Aluminium 5152: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Die Legierung 5152 gehört zur 5xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die durch Magnesium als hauptsächliches Legierungselement charakterisiert sind. Sie ist eine nicht wärmebehandelbare, kaltverfestigende Legierung, deren primärer Festigkeitsmechanismus die Mischkristallverfestigung in Kombination mit Kaltverfestigung ist; sie reagiert nicht auf konventionelle Lösungsglühen/Ausscheidungshärten.

5152 bietet eine ausgewogene Kombination aus mittlerer bis hoher Festigkeit, ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen (insbesondere in maritimen Atmosphären), guter Schweißbarkeit und angemessener Umformbarkeit in geglühten und leicht gehärteten Zuständen. Typische Anwendungsbereiche für 5152 sind der Schiffbau, der Transport (einschließlich Automotive und Schienenverkehr), Druckbehälter sowie architektonische Anwendungen, bei denen Korrosionsleistung und Umformbarkeit gefordert sind.

Ingenieure wählen 5152, wenn eine Kombination aus Beständigkeit gegen Meerwasser oder Auftausalz, gutes Ermüdungsverhalten sowie wirtschaftliche Umform- und Schweißbarkeit erforderlich ist. Dabei wird es oftmals bevorzugt gegenüber weicheren handelsüblichen Reinheitslegierungen wegen der erhöhten Festigkeit sowie gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen, wenn der Fertigungsprozess umfangreiche Kaltumformung beinhaltet. 5152 wird auch eingesetzt, wenn Maßhaltigkeit nach moderater Kaltverfestigung und Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion wichtig sind.

Ausführungszustände (Temper)

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, ideal für Tiefziehen und starke Umformungen
H14	Mittel	Moderat (12–18%)	Gut	Ausgezeichnet	Viertelgehärtet, verbesserte Festigkeit bei erhaltener Duktilität
H16	Mittel-hoch	Moderat (8–15%)	Gut	Ausgezeichnet	Halbgehärtet, häufig für geformte Blechteile verwendet
H18	Hoch	Niedriger (5–12%)	Ausreichend	Ausgezeichnet	Dreiviertelgehärtet, eingesetzt für strukturelle Steifigkeit
H22	Mittel	Moderat (10–18%)	Gut	Ausgezeichnet	Spannungsarm geglüht nach Teilglühen
H32	Hoch (stabilisiert)	Niedriger (6–12%)	Ausreichend bis gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert für kontrollierte Eigenschaften

Der Ausführungszustand beeinflusst maßgeblich das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität bei 5152. Der geglühte Zustand O bietet die beste Umformbarkeit für Tiefziehen und starke Biegeanwendungen. Die Kaltverfestigung (H-Serie) erhöht die Streck- und Zugfestigkeit auf Kosten der Dehnung, was die Steifigkeit und Dellenbeständigkeit von Bauteilen aus verbessertem Material steigert.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentspanne	Bemerkungen
Si	≤ 0,25	Verunreinigung aus dem Schmelzprozess; niedriger Si-Gehalt erhält die Umformbarkeit
Fe	≤ 0,40	Typische Verunreinigung; höhere Gehalte können Duktilität reduzieren
Mn	≤ 0,15	Geringfügig; unterstützt Kornstrukturkontrolle
Mg	2,2–2,8	Hauptlegierungselement, verantwortlich für Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
Cu	≤ 0,10	Niedrig gehalten zur Kontrolle der Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit
Zn	≤ 0,10	Niedrig, um Heißrissbildung und galvanische Probleme zu vermeiden
Cr	≤ 0,15	Verbessert leicht die Kornstruktur und Korrosionsleistung
Ti	≤ 0,15	Kornfeiner in Guss und Barren; geringer Gehalt im Walz- und Schmiedebestand
Weitere	≤ 0,05 jeweils, 0,15 insgesamt	Spurenelemente und Rückstände; Rest Aluminium

Magnesium ist das dominierende Legierungselement und legt die mechanischen sowie korrosiven Grundeigenschaften fest; ein höherer Mg-Gehalt erhöht die Festigkeit über Mischkristallverfestigung, kann jedoch Umformbarkeit und Fügeeigenschaften beeinflussen. Spurenelemente wie Fe, Si und Cu werden streng kontrolliert, um spröde intermetallische Phasen zu begrenzen und Schweißbarkeit sowie lokale Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5152 ist stark vom Ausführungszustand abhängig: Das geglühte Material zeigt relativ niedrige Streckgrenze und moderate Zugfestigkeit bei hoher gleichmäßiger Dehnung, während kaltverfestigtes Material deutlich höhere Streck- und Zugfestigkeit aber niedrigere Dehnung aufweist. Die Legierung zeigt im Allgemeinen ein gleichmäßiges Spannungs-Dehnungs-Verhalten mit ausgeprägter Kaltverfestigung, was gute Energieaufnahme und vorhersagbares Rückfedern beim Umformen von Strukturbauteilen ermöglicht.

Die Ermüdungsfestigkeit profitiert von der guten Beständigkeit gegen Korrosionsermüdung und dem Fehlen grober Ausscheidungen; die Lebensdauer wird durch gut bearbeitete Oberflächen und das Vermeiden scharfer Kerbwirkungen verbessert. Die Blechdicke beeinflusst wesentlich mechanische Kennwerte und Umformbarkeit – dünnere Stärken lassen sich leichter kaltumformen und ermöglichen größere Biegeradien im Vergleich zu dicken Platten, bei denen durch Biegebeanspruchung lokale Spannungsspitzen entstehen können.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtige Ausführung (z. B. H32/H16)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	170–240 MPa	240–330 MPa	Werte variieren mit Ausführung und Dicke; H-Zustände zeigen deutliche Steigerung
Streckgrenze	60–120 MPa	150–275 MPa	Streckgrenze steigt schnell durch Kaltverfestigung; für Konstruktion immer niedrigsten Zustand berücksichtigen
Dehnung	20–30%	6–15%	Duktilität nimmt mit zunehmendem Härtezustand ab; Blechdicke beeinflusst die Dehnwerte
Härte	30–45 HB	60–95 HB	Korrespondiert mit Ausführungszustand; Härte spiegelt Streck- und Zugfestigkeit wider

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für walzbare Aluminiumlegierungen; wichtig für Massenberechnungen
Schmelzbereich	570–650 °C	Solidus/Liquidus variieren mit Verunreinigungen; nicht wärmebehandelbar zur Festigkeitssteigerung
Wärmeleitfähigkeit	~130–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium, aber immer noch hoch für Wärmeableitungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Legierungselemente reduzieren Leitfähigkeit gegenüber reinem Aluminium
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typischer Wert bei Raumtemperatur, relevant für thermische Simulationen
Temperaturausdehnung	23–24 µm/m·K	Ähnlich wie andere Al-Mg-Legierungen; wichtig bei zusammengebauten Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen

Die thermischen und elektrischen Eigenschaften von 5152 machen die Legierung geeignet für Komponenten, die gute Wärmeableitung und moderate elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit benötigen. Die Kombination aus geringer Dichte und guter Wärmeleitfähigkeit ist vorteilhaft im maritimen und Transportbereich, wo Gewicht und Wärmemanagement entscheidend sind.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Ausführungen	Bemerkungen
Blech	0,2–6,0 mm	Gleichmäßig über die Breite; abhängig vom Ausführungszustand	O, H14, H16, H18, H32	Weit verbreitet; verwendet für geformte Paneele und Tanks
Platte	6–25 mm	Geringere Umformbarkeit, höhere Steifigkeit	H18, H32	Für Strukturbleche und Druckbehälterkomponenten
Strangpressprofil	Profile bis große Querschnitte	Festigkeit abhängig von Ausführung und Querschnittgröße	H22, H32	Begrenzter Einsatz verglichen mit 5000er-Serie-Strangpressprofilen, die für 5xxx-Legierungen optimiert sind
Rohr	Wandstärke 0,5–10 mm	Verhalten ähnlich zum Blech; Schweißen und Ziehen wichtig	O, H16, H32	Verwendung für Fluidtransport und Strukturbauteile
Stab/Rundstahl	Bis 100 mm Durchmesser	Meist in kalthärtetem Zustand gefertigt	H14–H32	Für gedrehte Bauteile mit Korrosionsbeständigkeit und mittlerer Festigkeit

Blech und Coil sind die häufigsten Handelsformen von 5152, mit enger Kontrolle der Oberflächenqualität für dekorative und sichtbare Anwendungen. Platten und Strangpressprofile erfordern angepasste Fertigungsparameter und oft andere Ausführungszustände, um mechanische Leistung und Herstellbarkeit bei dickeren oder komplexeren Querschnitten auszubalancieren.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoffbezeichnung	Region	Bemerkungen
AA	5152	USA	Hauptbezeichnung in den Standards der Aluminum Association
EN AW	5152	Europa	Im Allgemeinen gleichwertig, EN-Normen können jedoch unterschiedliche Suffixe für Ausführungen und Verunreinigungsgrenzen enthalten
JIS	A5152 (Bezeichnung)	Japan	Lokale Normen können geringfügige Unterschiede in Zusammensetzung oder mechanischen Toleranzen aufweisen
GB/T	5152	China	Wird häufig direkt mit AA 5152 gleichgesetzt, aber kleinere Spezifikationsunterschiede sind möglich

Die äquivalenten Bezeichnungen stimmen größtenteils zwischen den Hauptnormen überein, da die 5xxx-Serie weltweit standardisiert ist. Dennoch können subtile Unterschiede in Verunreinigungsgrenzen, Ausführungsbezeichnungen und Zertifizierungsverfahren die Austauschbarkeit beeinflussen. Für kritische Anwendungen mit strengen Anforderungen an Zusammensetzung oder mechanische Eigenschaften sollten immer die spezifische Norm sowie Werkszeugnisse geprüft werden.

Korrosionsbeständigkeit

5152 weist eine robuste atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in marinen Umgebungen und bei Kontakt mit Seesalz oder Auftausalz. Der Magnesiumanteil verleiht eine verbesserte Beständigkeit gegen allgemeine und Lochkorrosion im Vergleich zu vielen 3xxx-Serien-Legierungen, und die Legierung bildet eine schützende Oxidschicht, die in alkalischen und vielen nahezu neutralen Umgebungen stabil ist.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) ist im Vergleich zu höherkupferhaltigen Legierungen gering, aber lokale Korrosion kann in Spalten oder bei galvanischer Kopplung mit edleren Metallen ohne Isolierung auftreten. Bei galvanischen Paarungen ist 5152 anodisch gegenüber Edelstahl und Kupferlegierungen, weshalb Konstrukteure in Mischmetallbaugruppen Isolierbarrieren oder Opferanoden-Kathodenschutzstrategien verwenden sollten.

Im Vergleich zu 1xxx- und 3xxx-Serien bietet 5152 eine überlegene Korrosionsbeständigkeit und höhere Festigkeit; im Vergleich zu 6xxx-Serien ist es im Allgemeinen besser gegen marine Korrosion beständig, erreicht jedoch nicht die gleichen Spitzenfestigkeiten wärmebehandelbarer Werkstoffe.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

5152 lässt sich problemlos mit gängigen Lichtbogenschweißverfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW) schweißen; der niedrige Kupfergehalt und gesteuerte Magnesiumanteil begrenzen Heißrissneigung bei Einhaltung guter Schweißpraxis. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind 5356 (Al-Mg) zur Erhaltung von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, während 4043 für verbesserten Fluss und reduzierte Verfärbung auf dekorativen Oberflächen verwendet wird. Die Erweichung im Wärmeeinflussbereich ist minimal, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist, jedoch sind Verzugs- und Durchbrennkontrolle beim Schweißen dünner Bleche wichtig.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5152 ist mäßig bis mittel; es lässt sich leichter bearbeiten als einige höherfeste Al-Mg-Legierungen, ist jedoch nicht so gut zerspanbar wie bestimmte Al-Si-Legierungen. Hartmetallwerkzeuge, positive Schneidgeometrien und höhere Vorschübe bei ausreichender Kühlung erzielen die beste Oberflächenqualität und Werkzeugstandzeit; Aufbauschneiden können bei unterbrochenen Schnitten oder klebrigen Legierungszuständen problematisch sein. Vermeiden Sie übermäßige Schnittgeschwindigkeiten, die eine Kaltverfestigung nahe der Oberfläche verursachen, und sorgen Sie für eine gute Spanabfuhr bei dünnwandigen Bauteilen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im weichen Zustand (O-Zustand) ist ausgezeichnet und ermöglicht Tiefziehen, Drehen und komplexes Biegen mit relativ geringem Rückfederverhalten. Bei H-Zuständen müssen Biegeradien vergrößert und Umformprozesse in Stufen ausgeführt werden, um Risse zu vermeiden; Zwischenaufglühungen oder Streckumformen können verwendet werden, um engere Radien zu erzielen. Konstrukteure sollten sich auf Mindestbiegemaße in Form von Vielfachen des Materialdurchmessers beziehen und das Rückfedern aufgrund der Kaltverfestigung bei der Endmaßvorhersage berücksichtigen.

Wärmebehandlungsverhalten

Diese Legierungen sind nicht wärmebehandelbar; die mechanische Festigkeitssteigerung wird durch Kaltumformung (Kaltverfestigung) und stabilisierende Wärmebehandlungen erreicht, nicht durch Lösungsglühen und Ausscheidungshärtung. Typische Verfahren umfassen Glühen zur Wiederherstellung der Duktilität, gefolgt von kontrollierter Kaltumformung zur Erreichung der erforderlichen Festigkeitswerte, teilweise mit einer Stabilisierungsglüung (Niedrigtemperatur-Backen) zur Reduzierung zukünftiger Eigenschaftsänderungen.

Das Standardglühen für 5xxx-Legierungen erfolgt bei Temperaturen, die eine rekristallisierte Struktur wiederherstellen, ohne unerwünschte intermetallische Phasen zu bilden; der O-Zustand wird durch Vollglühen und kontrolliertes Abkühlen erreicht. Versuche, T-Zustands-Lösungs- und Ausscheidungsglühen anzuwenden, führen bei 5152 nicht zu nennenswerter Ausscheidungshärtung und werden daher nicht zur Festigkeitssteigerung eingesetzt.

Leistung bei hohen Temperaturen

Die Festigkeit von 5152 nimmt mit steigender Temperatur progressiv ab; nutzbare Bauteilfestigkeit geht jenseits von etwa 100–150 °C zurück, und thermische Belastung über ca. 200 °C beschleunigt das Glühen und die Eigenschaftsentspannung. Die Oxidation des Aluminiums selbst ist unter Betriebsbedingungen minimal, sofern keine hohen Temperaturen und aggressive Atmosphären vorliegen, jedoch können erhöhte Temperaturen die Mikrostruktur verändern und die Dauerfestigkeit verringern.

Die Wärmeeinflusszonen von Schweißnähten können bei nachfolgender Exposition gegenüber erhöhten Betriebstemperaturen in Kombination mit mechanischer Belastung lokal erweichen, weshalb bei kritischen Schweißverbindungen das Temperaturaufkommen reduziert werden sollte. Für kontinuierlichen Hochtemperatureinsatz sollte eine andere Legierungsfamilie (z. B. bestimmte Al-Si- oder Al-Zn-Mg-Legierungen) in Betracht gezogen werden.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Warum 5152 verwendet wird
Automobilbau	Kraftstofftanks und Karosseriebleche	Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit für komplexe Bauteilgeometrien
Schifffahrt	Rumpfbleche, Deckskomponenten	Hervorragende Beständigkeit gegen Meerwasser und Auftausalz
Luft- und Raumfahrt	Innenausbauten und Verkleidungen	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und einfache Bearbeitung
Elektronik	Chassis und Gehäuse	Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit
Druckbehälter	LPG-Tanks und Zylinder	Duktilität, Schweißbarkeit und Dauerfestigkeit

5152 wird häufig dort eingesetzt, wo eine Kombination aus Seewasserbeständigkeit und der Fähigkeit zur Fertigung und Schweißung in der Werkstatt oder Fertigungslinie wichtiger ist als die höchste erreichbare Festigkeit. Die ausgewogene Eigenschaftskombination der Legierung unterstützt eine breite Palette von Konstruktionslösungen im Transport-, Schiffs- und Industrieanlagenbau.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 5152 sollten Anwendungen priorisiert werden, die Beständigkeit gegenüber marinen Umgebungen, moderate mechanische Festigkeit und gute Umformbarkeit erfordern. 5152 ist gegenüber weichen, handelsüblichen Reinaluminiumlegierungen vorzuziehen, wenn höhere Streck- und Zugfestigkeiten gefordert sind, ohne Einbußen bei der Korrosionsbeständigkeit.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (z. B. 1100) tauscht 5152 etwas elektrische Leitfähigkeit und maximale Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Im Vergleich zu üblichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 5152 typischerweise gleiche oder leicht höhere Festigkeiten und eine überlegene Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 erreicht 5152 nicht dieselben Spitzenfestigkeiten, wird jedoch häufiger bevorzugt, wenn Schweißbarkeit, Umformbarkeit und mariner Korrosionsschutz wichtiger als maximale Festigkeit sind.

Abschließende Zusammenfassung

Aluminium 5152 bleibt eine praktische, ausgewogene Legierung für modernen Maschinenbau, wenn Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und wirtschaftliche Umformbarkeit gefragt sind. Seine Kaltverfestigungsreaktion und stabile Leistung in marinen und atmosphärischen Umgebungen sichern seine Relevanz für Transport-, Schiffs- und Strukturbauteile, bei denen langfristige Haltbarkeit und Instandhaltungsfreundlichkeit Priorität haben.