Aluminium 5086: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5086 gehört zur 5xxx-Serie der warmgewalzten Aluminium-Magnesium-Legierungen, bei denen Magnesium das Hauptlegierungselement ist. Diese Serie ist nicht wärmebehandelbar und gewinnt ihre Festigkeit vor allem durch Mischkristallverfestigung und Kaltverformung, nicht durch Ausscheidungshärtung.

Der Hauptlegierungsgehalt bei 5086 umfasst mehrere Gewichtsprozent Magnesium sowie geringe Zugaben von Chrom und Spuren von Elementen, die die Kornstruktur und das Korrosionsverhalten steuern. Die Legierung wird durch Kaltumformung (Verfestigung) sowie durch eine sorgfältig kontrollierte Legierungschemie gestärkt, die eine Balance zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen schafft.

Wesentliche Eigenschaften von 5086 sind eine vergleichsweise hohe Festigkeit für eine Aluminium-Blechlegierung, ausgezeichnete marine Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und eine vernünftige Umformbarkeit in weicheren Zuständen. Diese Merkmale machen sie zu einer häufigen Wahl für Schiffsrümpfe, Druckbehälter, kryogene Tanks und Strukturbauteile, bei denen eine Kombination aus Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit gefordert ist.

Ingenieure wählen 5086 gegenüber anderen Legierungen, wenn marine oder chloridhaltige Umgebungen eine überlegene Beständigkeit gegen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion verlangen und gleichzeitig ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis erhalten bleiben soll. Sie wird bevorzugt eingesetzt, wenn nach dem Schweißen Eigenschaften und die Resistenz gegen lokal begrenzte Korrosion wichtiger sind als die absolute Höchstfestigkeit – daher vor zuguterhärteten Legierungen.

Härtungszustände

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; maximale Duktilität für Umformungen
H111	Niedrig–Mäßig	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leicht verfestigt; universeller Anwendungszustand
H32	Mäßig	Gut	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigt und stabilisiert; ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Umformbarkeit
H34	Mäßig–Hoch	Mäßig	Ausreichend–Gut	Sehr gut	Stärkere Kaltverfestigung als H32 für höhere Festigkeit
H116	Mäßig–Hoch	Mäßig	Ausreichend	Sehr gut	Stabilisiert für überlegene marine Beständigkeit, häufig geliefert für geschweißte marine Strukturen

Die Zustände bei 5086 werden durch kontrollierte Kaltverformung und Stabilisierung erreicht, nicht durch Lösungs- und Ausscheidungshärtung. Der Übergang von O zu zunehmend höheren H-Zuständen erhöht die Festigkeit und verringert die Duktilität; dies beeinflusst Umformstrategien und begrenzt den minimalen Biegeradius.

Ausgewählte Zustände wie H116 sind so ausgelegt, dass sie Alterungseffekte (Strain-Aging) begrenzen und die Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen sowie bei mariner Beanspruchung erhalten. Konstruktion und Fertigung müssen die verminderte Umformbarkeit und die mögliche Rückfederung sowie anisotrope Eigenschaften bei stark verformtem Material im H-Zustand berücksichtigen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Hinweise
Si	≤ 0.40	Verunreinigung; kontrolliert, um intermetallische Phasen zu vermeiden, die die Zähigkeit vermindern
Fe	≤ 0.50	Verunreinigung; zu viel Fe kann spröde intermetallische Phasen bilden
Mn	0.05–0.50	Kleine Zugaben zur Festigkeits- und Kornstrukturkontrolle
Mg	3.5–4.9	Hauptlegierungselement zur Festigkeitssteigerung; verbessert Korrosionsbeständigkeit
Cu	≤ 0.10	Reduziert, um Korrosionsbeständigkeit zu erhalten
Zn	≤ 0.25	Niedrig gehalten, um Versprödung und Korrosionsanfälligkeit zu vermeiden
Cr	0.05–0.25	Kornstrukturkontrolle, verbessert Rekristallisationsbeständigkeit
Ti	≤ 0.15	Kornfeiner in einigen Gieß- und Barrenpraktiken
Sonstige (jeweils)	≤ 0.05	Spuren- und Restelemente; Aluminium als Balance

Der Mg-Gehalt in 5086 ist der dominierende Faktor für Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit: Höherer Mg-Gehalt erhöht Festigkeit und Lochfraßbeständigkeit, kann aber die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion erhöhen, wenn das Gleichgewicht gestört ist. Chrom ist absichtlich in niedrigen Mengen enthalten, um das Kornwachstum während thermischer Zyklen wie Schweißen zu kontrollieren, was die Zähigkeit verbessert und Abblätterungs-Korrosion reduziert. Niedrige Kupfer- und Zinkgehalte bewahren die Beständigkeit gegen lokal begrenzte Korrosion in Meerwasser.

Mechanische Eigenschaften

5086 zeigt ein Zugverhalten, das typisch für nicht wärmebehandelbare Al-Mg-Legierungen ist: duktiles Versagen mit erheblicher Plastizität in geglühten Zuständen und zunehmend höhere Streckgrenze durch Kaltverformung. Die Legierung weist gute Kerbschlagzähigkeit auf und behält Energieaufnahmefähigkeit auch bei niedrigen Temperaturen, weshalb sie häufig in kryogenen Behältern eingesetzt wird.

Streckgrenze und Zugfestigkeit hängen stark vom Härtungszustand und der Kaltverformung ab; dickere Querschnitte und geschweißte Wärmeeinflusszonen (HAZ) können aufgrund thermischer Belastung weichere Bereiche aufweisen. Die Ermüdungsbeständigkeit ist in gut bearbeiteten, korrosionsgeschützten Proben generell gut, jedoch vermindern Korrosionslöcher und Schweißfehler die Lebensdauer dramatisch.

Die Härte korreliert mit der Festigkeit; typische Brinell- oder Vickers-Härtewerte steigen mit H-Zuständen an. Konstrukteure müssen den Einfluss der Materialdicke berücksichtigen: Dünnes Blech lässt sich leichter zu höheren Festigkeitsstufen kaltverformen, während dicke Platten durch Kaltverfestigung begrenzt sind, da hier Risse auftreten können.

Eigenschaft	O/Geglüht	Schlüsselhärtung (z. B. H116/H32)	Hinweise
Zugfestigkeit	200–260 MPa (29–38 ksi)	300–370 MPa (44–54 ksi)	Werte variieren je nach Dicke, Lieferant und exakt angewendetem Zustand; H-Zustände liefern deutlich höhere Zugfestigkeiten
Streckgrenze	85–150 MPa (12–22 ksi)	210–260 MPa (30–38 ksi)	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung und Stabilisierung
Elongation (Bruchdehnung)	12–25%	6–16%	Geglüht sehr duktil; H-Zustände tauschen Duktilität gegen Festigkeit
Härte	~35–65 HB	~80–95 HB	Härte nimmt mit Kaltverfestigung zu und korreliert mit Zug-/Streckgrenze

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2.66 g/cm³	Typische Dichte für Al-Mg-Warmwalzlegierungen; gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
Schmelzbereich	Solidus ~565–600 °C, Liquidus ~635–650 °C	Schmelzbereich abhängig von Nebenbestandteilen und Ausscheidungen
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber immer noch hoch; wichtig für Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	~28–36 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Legierung; ausreichend leitfähig für viele Anwendungen
Spezifische Wärme	~0.90 J/g·K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen; nützlich für Berechnungen der thermischen Masse
Wärmeausdehnung	~23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Standard-Aluminium-Wärmeausdehnung; relevant für Verbundkonstruktionen mit unterschiedlichen Werkstoffen

Die Dichte und thermischen Eigenschaften der Legierung tragen zu ihrer häufigen Verwendung in Leichtbaukonstruktionen bei, bei denen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeableitung gefragt sind, wie z. B. Decks, Wärmetauscher und kryogene Tanks. Die Wärmeausdehnung erfordert konstruktive Berücksichtigung bei Verbindungen von 5086 mit ungleichen Werkstoffen wie Stahl oder Verbundwerkstoffen, um thermische Spannungen zu vermeiden.

Elektrische und thermische Leitfähigkeiten werden durch Magnesium- und Spurenelementgehalte beeinflusst, bleiben jedoch für viele leitfähige Anwendungen ausreichend hoch. Der Schmelzbereich sowie Solidus- und Liquidusverhalten sind wichtig für Schweißparameter und zur Bestimmung thermischer Zyklen, die ein Überaltern oder Erweichen in H-Zustands-Materialien verursachen können.

Produktformen

Form	Typische Stärke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,5–6,0 mm	Einheitliches Verhalten bei dünnen Querschnitten; leicht kaltumformbar	O, H111, H32	Weit verbreitet für Rumpfbeplankungen, Platten
Platte	6–150+ mm	Dickere Querschnitte sind schlechter kaltumformbar; erfordern mehr Vor- und Nachbearbeitung	O, H116, H34	Tragende Bauteile, Druckbehälterplatten
Strangpressprofil	Profile bis hin zu großen Querschnitten	Mechanische Eigenschaften beeinflusst durch Strangpressen und Kaltverfestigung	O, H32	Komplexe Profile für Rahmen und Tragprofile
Rohr	Dünn- bis dickwandige Durchmesser	Leistung abhängig von Umform- und Schweißverfahren	O, H32	Marine Rohrleitungen und Strukturrohre
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis zu großen Querschnitten	Gute Bearbeitbarkeit und mechanische Stabilität	O, H32	Fittings, bearbeitete Komponenten

Verarbeitungstechnische Unterschiede beeinflussen die Endeigenschaften: Blech und dünne Platten lassen sich durch Kaltumformung zu hohen H-Zuständen bringen, während dicke Platten begrenzt sind und meist in weicheren Zuständen geliefert werden oder mechanisch geformt werden müssen. Strangpressteile und Rohre erfordern eine sorgfältige Steuerung von Abschreckung und Stabilisierung, um die gewünschten mechanischen und korrosiven Eigenschaften zu erhalten.

Die Anwendungen unterscheiden sich je nach Produktform: Blech und Platten dominieren den Schiffsrumpfbau, Profile ermöglichen komplexe Strukturformen und Schienen, und Rohr- sowie Stabformen werden häufig für Armaturen und Schweißbaugruppen verwendet. Lieferanten bieten oft vorgestabilisierte Zustände für geschweißte Strukturen an, um die Leistung der Wärmeeinflusszone (WEZ) zu verbessern.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	5086	USA	Bezeichnung der Aluminum Association; übliche kommerzielle Referenz
EN AW	5086	Europa	EN AW-5086 entspricht der AA-Zusammensetzung und den Zuständen mit regionalen Fertigungstoleranzen
JIS	A5086	Japan	Ähnliche Chemie; JIS deckt typische Zustände und Fertigungsmethoden ab
GB/T	AlMg4.5Mn (oder 5086)	China	Lokale Bezeichnung kann den Magnesiumgehalt referenzieren (z. B. AlMg4.5) mit ähnlichen Zustandsoptionen

Normen in verschiedenen Regionen stimmen in der Kernchemie und der angestrebten Leistung überein, können jedoch in zulässigen Verunreinigungsgrenzen, erforderlichen mechanischen Prüfungen und Definitionen der Zustände variieren. Einkäufer sollten bei internationalem Bezug Plattenzertifikate und Zustandskennzeichnungen prüfen, um sicherzustellen, dass Anforderungen an WEZ, Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften erfüllt werden.

Die Rückverfolgbarkeit zu einer anerkannten Norm (AA, EN, JIS, GB/T) ist besonders wichtig bei sicherheitskritischen Anwendungen wie marinem Strukturblech und Druckbehältern, bei denen kleine Unterschiede in Zusammensetzung oder Zustand das Langzeitkorrosions- oder Bruchverhalten beeinflussen können.

Korrosionsbeständigkeit

5086 zeigt hervorragende atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und gehört zu den bevorzugten schmiedbaren Legierungen für Meerwasserkontakt aufgrund seines hohen Magnesiumgehalts und niedrigen Kupfer-/Zinkanteils. In maritimen Umgebungen widersteht die Legierung der allgemeinen Korrosion und weist im Vergleich zu vielen anderen Aluminiumlegierungen gute Lochfraßbeständigkeit auf.

Bei langfristigem Eintauchen und Spritzwasserexposition zeigt 5086 gute Leistung, vorausgesetzt, das Design vermeidet stehende Spalte, schlecht entwässerte Verbindungen und Kontakt mit fremden Metallen, die galvanische Zellen erzeugen können. Die Legierung ist weniger anfällig für Abblätterung als einige hochfeste 7xxx-Serie Legierungen, aber sorgfältige Konstruktion und Schutzbeschichtungen verlängern die Lebensdauer.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) ist geringer als bei höher-Mg- oder bestimmten wärmebehandelbaren Legierungen, aber SCC kann unter Zugbeanspruchung, erhöhten Temperaturen oder in chloridehaltiger Umgebung bei ungünstigen mikrostrukturellen Bedingungen dennoch auftreten. Galvanische Wechselwirkungen mit kathodischen Materialien (z. B. Kupfer, rostfreie Stähle als Kathoden) können lokalisierten Angriff beschleunigen; Isolierung oder Verwendung von Opferanoden wird empfohlen.

Im Vergleich zu 3xxx- und 1xxx-Serie Legierungen bietet 5086 höhere Festigkeit und vergleichbare oder bessere Korrosionsbeständigkeit in Meerwasser. Im Vergleich zu 6xxx- und 7xxx-Serien opfert 5086 etwas Spitzenfestigkeit, gewinnt jedoch deutlich an mariner Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5086 lässt sich problemlos mit gängigen Schmelzschweißverfahren (GMAW/MIG, GTAW/TIG und Widerstandsschweißen) verarbeiten und zeigt eine gute Nahtoptik sowie Durchschweißung bei kontrollierter Passung und Parametern. Der Einsatz von passenden oder leicht stärker legierten Zusatzwerkstoffen (z. B. 5183, 5356) wird empfohlen; die Auswahl des Zusatzwerkstoffs balanciert Schweißnahtfestigkeit, Duktilität und Korrosionsverhalten.

In der Wärmeeinflusszone können bei Basismetallen im hohen H-Zustand Aufweichungen auftreten; stabilisierte Zustände wie H116 werden spezifiziert, um die Nachschweißempfindlichkeit zu begrenzen. Das Risiko für Heißrisse ist im Vergleich zu bestimmten hochfesten Aluminiumlegierungen gering, jedoch sind Kontrolle von Einschlüssen und saubere Oberflächen für zuverlässige Schweißungen unerlässlich.

Zerspanbarkeit

5086 besitzt eine moderate Zerspanbarkeit im Vergleich zu anderen schweißbaren Legierungen; sie lässt sich besser bearbeiten als viele hoch-Mg-Gusslegierungen, aber schlechter als 6xxx-Serie Aluminium mit Silizium für Spanbruchkontrolle. Verwenden Sie scharfe Hartmetallwerkzeuge, steife Maschinenaufbauten und moderate bis hohe Vorschübe, um Werkzeugreibung und Verfestigung zu vermeiden.

Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten auf Blechstärke und Zustand abgestimmt werden; H-Zustände erhöhen die Verfestigungstendenz und können längere zusammenhängende Späne erzeugen. Kühlschmierstoffe werden empfohlen, um Späne zu entfernen und Wärmeentwicklung zu reduzieren; die Oberflächenqualität verbessert sich durch feine Vorschübe und kontrollierte Werkzeuggeometrie.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im weichen (O) und warmverfestigten (H111) Zustand ausgezeichnet und nimmt mit zunehmender Kaltverfestigung auf H32/H34/H116 Zustände ab. Mindestbiegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab; geglühtes Blech erlaubt enge Radien (≈1–2× Blechdicke), während H-Zustände oft größere Radien und schrittweise Umformprozesse erfordern.

Kaltumformung und inkrementelles Biegen sind üblich; für komplexe Formen kann Warmumformung oder vorgelagerte Glühzyklen eingesetzt werden, um Rückfederung und Rissbildung zu reduzieren. Die Legierung reagiert vorhersagbar auf kontrolliertes Stretch-Formen, jedoch kann bei tiefem Ziehen eine lokale Dünnung auftreten, wenn Haltepressdruck und Schmierung nicht optimiert sind.

Wärmebehandlungsverhalten

Als Mitglied der 5xxx-Serie ist 5086 nicht ausscheidungshärtbar im klassischen Sinne; Lösungsglühen und künstliches Altern erhöhen die Festigkeit nicht wesentlich. Thermisches Altern beeinflusst vor allem Rekristallisation und Erholung, produziert aber keine signifikanten Ausscheidungshärter.

Die Hauptmethode zur Festigkeitssteigerung ist Kaltverfestigung durch plastische Verformung, gefolgt von Stabilisierung (z. B. H116) zur Minimierung der Spannungsrelaxation und mikrostruktureller Veränderungen im Service. Das Glühen (O) bringt das Material in einen niedrigfesten, duktilen Zustand zurück und stellt die Umformbarkeit nach intensiver Bearbeitung wieder her.

Wärmeeinfluss durch Schweißen kann lokal geglühte Bereiche erzeugen und Streckgrenze sowie Härte in H-Zuständen vermindern; Nachbearbeitung oder die Wahl stabilisierter Zustände ist übliche Gegenmaßnahme. Kontrollierte Backzyklen werden gelegentlich zur Spannungsarmung eingesetzt, erreichen jedoch nicht die Ausscheidungshärtung wie bei 6xxx/7xxx-Legierungen.

Hochtemperatureinsatz

5086 verliert mit steigender Temperatur kontinuierlich an Festigkeit; die nutzbare Auslegungsfestigkeit gilt üblicherweise für Umgebungstemperaturen bis etwa 100 °C. Für dauerhaften Einsatz über ~100–150 °C nehmen Festigkeit und Kriechfestigkeit ab, sodass für solche Anwendungen spezifische Hochtemperaturdaten herangezogen werden sollten.

Die Oxidation ist auf einen stabilen Aluminiumoxidschutzfilm begrenzt, sodass die Oberflächenzerstörung bei hohen Temperaturen in Luft im Vergleich zu Eisenwerkstoffen minimal ist. Thermische Belastung kann jedoch in H-Zuständen mikrostrukturelle Veränderungen bewirken, die Restkaltverfestigung reduzieren und die Neigung zu örtlicher Korrosion in aggressiven Medien erhöhen.

In wiederholt thermisch beanspruchten Schweißwärmeeinflusszonen kann es zu mikrostrukturellem Kornwachstum und Aufweichung kommen; Strukturbauteile mit hohen Wärmebelastungen oder häufigen Temperaturwechseln erfordern sorgfältige Qualifikation und gelegentlich alternative Werkstoffauswahl.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Warum 5086 verwendet wird
Marine	Rumpfbeplankung, Aufbauten	Hervorragende Meerwasserkorrosionsbeständigkeit und gute Schweißbarkeit
Automobil	Trennwände, Kraftstofftanks	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis sowie Delle-/Anprallfestigkeit
Luftfahrt	Nicht-kritische Armaturen, Verkleidungen	Hohe Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei keinem Bedarf an extremer Spitzenfestigkeit
Energie / Kryotechnik	LNG-Tanks, kryogene Behälter	Zähigkeit bei tiefen Temperaturen und Schweißbarkeit
Industriell / Druckbehälter	Chemietanks, Lagertanks	Korrosionsbeständigkeit gegen viele Chemikalien und günstige Umformbarkeit

5086 ist eine bewährte Legierung, wenn ein ausgewogenes Verhältnis von Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und moderater bis hoher Festigkeit ohne Ausscheidungshärtung gewünscht wird. Besonders wertvoll ist sie, wenn geschweißte Verbindungen mariner Korrosion ausgesetzt sind oder wenn nachgeschweißte mechanische Eigenschaften kritisch sind.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 5086, wenn marine Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit vor absoluter Spitzenfestigkeit Priorität haben; dies ist eine praktische Wahl für Schiffe, Tanks und geschweißte Strukturen. Der stabilisierte H116-Zustand wird oft spezifiziert, wenn Nachschweißkorrosionsbeständigkeit und Maßstabilität erforderlich sind.

Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium (1100) bietet 5086 höhere Festigkeit und bessere Meerwasserbeständigkeit bei etwas reduzierter elektrischer Leitfähigkeit und geringfügig schlechterer Umformbarkeit. Im Vergleich zu gängigen Kaltverfestigungslegierungen wie 3003 oder 5052 liefert 5086 höhere Festigkeit und vergleichbare oder bessere Chloridkorrosionsbeständigkeit, was sie in aggressiven maritimen Umgebungen bevorzugt macht.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 5086 ein überlegenes Korrosionsverhalten und bessere Schweißbarkeit, jedoch eine geringere maximal erreichbare Festigkeit; wählen Sie 5086, wenn Korrosion und Nachschweißleistung wichtiger sind als maximale Zug- und Streckgrenze. Für Konstruktionen mit höherem Festigkeitsbedarf sollten strukturelle Optionen in Betracht gezogen werden, die