Aluminium 5450: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5450 ist eine Legierung aus der 5xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die durch Magnesium als Hauptlegierungszusatz charakterisiert ist. Die 5xxx-Serie umfasst nicht wärmebehandelbare Legierungen, deren erhöhte Festigkeit hauptsächlich auf Festlösungsfestigung durch Mg und gegebenenfalls auf Kaltverfestigung zurückzuführen ist.

Die wichtigsten Legierungselemente in 5450 sind Magnesium (typischerweise im mittleren bis oberen einstelligen Gewichtsprozentbereich) mit kontrollierten Anteilen an Mangan, Eisen und Spuren von Cu, Si, Zn und Cr, um Festigkeit, Kornstruktur und Korrosionsverhalten gezielt zu beeinflussen. Der Festigungsmechanismus ist nicht wärmebehandelbar: Die Festigkeit wird durch Mg in fest gelöster Form und mechanische Kaltverformung erreicht; eine künstliche Alterung wird nicht verwendet, um die Spitzenfestigkeit zu erhöhen.

Zentrale Eigenschaften von 5450 sind eine Kombination aus moderat hoher Festigkeit für eine nicht wärmebehandelbare Legierung, gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit (insbesondere in atmosphärischen und leicht marinen Umgebungen), sehr gute Schweißbarkeit mit üblichen Aluminiumschweißzusatzwerkstoffen und gute Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand. Diese Merkmale machen 5450 attraktiv für Strukturbauteile, bei denen Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit ausgewogen sein müssen.

Typische Einsatzbereiche für Legierungen dieser Klasse sind Schiffbau und maritime Konstruktionen, Automobil- und Transportkomponenten, Druckbehälter sowie bestimmte sekundäre Luftfahrtstrukturen. Ingenieure wählen 5450 gegenüber anderen Legierungen, wenn eine höhere fertigungsbedingte Festigkeit und überlegene Schweiß-/Lackiereigenschaften ohne die Kosten und Verzugsprobleme wärmebehandelter Legierungen gefordert sind.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Anmerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, beste Eignung für Umformen und Tiefziehen
H111	Niedrig–Mittel	Hoch	Sehr gut	Sehr gut	Leichte, nicht genauer definierte Kaltverfestigung; behält gute Umformbarkeit
H14	Moderat	Moderat	Gut	Sehr gut	Halbhart; gebräuchlich für Blechanwendungen mit moderater Festigkeit
H22	Moderat	Moderat	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigt und thermisch stabilisiert für verbesserte Stabilität
H32	Moderat–Hoch	Moderat	Akzeptabel	Sehr gut	Kaltverfestigt und stabilisiert; weit verbreitet für Strukturbleche
H34	Hoch	Niedriger	Akzeptabel–Schlecht	Sehr gut	Vollhart-Zustand, eingesetzt bei hoher Steifigkeit und akzeptierter geringerer Duktilität

Der gewählte Zustand für 5450 beeinflusst maßgeblich sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch das Umformverhalten; der weichgeglühte O-Zustand maximiert die Duktilität und ermöglicht komplexe Umformprozesse, während H-Zustände Duktilität gegen höhere Streck- und Zugfestigkeiten eintauschen. Die Stabilität während der Verarbeitung, einschließlich der Beständigkeit gegen Relaxation und Zustandsänderungen im Wärmeeinflussbereich beim Schweißen, wird durch die spezifische H-Bezeichnung und ggf. angewandte Stabilisierung behandelt.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Anmerkungen
Si	≤ 0,40	Entoxidationsmittel und Festigkeitskompromiss; niedrig gehalten zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit
Fe	≤ 0,50	Fremdstoff; höherer Fe-Gehalt kann intermetallische Phasen bilden, die die Umformbarkeit beeinflussen
Mn	0,2–1,0	Verfeinert die Kornstruktur, verbessert Festigkeit und Resistenz gegen Rekristallisation
Mg	3,5–5,5	Primäres Festigungselement; steuert Festlösungshärtung und Korrosionsverhalten
Cu	≤ 0,25	Kleine Zusatzmengen erhöhen die Festigkeit, können aber die Korrosionsbeständigkeit bei höheren Anteilen mindern
Zn	≤ 0,25	Niedrig gehalten, um Anfälligkeit für galvanische und lokale Korrosion zu minimieren
Cr	0,05–0,25	Steuert Kornstruktur und verbessert Widerstand gegen Korrosion an Korngrenzen
Ti	≤ 0,15	Kornfeiner für Guss- oder Strangpressvorgaben; meist Restgehalt in gewalzten Legierungen
Sonstige	Al-Balance, Spuren von Verunreinigungen	Geringe Zusatzmengen und Reste sind kontrolliert, um mechanische und korrosionsschutzbezogene Ziele zu erfüllen

Die Legierungschemie ist so ausgelegt, dass Mg die primäre Festigungsquelle darstellt, während Mn und geringe Mengen Cr Körnung, Rekristallisationsverhalten und Zähigkeit steuern. Niedrige Gehalte an Si, Fe und Cu verhindern spröde intermetallische Partikel und erhalten Umformbarkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Der genaue Zusammensetzungsbereich variiert je nach Lieferant und Norm, jedoch ist die Wirkung von Mg und Mn zentral für die Leistung von 5450.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5450 ist stark abhängig vom Zustand. Im weichgeglühten Zustand zeigt die Legierung relativ niedrige Streck- und Zugfestigkeiten, aber eine hohe gleichmäßige Dehnung, die für starke Umformprozesse geeignet ist. In kaltverfestigten Zuständen steigt die Streckfestigkeit erheblich an, während die Gesamtdehnung abnimmt, wodurch eine hilfreiche Steifigkeit für Strukturbauteile entsteht.

Streck- und Zugfestigkeit hängen sowohl vom Mg-Gehalt als auch vom Verfestigungsgrad durch Kaltumformung ab; typische H-Zustände für Strukturbleche erreichen deutlich höhere Streckgrenzen als geglühtes Material, zeigen aber charakteristische Fließgrenzenerscheinungen und eine begrenzte weitere Kaltverfestigung bei nachfolgenden Umformungen. Die Härte folgt demselben Trend und steigt mit zunehmender Kaltverfestigung; sie stabilisiert sich bei thermischen Stabilisierungsschritten.

Das Ermüdungsverhalten von 5450 profitiert von einer sauberen Mikrostruktur und einer kontrollierten Oberflächenbeschaffenheit; die Ermüdungsfestigkeit ist in kaltverfestigten Zuständen höher, ist jedoch empfindlich gegenüber Schweißnähten und Kerben, die lokale Spannungskonzentrationen verursachen. Materialdicken-Effekte sind wichtig: dünnere Bleche lassen sich leichter kaltverfestigen und erreichen höhere Festigkeiten, weisen aber eine geringere duktilität durch die Dicke sowie unterschiedliche Eigenspannungsprofile nach dem Schweißen auf.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z. B. H32/H34)	Anmerkungen
Zugfestigkeit	~180–260 MPa (typischer Bereich für Legierungsfamilie)	~260–360 MPa (abhängig vom Kaltverfestigungsgrad)	Werte variieren mit Blechdicke, Zustand und Hersteller; als typische technische Bereiche angegeben
Streckgrenze	~60–150 MPa	~150–320 MPa	Streckgrenze steigt signifikant mit Kaltverfestigung; H-Zustandsbezeichnung steuert Stabilität
Dehnung	~20–35%	~8–18%	Im geglühten Zustand höchste Dehnung; H-Zustände reduzieren die Duktilität
Härte	HB 30–55	HB 60–120	Härte steigt mit Kaltverfestigung und reflektiert die Kaltverfestigungshistorie

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Anmerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Al‑Mg-Legierungen; geringfügig höher als bei reinem Aluminium aufgrund der Legierungselemente
Schmelzbereich	~570–650 °C	Dialle Solidus–Liquidus-Bereich hängt von der genauen Zusammensetzung und Nebenbestandteilen ab
Wärmeleitfähigkeit	~120–160 W/m·K	Niedriger als reines Al, aber immer noch gut für Wärmeableitung in Strukturbauteilen
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Mg und Legierungselemente; relevant für EMI- und Leiteranwendungen
Spezifische Wärmekapazität	~880–910 J/kg·K	Nahe an reinem Aluminium; nützlich für thermische Massenrechnungen
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Ähnlich wie bei den meisten handelsüblichen Aluminiumlegierungen; wichtig für thermische Ausdehnungsberechnungen bei Verbindungen mit anderen Materialien

Das physikalische Eigenschaftsprofil positioniert 5450 unter den Aluminiumlegierungen mit gutem Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis bei gleichzeitig brauchbarer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Konstrukteure sollten den relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Verbindungen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigen und die verminderte Wärmeleitfähigkeit gegenüber reinem Aluminium bei Wärmesenken- oder Wärmemanagementanwendungen bedenken. Dichte und spezifische Wärmekapazität sind vorteilhaft für leichte Strukturen mit erfordert thermischer Trägheit.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6 mm	Gut in H-Zuständen; weichgeglüht für Tiefziehen	O, H14, H32, H34	Häufigste Form; verwendet für Abdeckungen und geformte Bauteile
Platte	6–150 mm	Festigkeit nimmt mit zunehmender Dicke bei gleichem Zustand ab	O, H111, H32 (eingeschränkt)	Dickere Sektionen erfordern Kontrolle des Strangguss-/Walzmaterials und der Wärmebehandlungshistorie
Profil (Strangpressung)	Profile bis zu großen Querschnitten	Festigkeit abhängig von Abkühlung und nachfolgendem Kaltumformen	O (für Umformen), H112 (etwas Stabilität)	Verwendet für tragende Bauteile und Rahmen; Legierung muss für Stranggussmaterial angepasst werden
Rohr	Durchmesser und Wandstärke je nach Anwendung	Geschweißt oder nahtlos; mechanische Eigenschaften beeinflusst durch Fertigung	O, H32	Häufig in mechanischen Anwendungen und Fluidführung; Schweißnähte verändern lokale Eigenschaften
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 200 mm	Kaltverfestigung führt zu hohen Festigkeiten bei gezogenen Stäben	O, H14, H34	Verwendet für bearbeitete Bauteile, Befestigungselemente und Teile mit höherer Steifigkeit

Die Wahl der Produktform beeinflusst Mikrostruktur, Festigkeitsgleichmäßigkeit und Fertigungsschritte. Blech und Platte werden gewalzt und können nach dem Walzen geglüht oder stabilisiert werden, um die Eigenschaften anzupassen, während Strangpressprofile und Schmiedeteile eine sorgfältige Kontrolle der Rohmaterialzusammensetzung und Wärmebehandlungshistorie erfordern, um Oberflächenoxide zu vermeiden und Maßstabilität sicherzustellen. Schweißbarkeit und nach Schweißen erreichbare Eigenschaften werden durch die Form beeinflusst – dickere Platten zeigen oft ein größeres Potential für Erweichung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) und benötigen eventuell eine mechanische oder thermische Nachbehandlung.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	5450	USA	Bezeichnung für gewalzte Legierung im amerikanischen System
EN AW	5450	Europa	Gängige europäische Bezeichnung; chemische und mechanische Anforderungen können je nach Spezifikation variieren
JIS	A5450 (ca.)	Japan	Lokale Normen beziehen sich auf ähnliche Al‑Mg‑Legierungsfamilien mit regionalen Toleranzen
GB/T	5450 (ca.)	China	Chinesische Normen enthalten äquivalente Zusammensetzungen, genaue Bereiche in lokalen Spezifikationen prüfen

Eine direkte 1:1-Äquivalenz zwischen den Normen ist nur ungefähr möglich, da regionale Normen oft unterschiedliche Toleranzen für Verunreinigungen, mechanische Prüfungen und Produktformen erlauben. Ingenieure müssen die vollständigen chemischen und mechanischen Werte in den jeweiligen Spezifikationen vergleichen und Werkszeugnisse für Blech oder Platte vom Lieferanten prüfen, um die Austauschbarkeit für kritische Anwendungen sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

5450 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit durch den schützenden Aluminiumoxidfilm und die legierungsbedingte Resistenz gegen Lochfraß. In maritimen und chloridhaltigen Umgebungen ist die Legierung im Allgemeinen robust, insbesondere wenn sie durch Beschichtungen oder Eloxieren geschützt ist. Dennoch können lokale Angriffe an Schweißnähten, Befestigungsstellen oder Kratzern auftreten, wenn die Oberfläche nicht ordnungsgemäß behandelt wurde.

Die Anfälligkeit für Spannungskorrosionsrisse (SCC) wird durch den Mg-Gehalt und den Zustand beeinflusst; Legierungen der 5xxx-Familie mit Mg-Anteilen über ca. 3,5 % können unter Dauerzugspannung in korrosiven Umgebungen in hochfesten oder sensibilisierten Zuständen SCC zeigen. Beim Schweißen entsteht in vielen kaltverfestigten Zuständen ein erweichter Wärmeeinflussbereich (HAZ), der die lokale Korrosionsbeständigkeit und mechanische Leistung beeinträchtigen kann, wenn dies nicht berücksichtigt wird.

Galvanische Wechselwirkungen entsprechen dem typischen Aluminiumverhalten: 5450 ist anodisch gegenüber rostfreien Stählen und Kupferlegierungen, daher sollte ein direkter Kontakt ohne Isoliermaterial oder Opferanode vermieden werden. Im Vergleich zu 6xxx- und 7xxx-Legierungen bietet 5450 eine bessere allgemeine Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit, jedoch eine geringere Zugfestigkeit als die ausgereiften 6xxx- oder 7xxx-Legierungen. Gegenüber der 3xxx-Reihe verfügt 5450 über eine deutlich höhere Festigkeit bei ähnlicher oder leicht verminderter Umformbarkeit.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5450 eignet sich gut für übliche Schmelzschweißverfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW), zeigt gutes Schmelzbadverhalten und eine geringe Neigung zu Heißrissen bei Verwendung geeigneter Schweißzusätze und Parameter. Typische Schweißzusätze für die 5xxx-Familie sind ER5183 und ER5356, ausgewählt auf Basis von Festigkeit, Korrosionsverhalten und um Wasserstoffaufnahme zu steuern; ER5356 wird oft für optisch ansprechende Verbindungen und eloxierte Oberflächen bevorzugt. Die Erweichung im Wärmeeinflussbereich stellt bei kaltverfestigten Zuständen ein praktisches Problem dar, weswegen Konstrukteure Anschlussgestaltung, mechanische Stabilisierung vor/nach dem Schweißen und mögliche Nachbehandlungsstrategien berücksichtigen sollten.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5450 ist mittel bis mäßig; wie viele Al‑Mg-Legierungen kann sie zäh sein und bildet kontinuierliche Spanfolgen, sofern keine Spanunterbrecher oder Abbruchstrategien verwendet werden. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und scharfen Geometrien werden empfohlen, zusammen mit moderaten Schnittgeschwindigkeiten und großzügiger Kühlung, um Anbackungen und Hitzeentwicklung zu vermeiden. Oberfläche und Maßgenauigkeit sind im Allgemeinen gut, wenn geeignete Vorschübe und Werkzeugmaterialien entsprechend der Duktilität der Legierung gewählt werden.

Umformbarkeit

Das Umformen gelingt am besten im weichgeglühten (O) Zustand, bei dem minimale Biegeradien und Tiefziehoperationen realisierbar sind. In H-Zuständen müssen die Biegeradien vergrößert werden und die Umformprozesse berücksichtigen reduzierte Dehnbarkeit sowie das Rückfederungsverhalten; typische minimale innere Biegeradien für H14–H32 Zustände liegen bei etwa dem 1- bis 2-fachen der Materialdicke, abhängig von Werkzeug und Bauteilgeometrie. Falls nach dem Schweißen oder Kaltumformen noch stark umgeformt werden muss, kann ein Zwischenglühen die Duktilität wiederherstellen, muss aber im Prozessablauf vorgesehen werden.

Wärmebehandlungsverhalten

5450 ist eine nicht wärmebehandlungsfähige Legierung; die mechanischen Eigenschaften lassen sich durch klassische Lösungsglühen und künstliches Altern nicht wesentlich verbessern. Die Festigkeitssteigerung erfolgt durch Mg-Solvat und Kaltumformen, wo sinnvoll. Das Glühen (vollständige Weichglühung zum O-Zustand) wird durch Erhitzen auf geeignete Temperaturen durchgeführt, um Eigenspannungen abzubauen und Duktilität wiederherzustellen; spezifische Glühzyklen hängen von Dicke und Produktform ab.

Thermische Stabilisierung (z. B. kontrolliertes leichtes Überalterungs- oder mäßiges Wärmeeinwirken) kann eingesetzt werden, um H-Zustände gegen Kaltverfestigungsalterung zu stabilisieren und das Erweichungspotential im Einsatz oder beim Schweißen zu reduzieren. Versuche, T-Typ-Wärmebehandlungen (für ausscheidungshärtende Legierungen) anzuwenden, führen bei 5450 nicht zur Festigkeitssteigerung wie bei 6xxx- oder 7xxx-Legierungen und werden deshalb nicht eingesetzt.

Hochtemperatureigenschaften

Wie bei den meisten Aluminiumlegierungen nimmt die Festigkeit von 5450 mit steigender Temperatur kontinuierlich ab; der Dauerbetrieb ist in der Regel auf deutlich unter 200 °C begrenzt, um größere Einbußen bei Streckgrenze und Kriechbeständigkeit zu vermeiden. Für viele Strukturbauteile wird eine konservative obere Einsatztemperatur im Bereich 100–150 °C gewählt, um ausreichende mechanische Sicherheitsreserven zu gewährleisten.

Die Oxidation bei erhöhten Temperaturen wird durch die schützende Aluminiumschicht begrenzt, jedoch können langanhaltende Temperaturbelastungen die Mikrostruktur an Korngrenzen verändern und lokal Korrosionsphänomene in aggressiven Umgebungen beschleunigen. Der Wärmeeinflussbereich von Schweißnähten und zuvor kaltverfestigte Bereiche sind besonders temperatursensibel und sollten auf Eigenschaftsverluste unter den erwarteten thermischen Einsatzbedingungen geprüft werden.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 5450 verwendet wird
Automobil- & Verkehrsbereich	Strukturverstärkungen, Bauteile für Crashtests	Kombination aus höherer werkseitiger Festigkeit und guter Schweißbarkeit für verschweißte Baugruppen
Schiffbau/Marine	Rumpfbleche, Decksstrukturen, Halterungen	Gute Korrosionsbeständigkeit in Meerwasserumgebungen und hohe Verträglichkeit mit Nieten/Schweißverbindungen
Luft- und Raumfahrt (sekundär)	Beschläge, Zugangsklappen, Bodensystemelemente	Günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und gute Fertigungseigenschaften für nicht primäre Strukturen
Druckbehälter & Tanks	Behälterschalen, Armaturen	Gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität sowie Schweißbarkeit für geschweißte Druckbauteile
Elektronik & Thermomanagement	Halterungen, Gehäuse mit Wärmeableitungsbedarf	Angemessene Wärmeleitfähigkeit bei höherer mechanischer Festigkeit als reines Al

5450 wird für Komponenten ausgewählt, bei denen höhere Festigkeiten als bei konventionellen kaltverfestigten Legierungen gefordert sind, ohne die zeitlichen Verzögerungen und Verzugsrisiken ausscheidungshärtender Wärmebehandlungen in Kauf nehmen zu müssen. Das ausgewogene Eigenschaftsprofil ermöglicht geschweißte, geformte und bearbeitete Bauteile in vielen Verkehrs- und Marineanwendungen.

Auswahlhinweise

Für Konstrukteure ist 5450 eine pragmatische Wahl, wenn moderate bis hohe Festigkeit, ausgezeichnete Schweißbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als maximale Leitfähigkeit oder wärmebehandlungsbedingte Höchstfestigkeiten. Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium wie 1100 tauscht 5450 Wärme-/Elektrische Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen deutlich höhere Streck- und Zugfestigkeiten ein.

Im Vergleich zu kalthärtenden Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 5450 typischerweise eine deutlich höhere statische Festigkeit bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit; der Nachteil ist eine geringere Umformbarkeit bei kaltgewalzten Zuständen und potenziell höhere Materialkosten. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 5450 zwar keine Höchstfestigkeiten durch Auslagerung, wird aber häufig bevorzugt, wenn überlegene Schweißbarkeit, geringeres Verzugsrisiko und bessere Korrosionsbeständigkeit im maritimen Bereich wichtiger sind als die maximal erreichbare Zugfestigkeit.

Verwenden Sie 5450, wenn die Designprioritäten auf geschweißte Fertigung, Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen oder maritimen Umgebungen sowie eine höhere Grundfestigkeit liegen, die über den Zustand und Kaltverformung statt durch Wärmebehandlung eingestellt werden kann.

Abschließende Zusammenfassung

5450 bleibt als robuste Aluminiumlegierung der 5xxx-Serie relevant und bietet eine überzeugende Balance aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsfreundlichkeit für geschweißte und umgeformte Strukturbauteile. Aufgrund seiner nicht wärmebehandelbaren Eigenschaft vereinfacht es die Produktion und Prüfung, wodurch es sich als effiziente Wahl für Anwendungen eignet, bei denen reproduzierbare mechanische Eigenschaften im ausgelieferten Zustand und dauerhafte Betriebssicherheit gefordert sind.