Aluminium 5059: Zusammensetzung, Eigenschaften, Lieferzustand und Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

5059 gehört zur 5xxx-Reihe der Aluminiumlegierungen und zählt somit zur Al–Mg-Familie. Es ist hauptsächlich mit Magnesium legiert sowie mit geringen Mengen Mangan und Chrom, um die Festigkeit zu erhöhen und die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 5xxx-Legierungen mit niedrigerem Magnesiumgehalt zu verbessern.

Der primäre Verstärkungsmechanismus für 5059 ist die Mischkristallverfestigung, ergänzt durch Mikrolegierungselemente und kontrollierte thermomechanische Verarbeitung; es handelt sich nicht um eine konventionell wärmebehandelbare Legierung. Die Festigkeit wird durch Kaltumformung und durch gezielte Steuerung der Ausscheidungs- und Dispersoidchemie während der Verarbeitung erreicht, was eine gute Kombination aus hoher Festigkeit und erhaltener Zähigkeit ermöglicht.

Zu den wichtigsten Merkmalen von 5059 zählen hohe Zug- und Streckgrenzen für eine nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierung, überlegene Korrosionsbeständigkeit im maritimen Bereich, gute Schweißbarkeit mit passenden Zusatzwerkstoffen sowie eine annehmbare Umformbarkeit im geglühten Zustand. Typische Anwendungsbereiche sind der Schiffbau, Offshore-Strukturen, Transport (Schiene und Spezialfahrzeuge) und Flugzeugbauteile, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Gewichtseinsparungen entscheidend sind.

Ingenieure wählen 5059, wenn eine nicht wärmebehandelbare Legierung benötigt wird, die eine Festigkeit erreicht, die an untere wärmebehandelbare Legierungen heranreicht, dabei aber eine überlegene Beständigkeit gegen Meerwasser und Spannungsrisskorrosion aufweist. Die Legierung wird oft gegenüber anderen 5xxx-Legierungen wegen höherer Festigkeit bevorzugt und gegenüber 6xxx/7xxx-Legierungen, wenn Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit im Vordergrund stehen.

Ausführungszustände

Ausführung	Festigkeitsniveau	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, beste Duktilität und Umformfähigkeit
H111	Niedrig-Mittel	Hoch	Sehr Gut	Sehr Gut	Leichte Kaltverformung durch einfache Dehnung, gut für moderate Umformung
H116	Mittel-Hoch	Moderat	Gut	Gut	Stabilisierter, kaltverfestigter Zustand, weit verbreitet in maritimen Anwendungen
H321	Mittel-Hoch	Moderat	Gut	Gut	Kaltverfestigt und durch geringe Wärmebehandlung thermisch stabilisiert
H34 / H36	Hoch	Niedrig-Moderat	Begrenzt	Gut	Starke Kaltverfestigung für maximale Festigkeit im nicht wärmebehandelbaren Zustand
T (eingeschränkte Anwendbarkeit)	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Einige kommerzielle T-Zustände existieren nach begrenztem Lösungsglühen + Auslagern; kein primärer Festigungsweg

Der Ausführungszustand bestimmt entscheidend das Gleichgewicht von Festigkeit, Duktilität und Verarbeitbarkeit von 5059. Geglühtes Material (O) erlaubt Tiefziehen, komplexes Stanzen und Biegen, während H1x/H11x-Zustände eine moderate Festigkeitssteigerung bei mäßigem Festigkeitsverlust bieten und sich für geformte, aber nicht stark gebogene Bauteile eignen.

Stärker kaltverfestigte Zustände (H3x/H34/H36) maximieren Streck- und Zugfestigkeit für tragende Bauteile, mindern jedoch erheblich die Biegbarkeit und Dehnungsumformung; Schweißen führt in der Regel zu einer Rückleitung des Wärmeeinflussgebiets (WEG) in weichere Zustände und muss bei der Fügenkonstruktion berücksichtigt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Kontrolliert niedriger Siliziumgehalt zur Begrenzung spröder Intermetallische und zur Erhaltung der Zähigkeit
Fe	≤ 0,50	Typischer Verunreinigungsgehalt; zu viel Fe bildet spröde Phasen und reduziert die Duktilität
Mn	0,2–1,0	Verbessert Festigkeit und Kornstruktur; unterstützt Kontrolle der Rekristallisation
Mg	4,5–6,0	Hauptelement für Festigkeitssteigerung, verbessert Korrosionsbeständigkeit in maritimer Atmosphäre
Cu	≤ 0,10	Niedrig gehalten, um Korrosionsbeständigkeit und Spannungsrisskorrosionsfestigkeit zu erhalten
Zn	≤ 0,25	Niedriger Zinkgehalt zur Vermeidung von Heißrissen und Erhaltung der Korrosionsleistung
Cr	0,20–0,50	Mikrolegierungselement zur Kornfeinung und Stabilisierung der mechanischen Eigenschaften
Ti	≤ 0,10	Kornfeiner bei Zugabe in kleinen Mengen während Gießen/Extrusion
Andere (jeweils)	≤ 0,05	Spurenelemente und Reststoffe; Gesamtgehalt ist typischerweise begrenzt

Die Legierungschemie ist so abgestimmt, dass die Mg-gestützte Mischkristallverfestigung maximiert wird, während Kupfer und Zink niedrig gehalten werden, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Chrom und Mangan werden gezielt zugesetzt, um die Kornstruktur zu verfeinern, die Rekristallisation bei der thermomechanischen Verarbeitung zu hemmen und die Festigkeit nach Schweißen oder thermischer Beanspruchung zu stabilisieren.

Mechanische Eigenschaften

Im Einsatz zeigt 5059 ein Zug- und Streckgrenzenprofil, das stark von Ausführung und Dicke abhängt. Geglühtes Material erreicht moderate Festigkeit (vergleichbar mit vielen 5xxx-Legierungen) bei hoher Dehnung, während kaltverfestigte und stabilisierte Zustände hohe Streckgrenzen nahe an unteren wärmebehandelbaren Legierungen bieten. Die Ermüdungsleistung ist für eine marine Legierung allgemein gut, vorausgesetzt Oberflächenzustand und Schweißnahtausführung werden zur Minimierung von Kerbwirkungen sorgfältig kontrolliert.

Die Streckgrenze ist in hochfesten Zuständen hoch, während die erhaltene Duktilität moderat bleibt; Ingenieure müssen bei der Auswahl von H3x-Zuständen geringere Biegeradien und reduzierte Umformbarkeit bei Raumtemperatur berücksichtigen. Die Härte korreliert mit dem Kaltverfestigungsgrad; hochfeste Zustände zeigen deutlich erhöhte Härte und verringerte Bruchdehnung, wobei die Dicke einen bemerkbaren Einfluss hat, da dickere Querschnitte nach der Verarbeitung tendenziell eine geringfügig niedrigere effektive Verfestigung aufweisen.

Die Beständigkeit gegen zyklische Korrosionsermüdung und Spannungsrisskorrosion ist besser als bei vielen kupferhaltigen Legierungen, was 5059 für geschweißte maritime Strukturen attraktiv macht. Dicke und Ausführung beeinflussen die Ermüdungsdauer; dickere Bauteile verteilen Lasten besser, sind aber schwieriger vollständig kaltzuverfestigen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtige Ausführung (H116 / H36 Bereich)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~220–300 MPa	~400–480 MPa	Breiter Bereich abhängig vom Grad der Kaltverfestigung und Stabilisierung
Streckgrenze	~100–170 MPa	~350–420 MPa	Hochfeste Ausführungen bieten außergewöhnliche Streckgrenzen für nicht wärmebehandelbares Al
Bruchdehnung	~18–26 %	~6–12 %	Geglüht sehr duktil; kaltverfestigte Zustände tauschen Duktilität gegen Festigkeit
Härte (HB)	~55–75 HB	~120–150 HB	Härte steigt mit Kaltverfestigungsgrad und Stabilisierung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Al–Mg-Legierungen; niedriger als Stahl und ermöglicht Gewichtseinsparungen
Schmelzbereich	Solidustemperatur ~555–620 °C; Liquidustemperatur bis ~650–660 °C	Legierung verschiebt den Solidus unter den Liquidus von reinem Al; wichtig für Gießprozesse
Wärmeleitfähigkeit	~130–160 W/(m·K)	Niedriger als bei reinem Al, aber immer noch vorteilhaft für Wärmeableitung gegenüber Stählen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–40 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch Mg und Legierungselemente; ausreichend für viele elektrische Anwendungen
Spezifische Wärme	~900 J/(kg·K)	Ähnlich wie andere Aluminiumlegierungen, wirksam für Wärmespeicheranforderungen
Wärmeausdehnungskoeffizient	~23–24 ×10^-6 /K (20–100 °C)	Typisch für Aluminium; bei Verbindungen mit unterschiedlichen Metallen zu berücksichtigen

Das physikalische Eigenschaftsprofil macht 5059 attraktiv, wenn ein niedrigdichtes, wärmeleitfähiges Metall mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit benötigt wird. Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sind niedriger als bei reinem Aluminium, aber deutlich höher als bei Stahl, wodurch leichtere Konstruktionen in Wärmeableitung und Energieverteilung möglich sind.

Das Schmelz- und Solidusverhalten ist relevant für Schweiß- und schmelzbasierte Fügeverfahren; das Erstarrungsverhalten der Legierung und die Neigung zu Heißrissen werden durch Spurenelemente beeinflusst und müssen durch Fügegestaltung und Zusatzwerkstoffwahl kontrolliert werden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,5–6,0 mm	Gleichmäßig bei dünneren Stärken; kaltumformbar	O, H111, H116	Weit verbreitet für Paneele, Rumpfbeplankung und geformte Bauteile
Platte	6–80+ mm	Leicht reduzierte Kaltverfestigungseffizienz bei dicken Stärken	H116, H36	Strukturplatten für den maritimen und Transportbereich, wo hohe Streckgrenze erforderlich ist
Strangpressprofil	Profile bis zu großen Querschnitten	Festigkeit abhängig von Strangpressrate und Nachstreckung	O, H111, H116	Komplexe Profile für Tragwerke und Beschläge
Rohr	Durchmesser variabel, Wandstärke variabel	Festigkeit ähnlich wie Blech bei Kaltziehen	O, H116	Verwendet als Strukturrohr in korrosiven Umgebungen
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 300 mm	Gute Zug- und Streckgrenze je nach Zustand	O, H116, H36	Bearbeitete Fittings und geschmiedete Bauteile

Der Herstellungsweg beeinflusst das endgültige Eigenschaftsprofil: Warmgewalztes Blech und Platte werden häufig stabilisiert, um Festigkeit nach dem Schweißen zu erhalten, während stranggepresste Profile durch Lösungsglühen und Nachstreckung zur Kontrolle von Eigenspannungen behandelt werden. Platten und dickere Produkte sind schwieriger homogen kaltzuverformen und erfordern angepasste Prozesse, um Ziel-Festigkeiten zu erreichen.

Typische Anwendungen jeder Form spiegeln den Kompromiss zwischen Fertigbarkeit und Endleistung wider: Blech für geformte Paneele und Rumpfbeplankungen, Platte für verschweißte Tragwerke, Strangpressprofile für präzise Beschläge und Schienen sowie Stab/Rundstahl für bearbeitete Teile, die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Legierung ausnutzen.

Entsprechende Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	5059	USA	Primary Aluminum Association (AA) Bezeichnung
EN AW	5059	Europa	EN AW-5059 ist die gebräuchliche europäische Kennzeichnung, ähnliche Chemie und Zustände
JIS	A95059 (ca.)	Japan	Lokale Bezeichnungen entsprechen UNS/AA mit gewissen Unterschieden bei Verunreinigungsgrenzen
GB/T	Al–Mg5.5–Cr (ca.)	China	Chinesische Normen verwenden oft nominale Zusammensetzungsbezeichnungen statt AA-Nummern

Die Normen sind in den Regionen bei 5xxx-Legierungen weitgehend harmonisiert, es bestehen jedoch subtile Unterschiede bei maximalen Verunreinigungsgrenzen, dem genauen Magnesiumgehalt und den vorgegebenen mechanischen Prüfbedingungen. Diese Unterschiede führen zu kleinen Abweichungen bei garantierten Zug- und Streckgrenzen sowie der Korrosionsbeständigkeit des gelieferten Materials.

Beim internationalen Einkauf sollten Werkstoffprüfzeugnisse und Beschaffungsspezifikationen genau auf Zusammensetzungsgrenzen, Zustandsdefinitionen und mechanische Prüfanforderungen geprüft werden, um Austauschbarkeit für kritische Strukturanwendungen zu gewährleisten.

Korrosionsbeständigkeit

5059 zeigt hervorragende atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und ist besonders robust in maritimen sowie chloridbelasteten Umgebungen. Der hohe Magnesiumgehalt fördert eine schützende Oxidschicht und erhält das passive Verhalten; hinzugefügtes Chrom und kontrollierter Kupferanteil minimieren die Anfälligkeit für Lochfraß und Spannungskorrosionsrissbildung (SCC).

Bei maritimen Verhaltenstests schneidet 5059 typischerweise besser ab als viele 6xxx- und 7xxx‑Legierungen mit höherem Kupfer- oder Zinkgehalt; zudem zeigt es im Langzeit-Salznebel- und Tauchversuch verbesserte Beständigkeit gegenüber einigen 5xxx-Legierungen mit niedrigerem Mg-Gehalt. Die galvanische Verträglichkeit ist günstig im Verbund mit rostfreien Stählen, Titan oder kompatiblen Aluminiumlegierungen, jedoch müssen Isoliermaßnahmen eingeplant werden, wenn es mit edleren Metallen wie Kupfer oder Messing zusammenkommt.

Die SCC-Resistenz ist ein deutlicher Vorteil von 5059 gegenüber Cu-haltigen hochfesten Legierungen; allerdings können hoher Kaltumformungszustand und korrosive Zugspannungen in extremen Umgebungen dennoch SCC begünstigen. Geschweißte Baugruppen müssen daher so konstruiert sein, dass Zugspannungen im Wärmeeinflussbereich (HAZ) vermieden werden und geeignete Zusatzwerkstoffe sowie Nachbehandlungen zum Einsatz kommen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5059 lässt sich gut mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie TIG (GTAW) und MIG (GMAW) mit guter Verbindungsqualität schweißen, wenn passende Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Empfohlene Zusatzwerkstoffe für viele 5xxx-Anwendungen sind AlMg4.5Mn (5183) oder AlMg5 (5356, je nach Anwendung), die Duktilität und Korrosionsbeständigkeit im Schweißgut steuern. Das Risiko von Heißrissen ist niedriger als bei vielen 6xxx- und 7xxx-Legierungen, allerdings kommt es im HAZ zu örtlicher Erweichung, weshalb der Verbindungsaufbau die verminderte Festigkeit nach dem Schweißen berücksichtigen sollte.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit ist mittel bis mäßig; die Legierung ist nicht einfach zu bearbeiten, da sie bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zum Bilden von langen, oftmals zähen Spänen neigt. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel, aggressiven Spanbrechern, hohen Vorschüben sowie guter Kühlung und Schmierung verbessern die Produktivität. Oberflächenqualität und Werkzeugstandzeit sind sensitiv gegenüber dem Zustand und Querschnitt, weshalb die Bearbeitungsparameter auf den gelieferten Zustand abgestimmt werden sollten.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im O-Zustand hervorragend und nimmt mit zunehmender Kaltverfestigung ab. Biegeradien sollten in gehärteten Zuständen konservativ gewählt werden; das Glühen vor der Umformung ist üblich bei komplexen Geometrien. Beste Umformergebnisse erzielt man im O- sowie leicht umgeformten Zustand und durch kontrolliertes Biegen und Streckziehen statt aggressivem Prägen bei hochfesten Zuständen.

Wärmebehandlungsverhalten

5059 ist prinzipiell eine nicht wärmeverformbare Legierung; sie erreicht keine Spitzenhärte durch Lösungsglühen und künstliches Altern wie 6xxx‑Legierungen. Versuche mit traditionellen Lösungsglühen- und Alterungszyklen erzeugen nicht die gleichen Verfestigungsmechanismen, da Mg im Festkörper gelöst bleibt und die Festigkeitssteigerung nicht durch Ausscheidungshärtung dominiert wird.

Festigkeitsanpassungen erfolgen durch thermomechanische Verarbeitung und Kaltverfestigung, gefolgt von Stabilisierung (z. B. mildes Wärme-Stabilisieren oder kontrolliertes Nachstrecken), um die gewünschte Versetzungsstruktur zu fixieren. Glühen (O-Zustand) bringt die Legierung vollständig zurück in den weichen Zustand zum Umformen, während Kaltverfestigung die Festigkeit auf Kosten der Duktilität erhöht.

Bei geschweißten Konstruktionen kann die örtliche Änderung des Zustands im HAZ die Festigkeit reduzieren; eine Nachwärmebehandlung nach dem Schweißen ist üblicherweise kein Mittel zur Rückgewinnung der ursprünglichen Eigenschaften. Entwickler sollten daher mechanische Sicherheitsspielräume planen oder nach Möglichkeit örtliche Nachbearbeitungen durchführen.

Hochtemperatureigenschaften

5059 behält bis mittlere Temperaturen eine brauchbare Festigkeit, verliert jedoch oberhalb von etwa 100 °C unter Dauerbelastung allmählich an Festigkeit. Kurzzeitiges Erhitzen bis ca. 150 °C wird toleriert, eine langzeitige Belastung bei erhöhten Temperaturen beschleunigt allerdings Erweichung und kann die Kriechfestigkeit mindern.

Die Oxidation ist aufgrund der schützenden Aluminiumoxid-Schicht begrenzt, aber erhöhte Temperaturen können die Oberflächenchemie verändern und galvanische Wechselwirkungen mit fremden Metallen beschleunigen. Im HAZ können die beim Schweißen auftretenden hohen Temperaturen zu örtlicher weicherwerdungsartiger Überalterung und Kornwachstum führen, was Ermüdungs- und Streckgrenzeigenschaften vermindert.

Entwickler sollten die dauerhafte Einsatztemperatur konservativ begrenzen, wenn hohe Festigkeitsretention gefordert ist, und das Kriech- sowie Wiegeverhalten von Verbindungen und Befestigungen bei anhaltender Belastung im Hochtemperatureinsatz validieren.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 5059 verwendet wird
Maritim	Rumpfbemalung und Deckskonstruktionen	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis mit exzellenter Seewasserbeständigkeit
Offshore / Energie	Tragelemente von Plattformen	Beständigkeit gegen SCC und Chloridkorrosion in geschweißten Baugruppen
Luftfahrt / Verteidigung	Befestigungen und Strukturhalterungen	Hohe Streckgrenze und Zähigkeit bei gleichzeitig erforderlicher Korrosionsbeständigkeit
Transport	Leichtbau-Tragschienen und Karosserien	Gewichtsreduktion bei überlegener Festigkeit und guter Schweißbarkeit
Elektronik / Thermisch	Chassis und Wärmeverteiler	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit struktureller Integrität

5059 wird für Bauteile ausgewählt, die raue Umgebungen überdauern müssen, dabei Gewicht minimieren und eine Fertigung im Produktionsmaßstab erlauben. Die Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Fertigbarkeit macht sie zur bevorzugten Legierung für anspruchsvolle maritime und strukturelle Anwendungen mit hoher Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Verbindungen.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 5059, wenn Sie eine hochfeste, nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierung mit maritimer Korrosionsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit benötigen. Sie eignet sich besonders für geschweißte Strukturbauteile mit erwarteter Langzeitexposition gegenüber Chloridbelastungen.

Im Vergleich zu handelsüblichem reinem Aluminium (z. B. 1100) tauscht 5059 elektrische Leitfähigkeit und extreme Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und überlegene Korrosionsbeständigkeit ein; 1100 sollte nur dann verwendet werden, wenn elektrische/thermische Leitfähigkeit oder maximale Duktilität die Hauptanforderung sind. Im Vergleich zu gängigen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 weist 5059 eine höhere Festigkeit bei vergleichbarer oder besserer Meereskorrosionsbeständigkeit auf, ist jedoch kostenintensiver und bei gehärteten Zuständen schlechter umformbar. Gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 wird 5059 häufig bevorzugt, wenn die korrosive Schweißbeständigkeit und die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit wichtiger sind als die absolute maximale Festigkeit.

Bei der Spezifikation sollten die Kompromisse zwischen Festigkeit, Umformbarkeit und Kosten abgewogen werden: Für Umformprozesse eignen sich geglühte oder leicht bearbeitete Zustände, während stabilisierte, kaltverfestigte Zustände für tragende Bauteile empfohlen werden. Vergewissern Sie sich über die Verfügbarkeit der erforderlichen Bleche und Zustände bei den Walzwerken und bestätigen Sie qualifizierte Zusatzwerkstoffe sowie Schweißverfahren für kritische Verbindungen.

Abschließende Zusammenfassung

5059 bleibt eine relevante und technisch attraktive Aluminiumlegierung für moderne Ingenieuranwendungen, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis aus hoher nicht wärmebehandelbarer Festigkeit, Schweißbarkeit und hervorragender Meereskorrosionsbeständigkeit gefordert ist. Die Legierungszusammensetzung und Verarbeitung bieten Entwicklern eine praktische Möglichkeit, Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die langfristige strukturelle Integrität in rauen Umgebungen zu gewährleisten.