Aluminium 5154: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5154 gehört zur 5xxx-Serie der Aluminium-Magnesium-Legierungen, die durch Magnesium als Hauptlegierungselement und nicht wärmebehandelbare Festigkeitssteigerung gekennzeichnet sind. Es ist Teil der Al–Mg-Familie, die ein Gleichgewicht zwischen mäßiger bis hoher Festigkeit, ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit bietet, was es für Anwendungen geeignet macht, bei denen eine Kombination aus Umformbarkeit, Festigkeit und maritimer Beständigkeit erforderlich ist.

Typische Hauptlegierungselemente sind Magnesium (primär), mit kontrollierten Zusatzmengen an Mangan sowie Spuren von Chrom, Eisen, Silizium und anderen Elementen zur Steuerung der Kornstruktur und des Kaltverfestigungsverhaltens. Die Festigkeit wird hauptsächlich durch Mischkristallverfestigung durch Magnesium und durch Kaltverfestigung (Kaltumformung) erreicht; eine lösungs- und ausscheidungshärtende Wärmebehandlung wie bei den Legierungen der Serien 6xxx oder 7xxx ist nicht wirksam.

Wesentliche Merkmale von 5154 sind eine höhere Festigkeit als bei kommerziell reinem Aluminium und vielen 3xxx-Legierungen, sehr gute Beständigkeit gegen Meerwasser- und atmosphärische Korrosion, ausgezeichnete Schweißbarkeit bei Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe sowie gute Umformbarkeit im geglühten Zustand. Typische Anwendungsbereiche umfassen Karosserie- und Strukturbauteile im Automobilbau, den maritimen und Schiffsbau, Druckbehälter und Rohrleitungen, allgemeine Blechbearbeitung sowie bestimmte sekundäre Luftfahrtstrukturen.

Ingenieure wählen 5154 gegenüber Alternativen, wenn die Spezifikation ein korrosionsbeständiges, umformbares Material verlangt, das seine praktische Festigkeit nach dem Schweißen und einer moderaten Kaltumformung behält. Es wird bevorzugt, wenn eine nicht wärmebehandelbare Legierung gefordert ist, die nach dem Schweißen keine Alterung benötigt und eine konsistente Platten- bzw. Blechqualität bietet.

Temperzustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Umformbarkeit
H111	Mittel	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt, einstufige Eigenschaftssteuerung
H14	Mittel-hoch	Niedrig bis moderat	Akzeptabel	Ausgezeichnet	Viertelharter Zustand durch Kaltumformung
H16	Hoch	Niedrig	Schwach bis moderat	Ausgezeichnet	Halbharter kaltverfestigter Zustand
H32	Mittel-hoch	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und durch leichte Wärmebehandlung stabilisiert
H34 / H36	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausgezeichnet	Stärkere Kaltverfestigung, eingesetzt bei höherem Festigkeitsbedarf

Die Einstellung des Temperzustands bei 5154 erfolgt durch Kaltumformung (H-Tempers) oder durch Glühen (O-Temper) und nicht durch ausscheidungshärtende Wärmebehandlung. Die gewählte Härtestufe bestimmt das Verhältnis von Festigkeit, Duktilität und Umformbarkeit; im geglühten Zustand (O) wird maximale Dehnung für Umformprozesse erreicht, während die H-Tempers eine höhere Festigkeit auf Kosten der Biegbarkeit liefern.

Temperübergänge werden üblicherweise durch Walzen und kontrolliertes Abkühlen oder durch leichte Wärmebehandlungen zur Verhinderung natürlicher Alterung gesteuert; Schweißwärmeeintrag kann lokale Rückverfestigung der H-Tempers in der Wärmeeinflusszone (HAZ) in Richtung O-Temper bewirken, weshalb bei der Auswahl des Temperzustands Schweiß- und Fertigungsschritte berücksichtigt werden müssen.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,40	Entoxidationsmittel und Verunreinigung; niedrig gehalten zur Erhaltung der Duktilität
Fe	≤ 0,40	Verunreinigungselement; bildet intermetallische Phasen, die die Kornstruktur beeinflussen
Mn	0,20–0,80	Steuerung der Kornstruktur, verbessert Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
Mg	3,1–4,3	Hauptfestigungselement; sorgt für Mischkristallverfestigung
Cu	≤ 0,10	Niedriger Gehalt zur Begrenzung des Korrosionsverlusts
Zn	≤ 0,25	Geringer Anteil, kontrolliert zur Begrenzung von Festigkeitsverlusten durch intermetallische Phasenbildung
Cr	≤ 0,30	In kleinen Mengen zur Kornwachstum- und Rekristallisationskontrolle zugesetzt
Ti	≤ 0,15	Kornfeinungsmittel; in Spuren enthalten
Sonstige (jeweils)	≤ 0,05–0,15	Spurenelemente und Rückstände; Gesamtgehalt anderer Elemente begrenzt

Magnesium ist der dominierende Leistungsfaktor in 5154: höherer Mg-Gehalt erhöht Streck- und Zugfestigkeit durch Mischkristallverfestigung, erhöht aber auch das Risiko magnesiumbedingter Sensibilisierung bei unsachgemäßem Schweißen oder bestimmten thermischen Zyklen. Mangan und Chrom stabilisieren die Mikrostruktur gegen Rekristallisation und verfeinern die Korngröße; Eisen und Silizium sind kontrollierte Verunreinigungen, die intermetallische Partikel und Sekundärphasen beeinflussen, was Zähigkeit und Ermüdungsverhalten beeinflusst.

Mechanische Eigenschaften

5154 zeigt ein breites Spektrum an Zugverhalten abhängig vom Temperzustand und der Dicke, wobei geglühte Zustände hohe Duktilität liefern und kaltverfestigte Tempers deutlich höhere Streck- und Zugfestigkeiten aufweisen. Die Streckgrenze bei geglühtem Blech ist moderat, was umfangreiche Umformprozesse ermöglicht, während H-Tempers die Streckgrenze durch Versetzungsakkumulation um mehrere zehn MPa erhöhen. Die Dehnung im O-Zustand überschreitet bei dünnem Blech üblicherweise 20–30%, während stark kaltverfestigte Zustände Dehnungen auf einstellige Prozentwerte reduzieren.

Die Härte korreliert mit dem Temperzustand und der Kaltverfestigung; Vickers- oder Brinell-Härtewerte steigen mit H-Temper und zunehmender Kaltwalzung. Das Ermüdungsverhalten wird durch Oberflächenbeschaffenheit, Dicke und Eigenspannungen aus Umform- oder Schweißprozessen beeinflusst; wie bei vielen Al–Mg-Legierungen reduzieren richtig vorbereitete Oberflächen und eine schweißtechnisch angepasste Auslegung Spannungskonzentrationen. Dickeneffekte sind bemerkenswert: Dünnere Bleche zeigen bei gleichem Temper häufig höhere gemessene Zugfestigkeiten aufgrund größerer Kaltverfestigung und Walzdehnung im Herstellprozess.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtige Temperzustände (H14 / H111)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	190–240 MPa	250–330 MPa	Werte variieren mit Dicke und Verarbeitung; H-Tempers erhöhen UTS
Streckgrenze (0,2 % Dehnung, MPa)	70–140 MPa	150–260 MPa	H-Tempers verdoppeln oder mehr die geglühte Streckgrenze
Dehnung (%)	20–35%	6–18%	Dehnung nimmt mit zunehmender Härte/Festigkeit ab
Härte (HV)	40–60 HV	70–110 HV	Härte steigt mit Kaltverfestigung; Härte korreliert mit Streckgrenze

Konstrukteure sollten für präzise Angaben zu Festigkeit und Dehnung die Materialzertifikate und Prüfkörper des konkreten Lotes und der spezifischen Dicke heranziehen, da Walzverfahren, Wärmeeinwirkung und Nachbearbeitung mechanische Werte deutlich beeinflussen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Al–Mg-Legierungen; relevant für Masse- und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich	~570–650 °C	Flüssus/Solidus leicht abgesenkt gegenüber reinem Al (660 °C)
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium; ausreichend für viele Wärmeverteilungsanwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 %IACS	Reduziert durch Legierungselemente; niedriger als bei reinem Al oder schwach legierten Serien
Spezifische Wärme	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen; relevant für thermische Transientenanalysen
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K	Linearer Ausdehnungskoeffizient ähnlich anderen Al-Legierungen; wichtig für thermische Spannungen

Die physikalischen Eigenschaften von 5154 entsprechen typisch mittelfesten Aluminiumlegierungen: gute Wärmeleitfähigkeit und niedrige Dichte machen es attraktiv, wenn Gewicht und thermische Leistung wichtig sind. Elektrische und thermische Leitfähigkeit sind gegenüber kommerziell reinem Aluminium durch Magnesium und andere Legierungselemente reduziert, bleiben aber günstig für viele Struktur- und Wärmesenkanwendungen, bei denen Leitfähigkeit neben mechanischer Festigkeit verlangt wird.

Planer müssen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei Verbindungen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigen; unterschiedliche Ausdehnung und galvanische Potentialdifferenzen beeinflussen die Auswahl von Befestigungsmitteln und Isolationsmaßnahmen im Betrieb.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Festigkeit variiert je nach Zustand und Walzverfahren	O, H111, H14	Am häufigsten verwendete Form für Karosseriebleche, Druckbehälter und allgemeine Fertigung
Platte	6–150 mm	Niedrigere Duktilität in dicken Querschnitten; Härtung durch Walzen begrenzt	O, H32, H34	Verwendet für tragende Bauteile und dickere gefertigte Teile
Strangpressprofil	Wandstärke 1–25 mm, Profile variabel	Festigkeit beeinflusst durch T4-Stabilisierung und Kaltverfestigung	H112, H32	Komplexe Profile für Tragrahmen und marine Komponenten
Rohr	Außendurchmesser 6–200 mm	Verhalten abhängig von Zieh- und Glühzyklen	O, H32	Geschweißte und nahtlose Rohre für Fluid-Systeme und Konstruktionen
Stab/Stange	Ø 3–100 mm	Typischerweise höhere als-gewalzte Festigkeiten	H14, H16	Verwendet für bearbeitete Bauteile und Verbindungselemente

Bleche und dünne Blechdicken sind die am weitesten verbreiteten Formen und werden mit kontrollierten Walzverfahren hergestellt, um die geforderten Zustände zu gewährleisten. Platten und Strangpressprofile erfordern unterschiedliche thermische Behandlungen und sind häufig schwieriger kalt zu verformen; dickere Querschnitte benötigen oft Lösungsglühen oder Kontrolle der Rekristallisation während der Fertigung.

Die Wahl der Produktform muss Fertigungsschritte wie Ziehen, Stanzen, Biegen oder Schweißen berücksichtigen, da jede Form unterschiedliche Anfangskornstrukturen und Eigenspannungszustände erzeugt, welche die endgültige Bauteilleistung und erforderliche Nachbehandlungen beeinflussen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	5154	USA	Standardbezeichnung der Aluminum Association
EN AW	5154	Europa	Wird in europäischen Normen häufig als EN AW-5154 geführt
JIS	A5154	Japan	JIS entspricht typischerweise ähnlicher Zusammensetzung und Anwendung
GB/T	5154	China	Chinesische Normbezeichnung entspricht der internationalen Werkstoffserie

Über die Normen hinweg wird die Bezeichnung 5154 oft beibehalten, mit geringfügigen Unterschieden bei zulässigen Verunreinigungen und Zertifizierungsanforderungen. Europäische und asiatische Normen setzen gelegentlich unterschiedliche Grenzwerte für Spurenelemente oder spezifizieren abweichende Härtezustände und Prüfverfahren, weshalb die Angabe von Norm und Zustand bei der Beschaffung Verwechslungen vermeidet.

Kleine regionale Unterschiede können Anwendungen beeinflussen, die empfindlich auf interkristalline Korrosion reagieren oder spezifische mechanische Eigenschaften erfordern; Einkäufer sollten Werkstoffzeugnisse anfordern und die maßgebliche Norm klären.

Korrosionsbeständigkeit

Die Legierung 5154 bietet sehr gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und wird aufgrund ihres hohen Magnesiumgehalts zusammen mit kontrollierten Begleitelementen häufig in maritimen und küstennahen Umgebungen eingesetzt. Sie widersteht gleichmäßiger Korrosion in Meerwasser und Brackwasser besser als viele wärmebehandelbare Legierungen und viele kupferhaltige Legierungen, vorausgesetzt, Schweißzonen und Verbindungstellen werden fachgerecht konstruiert und geschützt.

In chloridhaltigen Medien kann es an lokal begrenzten Stellen wie Kanten, Kratzern oder galvanischen Kontakten zu Lochkorrosion kommen; eine gute Oberflächenvorbereitung, Beschichtungen und kathodischer Schutz können Lochfraß minimieren. Sensibilisierung (Ausscheidung der β-Phase an Korngrenzen) ist ein Thema bei Al–Mg-Legierungen mit höheren Mg-Gehalten, wenn sie längere Zeit Temperaturen von etwa 65–180 °C ausgesetzt sind; diese Sensibilisierung erhöht die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion, insbesondere in der Schweiß-Hitzeschrumpfzone (HAZ).

5154 weist eine bessere Beständigkeit gegen spannungsrisskorrosion auf als viele 2xxx- und 7xxx-Legierungen, ist jedoch nicht immun: Unter anhaltender Zugbelastung in korrosiven Chloridumgebungen besteht ein geringes Risiko für SCC, das jedoch im Vergleich zu hochfesten wärmebehandelbaren Legierungen relativ niedrig ist. Beim Fügen mit edleren Werkstoffen ist galvanische Korrosion zu beachten; isolierende Schichten und die sorgfältige Auswahl von Verbindungselementen reduzieren das Risiko beschleunigter Angriffe.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5154 lässt sich gut mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie GTAW (WIG) und GMAW (MIG) schweißen und erzeugt schlüssige Schweißnähte bei der Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe und Vor-/Nachbehandlung. Empfohlene Schweißzusatzwerkstoffe sind Al–Mg-Typen wie 5356 oder 5183, um Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit anzupassen und Heißrisse zu minimieren; die Auswahl des Zusatzwerkstoffs sollte den Einsatzbedingungen sowie pulsierenden vs. konventionellen Schweißverfahren Rechnung tragen. Das Risiko von Heißrissen ist im Vergleich zu einigen hochfesten Legierungen gering, jedoch erfordern HAZ-Aufweichung und Sensibilisierungspotenzial bei höheren Mg-Gehalten eine sorgfältige Wärmeeinbringung und Nachbehandlung.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5154 ist moderat und generell schlechter als die von 6xxxer Legierungen, die für bessere Bearbeitbarkeit teilweise pistolengehärtet sind. Werkzeuge aus Hartmetall oder beschichtetem Hartmetall mit positivem Spanwinkel und stabiler Schneidgeometrie sind bevorzugt, Kühlschmierstoffe verbessern Spanabfuhr und Oberflächengüte. Schnittgeschwindigkeiten sind meist konservativ gegenüber gut zerspanbaren Legierungen; Vorschub und Schnitttiefe sollten optimiert werden, um Aufbauschneiden und Gratbildung zu vermeiden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im geglühten O-Zustand ausgezeichnet und bleibt in milden H-Zuständen praktikabel; Biegeradien im O-Zustand können für viele Profile je nach Stärke und Werkzeug 1–2fach der Blechdicke betragen. Kaltverfestigung erhöht die Streckgrenze und verringert die Umformbarkeit, weshalb komplexe Stanz- und Tiefziehprozesse O- oder leicht verfestigte Zustände bevorzugen. Rückfederung ist für Aluminiumlegierungen typisch und muss bei der Werkzeugkonstruktion kompensiert werden, insbesondere in H-Zuständen, wo die höhere Streckgrenze zu größerer elastischer Rückfederung führt.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Als Legierung der 5xxx-Serie ist 5154 nicht wärmebehandelbar; die Festigkeit wird durch Lösungsfestigung und Kaltverfestigung erreicht. Ein ausgeprägter Alterungsprozess wie bei 6xxx-Legierungen findet nicht statt. Thermische Behandlungen konzentrieren sich daher auf Glühen und Stabilisieren statt auf Lösungs- und Alterungszyklen.

Das vollständige Weichglühen (O) stellt die Duktilität durch Rekristallisation wieder her und wird typischerweise bei Temperaturen von 350–420 °C für geeignete Zeiten durchgeführt, gefolgt von kontrolliertem Abkühlen. Kaltverfestigung erzeugt die H-Zustände; Stabilisierungsglühen (leichtes Erhitzen) kann eingesetzt werden, um natürliche Alterungseffekte zu minimieren und einen gewünschten Zustand einzustellen. Schweißkonstruktionen werden in der Regel lediglich zum Glühen oder zur Spannungsarmung wärmebehandelt; solche Maßnahmen reduzieren die durch vorherige Kaltverfestigung erreichte Festigkeit.

Leistungen bei erhöhten Temperaturen

5154 behält bei mäßig erhöhten Temperaturen annehmbare mechanische Eigenschaften, jedoch sinkt die Festigkeit mit steigender Temperatur, da die Lösungsfestigung nachlässt und Versetzungsbewegungen zunehmen. Dauerbetriebstemperaturen werden typischerweise unter etwa 100–150 °C empfohlen, um spürbaren Festigkeitsverlust und mögliche Sensibilisierung durch bestimmte Zeit-Temperatur-Kombinationen zu vermeiden.

Oxidation ist aufgrund des schützenden Aluminiumoxids minimal, und es stellt sich keine schnelle Hochtemperaturoxidation ein, wie bei Eisenwerkstoffen üblich. Thermische Zyklen und Schweißen können jedoch lokal HAZ-Bereiche mit reduzierter Festigkeit und verändertem Korrosionsverhalten schaffen. Für Anwendungen mit höherer Temperaturbelastung wählen Konstrukteure üblicherweise hitzebeständigere Legierungen oder reduzieren die zulässigen Beanspruchungen bei 5154.

Anwendungen

Industrie	Beispielkomponente	Warum 5154 verwendet wird
Automobilindustrie	Karosseriebleche, innere Strukturkomponenten	Gute Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, angemessene Festigkeit für nicht tragende Teile
Schifffahrt	Schiffsplattierungen, Aufbauten, Rohrleitungen	Hervorragender Seewasserkorrosionsschutz und Schweißbarkeit für den Schiffsbau
Luft- und Raumfahrt	Sekundärbefestigungen, Verkleidungen	Hoher Festigkeits-zu-Gewicht-Faktor für nicht primäre Strukturen und gute Fertigungseigenschaften
Elektronik	Gehäuse, Wärmeverteiler	Niedrige Dichte und gute Wärmeleitfähigkeit für leichte Gehäuse
Druckbehälter / Tanks	Tankanlagen, LPG-Komponenten	Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit kombiniert mit ausreichender Festigkeit in geformten Bauteilen

5154 wird in diesen Anwendungsbereichen gewählt, weil ein ausgewogenes Verhältnis aus mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsspielraum Lebenszykluskosten senkt und die Produktion vereinfacht. Die Nicht-Wärmebehandelbarkeit erleichtert die Verarbeitung, während gleichzeitig eine höhere Festigkeit als bei vielen niedriglegierten Alternativen erreicht wird.

Auswahlhinweise

5154 ist eine pragmatische Wahl, wenn eine korrosionsbeständige Aluminiumlegierung mit höherer Festigkeit als handelsübliches Reinaluminium benötigt wird, dabei aber gute Umformbarkeit und Schweißbarkeit erhalten bleiben sollen. Im Vergleich zu 1100 (handelsübliches Reinaluminium) tauscht 5154 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie maximale Umformbarkeit gegen deutlich höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit ein, was sie für Strukturbleche und marine Komponenten bevorzugt macht.

Im Vergleich zu allgemein verwendeten, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 5154 in der Regel eine höhere Festigkeit bei gleichbleibend ähnlicher oder leicht verbesserter Korrosionsbeständigkeit; wählen Sie 5154, wenn das Design diese zusätzliche Festigkeit bei gleichzeitigem Verbleib in der Al–Mg-Familie erfordert. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 5154 ein besseres Korrosionsverhalten nach dem Schweißen und vermeidet die Komplexität der Wärmebehandlung; entscheiden Sie sich für 5154, wenn Schweißen und eine gleichbleibende Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als die höheren maximalen Festigkeiten, die wärmebehandelbare Legierungen bieten.

Für die Beschaffung sollten Kosten und Verfügbarkeit mit den Anforderungen an den Zustand (Temper) und die Dicke abgewogen werden. Prüfen Sie Chargenzertifikate auf den Mg-Gehalt und mechanische Eigenschaftstests, insbesondere wenn Ermüdung, Schweißen oder maritime Beanspruchung kritische Konstruktionsfaktoren sind.

Abschließende Zusammenfassung

5154 bleibt eine weitverbreitete Al–Mg-Legierung, da sie mechanische Eigenschaften durch Mischkristallverfestigung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und hoher Fertigungstoleranz einzigartig verbindet; ihre gute Schweißbarkeit, gute Umformbarkeit im geglühten Zustand und verlässliches Verhalten in vielen Produktformen machen sie nach wie vor relevant für Anwendungen im Automobilbau, im Schiffbau sowie im allgemeinen konstruktiven Ingenieurbau.