Aluminium 5050: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5050 gehört zur 5xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die Magnesium als Hauptlegierungselement enthalten. Es handelt sich um kaltumgeformte Legierungen, deren Festigkeitssteigerung nicht durch Wärmebehandlung erfolgt. Die Legierung basiert hauptsächlich auf Aluminium mit Magnesium als maßgeblichem Legierungszusatz, ergänzt durch kontrollierte Mengen an Mangan, Chrom und Spurelementen, um Stärke und Korrosionsbeständigkeit zu optimieren. 5050 gewinnt seine Festigkeit vor allem durch Mischkristallhärtung und Kaltverfestigung anstelle von ausscheidungshärtender Wärmebehandlung, wodurch die Härtegeschichte und Kaltumformung die dominierenden Parameter zur Eigenschaftssteuerung sind. Typische Merkmale sind mittlere bis gute Festigkeit für eine nicht wärmebehandelbare Legierung, sehr gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit sowie vernünftige Umformbarkeit, abhängig vom Zustand und der Dicke.

Industrien, die typischerweise 5xxx-Legierungen wie 5050 verwenden, sind der Schiffbau und die maritime Industrie, Transport- und Automobilbauteile, Druckbehälter und Rohrleitungen, Architekturverkleidungen sowie allgemeine Fertigung, bei denen Korrosionsbeständigkeit und moderate Festigkeit im Vordergrund stehen. Konstrukteure wählen 5050, wenn ein Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit, Umformbarkeit und Schweißbarkeit ohne den Aufwand wärmebehandelbarer Verfahren erforderlich ist. Die Legierung wird gegenüber geringerfesteren, aber höherleitfähigen Alternativen bevorzugt, wenn höhere mechanische Leistungsanforderungen bestehen, und gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen, wenn geringere Verzugsempfindlichkeit, bessere Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit im Einsatz wichtiger sind als maximale Spitzenfestigkeit.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Umformbarkeit
H111	Niedrig–Mittel	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt mit minimaler Festigkeitssteigerung
H14	Mittel	Mittel	Gut	Ausgezeichnet	Einfach kaltverfestigt, häufig für Umformteile verwendet
H24	Mittel–Hoch	Mittel	Ausreichend	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert; höhere Festigkeit, reduzierte Duktilität
H32	Hoch	Niedriger	Begrenzt	Gut	Kaltverfestigt und teilweise geglüht zur Erzielung ausbalancierter Eigenschaften
H34	Hoch	Niedriger	Begrenzt	Gut	Höherer Kaltverfestigungsgrad für maximale Festigkeit bei kaltumgeformten Teilen
T5 / T6 / T651	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Wärmebehandelbare Zustände sind bei 5xxx-Legierungen nicht wirksam

Der Zustand beeinflusst maßgeblich Zug- und Streckgrenze durch die Ansammlung plastischer Verformung und die daraus resultierende Versetzungsdichte. Geglühte Zustände (O) maximieren Duktilität und Umformbarkeit, während H- und Hx-Zustände die Festigkeit auf Kosten von Dehnung und Biegbarkeit progressiv erhöhen.

Die Auswahl des Zustands sollte auf den jeweiligen Formvorgang abgestimmt sein; Tiefziehen und starke Biegeoperationen erfordern geglühte oder H111-Zustände, während Platten und tragende Bauteile mit höherer werkseitiger Festigkeit oft H32/H34 genutzt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0.25	Verunreinigung; kontrolliert zur Begrenzung spröder Intermetallische Phasen
Fe	≤ 0.40	häufige Verunreinigung; Überschuss reduziert Duktilität und Korrosionsbeständigkeit
Mn	0.10–0.50	Fördert Festigkeit und steuert die Kornstruktur durch Dispersoidbildung
Mg	1.5–3.5	Hauptverstärkungselement; verbessert Korrosionsbeständigkeit und Kaltverfestigbarkeit
Cu	≤ 0.10	geringe Anteile erhalten Korrosionsbeständigkeit; höhere Cu verringert SCC-Beständigkeit
Zn	≤ 0.10	gering; niedrig gehalten, um Heißrisse und galvanische Probleme zu vermeiden
Cr	0.05–0.25	Kornstruktursteuerung, erhöht Korrosionsbeständigkeit und begrenzt Kornwachstum
Ti	≤ 0.15	Körnerfeiner in Gussprodukten und Barren
Sonstige	Rest Al	Spurelemente (V, Zr) können in kleinen Mengen für spezielle Varianten enthalten sein

Magnesium ist das definierende Legierungselement für 5050 und steigert sowohl Festigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit im Seewasser durch Festigkeitssteigerung der festen Lösung. Mangan und Chrom sind gezielte Mikrolegierungselemente, die die Korngröße verfeinern und Dispersoide bilden, was die Festigkeit und Rekristallisationsbeständigkeit verbessert, ohne die Legierung wärmebehandelbar zu machen. Eisen und Silizium sind Begleitelemente, deren Gehalt kontrolliert werden muss, um Duktilität zu erhalten und die Bildung spröder intermetallischer Phasen während des Gießens und der thermomechanischen Verarbeitung zu verhindern.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugverhalten zeigt 5050 den klassischen Verlauf nicht wärmebehandelbarer Legierungen: geringe Anfangsfestigkeit im geglühten Zustand mit deutlichen Steigerungen durch Kaltumformung. Streckgrenze und Zugfestigkeit sind stark zustandsabhängig; im O-Zustand liegen moderate Werte vor, die für Umformprozesse geeignet sind, während H-Zustände durch Kaltverfestigung eine zwei- bis dreifache Steigerung der Streckgrenze erreichen können. Die Dehnung nimmt beim Übergang von O zu H32/H34 ab, bedingt durch eine erhöhte Versetzungsdichte und mögliche Texturierung in Walzprodukten.

Die Härte folgt den Zugfestigkeitstrends und dient als praktikable Kennzahl zur Abschätzung der Umform- und Biegeverhalten bei der Fertigung. Die Ermüdungsfestigkeit ist für viele Konstruktionsanwendungen ausreichend, wird aber durch Oberflächenbeschaffenheit, Dicke und Umgebung beeinflusst; die Korrosionsermüdungsbeständigkeit in chloridhaltigen Medien ist besser als bei vielen kupferhaltigen Legierungen, jedoch schlechter als bei einigen 6xxx-Luftfahrtaluminiumlegierungen. Die Dicke wirkt sich deutlich auf Umformbarkeit und Festigkeitserhalt aus; dickere Sektionen lassen sich schwerer kaltumformen und zeigen durch weniger homogene Kaltverfestigung im Querschnitt eine höhere werkseitige Festigkeit.

Eigenschaft	O/ Geglüht	Wichtiger Zustand (H32)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	95–140 MPa (14–20 ksi)	240–320 MPa (35–46 ksi)	Zugfestigkeit steigt stark mit Kaltverfestigung; Werte abhängig von Produktform und Dicke
Streckgrenze	35–70 MPa (5–10 ksi)	150–260 MPa (22–38 ksi)	Streckgrenze variiert stark mit Zustand und Umformhistorie
Dehnung	20–30%	6–15%	Dehnung sinkt mit zunehmender Festigkeit und Kaltverfestigung; Dicke beeinflusst Duktilität
Härte (HV)	25–45	60–95	Härte korreliert mit Zug- und Streckgrenze; genutzt für Qualitätskontrolle in der Produktion

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; wichtig für Festigkeit-zu-Gewicht-Berechnungen
Schmelzbereich	~600–650 °C	Legiertes Aluminium zeigt einen breiten Bereich zwischen Solidus und Liquidus; genauer Bereich abhängig von Zusammensetzung
Wärmeleitfähigkeit	~130–160 W/m·K	Niedriger als reines Al, aber ausreichend hoch für viele Wärmeübertragungsanwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~35–45% IACS	Durch Legierungszusatz reduziert gegenüber reinem Aluminium; für einige Leiter- und Sammelschienenanwendungen akzeptabel
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typischer Wert für thermische Masse und transienten Wärmeberechnungen
Thermische Ausdehnung	~23,5 µm/m·K	Hohe Ausdehnung verglichen mit Stählen; wichtig für thermische Konstruktionen von Fügeverbindungen

Die physikalischen Konstanten zeigen, dass 5050 ein Leichtmetall mit günstiger Wärmeleitfähigkeit und spezifischer Wärme im Vergleich zu Stahl ist, was die Legierung attraktiv für Transportanwendungen und Wärmedissipation macht. Die Kombination aus niedriger Dichte sowie moderaten thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten unterstützt den Einsatz in Strukturen, bei denen thermisches Management und Gewichtseinsparung wichtig sind; Konstrukteure müssen jedoch die höhere thermische Ausdehnung und geringere Steifigkeit gegenüber Eisenwerkstoffen berücksichtigen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Gute Oberflächenqualität; Festigkeit variiert je nach Zustand	O, H111, H14, H32	Weit verbreitet für Verkleidungen, Gehäuse und umgeformte Bauteile
Platte	6–150+ mm	Dickenabhängige Festigkeit; begrenzte Tiefziehbarkeit	O, H111, H32	Verwendet für Strukturbauteile, Rumpfbefestigungen und dickere gefertigte Komponenten
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter	Festigkeit hängt vom Strangpressverhältnis und nachfolgender Kaltverformung ab	O, H112, H34	Stranggepresste Formen ermöglichen komplexe Profile für Struktur- und Architekturbauteile
Rohr	Nahtlos/geschweißt, variable Durchmesser	Festigkeit wird durch Wandstärke und Zustand geregelt	O, H32	Verwendung in Fluidleitungen, leichten Rahmen und Strukturrohren
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 150 mm	Kaltgezogen zur Erhöhung der Festigkeit	H112, H14, H32	Lieferung für bearbeitete Teile, Befestigungselemente und Achsen mit Korrosionsbeständigkeit

Blech und Platte sind die gebräuchlichsten Formen für 5050, hergestellt durch Walzprozesse, die die Kornstruktur und Eigenspannungen vor dem Anlassen oder der Kaltverformung einstellen. Strangpressprofile erlauben kundenspezifische Querschnitte und erfordern oft spezielle Homogenisierungs- und Abschreckungsstrategien im Rohling, um einheitliche Eigenschaften zu gewährleisten. Schmieden und Kaltziehen bei Stäben und Rundstahl erhöhen die Festigkeit durch weitere Kaltverfestigung, während geschweißte Rohrkomponenten in Zuständen geliefert werden können, die Umformbarkeit und Festigkeit nach dem Schweißen balancieren.

Äquivalente Qualitäten

Norm	Qualität	Region	Hinweise
AA	5050	USA	Allied/Alcoa/AA-Bezeichnungen werden üblich bei der Beschaffung verwendet
EN AW	5050	Europa	EN AW-5050 Nomenklatur entspricht der Chemie und den Zuständen der AA-Serie
JIS	A5050	Japan	JIS-Qualität orientiert sich oft an AA-Zusammensetzung mit regionalen Toleranzen
GB/T	5050	China	Chinesische GB/T-Normen bieten ähnliche Chemie, können aber unterschiedliche mechanische Annahmekriterien haben

Die Äquivalenz zwischen den Normen ist im Prinzip einfach, da 5050 eine klar definierte magnesiumhaltige, gewalzte Legierung ist, jedoch ist Vorsicht geboten: Regionale Normen unterscheiden sich in zulässigen Spurenelementen, Prüfverfahren und Zustandsbezeichnungen. Einkäufer sollten die Ursprungsnorm und die geforderten mechanischen/korrosiven Eigenschaften spezifizieren, anstatt sich allein auf die Qualitätsbezeichnung zu verlassen, um konsistente Eigenschaften zu gewährleisten.

Korrosionsbeständigkeit

5050 zeigt eine robuste atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für magnesiumhaltige 5xxx-Serienlegierungen, und bildet eine schützende Oxidschicht, die lange Einsatzzeiten in urbanen und leicht industriellen Umgebungen ermöglicht. Die Beständigkeit gegen Lochfraß und gleichmäßige Korrosion in chloridhaltigen Umgebungen (z. B. Meerwasser) ist im Vergleich zu kupferhaltigen und vielen wärmebehandelbaren Legierungen gut, jedoch kann bei hohen Chloridkonzentrationen oder stehendem Meerwasser lokale anodische Auflösung auftreten. Legierungsreinheit, Zustand, Oberflächenqualität und Eigenspannungen (einschließlich Schweißen) beeinflussen maßgeblich die Lebensdauer in aggressiven Umgebungen.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) bei 5xxx-Legierungen steigt mit höherem Magnesiumgehalt und bestimmten Zuständen; Legierungen mit Mg > 3,5 % sind stärker gefährdet unter Zugspannung im Salzwasser. 5050 mit moderatem Mg-Gehalt und kontrolliertem Verunreinigungsgehalt weist typischerweise ein geringes bis mittleres SCC-Risiko auf, wenn es entsprechend spezifiziert und verarbeitet wird, aber Konstrukteure sollten Zugüberlastungen vermeiden und kathodischen Schutz in maritimen Strukturen in Betracht ziehen. Galvanische Wechselwirkungen müssen berücksichtigt werden, wenn 5050 mit edleren Metallen wie Edelstahl oder Kupfer kombiniert wird; geeignete Isolierung, Befestigungselemente und Beschichtungsstrategien verringern beschleunigte Korrosion an den Grenzflächen.

Im Vergleich zu 6xxx-Serienlegierungen (Mg + Si) bietet 5050 eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit im Marineeinsatz und bessere Schweißbarkeit, jedoch auf Kosten einer geringeren maximal erzielbaren Festigkeit durch Wärmebehandlung. Im Vergleich zu 3xxx-Serienlegierungen (Mn) verfügt 5050 über höhere Festigkeit und häufig bessere Beständigkeit gegen Meerwasser dank des Magnesiumgehalts.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5050 lässt sich gut mit gängigen Schmelzprozessen wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW) schweißen, mit geringer Neigung zu Heißrissen im Vergleich zu einigen hochkupferhaltigen Legierungen. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind 5xxx- oder 4xxx-Serien Schweißdrähte, die die Korrosionsbeständigkeit erhalten; für maritime Anwendungen werden meist niedrigkupferhaltige Zusatzstoffe (z. B. 5183, 5554, falls passend) verwendet. Die Weichung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) ist begrenzt, da keine Ausscheidungshärtung stattfindet, Überalterung an einzelnen Stellen ist nicht relevant; Eigenspannungen und Verzug müssen durch Vorrichtungen und gegebenenfalls Nachbehandlung wie mechanisches Anlassen kontrolliert werden.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5050 ist moderat und vergleichbar mit anderen 5xxx-Legierungen; sie zerspant sauberer als einige höherfeste Legierungen, erreicht jedoch nicht die Leichtzerspanbarkeit von reinem Aluminium. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und guter Späneförderung werden empfohlen; Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten so eingestellt sein, dass ein Anbacken und eine verstärkte Kaltverfestigung an der Oberfläche vermieden werden. Typischerweise entstehen kurze bis mäßig lange Späne, abhängig von Schneidgeometrie und Zustand; Kühlschmierstoffe helfen, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität sicherzustellen.

Umformbarkeit

Die Umformeigenschaften sind ausgezeichnet in den Zuständen O und H111, wo die Legierung hohe Dehnung und gute Tiefziehbarkeit zeigt; minimale Biegeradien bei Blech sind je nach Dicke und Werkzeug eng möglich. In den Zuständen H32/H34 nimmt die Umformbarkeit ab, da die Kaltverfestigung die Streckgrenze erhöht; Konstrukteure sollten Federkraft berücksichtigen und gegebenenfalls vor starken Umformungen eine Rekristallisationsglühung durchführen. Die besten Ergebnisse für komplexe Formen werden durch einen geglühten oder leicht bearbeiteten Zustand bei kontrollierten Werkzeugradien, Schmierung und Dehnungsverteilung erreicht.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Als nicht wärmebehandelbare Legierung reagiert 5050 nicht auf Lösungsglühen und Ausscheidungshärtungsverfahren wie die 6xxx- und 7xxx-Familien, um die Festigkeit deutlich zu erhöhen. Die thermische Verarbeitung konzentriert sich daher auf das Glühen zur Materialerweichung sowie auf Stabilisierung oder Spannungsarmglühen zur Reduzierung von Eigenspannungen nach Umformung oder Schweißen. Typische Glühzyklen werden bei Temperaturen durchgeführt, die eine Rekristallisation der Mikrostruktur und die Wiederherstellung der Duktilität ermöglichen; eine kontrollierte Abkühlung vermeidet übermäßige Verzüge.

Festigkeitssteigerungen werden hauptsächlich durch Kaltverformung (Kaltverfestigung) erzielt, wie Walzen, Ziehen oder kontrolliertes Biegen. Zustandsbezeichnungen der H-Serie geben Art und Umfang der Kaltverfestigung sowie eventuell durchgeführte Stabilisierungsschritte an; Teilglühungen (z. B. H32) dienen dem Ausgleich von Duktilität und Festigkeit für spezifische Umform- oder Strukturanforderungen. Zur Reparatur und Nachbearbeitung können lokale Glühungen oder mechanisches Nachanlassen verwendet werden, um die Umformbarkeit in kleinen Bereichen wiederherzustellen.

Eigenleistungen bei hohen Temperaturen

5050 behält bei mäßigen Temperaturen brauchbare mechanische Eigenschaften, zeigt jedoch einen fortschreitenden Festigkeitsverlust, sobald die Einsatztemperatur einen nennenswerten Anteil des Schmelzbereichs von Aluminium erreicht. Praktisch sind Dauerbetriebstemperaturen meist unter etwa 150–200 °C zu begrenzen für tragende Anwendungen, bei denen Festigkeitserhalt gefordert ist. Oxidation stellt bei diesen Temperaturen kein wesentliches Limit dar, die Kriecheigenschaften sind jedoch gegenüber spezialisierten Hochtemperaturlegierungen eingeschränkt.

Eine Einwirkung erhöhter Temperaturen während des Schweißens oder der Nachbehandlung führt nicht zur Ausscheidung härtender Phasen, kann jedoch Kaltverfestigung abbauen und die Streckgrenze lokaler im Wärmeeinflussbereich vermindern. Konstrukteure sollten thermische Erweichung an Verbindungsstellen berücksichtigen und bei Bedarf mechanisches Nachverfestigen oder konstruktive Maßnahmen einplanen, um verlorene Festigkeit auszugleichen, wenn hohe Temperaturen während des Dienstes oder der Fertigung vorkommen.

Anwendungen

Industrie	Beispielbauteil	Warum 5050 verwendet wird
Automobil	Karosserieteile, Zierleisten	Gute Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bei moderater Festigkeit
Maritim	Rumpfbeschläge, Decksausrüstung	Überlegene Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion und Schweißbarkeit
Luftfahrt	Sekundärstrukturen, Verkleidungen	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für nichttragende Strukturen und Korrosionsbeständigkeit
Transport	Tankwagen, Anhänger	Leichte Strukturbauteile mit guter Ermüdungs- und Chloridbeständigkeit
Architektur	Fassadenplatten, Dachverkleidungen	Witterungsbeständigkeit und einfache Fertigung
Elektronik	Gehäuse, Wärmeverteiler	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit und elektrische Erdung bei geringem Gewicht

5050 wird in Anwendungen eingesetzt, die eine ausgewogene Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, moderater Festigkeit und hervorragender Verarbeitbarkeit erfordern. Es ist insbesondere dort populär, wo Schweißen und Umformen integrale Bestandteile des Fertigungsprozesses sind und die Einsatzumgebung feuchte oder chloridhaltige Atmosphären umfasst.

Auswahlhinweise

5050 ist eine pragmatische Wahl, wenn bei der Konstruktion Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und gute Umformbarkeit im Vordergrund stehen, ohne dass eine Hochtemperatur-Aushärtung erforderlich ist. Es verzichtet auf die maximale wärmebehandelbare Festigkeit zugunsten besserer Schweißbarkeit sowie reduzierter Neigung zu Verzugs- und Eigenspannungen im Vergleich zu Legierungen der 6xxx-Serie.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) bietet 5050 eine deutlich höhere Festigkeit bei gleichzeitig vernünftiger elektrischer und thermischer Leitfähigkeit; es ist mit einer geringeren Leitfähigkeit als 1100, dafür aber mit einem nützlichen Zuwachs an mechanischer Leistung zu rechnen. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 weist 5050 eine leicht höhere Festigkeit auf und bietet in der Regel eine überlegene marine Korrosionsbeständigkeit, wobei die Umformbarkeit je nach Zustandsart vergleichbar sein kann. Gegenüber gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird 5050 bevorzugt, wenn die Korrosionsbeständigkeit im Einsatz und die Kontrolle von Schweißverzug im Vordergrund stehen, trotz geringerer erreichbarer Höchstfestigkeit.

Wählen Sie 5050, wenn die Komponente umfangreich geschweißt wird, marinen oder aggressiven Atmosphären ausgesetzt ist oder eine erhebliche Umformung im weichgeglühten Zustand erfordert. Wenn maximale Steifigkeit oder das höchstmögliche Festigkeits-Gewichts-Verhältnis gewünscht wird, sollten wärmebehandelbare Alternativen oder höherfeste 5xxx/6xxx-Legierungen mit passenden Fügeverfahren in Betracht gezogen werden.

Abschließende Zusammenfassung

5050 bleibt eine relevante Aluminiumlegierung für die moderne Technik, wenn eine robuste Kombination aus Seewasser-Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Umformbarkeit ohne den Einsatz von Ausscheidungshärtung gefragt ist. Ihre Position innerhalb der 5xxx-Familie macht sie zu einer verlässlichen Wahl für Struktur- und Marineanwendungen, bei denen eine vorhersehbare, kaltverfestigte Festigkeit und langfristige Dauerhaftigkeit wichtiger sind als das Erreichen der absolut maximalen Zugfestigkeit.