Aluminium 5183: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

5183 gehört zur 5xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die durch Magnesium (Mg) gehärtet sind und als nicht wärmebehandelbar eingestuft werden. Die Legierung ist so ausgelegt, dass sie eine höhere Festigkeit als die niedrig-magnesiumhaltigen legierungen mit handelsüblicher Reinheit bietet, dabei aber die für die Mg-haltige Familie charakteristische Korrosionsbeständigkeit beibehält. Das Hauptlegierungselement ist Magnesium, typischerweise im mittleren einstelligen Prozentbereich, mit geringfügigen Zusätzen von Chrom und Spurenelementen zur Kornstrukturkontrolle und zum Schutz gegen interkristalline Korrosion. Der Härtungsmechanismus beruht primär auf der Festigkeitssteigerung durch Lösungs- und Mischkristallhärtung durch Mg sowie Kaltverfestigung bei kaltverformten Zuständen; eine ausscheidungshärtende Behandlung zur Erzielung hoher Festigkeiten ist nicht möglich.

Wesentliche Merkmale von 5183 sind die überdurchschnittliche Zugfestigkeit für eine 5xxx-Legierung, hervorragende marine Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit mit gängigen Zusatzwerkstoffen sowie akzeptable Umformbarkeit in den weichgeglühten und leicht kaltverfestigten Zuständen. Die Legierung wird häufig in maritimen Konstruktionen, Fahrzeugkomponenten, Druckbehältern und Anwendungen eingesetzt, die eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Seewasserbeständigkeit erfordern. Ingenieure wählen 5183, wenn Korrosionsbeständigkeit und Duktilität der 5xxx-Serie gewünscht sind, aber eine höhere Festigkeit als bei den Serien 1100 oder 3000 erforderlich ist, und wenn der Konstrukteur lieber durch Kaltverfestigung als durch Wärmebehandlung die Eigenschaften anpasst.

5183 wird oft gegenüber einigen Legierungen der Serien 6xxx und 7xxx bevorzugt, wenn eine überlegene Schweißbarkeit und Beständigkeit gegenüber Salzwasserumgebungen wichtiger sind als die absolut höchste Festigkeit. Die Legierung wird häufig im Schiffbau, für Offshore-Plattformen, Kryotanks und Transportkomponenten eingesetzt, die zyklischen Belastungen und chloridhaltigen Umgebungen ausgesetzt sind. Die Kombination aus mechanischer Leistung, vorhersagbarem Schweißverhalten und Verfügbarkeit als Blech, Platte und Strangpressprofil macht sie zu einer pragmatischen technischen Wahl für Aluminium-Bauteile mit moderater bis hoher Festigkeit.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; beste Umformbarkeit und Duktilität
H111	Niedrig-Mittel	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt; handelsübliche allgemeine Umformbarkeit
H14	Mittel	Mittel	Gut	Ausgezeichnet	Viertelgehärtet; gebräuchlich für Ziehen und mäßige Umformungen
H24	Mittel-Hoch	Mittel-Niedrig	Akzeptabel	Ausgezeichnet	Stabilisierte Kaltverfestigung für erhöhte Festigkeit
H116 / H1160	Mittel-Hoch	Mittel	Akzeptabel	Ausgezeichnet	Seewasserbeständiger Zustand, häufig in maritimen Anwendungen
H32	Mittel-Hoch	Mittel	Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und durch partielle Glühung stabilisiert
(T Zustände)	Nicht anwendbar	—	—	—	5183 ist nicht wärmebehandelbar; T-Bezeichnungen sind für diese Legierung untypisch

Die Wahl des Zustands beeinflusst das Verhältnis von Festigkeit und Duktilität bei 5183 stark. Das weichgeglühte (O) Produkt bietet die höchste Dehnung und beste Umformbarkeit für Tiefziehen oder komplexe Formgebung, während die H-Zustände die Festigkeit durch Kaltverformung auf Kosten der Dehnung und der Dehnbarkeit progressiv erhöhen.

In der Praxis werden für marine Strukturelemente häufig die Zustände H116 oder H32 gewählt, um eine verbesserte Streckgrenze mit nachgewiesener Seewasserbeständigkeit und verringerter Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion unter typischen Einsatzbedingungen zu kombinieren. Verarbeiter sollten die Zustandsauswahl mit den Umformprozessen und thermischer Belastung am Endprodukt abstimmen, da der Zustand sich während Schweißens oder Warmumformens verändern kann.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	max. 0,40	Silizium begrenzt zur Vermeidung harter, spröder Intermetallische und zur Erhaltung der Duktilität
Fe	max. 0,40	Eisen kontrolliert zur Begrenzung grober intermetallischer Partikel, die Umformbarkeit verschlechtern
Mn	max. 0,10	Niedriger Mangananteil; geringe Mengen verfeinern Korngröße und verbessern Zähigkeit
Mg	4,5–5,5	Hauptlegierungselement; liefert Mischkristallhärtung und Korrosionsbeständigkeit
Cu	max. 0,10	Kupfer reduziert, um Korrosionsbeständigkeit zu erhalten und galvanische Aktivität zu minimieren
Zn	max. 0,25	Zink niedrig gehalten zur Vermeidung von Spannungskorrosionsriss-Anfälligkeit
Cr	0,05–0,25	Chrom zur Kornstruktursteuerung und Reduktion der Korrosions- und Rekristallisationsanfälligkeit
Ti	max. 0,15	Titan als Kornfeinungsmittel, häufig als Rest aus der Verarbeitung vorhanden
Andere (jeweils)	max. 0,05	Spurenelemente und Verunreinigungen begrenzt; Rest Aluminium

Magnesium ist das dominierende Legierungselement und bestimmt das mechanische und korrosive Verhalten von 5183; ein höherer Mg-Anteil sorgt für stärkere Mischkristallhärtung und verbesserte Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen. Chrom wirkt als Mikrolegierung zur Kontrolle des Kornwachstums während der thermomechanischen Verarbeitung und zur Begrenzung von Blätterkornkorrosion und interkristalliner Korrosion. Die niedrigen Cu- und Zn-Gehalte sind bewusst gewählt, um die marine Korrosionsbeständigkeit der Legierung zu bewahren und galvanische Effekte gegenüber Stahl und anderen Metallen zu minimieren.

Mechanische Eigenschaften

Beim Zugversuch zeigt 5183 eine Kombination aus moderater bis hoher Zugfestigkeit und guter Dehnung, abhängig von Zustand und Blechdicke. Einfluss des weichgeglühten (O) Zustands ist eine niedrigere Streckgrenze bei gleichzeitig hoher gleichmäßiger und Gesamtdehnung, passend für Umformoperationen, während die H-Zustände durch Kaltverfestigung erhöhte Streckgrenze und Zugfestigkeit zeigen. Die Härte korreliert mit dem Zustand: H-zustands- oder kaltverfestigte Produkte haben höhere Vickers- bzw. Brinellwerte als geglühte, und die Härte steigt mit dem Kaltverfestigungsgrad.

Die Ermüdungsfestigkeit von 5183 ist für die 5xxx-Familie im Allgemeinen günstig, wenn Oberflächenfinish, Eigenspannungen und Korrosionspitzen kontrolliert werden. Allerdings ist die Lebensdauer unter Ermüdung empfindlich gegenüber Spannungskonzentratoren und pitting-induzierter Korrosion. Die Blechdicke beeinflusst sowohl Festigkeit als auch Duktilität: Dünnere Abschnitte lassen sich leichter kaltverfestigen und erreichen häufig eine bessere Ermüdungswiderstand nach Oberflächenbehandlung, während dicke Platten geringere Umformbarkeit und mechanische Anisotropie aufgrund der Walzgeschichte zeigen können.

Eigenschaft	O/Geglüht	Typischer Zustand (z. B. H116/H32)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~180–260 MPa (abhängig von Dicke)	~260–340 MPa	Weite Spannen aufgrund Dicke und Kaltverfestigungsgrad; Lieferantendaten sind zu konsultieren
Streckgrenze	~60–140 MPa	~170–300 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit H-Zuständen und Kaltverfestigung
Dehnung	~20–35%	~6–18%	Geglühte zeigen hohe Duktilität; H-Zustände tauschen Duktilität gegen Festigkeit
Härte (HB)	~30–70 HB	~60–100 HB	Härte steigt mit Kaltverfestigung und Zustandsbezeichnung

Die genannten mechanischen Werte variieren mit dem Fertigungsverfahren, vorangegangener thermischer Beanspruchung und Produktform; daher sollte das Design auf zertifizierten Werksprüfbescheinigungen der gelieferten Charge beruhen. Für ermüdungskritische Bauteile empfiehlt sich die Spezifikation von Nachbearbeitungen wie Kugelstrahlen, Oberflächenbearbeitung oder Eloxieren, um Initiierungen durch Oberflächendefekte zu vermeiden und die Lebensdauer zu verlängern.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Al-Mg-Legierungen; leicht niedriger als bei manchen Al-Zn- oder Al-Cu-Legierungen
Schmelzbereich	~590–640 °C	Solidus–Liquidus-Bereich abhängig von Zusammensetzung und Verunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber dennoch hoch für wärmeableitende Konstruktionen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–36 %IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch Mg-Legierung und andere gelöste Elemente
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K	Entspricht üblichen Werten für Aluminiumlegierungen
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Typischer Wärmeausdehnungskoeffizient für Aluminiumlegierungen

Die thermische und elektrische Leitfähigkeit von 5183 macht die Legierung geeignet für Wärmespreizer und einige elektrische Anwendungen, bei denen eine höhere mechanische Festigkeit als reines Aluminium gefordert ist. Die Kombination aus relativ hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Umformbarkeit ermöglicht den Einsatz in Wärmetauscherplatten und Gehäusen, die maritimen oder korrosiven Bedingungen ausgesetzt sind.

Planer sollten den relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten beachten, wenn 5183 mit unterschiedlichen Werkstoffen verbunden wird, um thermische Spannungen bei Temperaturwechseln im Einsatz zu minimieren. Die Angaben zum Schmelzbereich sind wichtig für Schweiß- und thermische Prozessanwendungen, da Schmelzen und erneutes Erstarren während des Schweißens lokal Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften verändern.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6 mm	Über die Dicke gleichmäßig; gut zum Stanzen geeignet	O, H111, H14, H116	Weit verbreitet; verwendet für Karosseriebleche und Schiffsaußenhaut
Platte	6–200+ mm	Geringere Umformbarkeit; ermöglicht dickere Strukturabschnitte	O, H112, H116	Schwerblech für Rümpfe, Decks und Druckbehälter
Strangpressprofil	2–200 mm Querschnitt	Festigkeit abhängig vom Profil und dem Nachformungsverzug	O, H32, H116	Längsrichtung profitiert von der Strangpressverfestigung; komplexe Profile möglich
Rohr	Außendurchmesser typ. 6–300 mm	Festigkeit ähnlich wie Blech bei dünnwandigen Rohren	O, H111	Verwendet in Rohrleitungen, Tragrohren und Wärmetauschern
Stab/Stange	Durchmesser 5–200 mm	Massive Querschnitte erreichen Festigkeit durch Kaltverfestigung	O, H14, H24	Verwendung in Verbindungselementen, Armaturen und bearbeiteten Bauteilen

Die Herstellungsprozesse beeinflussen mechanische Anisotropie und Eigenspannungen; Blech und Platte erhalten ihre Eigenschaften durch den Walzverlauf, während Strangpressprofile Legierungszusammensetzung, Werkzeuggeometrie und Abkühlrate kombinieren. Dickbleche werden häufig mit kontrollierter Kornstruktur und Wärmebehandlung geliefert, um Exfoliationskorrosion zu vermeiden und ausreichende Bruchzähigkeit für marine und kryogene Anwendungen sicherzustellen.

Die Auswahl zwischen Blech, Platte und Strangpressform sollte die nachfolgenden Fertigungsschritte (Umformen, Biegen, Schweißen) und die Einsatzbelastungen berücksichtigen; komplexe stranggepresste Profile reduzieren beispielsweise Schweißaufwand, sind jedoch im Stückpreis oft teurer als flachgewalzte Produkte. Oberflächenfinish und Vorbehandlungen wie Anodisieren oder Umwandlungsbeschichtung sollten spezifiziert werden, um Korrosionsschutz und Lackhaftung zu optimieren.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	5183	USA	Aluminum Association Bezeichnung; in Nordamerika weit verbreitet
EN AW	5183	Europa	EN AW-5183 wird oft synonym verwendet, jedoch können spezifische EN-Zusammensetzungen und Toleranzen leicht abweichen
JIS	A5183	Japan	JIS-Varianten stimmen die Chemie auf lokale Fertigungspraktiken ab
GB/T	5183	China	Chinesische Äquivalente weisen ähnliche Mg-Gehalte, jedoch möglicherweise Unterschiede in Verunreinigungsgrenzen auf

Äquivalente Legierungsbezeichnungen sind nominal kompatibel, jedoch können feine Unterschiede bei Verunreinigungsgrenzen, zugelassenen Gefügestrukturen und Härtezuständen zwischen den Normen existieren. Käufer sollten Walzzeugnisse und Auftragsspezifikationen abgleichen und nicht ausschließlich nach der Bezeichnung bestellen, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Schiffsrumpf oder Druckbehälter.

Regionale Fertigungspraxis bevorzugt mitunter bestimmte Zustände oder ergänzende Spezifikationen (z. B. H116 für Marineanwendungen); daher sind sowohl chemische als auch mechanische Prüfanforderungen zu prüfen und Prüfberichte zur Normkonformität anzufordern.

Korrosionsbeständigkeit

5183 bietet eine hohe Beständigkeit gegen allgemeine und lokale Korrosion in atmosphärischer Umgebung und Meerwasser, weshalb es häufig in der Schifffahrt eingesetzt wird. Der relativ hohe Mg-Gehalt sorgt für einen schützenden, haftfähigen Oxidfilm und verbesserte Beständigkeit gegen Lochfraß im Vergleich zu Legierungen mit niedrigem Mg-Gehalt, während Chromzusätze die Anfälligkeit für interkristalline und Exfoliationskorrosion steuern. In chloridehaltigen Umgebungen reduzieren kontrollierte Verunreinigungen und geeigneter Härtezustand (z. B. H116) das Risiko aktiver Korrosion, jedoch können Oberflächenschäden und mangelhafte Wartung trotzdem Lochfraß fördern.

Bezüglich Spannungsrisskorrosion (SCC) können 5xxx-Legierungen mit Mg-Gehalten über ca. 3 % bei anhaltender Zugbeanspruchung und erhöhten Temperaturen anfällig sein; 5183 ist jedoch durch stabilisierende Elemente und Härtezustandskontrolle optimiert, um SCC unter typischen Marinebedingungen zu minimieren. Dennoch sollte die Konstruktion hohe, anhaltende Zugspannungen in warmen chloridhaltigen Umgebungen vermeiden und wo nötig kathodischen Schutz oder Schutzbeschichtungen vorsehen. Exfoliationskorrosion ist bei 5183 im Vergleich zu hoch-Zn- oder kaltverfestigten 7xxx-Legierungen gering.

Bei der Verbindung von 5183 mit anderen Metallen wie Edelstahl oder Kupferlegierungen sind galvanische Wechselwirkungen zu beachten. In chloridehaltiger Umgebung wird Aluminium anodisch und korrodiert bevorzugt, sofern keine Isolierung durch nichtleitende Materialien oder Opferanoden erfolgt. Im Vergleich zu 6xxx-Legierungen (Al-Mg-Si) bietet 5183 bessere Meerwasserbeständigkeit, weist jedoch meist geringere maximale Zugfestigkeit auf; im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) wird etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit gegen deutlich höhere mechanische Festigkeit und verbesserte Marinehaltbarkeit getauscht.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5183 lässt sich gut mit gängigen Lichtbogenverfahren wie TIG (GTAW), MIG (GMAW) und Schutzgasschweißen verarbeiten und spricht gut auf gasgeschützte Verfahren an. Übliche Zusatzwerkstoffe sind 5356 und 5183; 5356 (Al-Mg) wird häufig verwendet, um gute Festigkeit und Duktilität in der Schweißzone sowie Porositätskontrolle zu erreichen. Das Risiko von Heißrissen ist bei 5183 relativ gering im Vergleich zu manchen hochfesten Aluminiumlegierungen, dennoch sind Schweißnahtgestaltung, Sauberkeit und Wärmeeintrag sorgfältig zu steuern, um Porosität zu vermeiden und das Erweichungsverhalten im Wärmeeinflussbereich (HAZ) zu kontrollieren.

Zerspanbarkeit

Die Bearbeitung von 5183 ist moderat im Vergleich zu zerspanungsfreundlichen schweißgeeigneten Legierungen; es zerspant sich besser als viele hochfeste Al-Cu- oder einige Al-Zn-Legierungen, aber unter manchen Schneidbedingungen schlechter als 6xxx Legierungen. Starre Aufspannung, Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und „Pecken“-Verfahren beim Bohren helfen, Aufbauschneiden und schlechte Oberflächenqualität zu vermeiden. Empfohlene Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten im Vergleich zu 6xxx Legierungen konservativ gewählt werden, und Kühlung unterstützt Späneabfuhr und Werkzeugstandzeit.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im O-Zustand sehr gut und bleibt in leicht kaltverfestigten Zuständen wie H111 und H14 gut, was Tiefziehen, Biegen und Drehen typischerweise bei Marinepaneelen und Fahrzeugkarosserien ermöglicht. Minimale Biegeradien hängen vom Härtegrad und Materialdicke ab; bei Blech im O-Zustand sind auch enge Radien (r/t < 1–2) möglich, während H-Zustände größere Radien erfordern und eventuell Zwischenglühen notwendig machen. Für stark beanspruchte Umformprozesse sollte geglühtes Material spezifiziert und Rückfederung durch Werkzeug- und Prozessgestaltung kontrolliert werden.

Wärmebehandlungsverhalten

5183 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung, deren mechanische Eigenschaften durch Kaltverfestigung entwickelt werden und sich durch Glühen oder kontrollierte thermische Einwirkung modifizieren lassen. Lösungsbehandlung und Ausscheidungshärtung, wie sie für wärmebehandelbare Legierungen typisch sind, erzeugen bei 5183 nicht dieselben Verstärkungsmechanismen, daher sind T6-ähnliche Eigenschaften nicht zu erwarten. Stattdessen führt Glühen (O-Zustand) zu minimaler Festigkeit und maximaler Duktilität; kontrollierte Kaltverfestigung erzeugt H-Zustände mit höherer Streck- und Zugfestigkeit.

Wärmezyklen beim Schweißen oder Warmumformen können kaltverfestigte Zustände teilweise anlaufen lassen und lokale Erweichung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) verursachen. Da keine Ausscheidungshärtung vorliegt, kann verlorene Festigkeit nach Überalterung oder Glühen nur durch erneute Kaltverfestigung zurückgewonnen werden. Stabilisierte Zustände (z. B. H116) werden verwendet, um Eigenschaftsänderungen im Betrieb und Schweißen zu begrenzen, indem kontrollierte Kaltverfestigung mit thermischer Stabilisierung kombiniert wird, um Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und Eigenschaftsdrift zu reduzieren.

Hochtemperatureigenschaften

Bei erhöhten Temperaturen nimmt die Streck- und Zugfestigkeit von 5183 ab, da die Festigkeitssteigerung durch Mg in fester Lösung schwächer wird und Erholungsprozesse beschleunigt einsetzen. Praktisch sind Dauerbetriebstemperaturen meist auf etwa 100–150 °C für tragende Anwendungen begrenzt; längere Exposition über diesen Temperaturen reduziert die mechanische Kapazität deutlich und erhöht Kriechraten. Die Oxidation von Aluminium ist im Vergleich zu Eisenwerkstoffen gering, jedoch können Oberflächenskalenbildung und Verlust mechanischer Integrität durch Kornrandversprödung bei dauerhafter Hochtemperatureinwirkung auftreten.

Der Wärmeeinflussbereich (HAZ) beim Schweißen ist besonders kritisch, da lokale Temperaturen fast schmelzpunktnah sind und Mikrostrukturänderungen verursachen; Konstrukteure sollten Betriebsbedingungen vermeiden, die erhöhte Temperatur mit hohen, anhaltenden Zugspannungen in chloridhaltigen Umgebungen kombinieren, um SCC-Risiken zu minimieren. Für temporäre hohe Temperatureinwirkungen sind dickere Querschnitte, entspannte Konstruktionen und Schutzbeschichtungen empfehlenswert, um die Langzeitleistung zu erhalten.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 5183 verwendet wird
Marine	Schiffsbeplankung, Decks, Schotten	Hervorragende Seewasserkorrosionsbeständigkeit und gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
Automobil & Transport	Anhängerböden, Strukturbleche	Gute Umformbarkeit und Beständigkeit gegen enteisende Streusalze am Straßenrand
Luft- & Raumfahrt / Verteidigung	Sekundärstrukturen, Bleche, Beschläge	Günstige Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit für große fabrikationsfertige Baugruppen
Druckbehälter / Kryotechnik	Flüssiggasbehälter, kryogene Anlagen	Gute Zähigkeit bei tiefen Temperaturen und Schweißbarkeit
Elektronik / Wärmeführung	Gehäuse, Chassis	Hohe Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit Korrosionsbeständigkeit

Die Kombination aus mäßig-hoher Festigkeit, Schweißbarkeit und korrosionsbeständiger Qualität für den maritimen Einsatz hält 5183 im breiten Einsatz für Strukturen und Bauteile, die unter harten Umgebungsbedingungen betrieben werden. Seine besondere Eignung für geschweißte, fabrikationsfertige Konstruktionen und für Bauteile, die sowohl Duktilität