Aluminium 518: Zusammensetzung, Eigenschaften, Anlasstemperatur und Anwendungen

Umfassender Überblick

Legierung 518 gehört zur 5xxx-Serie (Al-Mg) der Aluminiumlegierungen, die hauptsächlich durch Magnesium als Hauptelement geprägt ist. Sie zählt zur nicht wärmebehandelbaren Familie, bei der die Festigkeit vorwiegend durch Lösungsfesterhöhung und Kaltverfestigung (Verformungshärtung) und nicht durch Ausscheidungshärtung entwickelt wird.

Typische Hauptelemente in 518 sind Magnesium im mittleren einstelligen Prozentbereich, ergänzt durch kontrollierte Mengen Mangan und Spurenelemente wie Chrom und Titan, um die Korngröße zu stabilisieren und die Rekristallisation zu kontrollieren. Diese Elemente sorgen für eine ausgewogene Kombination aus moderater bis hoher Festigkeit, guter Duktilität in geglühten Zuständen und verbesserter Leistung in marinen und atmosphärischen Umgebungen gegenüber vielen Al-Si- oder Al-Mn-Legierungen.

Wesentliche Merkmale von 518 sind das günstige Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, gute Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion und Lochfraß in Meerwasserumgebungen sowie ausgezeichnete Kaltumformbarkeit im geglühten Zustand. Die Schweißbarkeit ist mit konventionellen Schmelzverfahren meist gut, wobei jedoch lokale Aufweichungen im Wärmeeinflussbereich (WEZ) sowie eine gewisse Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion unter bestimmten Bedingungen bei der Konstruktion berücksichtigt werden sollten.

Industriezweige, die Legierungen wie 518 häufig einsetzen, sind die Automobilbranche, Anhängerbau, maritime Strukturen und Verkleidungen, architektonische Fassaden sowie bestimmte Strukturbauteile im Transport- und Energiesektor. Ingenieure wählen 518, wenn eine Kombination aus Formbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und moderater Festigkeit erforderlich ist und wärmebehandelbare Legierungen für Umform- und Fügevorgänge entweder überflüssig oder nachteilig sind.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, ideal für komplexe Umformungen
H12	Niedrig-Mittel	Mittel	Sehr gut	Ausgezeichnet	Viertelgehärtet; moderater Festigkeitsanstieg
H14	Mittel	Niedrig-Mittel	Gut	Ausgezeichnet	Halbgehärtet; gebräuchlich für Bleche mit leicht erhöhter Steifigkeit
H16	Mittel-Hoch	Niedrig	Mäßig	Ausgezeichnet	Drei-Viertel-gehärtet; verwendet bei höherer Festigkeit ohne Wärmebehandlung
H18	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausgezeichnet	Vollgehärtet; eingeschränkte Umformbarkeit, höchste Kaltverfestigungsfestigkeit
H111	Niedrig-Mittel	Mittel-Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt nach Glühen, unbestimmter Grad der Verfestigung
H32	Mittel	Niedrig-Mittel	Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert, um Umformbarkeit nach begrenztem Glühen zu erhalten

Der Zustand beeinflusst maßgeblich das mechanische Verhalten und die Verarbeitbarkeit von 518. Der geglühte Zustand (O) bietet maximale Duktilität für Tiefziehen und komplexes Stanzen, während H-Zustände eine zunehmende Festigkeit auf Kosten von Dehnbarkeit und Biegeradien eröffnen.

Da 518 nicht durch konventionelle Ausscheidungshärtung gestärkt wird, erfolgen Eigenschaftsoptimierungen durch gezielte Kaltverformung und Stabilisierung. Konstrukteure müssen die Aufweichungen im WEZ nach dem Schweißen berücksichtigen und Zustände wählen, die zu den Umformprozessen und nachgelagerten Anforderungen passen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Hinweise
Si	max. 0,10	Verunreinigung; wird niedrig gehalten zur Erhaltung von Duktilität und Korrosionsbeständigkeit
Fe	max. 0,40	Typische Verunreinigung; beeinflusst Festigkeit und Bildung von Intermetallischen Phasen
Mn	0,20–0,80	Kontrolliert Korngröße und hemmt Rekristallisation
Mg	3,5–5,0	Hauptelement zur Festigkeitssteigerung; verbessert Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit
Cu	max. 0,10	Minimiert, um Korrosionsbeständigkeit zu bewahren; erhöhter Cu-Gehalt reduziert die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit
Zn	max. 0,25	Niedrig gehalten, um anodisches Verhalten gegenüber kathodischen Metallen zu gewährleisten
Cr	0,05–0,25	Kornfeinung und verbessert Beständigkeit gegen Rekristallisation und Korrosion an Korngrenzen
Ti	0,05–0,15	Kornverfeinerer im Guss- und Schmiedeverfahren
Sonstige (Al-Balance)	Rest	Aluminium bildet die Matrix; weitere Spurenelemente werden gemäß Spezifikation kontrolliert

Der Magnesiumgehalt ist der entscheidende Faktor für Festigkeit und Korrosionsverhalten bei 518, wobei höhere Gehalte Zugfestigkeit und Streckgrenze erhöhen, aber auch die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion bei hoher Beanspruchung beeinflussen. Mangan und Chrom wirken als Mikrolegierungselemente zur Korngrößensteuerung und zur Reduzierung der Aufweichung bei thermischer Belastung und Schweißen. Verunreinigungselemente wie Eisen und Silizium sind limitiert, um grobe intermetallische Phasen zu vermeiden, die Zähigkeit und Umformbarkeit verschlechtern können.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 518 variiert stark in Abhängigkeit von Zustand und Blechdicke. Das geglühte Material (O) zeigt relativ niedrige Streckgrenzen bei hoher Dehnung, geeignet für Tiefziehen und Streckumformung, während H-Zustände eine progressive Steigerung von Streck- und Zugfestigkeit bei vermindeter Duktilität und Biegebarkeit aufweisen. Streckgrenze und Zugfestigkeit sind abhängig von Dicke und Verarbeitungsverlauf; dünnere Bleche und stärker kaltverfestigte Zustände erreichen deutlich höhere Festigkeiten bei Raumtemperatur.

Härtewerte korrelieren mit den Zugfestigkeiten und dienen als schnelle Qualitätssicherungsgröße in der Produktion. Die Ermüdungsfestigkeit hängt stark von Oberflächenzustand, Eigenspannungen und Mikrostruktur ab; polierte und kaltverfestigte Oberflächen verbessern die Lebensdauer, während Kerben, Schweißnahtbereiche und grobe intermetallische Phasen diese reduzieren. Bei ermüdungskritischen Details ist die Berücksichtigung der WEZ-Aufweichung Pflicht.

Eigenschaft	O/Geglüht	Beispielzustand (z. B. H14 / H32)	Hinweise
Zugfestigkeit	130–200 MPa	220–320 MPa	Weite Überschneidung; Zugfestigkeit abhängig von Kaltverfestigung und Dicke
Streckgrenze	60–140 MPa	150–260 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit H-Zuständen und Verfestigung
Dehnung	20–35%	6–15%	Duktilität am höchsten im geglühten Zustand, Abnahme mit Verfestigung
Härte	30–55 HB	60–95 HB	Brinellwerte spiegeln das relative Festigkeitsniveau wider

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für geschmiedete Al-Mg-Legierungen; ermöglicht hohe spezifische Festigkeit
Schmelzbereich	~555–650 °C	Solidus- und Liquidusbereich abhängig von Legierung und Spurenverunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	~130–160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium durch Legierungselemente; dennoch gut für Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45% IACS	Mäßig leitfähig im Vergleich zu anderen Konstruktions-Aluminiumlegierungen
Spezifische Wärme	~0,9 J/g·K	Nützlich für zeitabhängige thermische Berechnungen
Wärmeausdehnung	~23–24 µm/m·K	Typischer Ausdehnungskoeffizient für Aluminiumlegierungen; wichtig für Fugen- und Dichtungskonstruktionen

Die physikalischen Eigenschaften machen 518 zu einem attraktiven Werkstoff für Anwendungen, die sowohl Gewichtseinsparung als auch Wärmeableitung erfordern, wie z. B. Karosseriebleche und bestimmte Bauteile zur Wärmeverteilung. Die Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sind für viele thermische Aufgaben ausreichend, wenn auch niedriger als bei reinem Aluminium und ausgewählten wärmebehandelbaren Legierungen; Konstrukteure sollten dies bei der Auswahl der Blechdicken für Wärmeleitpfade berücksichtigen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Häufige Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Dickenabhängig; Kaltumformung erhöht die Festigkeit	O, H12, H14, H32	Weit verbreitet für Karosseriebleche, Verkleidungen und Innenverkleidungen
Platte	6–50 mm	Geringeres Potential für Kaltumformung; Eigenschaften durch Walzen gesteuert	O, H111	Verwendet, wenn dickere Querschnittsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind
Strangpressprofil	Wandstärke 1–25 mm	Festigkeit beeinflusst durch Kaltziehen und Ausscheidungshärtung der Halbzeuge	O, H11, H22	Strukturprofile für Rahmen und Verstärkungen
Rohr	Ø 6–200 mm	Walz- und Ziehprozesse beeinflussen mechanische Anisotropie	O, H14, H16	Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, Struktur- und Meerwasserrohrleitungen
Stab/Stange	Ø 3–80 mm	Kaltumformung erhöht Härte und Streckgrenze	O, H12, H14	Bearbeitete Bauteile und Befestigungselemente mit moderater Festigkeit

Die Form beeinflusst direkt die erreichbare Festigkeit und Mikrostruktur wegen der Unterschiede im Walzen, Ziehen und Abkühlraten. Dünne Bleche können kostengünstig stark kaltverfestigt werden, um hohe H-Zustände zu erreichen, während Platten und dickere Strangpressprofile stärker auf kontrolliertes Walzen und thermomechanische Bearbeitung zur Zielgrößenerreichung angewiesen sind.

Die Unterschiede in der Bearbeitung legen die Anwendungsschwerpunkte fest: Blech ist auf Umformbarkeit und Oberflächenqualität optimiert, Platte auf tragende Strukturbauteile, Strangpressprofile auf komplexe Querschnitte und Stäbe/Rohre auf bearbeitete und gefertigte Komponenten.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	518	USA	Geschmiedete Al-Mg-Legierung; häufig in Lieferantenkatalogen referenziert
EN AW	5182 (am ähnlichsten)	Europa	5182 ist in Europa gebräuchlich und chemisch ähnlich zu AA 518 Varianten
JIS	A5182 (am ähnlichsten)	Japan	Japanische Praxis bezieht sich oft auf 5182 für ähnliche Al-Mg-Zusammensetzungen
GB/T	5182 (am ähnlichsten)	China	Chinesische Normen haben Äquivalente aus der 5xxx-Familie; direkte 1:1 Nummerierung variiert

Direkte 1:1-Äquivalente sind schwer festzulegen, da Legierungsnummern Familien- und lieferantenspezifische Varianten umfassen; 518 entspricht meist 5182-ähnlichen Chemien in internationalen Normen. Kleine Toleranzen, Verunreinigungsgrenzen und vorgeschriebene Zustände können zwischen Spezifikationen abweichen, weshalb Käufer bei länderübergreifendem Ersatz unbedingt Walzzeugnachweise und mechanische Prüfanweisungen kontrollieren müssen.

Korrosionsbeständigkeit

Die Legierung 518 bietet eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und wird häufig für marine und küstennahe Anwendungen spezifiziert, bei denen Chloridbelastung vorkommt. Der Magnesiumanteil sorgt für ein günstiges galvanisches Verhalten im Vergleich zu anodisch edleren Aluminiumlegierungen, jedoch werden zum Schutz der Oberfläche und zur Verbesserung der Langzeitbeständigkeit häufig Oberflächenbehandlungen und Eloxalverfahren angewandt.

In maritimen Umgebungen zeigt 518 eine gute Beständigkeit gegenüber Loch- und Spaltkorrosion, sofern Chloride kontrolliert und schützende Beschichtungen oder Opferanoden in die Konstruktion eingebunden werden. Lokale Korrosion wird durch Verunreinigungen, raue Oberflächen oder abgelöste Beschichtungen begünstigt, daher sind Oberflächenqualität und sorgfältige Abdichtung von Fugen wichtige Maßnahmen.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) steigt mit Magnesiumgehalt und angelegter Zugspannung bei erhöhten Temperaturen oder in aggressiven Chloridumgebungen; Legierungen mit Mg über ca. 5 % sind deutlich risikobehafteter. Für 518-Chemien mit mittlerem Mg-Anteil ist SCC durch Materialauswahl, stressreduzierende Konstruktion und Nachbehandlungen wie mechanische Spannungsarmglühung oder geeignete Überzüge kontrollierbar, wenn kritische Dienstbedingungen dies erfordern.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

518 lässt sich problemlos mittels MIG (GMAW), TIG (GTAW) und Widerstandsschweißverfahren mit herkömmlichen Zusatzwerkstoffen auf Al-Mg-Basis schweißen. Typische Schweißzusätze sind Füller der 5xxx-Serie, die den Magnesiumgehalt des Grundwerkstoffs erfüllen oder leicht übersteigen, um Korrosionsanfälligkeit und Schwächung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) zu minimieren. HAZ-Schwächung ist bei Al-Mg-Legierungen nach dem Schweißen unvermeidlich, daher spezifizieren Konstrukteure oft mechanische Nachweiszugaben oder wählen Kombinationen aus Zustand und Füller, um lokale Festigkeitsverluste auszugleichen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 518 ist moderat und im Vergleich zu höherfesten Aluminiumlegierungen gut, sie ist sauberer zerspanbar als viele Al-Mn-Legierungen, jedoch weicher als wärmebehandelbare Legierungen wie 6061. Hartmetallwerkzeuge mit Spanwinkel, starre Werkstückspannung und kontrollierte Spanabfuhr werden empfohlen, um Aufbauschneiden und Oberflächengallungen zu vermeiden. Werkzeuggeschwindigkeiten sollten für Aluminium (hohe Schnittgeschwindigkeit) kombiniert mit geeigneter Vorschubgeschwindigkeit eingestellt werden, um Schwingungen zu verhindern und gleichmäßige Späne zu erzeugen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit von 518 im Zustand O ist ausgezeichnet für Tiefziehen, Streckumformen und Kantenlegen; typische Mindestbiegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab, können jedoch im weichen Zustand oft 1–1,5× Dicke erreichen. Kaltumformung erhöht die Festigkeit und verringert den zulässigen Biegeradius; Federkraft muss bei der Werkzeugkonstruktion in H-Zuständen berücksichtigt werden. Warmumformen kann die Umformgrenzen geringfügig erweitern, ist aber selten notwendig, außer bei extremen Formen oder hohen Federkraftausgleich.

Wärmebehandlungsverhalten

518 ist als nicht wärmebehandelbare schweißbare Aluminiumlegierung klassifiziert; deutliche Festigkeitssteigerungen werden durch Lösungsfestigung (Mg) und Kaltverfestigung erreicht, nicht durch Ausscheidungshärtung. Ein sinnvoller T6-ähnlicher Ausscheidungshärtungsprozess ist nicht vorhanden, und übliche Wärmebehandlungen bewirken meist eine Erweichung statt Verstärkung.

Typische thermische Bearbeitung beschränkt sich auf Glühen zur Rekristallisation und Rückgewinnung der Zähigkeit (z. B. Glühen bei 345–415 °C je nach Produktform) sowie Stabilisierungsglühen zur Reduktion von Eigenspannungen und zur Steuerung der Maßhaltigkeit. Wo höhere Festigkeit gefordert ist, werden Kaltverfestigungsprozesse (Walzen, Ziehen) mit gezielter Wahl der Zustände (H-Zustände) eingesetzt, um die geforderten Eigenschaften industriell zu garantieren.

Hochtemperatureinsatz

Bei erhöhten Temperaturen kommt es bei 518 zu allmählichem Festigkeitsverlust durch Erholung und Rekristallisation; nutzbare mechanische Eigenschaften liegen meist nur bis ca. 100–150 °C bei tragenden Anwendungen vor. Oxidation ist in den meisten atmosphärischen Umgebungen gering, jedoch beschleunigt längere Einwirkung höherer Temperaturen oder oxidierender Chlorid-Atmosphären die Mikrostrukturänderung und kann die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen.

Besondere Aufmerksamkeit erfordern geschweißte Bauteile, da der Wärmeeinflussbereich (HAZ) durch thermische Zyklen zusätzlich erweichen kann; Kriechbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen ist nur begrenzt vorhanden. Konstruktion mit Nachweiszugaben und Komponentenprüfung ist empfehlenswert bei dauerhafter thermischer Belastung im mittleren Temperaturbereich.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 518 verwendet wird
Automobil	Karosseriebleche, Innenverkleidungen	Exzellente Umformbarkeit im O-Zustand; gute Korrosions- und Dellechtheit bei Kaltverfestigung
Marine	Innenraumkomponenten, Strukturbleche	Gute Korrosionsbeständigkeit im Meerwasser und Schweißbarkeit für geschweißte Baugruppen
Luftfahrt	Sekundärstruktur, Verkleidungen	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Umformbarkeit für nicht-tragende Bauteile
Architektur	Verkleidungen und Dachplatten	Witterungsbeständigkeit und leichte Fertigung für optisch ansprechende Oberflächen
Elektronik	Kühlkörperplatten	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit bei geringerer Dichte für gewichtssensitive Gehäuse

518 wird eingesetzt, wenn ein ausgewogenes Verhältnis von Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und moderater Festigkeit gefordert ist und Schweißbarkeit sowie Oberflächenqualität wichtig sind. Die Vielseitigkeit in Produktformen und Zuständen macht die Legierung zu einer praktischen Wahl für mittelgroße Strukturteile und Gehäuseteile in verschiedenen Industrien.

Auswahlhinweise

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium wie 1100 tauscht der Konstrukteur bei 518 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und bessere Tragfähigkeit ein. Ist Leitfähigkeit der Hauptfaktor, bleiben 1100 oder hochreine Legierungen vorzuziehen; wird jedoch strukturelle Leistung und Korrosionsbeständigkeit priorisiert, ist 518 die bessere Wahl.

Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 518 gewöhnlich höher in der Festigkeit durch den erhöhten Mg-Gehalt bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit; 5052 kann jedoch bei manchen Tiefzieh-Anwendungen bessere Umformbarkeit bieten. Beim Vergleich von 518 mit gebräuchlichen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 ist 518 die Wahl, wenn umfangreiche Kaltumformung oder überlegene Meereskorrosionsbeständigkeit trotz niedrigerer Spitzenfestigkeit gewünscht sind; 6061 ist vorzuziehen, wenn höhere wärmebehandelbare Festigkeit und bessere Bearbeitbarkeit gefordert sind.

Bei der Beschaffung sollten die lokale Verfügbarkeit gewünschter Anarbeitungszustände und Blechdicken, die Verträglichkeit der Schweißzusatzwerkstoffe sowie der mögliche Bedarf an Nachbehandlungen nach dem Schweißen oder Umformen berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das Endbauteil die Anforderungen an Ermüdungsfestigkeit und Maßhaltigkeit erfüllt.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 518 bleibt relevant, da sie die intrinsischen Vorteile von Al-Mg-Systemen – gute Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und hohe Umformbarkeit im geglühten Zustand – mit der Möglichkeit kombiniert, durch wirtschaftliches Kaltumformen nützliche Festigkeiten zu erzielen. Ihr ausgewogenes Eigenschaftsprofil macht sie zu einer vielseitigen Wahl für Anwendungen im Transportwesen, Schiffbau und in der Architektur, bei denen zuverlässige Leistung, Fertigbarkeit und Wirtschaftlichkeit gefordert sind.