Aluminium 5056: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5056 gehört zur 5xxx-Serie der Aluminium-Magnesium-Legierungen, bei denen Magnesium das Hauptlegierungselement darstellt. Es gehört zur Gruppe der nicht wärmebehandelbaren Legierungen, bei denen die Festigkeit hauptsächlich durch Feststofflösungshärtung und Kaltverfestigung statt durch Ausscheidungshärtung erreicht wird.

Der typische wesentliche Legierungsanteil konzentriert sich auf Magnesium im mittleren einstelligen Prozentbereich, ergänzt durch geringe Mengen Mangan und Spuren anderer Elemente zur Steuerung der Kornstruktur und des Korrosionsverhaltens. Die Legierung zeigt ein ausgewogenes Verhältnis von moderater bis hoher Festigkeit unter den umgeformten Aluminiumlegierungen, gute Korrosionsbeständigkeit insbesondere in maritimen Atmosphären sowie im Allgemeinen gute Schweißbarkeit und Umformbarkeit, abhängig vom Zustand (Temper).

Typische Anwendungsbereiche für 5056 sind die Marine- und Schiffsbauindustrie, Druckbehälter und kryogene Anlagen, Komponenten im Transportwesen sowie ausgewählte Struktur- und Konsumgüter, bei denen Meerwasserexposition und Schweißbarkeit Priorität haben. Ingenieure wählen 5056, wenn eine höhere Festigkeit als bei kommerziell reinem Aluminium oder Legierungen mit geringem Mg-Gehalt erforderlich ist, ohne die Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit der 5xxx-Familie einzubüßen.

Im Vergleich zu vielen wärmebehandelbaren Legierungen tauscht 5056 eine höhere erreichbare Spitzenfestigkeit gegen stabile Leistung nach dem Schweißen, geringere Verzugsneigung bei der Fertigung und verbesserte Beständigkeit gegen allgemeine und lokale Korrosion in chloridhaltigen Umgebungen ein. Dieses Gleichgewicht macht die Legierung zu einer pragmatischen Wahl, wenn die Einsatzbedingungen, Fügeverfahren und Umformbarkeit entscheidende Konstruktionsparameter sind.

Temper-Zustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnbarkeit	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Umformbarkeit
H111	Niedrig–Mittel	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt durch natürliche Lagerung oder geringe Kaltumformung
H112	Niedrig–Mittel	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Kommerziell kaltgewalzter Zustand für allgemeine Verwendung
H14	Mittel	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Viertelgehärtet durch Kaltverfestigung
H24	Mittel–Hoch	Moderat	Ausreichend	Ausgezeichnet	Volle Härte gefolgt von teilweiser Glühung (stabilisiert)
H34	Mittel–Hoch	Moderat	Ausreichend	Ausgezeichnet	Stabilisiert und kaltverfestigt für höhere Festigkeit
H116 / H321 (stabilisiert)	Mittel	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Stabilisierte Zustände zur verbesserten Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen

Der Zustand (Temper) hat einen maßgeblichen Einfluss auf das mechanische Verhalten, da 5xxx-Legierungen nicht wärmebehandelbar sind und ihre Festigkeit aus Kaltverfestigung beziehen. Niedrigere Zustände (O, H111) maximieren die Duktilität und Umformbarkeit für Tiefziehen oder starke Biegeoperationen, während die H2x/H3x-Zustände die Streck- und Zugfestigkeit zulasten der Dehnbarkeit erhöhen.

Für geschweißte Baugruppen werden stabilisierte Zustände (H116, H321) oder eine Kontrolle der Nachverformung nach dem Schweißen häufig spezifiziert, um die Korrosionsanfälligkeit in der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu minimieren und eine vorhersehbare Festigkeit nach thermischen Zyklen zu erhalten.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Verunreinigungskontrolle; hoher Si-Gehalt verringert Duktilität und Korrosionsbeständigkeit
Fe	≤ 0,50	Häufige Verunreinigung; höhere Gehalte können intermetallische Phasen bilden, die die Festigkeit beeinflussen
Mn	0,10–0,50	Kornstrukturbildner; erhöht Festigkeit und reduziert Schuppenkorrosion
Mg	4,5–5,5 (typisch)	Haupt-Element zur Festigkeitssteigerung; verbessert Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
Cu	≤ 0,10–0,25	Üblicherweise niedrig gehalten, um Korrosionsbeständigkeit zu sichern
Zn	≤ 0,25	Geringer Anteil; höhere Mengen können Korrosionsbeständigkeit vermindern
Cr	≤ 0,20	In kleinen Mengen zugegeben zur Kornfeinung und Verbesserung der Wärmeeinflusszonenleistung
Ti	≤ 0,15	Entoxidationsmittel und Kornverfeinerer in Guss-/Blockpraktiken
Andere (jeweils)	≤ 0,05–0,15	Spurenelemente; Rest Aluminium

Die oben angegebenen Bereiche sind repräsentativ für handelsübliche 5056-Zusammensetzungen; tatsächliche Werkszeugnisse und spezifische Normen sollten für die Beschaffung herangezogen werden. Magnesium dominiert als Legierungselement und bestimmt Festigkeit, Feststofflösungshärtung und Chloridbeständigkeit der Legierung. Kontrollierte Zugaben von Mangan und Chrom verfeinern die Korngröße, stabilisieren mechanische Eigenschaften in der Wärmeeinflusszone beim Schweißen und reduzieren die Anfälligkeit für bestimmte Korrosionsarten.

Mechanische Eigenschaften

5056 zeigt Zug- und Streckverhalten, das charakteristisch für 5xxx-Legierungen mit höherem Mg-Gehalt ist: relativ hohe Kaltverfestigungsrate, gute Duktilität im geglühten Zustand und deutliche Festigkeitssteigerung durch moderate Kaltverfestigung. Streckgrenze und Zugfestigkeit steigen mit zunehmender Kaltumformung auf Kosten der Dehnbarkeit; dieser Kompromiss ist gut vorhersehbar und weit verbreitet bei der Umformung und Auslegung von Strukturen. Die Härte korreliert mit dem Zustand und der Kaltverfestigung, wobei typische Brinell- oder Rockwell-Werte mit einer stärkeren Härtung von O- hin zu H3x-Zuständen zunehmen.

Das Ermüdungsverhalten wird stark durch Oberflächenzustand, Eigenspannungen und Blechdicke beeinflusst. Dünnere Blechstärken zeigen meist höhere scheinbare Ermüdungsgrenzen aufgrund geringerer Wahrscheinlichkeit für durchgehende Fehler, während bei dickeren Abschnitten besondere Aufmerksamkeit auf Schweißqualität und Nachbearbeitung gelegt werden sollte. Die Wärmeeinflusszone in geschweißten Bauteilen kann lokal erweichen, abhängig vom Zustand und thermischen Zyklen, weshalb Auslegungsreserven und die Auswahl geeigneter Zustände für zyklisch beanspruchte Bauteile nötig sind.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z. B. H34 / H116)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~150–220 MPa (Bereich)	~240–320 MPa (Bereich)	Werte abhängig von Blechdicke und Kaltverfestigung; Lieferantennachweise für Konstruktion verwenden
Streckgrenze	~40–120 MPa (Bereich)	~150–260 MPa (Bereich)	H3x-stabilisierte Zustände bieten nutzbare Streckgrenze nach Schweißen
Dehnbarkeit	~18–30%	~6–16%	Geglühter Zustand zeigt hohe Dehnbarkeit; höhere Zustände verringern Duktilität
Härte	~30–45 HB	~60–85 HB	Härte steigt mit Kaltverfestigung und korreliert mit Festigkeit

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Al–Mg-Legierungen; massenbasierte Konstruktionsberechnungen empfehlen sich
Schmelzbereich	Solidus ~570–640 °C; Liquidus ~640–660 °C	Schmelzpunkte variieren mit genauer Chemie und Gießhistorie
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als reines Al; ausreichend für viele thermische Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–40 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Mg-Gehalt; für elektrische Anwendungen prüfen
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typischer Wert für Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Ähnlich anderen Aluminiumlegierungen; differentielle Ausdehnung in Verbindungen beachten

Die oben genannten physikalischen Eigenschaften sind für vorläufige thermische, strukturelle und Gewichtskalkulationen ausreichend, sollten jedoch für kritische Konstruktionen mit Lieferantendaten präzisiert werden. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind gegenüber reinem Aluminium reduziert und nehmen mit steigendem Mg-Gehalt und Kaltverfestigung ab. Der Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht dem anderer üblicher Aluminiumlegierungen, weshalb die unterschiedliche Ausdehnung bei Mehrstoffverbindungen berücksichtigt werden muss.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,4–6 mm (typisch)	Dünne Dicken werden häufig im Zustand H1x/H3x hergestellt	O, H111, H14, H32	Weit verbreitet für Marine- und Transportverkleidungen
Platte	6–50+ mm	Dicke beeinflusst Umformbarkeit und Wärmeeinflusszone (HAZ) beim Schweißen	O, H112, H34	Dicke Platten zeigen geringere Umformbarkeit und erfordern schwerere Umformprozesse
Profil (Strangpressprofil)	Profile bis zu großen Querschnitten	Festigkeit variiert mit Strangpress- und Alterungsgeschichte	H111, H112	Stranggepresste Formen werden für Tragwerke und Rahmen verwendet
Rohr	φ klein bis groß; Wandstärke 1–10 mm	Wandstärke und Kaltverfestigung bestimmen mechanisches Niveau	O, H111, H32	Häufig verwendet für Druck- und Strukturrohre im Marinebereich
Stab/Rundstahl	Verschiedene Durchmesser	Kaltziehen erhöht die Festigkeit deutlich	H111, H14	Verwendet für bearbeitete Fittings und Befestigungen mit Korrosionsbeständigkeit

Die Herstellungswege von Blech und Platte sowie die nachfolgenden thermomechanischen Prozesse bestimmen das endgültige mechanische Verhalten und den Oberflächenzustand. Strangpressprofile erfordern Beachtung von Abschrecken und Dehnen zur Kontrolle von Restspannungen und zur Erreichung der Maßhaltigkeit, während bei dicken Platten meist schwerere Umformprozesse und kontrollierte Schweißverfahren angewendet werden, um Schwächungen der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu vermeiden. Die Auswahl von Form und Zustand ist ein Kompromiss zwischen geforderter Festigkeit, Umformbarkeit und den geplanten Fügeverfahren.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Bezeichnung	Region	Bemerkungen
AA / UNS	5056 / A95056	USA / International	Gängige UNS-Bezeichnung A95056 entspricht handelsüblichem 5056
EN AW	5056	Europa	Oft als EN AW‑5056 oder AlMg5 in der europäischen Praxis bezeichnet
JIS	A5056	Japan	JIS entspricht meist der Zusammensetzung, jedoch sind lokale Zustandscodes zu prüfen
GB/T	AlMg5	China	Chinesische Norm verwendet häufig die Bezeichnung AlMg5; numerische Zuordnung bestätigen

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen sind weitgehend konsistent, jedoch können kleine Unterschiede in Zusammensetzung oder Zustandskontrolle zwischen Normen und Herstellern bestehen. Unterschiede in Verunreinigungsgrenzen, erlaubten Spurenelementen und Temperaturzuständen (insbesondere stabilisierte H-Zustände) können Korrosionsverhalten und Schweißbarkeit beeinflussen. Daher sollten Ingenieure Werksbescheinigungen und nationale Normen für qualifikationsrelevante Anwendungen sorgfältig prüfen.

Korrosionsbeständigkeit

5056 bietet robuste atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und überzeugt im Marinebereich, da Magnesium die Haftung des Schutzoxids in chloridehaltigen Umgebungen verbessert. Bei allgemeiner Außenanwendung sowie Spritz- und Tauchkontakt mit Meerwasser übertrifft 5056 häufig Legierungen mit niedrigerem Mg-Gehalt und einige wärmebehandelbare Legierungen, die Korrosionsbeständigkeit zugunsten hoher Festigkeit opfern. Regelmäßige Wartung und geeignete Beschichtungen beeinflussen langfristig die Leistung in aggressiven Umgebungen.

Allerdings sind Legierungen mit höherem Magnesiumgehalt, einschließlich 5056, anfälliger für lokale Korrosionsformen wie Lochfraß und Spannungsrisskorrosion (SCC) unter Zugbeanspruchung und erhöhten Temperaturen. Durch konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung von Zug-Restspannungen, Einsatz stabilisierter Zustände (H116/H321) und kontrollierte Schweißverfahren kann das Risiko minimiert werden. Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Metallen (Edelstahl, Kupfer) können zu beschleunigter lokaler Korrosion führen; die Verwendung von Isoliermaterialien und konstruktive Trennung wird empfohlen.

Im Vergleich zu 3xxx- und handelsreinen Legierungen tauscht 5056 etwas Umformbarkeit und elektrische Leitfähigkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und verbesserte Beständigkeit gegen chlorideinduzierte Korrosion ein. Im Vergleich zu hoch-Mg-Legierungen der 5xxx-Familie (z. B. AlMg5,5 oder 5083) beeinflussen Unterschiede in Spurenelementen und Zustandskontrolle das Exfoliations- und SCC-Verhalten; deshalb muss bei der Werkstoffauswahl die Einsatzumgebung und Fügetechnik berücksichtigt werden.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5056 ist bekannt für gute Schweißbarkeit im Lichtbogenschweißen mit gängigen Verfahren wie TIG (GTAW) und MIG (GMAW) und nimmt Schweißzusatzwerkstoffe der 5xxx-Familie gut an. Empfohlene Schweißzusätze sind typischerweise Al-Mg-Füller (z. B. 5356), um Korrosionsbeständigkeit zu erhalten und das Risiko von Heißrissen zu verringern. Die Wärmeeinflusszone (HAZ) kann bei kaltverfestigtem Grundwerkstoff Erweichung zeigen; die Wahl stabilisierter Zustände oder die Spezifikation einer Nachbehandlung zur Spannungsfreisetzung ist eine gängige Gegenmaßnahme.

Spanbarkeit

Als Knetlegierung Al–Mg gehört 5056 nicht zu den am leichtesten zu bearbeitenden Aluminiumlegierungen, bietet aber mit geeigneter Werkzeugausrüstung akzeptable Spanbarkeit. Hartmetall- oder beschichtete Schneidplatten werden für Serienfertigung empfohlen; moderate Schnittgeschwindigkeiten und ausreichende Kühlung reduzieren das Anbacken an der Schneide. Die Spanbildung ist meist kontinuierlich; Spanbrecher und kontrollierte Vorschubraten helfen, Verwicklungen und Oberflächenschäden zu vermeiden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im geglühten (O) und leicht kaltverfestigten Zustand hervorragend, was Tiefziehen, Biegen und Streckziehen ermöglicht. Minimale Biegeradien und Federverhalten hängen von Zustand und Dicke ab; Handbiegen und kleine Radien erfordern O- oder H111-Zustände. Kaltumformung erhöht die Festigkeit, reduziert aber die Duktilität, sodass Folgeumformungen und eine Nachbehandlung zur Spannungsfreisetzung oder Glühung für komplexe Teile notwendig sein können.

Wärmebehandlungsverhalten

5056 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung; klassische Lösungsglühen und künstliches Altern erzeugen keine Ausscheidungshärtung wie bei 6xxx/7xxx-Legierungen. Festigkeitssteigerungen werden durch Kaltverfestigung (Kaltwalzen, Ziehen) und kontrollierte natürliche Alterung bzw. Stabilisierung erreicht. Zustandbezeichnungen (H-Zustände) spiegeln unterschiedliche Kaltarbeitsgrade und Stabilisierung wider, nicht Alterungshärteverfahren.

Glühen wird eingesetzt, um 5056 in den O-Zustand zurückzuführen und Umformbarkeit wiederherzustellen; typische Glühzyklen liegen bei Temperaturen, die die Kaltverfestigung aufheben, jedoch unter Schmelztemperatur. Stabilisierung (z. B. thermische Behandlung bei niedriger Temperatur) kann nach Umformung oder Schweißen angewandt werden, um Einfluss von Spannungsalterung zu reduzieren und die Resistenz gegen Exfoliation und SCC zu verbessern. Bei kritischen Schweißbaugruppen können mechanische Nachbehandlungen (Dehnen) oder die Vorgabe eines stabilisierten Zustands vor dem Schweißen die Korrosionsbeständigkeit erhalten.

Verhalten bei hohen Temperaturen

Wie die meisten Aluminiumlegierungen nimmt die Festigkeit von 5056 mit steigender Temperatur progressiv ab. Nützliche Tragfähigkeit ist typischerweise bis etwa 100–150 °C verfügbar, wobei Konstrukteure Dauerbetrieb meist unter ~150 °C ansetzen, um signifikante Erweichung und Verlust der Streckgrenze zu vermeiden. Oberhalb dieser Temperaturen können Kriechen und reduzierte Ermüdungsfestigkeit relevant werden, weshalb Hochtemperatureinsätze bevorzugt andere Legierungsklassen oder Schutzmaßnahmen wählen.

Oxidation stellt bei üblichen Temperaturbereichen keine Hauptbegrenzung dar, da Aluminium eine stabile Oxidschicht bildet; mechanische Beschädigungen oder aggressive Umgebungen können jedoch den Schutzfilm beeinträchtigen. Schweißbereiche durchlaufen lokale thermische Zyklen; die HAZ zeigt bei kaltverfestigten Zuständen oft geringere Härte als Grundmaterial. Für Bauteile mit längerer Hitzeeinwirkung sollten mechanische Eigenschaften mit Lieferantendaten verifiziert und thermische Stabilisierung oder alternative Legierungen in Betracht gezogen werden.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Gründe für Einsatz von 5056
Marine	Schiffbeplankungen, Decks, Bauteile	Gute Beständigkeit gegen Meerwasser und Schweißbarkeit
Druckbehälter / Kryotechnik	Tanks und Rohrleitungen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen
Transport	Strukturverkleidungen, Anhänger	Ausgewogenheit von Festigkeit, Umformbarkeit und Fügehilflichkeit
Verbraucher / Sportartikel	Fahrradrahmen, Kochgeschirr	Korrosionsbeständigkeit und moderate Festigkeit mit guter Oberflächenqualität
Elektronik / Wärmeableitung	Gehäuse, Wärmeverteiler	Angemessene Wärmeleitfähigkeit mit guter Korrosionsbeständigkeit

5056 wird dort gewählt, wo eine Kombination aus Schweißbarkeit, Beständigkeit gegen Meerwasser und moderater bis hoher Festigkeit gefordert ist. Der Einsatz im Marine- und Druckbereich beruht auf konsistenter Leistung in chloridehaltigen Umgebungen und hoher Zähigkeit bei tiefen Temperaturen.

Auswahlhinweise

Für Ingenieure, die Materialien auswählen, ist 5056 eine pragmatische Wahl, wenn Korrosionsbeständigkeit in maritimer oder chloridegefährdeter Umgebung und gute Schweißbarkeit Priorität haben, während eine höhere Festigkeit als bei handelsreinen Legierungen erhalten bleiben soll. Besonders nützlich ist die Legierung, wenn der Entwickler auf vorhersagbare nachschweißtechnische Eigenschaften ohne Ausscheidungshärtung zählen möchte.

Im Vergleich zu handelsreinem Aluminium (1100) bietet 5056 deutlich höhere Festigkeit und bessere Ermüdungsfestigkeit bei Abstrichen in elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie leicht reduzierter Umformbarkeit. Verglichen mit üblichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 5056 höher in der Festigkeit und bietet im Allgemeinen bessere Beständigkeit gegen Meerwasser, kann jedoch etwas geringere Umformbarkeit und erhöhte Empfindlichkeit gegen SCC unter Zugbelastung ohne geeignete Zustandswahl aufweisen.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 5056 trotz einer geringeren maximal erreichbaren Festigkeit eine bessere Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit in chloridhaltigen Umgebungen; wählen Sie 5056, wenn der Erhalt der Festigkeit nach dem Schweißen und die Beständigkeit gegen Meereskorrosion wichtiger sind als maximale Festigkeit und Steifigkeit.

Abschließende Zusammenfassung

5056 bleibt eine relevante Konstruktionslegierung aufgrund seiner Kombination aus Mg‑basierter Festigkeit durch Festkörpereinlagerung, guter Schweißbarkeit und zuverlässiger Korrosionsbeständigkeit in marinen und chloridbelasteten Umgebungen. Seine Vielseitigkeit in Blech-, Platten- und Strangpressprofilen macht es zur bevorzugten Wahl für Konstruktionen und Druckanwendungen, bei denen vorhersehbare Festigkeit nach dem Schweißen und gute Umformbarkeit gefordert sind.