Aluminium 5356: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandstabelle & Anwendungen

Umfassender Überblick

5356 gehört zur Aluminiumlegierungsserie 5xxx (Al–Mg-Familie) und enthält nominal etwa 4,5–5,5 % Magnesium sowie geringe Mengen Mangan und Chrom. Als Legierung der 5xxx-Serie ist sie nicht wärmebehandelbar und gewinnt ihre Festigkeit hauptsächlich durch Mischkristallverfestigung und Kaltumformung anstelle von Ausscheidungs-Hitzebehandlung.

Wesentliche Eigenschaften von 5356 sind vergleichsweise hohe Festigkeit für eine warmumgeformte Al–Mg-Legierung, ausgezeichnete Schweißbarkeit (häufig als Schweißzusatzwerkstoff ER5356 geliefert und verwendet), gute Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion und Meerwasser sowie eine vernünftige Umformbarkeit im weichgeglühten und teilweise vergüteten Zustand. Typische Anwendungsbereiche für 5356 sind der Schiffbau und maritime Anwendungen, Druckbehälter, Transport- und Fahrzeugstrukturen, architektonische Bleche sowie als Füllmaterial zum Schweißen von Aluminiumlegierungen.

Ingenieure wählen 5356, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus schweißbarer, korrosionsbeständiger und stärkerer als kommerziell reines Aluminiumlegierung erforderlich ist – insbesondere für geschweißte Baugruppen in maritimer oder chloridebelasteter Umgebung. Sie wird häufig gegenüber niedrigfesteren Legierungen bevorzugt, wenn Schweißverbindungsfestigkeit und Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion im Vordergrund stehen, und gegenüber einigen wärmebehandelbaren Legierungen, wenn eine nachträgliche Wärmebehandlung nach dem Schweißen unpraktisch ist oder die Stabilität der Mischkristallverfestigung bei zyklischer Beanspruchung wichtig ist.

Ausführungszustände (Tempers)

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; beste Wahl für Tiefziehen und Umformen
H111	Moderat	Mittel-hoch	Gut	Ausgezeichnet	Teilweise kaltverfestigt; üblich für Extrusionen
H112	Mittel-hoch	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Dauerhafte Kaltverfestigung durch kontrollierte Verarbeitung
H14	Mittel-hoch	Moderat	Gut bis mäßig	Ausgezeichnet	Viertelhärtung – Festigkeitssteigerung durch Kaltumformung
H24	Hoch	Niedrig bis mittel	Begrenzt	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und teilweise geglüht für Zähigkeit
H32 / H34	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert; verwendet bei Anforderungen an Rückfederrkontrolle

Die Zustände bei 5356 werden durch Kombinationen von Kaltumformung und Stabilisierung erreicht, nicht durch Lösungsglühen und Alterungszyklen. Der Übergang vom Zustand O zu höheren H-Nummern erhöht die Festigkeit und verringert Dehnung sowie Umformbarkeit; die Schweißbarkeit bleibt jedoch über alle Zustände gut, da die Legierung nicht auf Wärmebehandlung zur Festigkeitsbildung angewiesen ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,25	Geringer Siliziumgehalt hält den Erstarrungsbereich eng und reduziert spröde Intermetallische Phasen.
Fe	≤ 0,40	Übliche Verunreinigung; zu viel Eisen kann die Duktilität verschlechtern und Einschlussgehalte erhöhen.
Mn	0,20–0,60	Steuert die Kornstruktur und trägt moderat zur Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei.
Mg	4,5–5,5	Hauptlegierungselement; sorgt für Mischkristallverfestigung und Korrosionsbeständigkeit.
Cu	≤ 0,10	Niedrig gehalten, da Kupfer die Korrosionsbeständigkeit im maritimen Umfeld reduziert.
Zn	≤ 0,20	Geringer Zinkgehalt erhält das galvanische Verhalten gegenüber Stahl und anderen Al-Legierungen.
Cr	0,05–0,25	Zur Kornfeinung und Verbesserung der Beständigkeit gegen Sensibilisierung bei thermischen Belastungen zugesetzt.
Ti	≤ 0,15	Kornfeiner bei kleinen Mengen.
Sonstige (jeweils)	≤ 0,05	Rest- und Spurenelemente; kontrolliert, um konstante Eigenschaften zu gewährleisten.

Die Chemie von 5356 setzt den Schwerpunkt auf Magnesium zur Mischkristallverfestigung und verbesserten Beständigkeit gegen Meerwasser, während Kupfer und Zink begrenzt werden, um die Korrosionsleistung zu erhalten. Mangan und Chrom werden in kontrollierten Mengen eingesetzt, um die Mikrostruktur zu verfeinern und die Anfälligkeit für korrosive Kornrandangriffe bei thermischen Beanspruchungen zu verringern.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5356 wird von der Mischkristallverfestigung durch Magnesium und dem Ausmaß der Kaltumformung im jeweiligen Zustand bestimmt. Im geglühten Zustand zeigt die Legierung eine duktil versprödende Bruchform mit relativ hoher Dehnung, während in kaltverfestigten Zuständen die Zugfestigkeit erheblich steigt, jedoch auf Kosten reduzierter Dehnung. Dicke und Fertigungsart (Walzen vs. Extrusion) haben messbare Auswirkungen: Dünnere Querschnitte und stark kaltverfestigte Extrusionen zeigen typischerweise eine höhere Streck- und Zugfestigkeit wegen verstärkter Kaltumformung und feinerer Mikrostruktur.

Streckgrenze und Dehnung sind temperatur- und dickeabhängig; höhere H-Zustände erhöhen Streck- und Zugfestigkeit, verringern jedoch die gleichmäßige und Bruchdehnung. Die Härte korreliert mit dem Kaltumformungsgrad und wird häufig in Vickers- oder Brinellwerten angegeben, die mit höherem H-Zustand ansteigen. Die Dauerfestigkeit ist generell gut bei Meerwasser- und atmosphärischer Beanspruchung, jedoch müssen geschweißte Verbindungen und schweißnahen Bereiche so gestaltet sein, dass Spannungskonzentrationen und Zug-Ruhewichte vermieden werden, die die Dauerfestigkeit reduzieren.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wesentlicher Zustand (z.B. H111/H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	180–240	240–320	Werte variieren mit Dicke und H-Zustand; angegebene Bereiche typisch für warmumgeformtes Produkt.
Streckgrenze (MPa)	70–140	150–260	Kaltverfestigte Zustände zeigen erhöhte Streckgrenzen in Zusammenhang mit der Kaltverformung.
Dehnung (%)	18–30	6–18	Im geglühten Zustand höchste Duktilität; Kaltumformung reduziert Dehnung.
Härte (HB)	35–60	60–95	Härte steigt annähernd linear mit dem Kaltumformungsgrad; Werte repräsentativ für gängige Zustände.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Al–Mg-Legierungen; nützlich für Festigkeits-zu-Gewichts-Berechnungen.
Schmelzbereich	~570–645 °C	Solidus–Liquidus-Bereich abhängig von Legierung und Einschlüssen; Eutektika minimal.
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium, aber noch gut für Wärmeableitungsanwendungen.
Elektrische Leitfähigkeit	~28–38 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch gelöstes Magnesium.
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Typischer Wert für Aluminium für Wärmemassenberechnungen.
Wärmeausdehnung	~23–24 µm/m·K	Typischer Wärmeausdehnungskoeffizient für Al-Legierungen bei Raumtemperatur.

5356 bewahrt viele der attraktiven physikalischen Eigenschaften von Aluminium: gute Wärmeleitfähigkeit, geringe Dichte und leichte Recyclingfähigkeit. Die exakten thermischen und elektrischen Eigenschaften sind gegenüber reinem Aluminium aufgrund des Magnesiumgehalts reduziert; diese Einbußen sollten bei Auslegung für thermisches Management oder elektrische Leitfähigkeits-kritische Anwendungen berücksichtigt werden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,5–6,0 mm	Festigkeit variiert mit der Kaltwalzverfestigung	O, H111, H14	Weitverbreitet für Bleche und geschweißte Baugruppen; oft mit Deckschichten für Architektur.
Platte	6–50 mm	Geringerer Kaltverfestigungseffekt bei dicken Sektionen	H111, H112	Dickere Sektionen sind schwieriger kalt zu verarbeiten; mechanische Eigenschaften abhängig vom Herstellprozess.
Extrusion	Komplexe Profile, Wandstärken von 1–20 mm	Gute Festigkeit in Profilen durch Kaltverfestigung	H111, H14, H32	Typisch für Strukturbauteile und geschweißte Rahmen; gute Oberflächenqualität erreichbar.
Rohr	Ø10–300 mm, Wandstärke variabel	Festigkeit beeinflusst durch Extrusions- und Ziehverfahren	H111, H14	Verwendet für Fluidleitungen, maritime Geländer und Strukturrohre; vorteilhaften Korrosionswiderstand.
Stab/Rundstahl	Durchmesser 3–50 mm	Verhalten abhängig vom Kaltziehen	H111, H14	Auch als Schweißstäbe/-draht (ER5356) für Füllanwendungen erhältlich.

Verarbeitungsunterschiede zwischen Blech, Platte und Extrusion sind erheblich: Kaltwalzen und Kaltziehen führen bei dünnen Produkten zu Kaltverfestigung und somit höherer Festigkeit, während bei der Plattenherstellung gröbere Körner und geringere Festigkeiten im Ausgangszustand entstehen. Die Verfügbarkeit als Schweißzusatzwerkstoff (Stäbe/Draht) ist ein wichtiger Grund, warum 5356 in vielen Produktformen hergestellt wird; dies ermöglicht eine abgestimmte Metallurgie für geschweißte Baugruppen.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	5356	USA	Primäre Bezeichnung für gewalztes Legierungsmaterial; ER5356 ist ein gebräuchliches Schweißzusatzmaterial.
UNS	A95356	International	UNS-Nummer entspricht AA 5356 für technische Spezifikationen.
ISO / EN	AlMg5	Europa / International	Generische Bezeichnung der Al–Mg5-Familie; zur vollständigen Spezifikation lokale Normen prüfen.
JIS	A5356 (typisch)	Japan	Regionale Nummerierungen variieren; mechanische und chemische Anforderungen verifizieren.
GB/T	AlMg5 / 5356	China	Chinesische Normen listen oft als AlMg5 mit nationalen chemischen Grenzwerten.

Regionale Normen verwenden häufig die Bezeichnung Al–Mg5 für dieselbe nominale Chemie, jedoch können Grenzwerte für Spurenelemente, zulässige Verunreinigungen und Zustandsbezeichnungen leicht abweichen. ER5356 (Schweißzusatz) ist eine überregionale Bezeichnung, jedoch sollten Einkäufer die dickeabhängigen Eigenschaften und mögliche Zusatzbehandlungen aus dem Walzzeugnis bestätigen.

Korrosionsbeständigkeit

5356 zeigt eine sehr gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen und maritimen Umgebungen, da Magnesium in fester Lösung einen stabilen Passivfilm bildet und die Legierung wenig Kupfer enthält. Im Meerwasser und im Spritzwasserbereich eignet sich das Material gut für Rümpfe, Decks und Beschläge bei fachgerechter Auslegung und Wartung; Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen verlängern die Lebensdauer zusätzlich. Lochkorrosion ist weniger aggressiv als bei hochkupferhaltigen Legierungen, jedoch kann Spaltkorrosion in stagnierenden, chloridreichen Umgebungen auftreten, wenn Ablagerungen oder unterschiedliche Belüftungszellen entstehen.

Legierungen mit ca. 5 % Mg, einschließlich 5356, sind bei längerer Exposition im Temperaturbereich von 65–160 °C anfälliger für Sensibilisierung und interkristalline Korrosion; dies ist besonders bei geschweißten Baugruppen relevant, da thermische Exkursionen und Wärmeeinflusszonen (HAZ) zu lokal anodischen Korngrenzen führen können. Spannungskorrosionsrisse (SCC) sind unter dauerhaft zugbeanspruchten Bedingungen in bestimmten Umgebungen möglich, insbesondere bei erhöhten Chloridkonzentrationen und Temperaturen. Das Design sollte daher Restzugspannungen minimieren und galvanische Paare vermeiden, die anodische Reaktionen fördern. Im Vergleich zu 3xxx-Legierungen und technisch reinem Aluminium tauscht 5356 eine etwas geringere Umformbarkeit gegen deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit; gegenüber manchen 6xxx- wärmebehandelbaren Legierungen ist 5356 im maritimen Chloridumfeld oft robuster.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißeignung

5356 gilt als exzellentes Schweißzusatzmaterial und Grundwerkstoff für die meisten Schmelzschweißverfahren wie GTAW (TIG), GMAW (MIG) und FSW. ER5356 Schweißdraht und -elektroden werden häufig für das Verbinden von Al–Mg-Grundwerkstoffen verwendet; Schweißverbindungen zeigen meist gute Zugfestigkeiten und Duktilität. Das Risiko von Heißrissen ist gering im Vergleich zu Al–Si-Schweißzusätzen, jedoch müssen Schweißzusammensetzung und Gelenkgestaltung kontrolliert werden; das Schweißen an hochkupferhaltige Legierungen oder bestimmte 6xxx-Legierungen kann galvanische und SCC-Probleme verursachen. Die HAZ wird gegenüber kaltverformtem Grundmaterial durch Rekristallisation und Kaltverfestigungsrückbildung weicher; lokale Streckgrenzenabsenkungen in der Nähe der Schweißnaht sind zu erwarten.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5356 wird als mäßig bis durchschnittlich gegenüber zerspanungsfreundlichen Aluminiumlegierungen eingestuft; das Material lässt sich in weicheren Zuständen und mit Hartmetallwerkzeugen besser bearbeiten. Empfohlen werden Hartmetall-Fräser und Wendeschneidplatten mit moderaten Freiwinkeln, um das Anbacken von Spanbildung zu vermeiden; Schnittgeschwindigkeiten sind im Vergleich zu Stählen relativ hoch, die Vorschübe sollten so eingestellt werden, dass kurze, kontrollierbare Späne entstehen. Kühlung durch Flüssigkeit oder Luftstoß unterstützt Späneförderung und Wärmekontrolle; Feinbearbeitungen und geringe Zustellungen verbessern die Oberflächenqualität aufgrund der hohen Duktilität.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im weichgeglühten (O-) Zustand ausgezeichnet, es sind kleine Biegeradien möglich. Teilweise kaltverfestigte Zustände (H-Zustände) verringern die Umformbarkeit und erhöhen Federkraft. Praktische empfindliche Innenbiegeradien im geglühten Zustand liegen bei 1–2× Blechdicke, während H14–H32-Zustände üblicherweise größere Radien von 2–4× Blechdicke erfordern, abhängig vom Werkzeug. Für Tiefziehen oder komplexes Stanzen empfiehlt sich der Einsatz des O-Zustands und eine kontrollierte Kaltverfestigung oder Stabilisierung zum gewünschten H-Zustand nach dem Umformen.

Verhalten bei Wärmebehandlung

5356 ist eine nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierung; konventionelles Lösungsglühen und künstliches Altern werden nicht zur Festigkeitssteigerung eingesetzt. Festigkeitsänderungen erfolgen durch mechanische Verformung (Kaltumformung) und gegebenenfalls Stabilisierungsglühen zum Spannungsabbau. Eine längere Temperaturbelastung über ~65 °C kann eine Diffusion von Magnesium und Ausscheidung magnesiumreicher Phasen an Korngrenzen (Sensibilisierung) bewirken, was die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt; daher sollten thermische Nachbehandlungen möglichst begrenzt oder kontrolliert werden.

Das Glühen (O-Zustand) führt zu Erweichung der Legierung durch Rekristallisation und Erholung, wodurch Duktilität und Umformbarkeit wiederhergestellt werden. Stabilisierungsglühungen (Niedertemperaturglühen) werden manchmal zur Reduzierung von Eigenspannungen nach Umformen oder Schweißen angewendet, erzeugen jedoch keine Festigkeitssteigerung wie bei ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen. Konstruktion und Prozesssteuerung basieren daher auf Kaltumformungsschemata und Kontrolle der thermischen Belastung statt auf T-Zuständen.

Hochtemperatureigenschaften

Wie die meisten Al–Mg-Legierungen zeigt 5356 bei höheren Temperaturen signifikanten Festigkeitsverlust; die Dauerbetriebstemperatur für tragende Bauteile liegt typischerweise bei etwa 100–120 °C. Oberhalb von ~150 °C kommt es zu Mikrostrukturerholung und Korngrenzenausscheidungen, die mechanische Eigenschaften mindern und die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion erhöhen können. Oxidation an Luft ist im Vergleich zu Stählen minimal, jedoch beschleunigt Langzeitwärmebelastung Mikrostrukturveränderungen, welche Ermüdungs- und SCC-Beständigkeit verschlechtern.

Die Wärmeeinflusszonen (HAZ) von Schweißnähten sind besonders bei Hochtemperatureinsatz kritisch, da thermische Zyklen sowohl das kaltverformte Grundmaterial erweichen als auch Sensibilisierung an Korngrenzen fördern können. Für kurzfristige hohe Temperaturen, etwa beim Schweißen oder Umformen, sind die Effekte meist beherrschbar; für dauerhaften Hochtemperatureinsatz sollte eine andere Legierungsklasse gewählt werden.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 5356 verwendet wird
Maritim	Rumpfbleche, Geländer, Deckbeschläge, Armaturen	Hervorragende Korrosionsbeständigkeit im Meerwasser und gute Schweißbarkeit; gängiger Zusatzstoff für Schweißreparaturen
Transport	Strukturrahmen, Kraftstofftanks, Anhänger	Gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und robuste Schweißverbindungen
Luft- & Raumfahrt, Verteidigung	Sekundärstrukturen, Halterungen, Beschläge	Günstige Kombination aus Schweißbarkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsschutz
Druckbehälter / Kryotechnik	Lagertanks, geschweißte Behälter	Zuverlässiges Schweißzusatzmaterial und stabile Eigenschaften bei tiefen Temperaturen
Schweißen / Fertigung	Schweißstäbe/-drähte (ER5356), Auftragschweißungen	ER5356 wird häufig als Zusatz für Al–Mg- und Al–Si-Grundwerkstoffe eingesetzt
Architektur	Vorhangfassaden, Vordachplatten	Korrosionsbeständigkeit und Kompatibilität mit Eloxal für langlebiges Erscheinungsbild

Die Rolle von 5356 in der modernen Technik liegt oft in geschweißten Baugruppen, bei denen eine korrosionsbeständige, schweißbare Zusatz- oder Grundlegierung erforderlich ist. Die Kombination aus guter Umformbarkeit (im O-Zustand), Festigkeit (in H-Zuständen) und Verfügbarkeit als Schweißzusatz macht diese Legierung branchenübergreifend zu einer praktischen Wahl.

Auswahlhinweise

Für Konstruktionen, die eine höhere Festigkeit als technisch reines Aluminium (z. B. 1100) bei gleichzeitig guter Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern, ist 5356 eine sinnvolle Upgrade-Option; es geht dabei etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit zugunsten höherer mechanischer Leistung verloren. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 5356 im Allgemeinen höhere Festigkeit und bessere Korrosionsbeständigkeit im Meerwasser, wobei 5052 eine sehr gute Umformbarkeit behält und bei Tiefziehen bevorzugt werden kann. Gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061/6063 wird 5356 gewählt, wenn Nachbehandlungen nach dem Schweißen oder im Betrieb unpraktisch sind oder eine bessere Chloridbeständigkeit trotz geringerer Spitzenfestigkeit gewünscht wird.

5356 sollte gewählt werden, wenn Schweißnaht-Eigenschaften und marine Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind, wenn ein magnesiumhaltiges Zusatzmaterial die Schweißverbindung verbessert oder wenn ein nicht wärmebehandelbarer Verarbeitungsweg bevorzugt wird. Wenn maximale Festigkeit bezogen auf das Gewicht überwiegt und Wärmebehandlung nach der Fertigung zulässig ist, ist eine T6-aushärtbare Legierung oft festigkeitsstärker; bei primärer Anforderung an Tiefziehen kann eine weichere Legierung wie O-Zustand der 3xxx-Serie geeigneter sein.

Abschließende Zusammenfassung

5356 bleibt eine weit verbreitete und relevante Al–Mg-Legierung, da sie eine ausgewogene Kombination aus Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanisch nutzbarer Festigkeit bietet, ohne auf Wärmebehandlungsverfahren angewiesen zu sein. Die breite Verfügbarkeit als Schmiedematerial und Schweißzusatz (ER5356) macht die Legierung zu einer praxisgerechten Wahl für Ingenieure, die geschweißte Konstruktionen im maritimen, Transport- und Architektur-Bereich mit zuverlässiger Leistung und Lebensdauer in chloridhaltigen Umgebungen realisieren müssen.