Aluminium 5053: Zusammensetzung, Eigenschaften, Temperaturzustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5053 ist eine Aluminium-Magnesium-Legierung der 5xxx-Serie, die primär den Al-Mg-Walzlegierungen zugeordnet wird. Sie gehört zur nicht wärmebehandelbaren Familie, bei der die Festigkeitssteigerung durch Festlösungs- und Kaltverformungshärtung sowie nicht durch Ausscheidungshärtung erfolgt.

Das Hauptelement ist Magnesium (Mg) mit etwa 2,2–2,8%, ergänzt durch geringe Mengen Chrom (Cr) zur Kornfeinung und Spuren von Silizium (Si), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn) und Titan (Ti). Der Mg-Gehalt verleiht im Vergleich zu reinem Aluminium eine erhöhte Festigkeit und eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in maritimen Umgebungen.

Die Festigkeitssteigerung erfolgt durch Festlösungshärtung des Mg und Kaltverfestigung (Deformationshärtung) in H-Zuständen. 5053 zeichnet sich durch eine ausgewogene Kombination aus moderater bis hoher Festigkeit, ausgezeichneter Beständigkeit gegen Meerwasser-Korrosion, guter Schweißbarkeit und akzeptabler Umformbarkeit im Vergleich zu anderen Mg-haltigen Legierungen aus.

Typische Anwendungsbereiche sind maritime und Offshore-Strukturen, Druckbehälter, Transportaufbauten und architektonische Verkleidungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit im Vordergrund stehen. Konstrukteure wählen 5053, wenn ein korrosionsbeständiges, schweißbares Aluminium mit höherer Festigkeit als die 1xxx/3xxx-Familien benötigt wird, ohne die Komplexität und Kosten wärmebehandelbarer Legierungen in Kauf zu nehmen.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Kaltumformung
H14	Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Viertelgehärteter Zustand durch Kaltverfestigung für moderate Steifigkeit
H111	Moderat	Moderat bis hoch	Gut	Ausgezeichnet	Leicht verformt oder natürlich gealtert nach begrenzter Deformation
H32	Moderat bis hoch	Moderat	Gut bis befriedigend	Ausgezeichnet	Verfestigt und stabilisiert; gebräuchlich für Blechprodukte
H34	Moderat bis hoch	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Stärkere Kaltverfestigung als H32; erhöhte Festigkeit
H116	Moderat bis hoch	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Verfestigt mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit für den Marineeinsatz

Die Wahl des Zustands beeinflusst stark das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität. Geglühter (O) Werkstoff bietet die beste Umformbarkeit für Ziehen und Tiefziehen, während H-Zustände durch kontrollierte Kaltverfestigung Streck- und Zugfestigkeit erhöhen.

Für geschweißte Konstruktionen ist die Wahl des Zustands entscheidend, da kaltverfestigte Zustände im Schweiß-Nahtbereich (HAZ) und entlang der Schweißnähte erweichen. H116 und stabilisierte Varianten werden oft für maritime Anwendungen gewählt, um auch nach der Fertigung Korrosionsbeständigkeit beizubehalten.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Verunreinigung; bei zu hohem Anteil mindert Fließfähigkeit
Fe	≤ 0,40	Häufige Verunreinigung; kann intermetallische Verbindungen bilden, die Duktilität beeinträchtigen
Mn	≤ 0,10	Kleine Mengen zur Kornfeinung
Mg	2,2 – 2,8	Hauptlegierungselement; verbessert Korrosionsbeständigkeit
Cu	≤ 0,10	Niedrig gehalten zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit
Zn	≤ 0,25	Geringer Anteil; hoher Zn-Gehalt erhöht Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC)
Cr	0,15 – 0,35	Kontrolliert das Kornwachstum, verbessert Festigkeit und Korrosionsverhalten
Ti	≤ 0,15	Kornfeiner in Guss- und Strangpressprodukten
Andere (jeweils)	≤ 0,05	Spurenelemente kontrolliert; Rest Aluminium auf 100%

Magnesium ist das dominierende Legierungselement, das Festlösungshärtung bewirkt und die anodische Polarisationsverhalten in chloridhaltigen Umgebungen verbessert. Chrom stabilisiert die Mikrostruktur während der Verarbeitung und reduziert Korngrenzaktivitäten, die sonst die Korrosionsbeständigkeit verschlechtern würden.

Die geringen Kupfer- und Zinkgehalte sind bewusst gewählt, um galvanische Effekte und Spannungsrisskorrosion zu minimieren und gleichzeitig eine ausreichende mechanische Leistung zu gewährleisten. Kontrollierte Verunreinigungen (Fe, Si) vermeiden spröde Intermetallische, die die Duktilität mindern würden.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5053 ist stark abhängig vom Zustand; geglühter (O) Werkstoff zeigt relativ niedrige Zugfestigkeit mit hoher Dehnung, während H-Zustände deutliche Steigerungen der Streck- und Zugfestigkeit durch Kaltverfestigung aufweisen. Die Legierung zeigt ein stufenloses Streckverhalten mit guter gleichmäßiger Dehnung in duktilen Zuständen und stabiler Kaltverfestigung vor Einleitung der Einschnürung.

Die Streckgrenze variiert stark mit dem Zustand und der Dicke, steigt deutlich mit Kaltverfestigung; typische Streckgrenzen bei H32/H34 liegen bei dickeren Blechen oft im niedrigen bis mittleren dreistelligen MPa-Bereich. Die Dehnung nimmt mit zunehmender Härte ab; Konstrukteure müssen verminderte Umformbarkeit in H-härten Zuständen einkalkulieren und Federwirkung bei geformten Teilen beachten.

Die Härte folgt dem Verlauf der Festigkeit und steigt mit Kaltverfestigung; Vickers- oder Brinell-Härtewerte sind hilfreich zur Fertigungsüberwachung, variieren jedoch mit Blechdicke und Verarbeitungsroute. Die Dauerfestigkeit ist moderat und wird stark von Oberflächenbeschaffenheit, Eigenspannungen und Umgebungseinflüssen bestimmt; Ermüdungsrisse entstehen leichter an Korrosionspitzen oder Schweißnahtunregelmäßigkeiten.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z.B. H32/H34/H116)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~105–145 MPa	~200–260 MPa	Breiter Bereich abhängig von Zustand und Dicke; Kaltverfestigung erhöht Zugfestigkeit
Streckgrenze	~35–70 MPa	~120–200 MPa	Deutliche Steigerung durch Kaltverfestigung; Dicke beeinflusst Werte
Dehnung	~20–35%	~8–18%	Verminderte Duktilität in verfestigten Zuständen; Blechdicke beeinflusst Dehnung
Härte	Niedrig	Moderat bis hoch	Härte korreliert mit Kaltverfestigung; H-Zustände können deutlich härter sein

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,66 g/cm³	Typisch für Al-Mg-Legierungen; gutes Verhältnis Festigkeit zu Gewicht
Schmelzbereich	~590–657 °C	Solidus bis Liquidus variiert leicht mit der Zusammensetzung
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber noch hoch für Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	~28–36 % IACS	Verringert gegenüber reinem Aluminium durch Legierung, Zustand hat geringen Einfluss
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K	Nahe dem Wert von reinem Aluminium; für thermische Berechnungen relevant
Thermische Ausdehnung	~23,5 ×10^-6 /K	Typische lineare Ausdehnung bei Raumtemperatur

Das physikalische Eigenschaftsprofil macht 5053 attraktiv für leichte Strukturbauteile, die gleichzeitig eine angemessene Wärme- und Stromleitung erfordern. Dichte und Wärmeausdehnung sind vergleichbar mit anderen gewalzten Al-Mg-Legierungen und ermöglichen vorhersehbares Verhalten in Mischmetallbaugruppen.

Wärme- und Elektrische Leitfähigkeit sind gegenüber reinem Aluminium reduziert, bleiben jedoch für viele Kühlkörper- und Bus-Anwendungen geeignet. Der Schmelzbereich sowie die Differenz zwischen Solidus und Liquidus sollten bei Schweiß- und Lötprozessen beachtet werden, um Aufschmelzen im Wärmeeinflussgebiet zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3 mm – 6,0 mm	Abhängig vom Zustand; dünnere Stärken erleichtern Umformung	O, H14, H32, H116	Weit verbreitet für Marinepaneele und Druckbehälter
Platte	> 6,0 mm – 25 mm	Geringere Dehnung bei dickerem Querschnitt; Festigkeit variiert	O, H111, H32	Verwendet in tragenden Bauteilen und geschweißten Baugruppen
Strangpressprofil	Kundenspezifische Profile bis zu großen Querschnitten	Festigkeit abhängig von Schnittdicke und Alterung der Kaltverfestigung	H111, H32	Gut für komplexe Profile und Rahmenkonstruktionen
Rohr	Außendurchmesser/Innendurchmesser nach Spezifikation, variable Wandstärke	Ähnlich wie Blech bei dünnwandigen; dickere Wandstärken mindern Umformbarkeit	O, H32	Häufig für Hydraulik- und Niederdruckleitungen eingesetzt
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis mehrere Zoll	Bearbeitbarkeit und Festigkeit abhängig vom Zustand	H111, O	Verwendet für zerspanende Bauteile und Befestigungselemente

Blech und Platte unterscheiden sich in der Fertigung: Blech ist auf Umformbarkeit und Oberflächenqualität ausgelegt, Platte auf höhere Traglasten und geschweißte Strukturen. Strangpressprofile ermöglichen komplexe Querschnitte und nutzen kontrollierte Abschreck- und Spannungsarmprozesse zur Erzielung gewünschter Dimensionsstabilität.

Umform-, Fü­ge- und Oberflächenbehandlungen variieren je nach Produktform und Dicke; Konstrukteure sollten vor Spezifikation von 5053-Komponenten den Werkstoffzustand, Mindestbiegeradien sowie verbleibende Eigenspannungen beim Lieferanten überprüfen.

Äquivalente Güten

Norm	Güte	Region	Bemerkungen
AA	5053	USA	ASTM/AA-Bezeichnung, häufig in Spezifikationen verwendet
EN AW	AlMg3 / 5053	Europa	EN-Bezeichnung nutzt oft die chemische Kurzform AlMg3; Eigenschaften entsprechen AA5053
JIS	A5053	Japan	JIS-Bezeichnung A5053 entspricht ähnlicher Zusammensetzung und Verwendung
GB/T	5053	China	Chinesische Norm für Al-Mg-Legierungen; auf Unterschiede bei Härtegraden und Verarbeitungsverfahren achten

Die Äquivalenz der Normen ist bezüglich der chemischen Zusammensetzung generell gut, jedoch können sich die Eigenschaftsgarantien aufgrund von Dickenbeschränkungen, Härtegraden und zulässigen Herstellungsverfahren unterscheiden. Europäische AlMg3 und AA5053 sind für viele technische Anwendungen meist austauschbar, dennoch sollten Ausschreibungsunterlagen sowohl Grenzwerte der Zusammensetzung als auch mechanische Eigenschaften zur Vermeidung von Unklarheiten angeben.

Lokale Normen können leicht unterschiedliche Grenzwerte für Verunreinigungen oder Härtegrade zulassen; bei kritischen Anwendungen empfehlen wir daher Abnahmeprüfzeugnisse und eine Querreferenzierung zum jeweiligen Normabschnitt.

Korrosionsbeständigkeit

5053 zeigt eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber atmosphärischer Korrosion und ist besonders robust in maritimen und chloridbelasteten Umgebungen aufgrund des Magnesium- und Chromgehalts. Es bildet einen stabilen und schützenden Aluminiumoxidschutzfilm, der aktive Korrosion und Lochfraß unter normalen Einsatzbedingungen stark begrenzt.

Bei Kontakt mit Meerwasser und Salznebel zeigt 5053 deutlich bessere Leistungen als viele wärmebehandelbare Legierungen (z. B. 2xxx, 6xxx) und liefert vergleichbare oder überlegene Ergebnisse gegenüber anderen 5xxx-Legierungen mit ähnlichem Mg-Gehalt. Es widersteht der allgemeinen Korrosion und neigt weniger zu Lochfraß als Legierungen mit höherem Kupferanteil.

Das Risiko für Spannungsrisskorrosion bei 5053 ist gering im Vergleich zu hochfesten wärmebehandelbaren Legierungen, da die Festigkeitssteigerung durch feste Lösung und Kaltverfestigung erfolgt und nicht durch ausscheidungshärtende Gefügeanteile. Dennoch sollten Konstrukteure galvanische Kontaktkorrosion vermeiden und anodische Exposition gegenüber edlen Metallen vermeiden; isolierende Barrieren oder kompatible Befestigungselemente werden empfohlen.

Fertigungseigenschaften

Schweißeignung

5053 gilt als sehr gut schweißbar mit TIG- und MIG-Verfahren; seine feste Lösung und der moderate Mg-Gehalt gewährleisten gute Schmelzeigenschaften. Als Zusatzwerkstoffe werden üblicherweise Al-Mg-Füller wie ER5356 verwendet, um die Legierungszusammensetzung beizubehalten und Heißrisse zu vermeiden; Füller mit weniger Mg können die Neigung zu Porosität unter bestimmten Bedingungen reduzieren.

In kaltverfestigten Zuständen (H-Härtegrade) weichen die Wärmeeinflusszonen teilweise auf und erfahren Festigkeitsverluste neben den Schweißnähten; daher sollten Konstrukteure lokale Absenkungen der Streckgrenze einplanen und eine mechanische Kompensation oder Sicherheitszuschläge vorsehen. Ein Vorwärmen ist in der Regel nicht erforderlich, erfordert jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Wärmeeinbringung und Passgenauigkeit, um Verzug zu minimieren.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5053 ist im Vergleich zu frei zerspanbaren Aluminiumlegierungen mittelmäßig bis schlecht; das Material neigt zu zähem Spanverhalten und bildet ohne geeignete Werkzeuge lange, zusammenhängende Späne. Hartmetall-Wendeplatten mit positivem Spanwinkel, scharfen Schneiden und hochwertiger Kühlung bzw. Luftblasung verbessern Werkzeugstandzeiten und Oberflächenqualität.

Empfohlen werden moderate bis hohe Schnittgeschwindigkeiten, höhere Vorschübe zur Spanunterbrechung und eine stabile Werkzeugspannung zur Vermeidung von Schwingungen. Gewinde und feine Details profitieren von Schlichtdurchgängen und gegebenenfalls speziellen Werkzeugbeschichtungen zur Reduzierung von Aufbauschneiden.

Umformbarkeit

Im O-Zustand bietet 5053 eine hervorragende Tiefzieh- und Dehnungsumformbarkeit und kann in komplexe Formen mit relativ kleinen Biegeradien gebracht werden. Mit zunehmender Härtung zu H14/H32/H34 müssen die Biegeradien größer werden und der Rücksprung nimmt zu, was die erreichbaren minimalen Radien und die Biegeschärfe einschränkt.

Die Biegezugaben und Werkzeuge müssen die reduzierte Dehnung bei härteren Zuständen berücksichtigen; für kritische Umformungen empfiehlt sich die Wahl des O-Zustands oder die Durchführung von Zwischenweichglühungen. Warmumformung kann die Duktilität für komplexe Bauteile verbessern, ist jedoch bei Standardblechumformungen selten notwendig.

Wärmebehandlungsverhalten

5053 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung, bei der die mechanischen Eigenschaften durch Kaltverformung und nicht durch Lösungsglüh- und Ausscheidungshärtung gesteuert werden. Klassische T-Härtezustände durch Lösungsglühen und Auslagern erzeugen keine Ausscheidungsfestigung wie bei 6xxx- und 7xxx-Serien.

Zur Eigenschaftsänderung wird eine kontrollierte Kaltverformung (H-Härtegrade) eingesetzt, um Streck- und Zugfestigkeit zu erhöhen; die Härtegrade sind standardisiert (z. B. H14, H32). Weichglühprozesse (O-Zustand) werden angewandt, um das Material zu erweichen und die Duktilität wiederherzustellen; typische Glühtemperaturen liegen zwischen 300 und 400 °C mit kontrolliertem Abkühlen zur Verzugsminimierung.

Erhöhte thermische Belastungen führen zur Rückbildung der Kaltverfestigung und können Recovery sowie teilweise Rekristallisation bewirken; Designer müssen Service-Temperaturen und wärmebedingte Nachbehandlungen berücksichtigen, die die Festigkeit verringern können.

Leistung bei erhöhten Temperaturen

5053 behält seine mechanische Integrität bis zu moderat erhöhten Temperaturen, aber eine deutliche Festigkeitsminderung tritt bei längerer Belastung über etwa 100–150 °C auf. Für Dauerbetrieb liegt die empfohlene Höchsttemperatur üblicherweise bei ca. 120 °C, um mechanische Eigenschaften und Maßhaltigkeit zu bewahren.

Die Oxidation ist durch den schützenden Al2O3-Film begrenzt, aber Oxidation und Weichwerden der Matrix treten leichter auf als bei höher schmelzenden feuerfesten Werkstoffen. Schweißbereiche und Wärmeeinflusszonen sind besonders anfällig für Festigkeitsverluste bei hohen Temperaturen durch Rückbildung der Kaltverfestigung und Kornwachstum.

Kriechfestigkeit ist begrenzt und keine primäre Anwendung; für hochtemperaturbeanspruchte oder langfristig warme Einsätze sollten Legierungen mit spezieller Kriechbeständigkeit gewählt oder auf alternative Werkstoffe ausgewichen werden.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielkomponente	Warum 5053 verwendet wird
Automobil	Kraftstoffeinfüllstutzen, Karosserieteile	Gute Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit
Marine	Rümpfe, Aufbauten, Tankanlagen	Exzellente Beständigkeit gegen Meerwasser und gute Schweißbarkeit
Luftfahrt	Sekundärbeschläge, Halterungen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Korrosionsverhalten für nicht-kritische Bauteile
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitigem Korrosionsschutz

5053 wird häufig eingesetzt, wenn eine Kombination aus Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit ohne Notwendigkeit von ausscheidungshärtender Wärmebehandlung gefordert ist. Seine Vielseitigkeit in Blech-, Platten- und Strangpressformaten macht es zur bevorzugten Wahl für Baugruppen in rauen Einsatzumgebungen.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 5053, wenn Sie einen korrosionsbeständigen, schweißbaren Aluminiumwerkstoff mit höherer mechanischer Festigkeit als rein kommerziell reine Qualitäten benötigen. Er bietet ein gutes Gleichgewicht für marine und architektonische Anwendungen, bei denen häufige Umform- und Verbindungsschritte stattfinden.

Im Vergleich zu 1100 (kommerziell reines Aluminium) tauscht 5053 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und bessere Meerwasserbeständigkeit. Gegenüber 3003 oder 5052 bietet 5053 in der Regel ähnliche oder leicht erhöhte Festigkeit bei ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit; es gilt als Mittelklasse unter den nicht wärmebehandelbaren Al-Mg-Legierungen.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 hat 5053 eine geringere Spitzenfestigkeit, jedoch bessere Korrosionsbeständigkeit in chloridreichen Umgebungen und eine einfachere Fertigung, da kein Lösungsglühen/Auslagern erforderlich ist. Wählen Sie 5053, wenn Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit.

Zusammenfassung

5053 bleibt relevant, da es als Al-Mg-Legierung eine einzigartige Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, vorhersagbarer Kaltverfestigung und robuster Schweißbarkeit bietet, was es zu einer praktischen technischen Lösung für maritime, Transport- und allgemeine Strukturbauteile macht, bei denen Dauerhaftigkeit in korrosiven Umgebungen höchste Priorität hat.