O-Zustand oder leicht kaltverfestigten H-Zuständen; Federwirkung bei H-Zuständen erfordert Werkzeugkorrekturen.

Wärmebehandlungsverhalten

5005 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung; eine Festigkeitssteigerung durch Lösungsglühen und künstliches Altern, wie bei 6xxx oder 7xxx Legierungen, ist nicht möglich. Festigkeitsanpassungen erfolgen durch Kaltumformung (Kaltverfestigung) und gegebenenfalls durch Stabilisierungsglühen zur Minimierung von Eigenschaftsänderungen. Daher beschreibt die Zustandsbezeichnung (H1x, H2x, H3x) spezielle Kaltverfestigungs- und Stabilisierungszustände.

Vollständiges Glühen (O-Zustand) wird durch Erhitzen auf eine geeignete Temperatur zum Rekristallisieren und Beseitigen der Kaltverfestigung erreicht – typische Glühtemperaturen liegen im Bereich 300–415 °C, abhängig von Produktform und Abkühlgeschwindigkeit – gefolgt von kontrolliertem Abkühlen zur Vermeidung von Verzug. H-Zustände entstehen durch Kaltumformen auf definierte Grade und bei Bedarf durch Niedrigtemperaturbehandlungen zur Stabilisierung; diese Kaltverfestigung ist durch Glühen umkehrbar.

Da 5005 nicht ausscheidungshärtbar ist, müssen Anwender Umform- und Endbearbeitungsfolgen so planen, dass unbeabsichtigtes Erweichen oder Leistungsverlust durch lokale Erwärmung (z. B. beim Schweißen) vermieden wird, und bei kritischer mechanischer Leistung den Zustand oder nachträgliche Stabilisierungsschritte spezifizieren.

Verhalten bei hohen Temperaturen

Die Festigkeit von 5005 nimmt mit steigender Temperatur kontinuierlich ab; Einsatztemperaturen über etwa 100–150 °C reduzieren deutlich Streckgrenze und Zugfestigkeit, da die Festigkeitssteigerung durch Feststofflösung bei höheren Temperaturen weniger wirksam ist. Kurzzeitige Belastungen bis ca. 200 °C werden teilweise toleriert, jedoch führt längere Exposition zu mikrostrukturellem Rücksetzen und Verlust der Kaltverfestigungseffekte.

Oxidation beschränkt sich auf die Bildung einer schützenden Aluminiumoxid-Schicht bei erhöhten Temperaturen, so dass eine katastrophale Oxidation im üblichen Einsatzbereich nicht zu erwarten ist. Allerdings kann die Oxidschichtwachstum die Oberflächenqualität für Eloxal beeinträchtigen. Geschweißte Bereiche und Wärmeeinflusszonen (WEZ) nahe Schweißnähten sind hinsichtlich verminderter Festigkeit und möglicher Verformungen bei hoher Einsatztemperatur zu prüfen; Entwickler sollten anhaltend hohe Arbeitstemperaturen für Bauteile vermeiden, die auf Kaltverfestigung beruhen.

Anwendungen

Branche	Beispielfunktion	Warum 5005 verwendet wird
Architektur	Verkleidungen und Fassaden	Gute Oberflächenqualität, Eloxal-Fähigkeit und Korrosionsbeständigkeit
Marine / Freizeitschiffe	Verkleidungen und nicht tragende Paneele	Korrosionsbeständigkeit und geringes Gewicht für oberhalb der Wasserlinie liegende Teile
Automobil / Transport	Außenverkleidungen und Anhängerplatten	Umformbarkeit für komplexe Formen sowie Kompatibilität mit Lacken und Eloxal
Elektronik	Gehäuse und Ummantelungen	Wärmeleitfähigkeit, Oberflächenfinish und Gewichtsersparnis
Haushaltsgeräte	Dekorative Abdeckungen und Blenden	Eloxieren, Lackhaftung und ästhetische Qualität

5005 wird bevorzugt eingesetzt, wenn eine Kombination aus guter Umformbarkeit, Oberflächenqualität und moderater Festigkeit gefordert ist, ohne maximale Tragfähigkeit anzustreben. Die gute Eloxal-Ansprache und die Fähigkeit, attraktive architektonische Oberflächen zu erzeugen, machen 5005 zu einem bevorzugten Werkstoff für sichtbare Schutzverkleidungen.

Auswahlhinweise

5005 ist die praktische Wahl, wenn ein eloxierfähiges, korrosionsbeständiges Aluminium benötigt wird, das sich gut umformen lässt und moderate Festigkeit bietet, ohne die Kosten oder Anforderungen wärmebehandelbarer Legierungen. Für Tiefziehen und komplexe Umformung empfiehlt sich der O-Zustand; höhere Steifigkeit oder Streckgrenzen im Einsatzzustand erreichen Sie mit passenden H-Zuständen.

Im Vergleich zu 1100 (kommerziell reines Aluminium) tauscht 5005 einen Teil der elektrischen Leitfähigkeit und eine leicht reduzierte Umformbarkeit gegen eine deutlich höhere Festigkeit und bessere Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion ein. Im Vergleich zu 3003 oder 5052 (übliche kaltverfestigte Legierungen) liegt 5005 in Bezug auf die Festigkeit typischerweise dazwischen und bietet eine überlegene Oberflächenbearbeitung und ein besseres Anodisierbild im Vergleich zu vielen anderen kaltverfestigbaren Legierungen. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 weist 5005 eine geringere Höchstfestigkeit, jedoch eine bessere intrinsische Korrosionsbeständigkeit und Anodisierqualität auf, weshalb es bevorzugt wird, wenn Oberfläche und atmosphärische Beständigkeit wichtiger sind als maximale strukturelle Festigkeit.

Zusammenfassung

Die Legierung 5005 bleibt eine vielseitige, nicht wärmebehandelbare Al-Mg-Legierung, die aufgrund ihrer Kombination aus Umformbarkeit, Anodisierbarkeit und Lackierbarkeit sowie guter allgemeiner Korrosionsbeständigkeit geschätzt wird. Ihre Festigkeit lässt sich durch Auslagern und Kaltumformung anpassen, wodurch sie sich für architektonische, dekorative sowie viele Transport- und Verbraucheranwendungen eignet, bei denen Aussehen und Korrosionsverhalten über der maximalen strukturellen Belastbarkeit stehen.