Aluminium 5457: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

5457 ist eine Legierung aus der 5xxx-Serie der Aluminiumlegierungen und gehört damit zur Al–Mg-Familie, bei der Magnesium der Hauptlegierungszusatz ist. Als Mitglied der 5xxx-Familie ist sie nicht wärmebehandelbar; die Festigkeitssteigerung wird hauptsächlich durch Mg in fester Lösung und durch Kaltverfestigung während der Umformprozesse erreicht.

Die wichtigsten Legierungselemente in 5457 sind Magnesium in relativ hohen Anteilen (typischerweise etwa 4–5 Gew.-%) mit kontrollierten Zusätzen von Mangan sowie Spuren von Chrom und Titan zur Kornfeinung und Steuerung der Rekristallisation. Diese Legierungswahl ergibt eine Kombination aus erhöhter Festigkeit für ein gewalztes Aluminiumblech und verbesserter Beständigkeit gegenüber allgemeiner Korrosion im Vergleich zu vielen Legierungen der Serien 1xxx–3xxx.

Wesentliche Eigenschaften von 5457 sind mittelhohe bis hohe Festigkeit für eine nicht wärmebehandelbare Legierung, gute Schweißbarkeit mit geeigneten Zusatzwerkstoffen, akzeptable Umformbarkeit in weicheren Zuständen sowie gute atmosphärische und marine Korrosionsbeständigkeit bei entsprechender Oberflächenbehandlung. Typische Anwendungsbereiche für 5457 sind Karosserieaußenteile und Verschlüsse im Automobilbau, Anhänger und Transporteinrichtungen, allgemeine Strukturbauteile sowie einige Marine- und Architektur­anwendungen, bei denen ein günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Korrosionsbeständigkeit gefordert ist.

Ingenieure bevorzugen 5457 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus höherer Streckgrenze und Zugfestigkeit als bei üblichen kaltverfestigten Legierungen (3000-/5000er Serien mit niedrigerem Mg-Gehalt) gewünscht wird, ohne auf wärmebehandelbare 6xxx- oder 7xxx-Legierungen zurückgreifen zu müssen, die die Umform- und Schweißprozesse erschweren. Diese Legierung wird gewählt, wenn ein höherer magnesiumbedingter Festigkeitszuwachs erforderlich ist, gleichzeitig aber eine überlegene Korrosionsbeständigkeit und gute Lackierbarkeit für Außenanwendungen erhalten bleiben sollen.

Temper-Zustände

Temper	Festigkeitsgrad	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Umformprozesse
H111	Mittelhoch	Mittel	Gut	Sehr gut	Einrichtungs-Kaltverfestigung, üblich für Blechumformung
H14	Mittel	Mittelhoch	Sehr gut	Sehr gut	Viertelharter Zustand für moderate Umformung mit höherer Festigkeit
H18	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Gut	Volle Härte für Anwendungen mit maximaler Festigkeit im gewalzten Zustand
H32	Mittelhoch	Mittel	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigt und stabilisiert; zur Begrenzung des Rückfederns eingesetzt
H116 / H321	Mittelhoch	Mittel	Gut	Sehr gut	Stabilisierte Zustände für verbesserte Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Lackhärtungszyklen

Der Temperierungszustand bei 5457 dient dazu, Herstellbarkeit und Festigkeit im Ausgangszustand auszubalancieren; weichere Zustände (O, H14) eignen sich für Tiefziehen und komplexe Umformungen, während härtere Zustände (H18, H32) höhere Streck- und Zugfestigkeiten im Ausgangszustand bieten. Stabilisierte Varianten wie H116 oder H321 werden für Marine- oder lackierte Anwendungen ausgewählt, da sie Veränderungen durch Ausscheidungen bei thermischer Belastung begrenzen und die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion reduzieren.

Da 5457 nicht wärmebehandelbar ist, werden Änderungen der mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch Kaltverfestigung, Kaltalterung und thermische Stabilisierung bestimmt und nicht durch Lösungsglühen und Ausscheidungshärtung, wie dies bei den 6xxx- oder 7xxx-Familien üblich ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,25	Typische Verunreinigung; niedrig gehalten zur Erhaltung von Duktilität und Korrosionsbeständigkeit
Fe	≤ 0,40	Verunreinigung, die intermetallische Phasen bilden kann und so Zähigkeit und Oberflächenqualität beeinflusst
Mn	0,20–0,80	Steuert die Kornstruktur und verbessert Festigkeit sowie Zähigkeit
Mg	4,0–5,0	Hauptfestigungselement, sorgt für Festigkeitssteigerung durch feste Lösung
Cu	≤ 0,10	Niedrig gehalten zur Beibehaltung der Korrosionsbeständigkeit; höhere Kupfergehalte erhöhen Festigkeit, vermindern jedoch Korrosionsbeständigkeit
Zn	≤ 0,25	Geringer Anteil; höhere Mengen könnten galvanische Aktivitäten fördern
Cr	0,05–0,25	Zur Steuerung der Rekristallisation und Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit an Korngrenzen hinzugefügt
Ti	≤ 0,15	Kornverfeinerer in kleinen Mengen, dem Guss oder Barren zugesetzt
Weitere (jeweils)	≤ 0,05–0,15	Umfasst Spurenelemente; Rest ist Aluminium

Der hohe Magnesiumgehalt ist der Haupttreiber für die erhöhte Festigkeit von 5457 im Vergleich zu Legierungen der 5xxx-Serie mit niedrigerem Mg-Gehalt. Mangan verfeinert die Kornstruktur und steigert Festigkeit und Zähigkeit, ohne die Korrosionsbeständigkeit wesentlich zu beeinträchtigen. Kleine Mengen Chrom und Titan sind gezielte Mikrolegierungszusätze, die die Struktur stabilisieren und das Kornwachstum während der thermomechanischen Verarbeitung kontrollieren, was die Umformbarkeit erhält und das weichere Verhalten durch Rekristallisation begrenzt.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5457 hängt stark vom Temperzustand und der Blechdicke ab: weichere Zustände bieten hohe Bruchdehnung und niedrigere Streckgrenzen, während kaltverfestigte Zustände Streck- und Zugfestigkeit bei reduzierter Dehnung erhöhen. Die Streckgrenzen in kaltverfestigten Zuständen sind vergleichsweise hoch für eine nicht wärmebehandelbare Legierung und bieten somit gute Sicherheitsreserven bei dünnwandigen Strukturblechen.

Die Härte korreliert mit der Zugfestigkeit und nimmt mit zunehmender Kaltverfestigung zu; Zustände vom Typ H18 erreichen die höchsten Brinell- oder Vickershärtewerte dieser Legierung, während Proben im O-Zustand wesentlich niedrigere Härten zeigen, die eine ausgezeichnete Umformbarkeit erlauben. Die Ermüdungsfestigkeit ist für Transportanwendungen allgemein gut, sofern Oberflächenbeschaffenheit und Korrosionsschutz gewährleistet sind; die Lebensdauer ist empfindlich gegenüber Schweißnähten, Kerben und Oberflächenkratzern.

Dicke hat einen deutlichen Einfluss: Dünnere Bleche erreichen typischerweise aufgrund verstärkter Kaltverfestigung höhere scheinbare Streck- und Zugfestigkeiten, während dicke Platten oder Strangpressprofile meist weicher sind und höhere Bruchdehnung zeigen. Konstrukteure müssen daher Werkstoffwerte verwenden, die an den jeweiligen Temperzustand, Produktform und Dickenbereich angepasst sind, statt einen allgemeinen Wert zugrunde zu legen.

Eigenschaft	O/geglüht	Haupt-Temper (typisch H111/H32)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	200–260	320–380	Werte variieren mit Dicke und Kaltverfestigungsgrad; angegebene Bereiche typisch für Blechprodukte
Streckgrenze (MPa)	80–150	200–310	Streckgrenze steigt stark mit Kaltverfestigung; Spezifikation muss Temper und Dicke spezifizieren
Bruchdehnung (%)	18–30	8–18	Duktilität nimmt mit steigender Festigkeit ab; Umformbarkeit sollte im jeweiligen Temper bewertet werden
Härte (HB)	35–60	80–110	Härte korreliert mit Zugfestigkeit und Kaltverfestigungsgrad; Härteprüfung sinnvoll für Qualitätssicherung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,69 g/cm³	Leicht geringer als bei einigen anderen hochlegierten Aluminiumprodukten; gutes Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis
Solidus/Liquidus	~605–650 °C	Legierung erweitert das Schmelzbereichsintervall im Vergleich zu reinem Aluminium
Wärmeleitfähigkeit	~120–140 W/m·K (25 °C)	Niedriger als bei reinem Aluminium; akzeptabel für allgemeines Wärmemanagement, aber weniger als reine 1xxx-Legierungen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–36 % IACS	Durch Mg- und Mn-Zusätze reduziert; wichtig für elektrische Anwendungen und Fügeverfahren
Spezifische Wärme	~880–920 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Umgebungstemperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	~23–24 µm/m·K	Typisch für Aluminiumlegierungen; bei Kombination mit Stahl oder Verbundwerkstoffen Differenz in Ausdehnung berücksichtigen

Die physikalischen Eigenschaften der Legierung machen 5457 attraktiv für Anwendungen, bei denen geringe Masse und ein angemessenes thermisches Verhalten benötigt werden. Sie wird jedoch nicht gewählt, wenn maximale thermische oder elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist. Die Wärmeausdehnung ist typisch für Aluminium und muss bei Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigt werden, um Spannungen durch Temperaturwechsel zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,5–4,0 mm	Festigkeit steigt mit Kaltumformung und Kaltverfestigung	O, H14, H111, H32	Meist verbreitete Form für Karosseriebleche und architektonische Verkleidungen
Platte	>4,0 mm	Geringere Kaltverfestigung gegenüber dünnem Blech; bearbeitete oder geschweißte Strukturbauteile	O, H112	Verwendung bei Anforderungen an Steifigkeit, Schweißbarkeit und Bohren
Extrusion	Profilquerschnitte	Festigkeit abhängig vom Extrusionsverhältnis und nachfolgender Kaltumformung	O, H22, H32	Verwendung für tragende Rahmen und Verstärkungen bei geringem Gewicht
Rohr	Ø klein bis groß	Festigkeit wird von Wandstärke und Zustand bestimmt	H14, H32	Verwendung in Leichtbaukonstruktionen, Geländern und Transportrahmen
Stab/Rundstahl	Verschiedene Durchmesser	Typischerweise weicher, außer kaltgezogen	O, H12	Verwendung für Befestigungen, bearbeitete Fittings und fertige Bauteile

Verarbeitungseinflüsse steuern das mechanische Verhalten und die vorgesehenen Anwendungen: Bleche werden häufig kaltgewalzt und kaltverfestigt für Karosseriebleche, während Profile und Platten oft in weicheren Zuständen geliefert werden, um spätere Umformung oder Bearbeitung zu ermöglichen. Schweiß- und Fügestrategien unterscheiden sich ebenfalls nach Form; beispielsweise benötigen Rohr- und Profil-Schweißungen meist Zusatzwerkstoffe und Vor- oder Nachbehandlungen, um das Erweichen der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu kontrollieren.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	5457	USA	Bezeichnung in nordamerikanischen Normen und Lieferantenkatalogen
EN AW	5457	Europa	EN-Bezeichnung numerisch identisch mit AA; chemische und mechanische Grenzwerte können leicht variieren
JIS	—	Japan	Kein exaktes 1:1 JIS-Äquivalent; ähnliche Eigenschaften wie Produkte der Al–Mg-Hochmagnesium-Reihe; lokale Spezifikationen prüfen
GB/T	5457	China	Chinesische Normen erwähnen 5457 mit vergleichbarer Zusammensetzung, aber unterschiedliche Toleranzen und Zustände

Eine enge numerische Entsprechung besteht häufig mit EN AW-5457 in europäischen Spezifikationen, jedoch führen geringe erlaubte Unterschiede bei Verunreinigungsgrenzen, Zustandsbezeichnungen und Prüfmethoden dazu, dass Ingenieure Zertifikate vergleichen sollten, anstatt von Austauschbarkeit auszugehen. Für JIS und einige nationale Normen existiert keine exakte Entsprechung; in solchen Fällen erfolgt die Auswahl anhand der Übereinstimmung von chemischer Zusammensetzung und mechanischem Eigenschaftsprofil statt über eine einzelne Werkstoffbezeichnung.

Korrosionsbeständigkeit

5457 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische und industrielle Korrosionsbeständigkeit, basierend auf der schützenden Aluminiumoxidschicht und der relativ reinen Legierungschemie. Der nennenswerte Magnesiumanteil erhöht die Korrosionsbeständigkeit gegenüber vielen 1xxx- und 3xxx-Legierungen, kann jedoch die Anfälligkeit für bestimmte lokal begrenzte Korrosionsarten steigern, wenn Verunreinigungen (Fe, Si) erhöht sind. Geeignete Oberflächenbehandlungen, Beschichtungen und Eloxieren verbessern die Langzeitbeständigkeit bei exponierten architektonischen und transporttechnischen Anwendungen.

In marinen Umgebungen eignet sich 5457 gut für viele Strukturbauteile, jedoch steigt die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) mit zunehmendem Magnesiumgehalt und Zugbeanspruchung. Stabilisierte Zustände (H116/H321) oder Nachbehandlungen nach dem Schweißen sind häufig eingesetzte Maßnahmen zur Minderung des SCC-Risikos in chloridhaltigen Atmosphären. Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Metallen (z. B. Kupfer, rostfreie Stähle) erfordern Aufmerksamkeit; geeignete Isolierung und Auswahl von Befestigungselementen verhindern beschleunigten lokalen Angriff.

Im Vergleich zu 6xxx wärmebehandelbaren Legierungen bietet 5457 im Allgemeinen eine überlegene Langzeitkorrosionsbeständigkeit in vielen Chloridumgebungen, während 6xxx-Legierungen oft höhere Höchstfestigkeiten erreichen, jedoch ohne Schutzmaßnahmen eine geringere intrinsische Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Gegenüber niedrig-Mg 3xxx- oder reinen 1xxx-Legierungen bietet 5457 bessere Festigkeit bei keinem starken Nachteil in der Korrosionsbeständigkeit, was es für äußere Strukturbleche und marine Überbauten geeignet macht.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5457 lässt sich gut mit üblichen Schmelzschweißverfahren (TIG, MIG/GMAW) verarbeiten und reagiert vorteilhaft mit geeigneten Aluminium-Magnesium-Zusatzwerkstoffen wie ER5356 und ER5183, die eine gute Duktilität und Korrosionsbeständigkeit des Schweißgutes gewährleisten. Das Risiko für Heißrisse ist relativ gering im Vergleich zu einigen kupferreichen Legierungen, dennoch sind sorgfältige Schweißnahtgestaltung und Kontrolle der Schweißwärmezufuhr notwendig, um Erweichung und Verzug in der Wärmeeinflusszone zu minimieren. Die mechanischen Eigenschaften in der HAZ sind gegenüber dem kaltverfestigten Grundwerkstoff reduziert, sodass Schweißnahtkonzeption und gegebenenfalls mechanische Nachbehandlungen für hochbeanspruchte Bauteile berücksichtigt werden müssen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 5457 ist moderat im Vergleich zu gut zerspanbaren Stählen oder den 6xxx-Legierungen; die Legierung neigt zum Verkleben, wenn Schnittparameter nicht optimiert sind. Hartmetallwerkzeuge mit passenden positiven Spanwinkel, ein stabiler Werkstückhalt und Kühlmittelflutung werden für Fräsen und Drehen von Platten und Profilen empfohlen. Moderate Schnittgeschwindigkeiten und höhere Vorschübe fördern den Bruch der Späne; unterbrochene Schnitte profitieren von zäheren Hartmetallqualitäten oder Beschichtungen zur Verringerung von Kantenabplatzungen.

Umformbarkeit

Die Umformeignung ist abhängig vom Zustand und der Blechdicke: vollweichgeglühte (O) und leicht kaltverfestigte Zustände ermöglichen Tiefziehen und komplexes Stanzen; höhere Festigkeitszustände verringern den minimal zulässigen Biegeradius und erhöhen Federhärten. Typische Biegeradien bei Blechen liegen bei etwa 2–4× Dicke in weicheren Zuständen und steigen bei höherfesten Zuständen; für komplexe Geometrien sind Umformversuche empfohlen. Warmumformen und sorgfältige Werkzeugauslegung können die Umformbarkeit bei höherfesten Zuständen erweitern und Rissbildung an Kanten minimieren.

Wärmebehandlungsverhalten

Als Mitglied der nicht-wärmebehandelbaren 5xxx-Familie spricht 5457 nicht auf Lösungsbehandlung und künstliches Altern an, um höhere Festigkeitswerte zu erzielen. Die wichtigsten Mechanismen für Festigkeitsanpassung sind Kaltverfestigung und thermische Stabilisierung. Lösungsglühen und Abschrecken-/Alterungszyklen führen bei 5457 nicht zu der Art der Ausscheidungshärtung, die bei 6xxx-Legierungen auftritt; daher basieren die Gebrauchseigenschaften auf Walzen und Kaltverfestigung.

Das Glühen (O-Zustand) baut vorherige Kaltverfestigung ab und stellt die Duktilität für Umformoperationen wieder her; eine kontrollierte nachfolgende Kaltverfestigung erzeugt eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit und Dehnung für den Gebrauch. Stabilisierte Zustände (z. B. H116, H321) werden durch niedrige Temperaturbehandlungen oder kontrolliertes Altern erzielt, um die Anfälligkeit gegenüber Spannungsrelaxation und Spannungsrisskorrosion zu verringern, ohne die Festigkeit signifikant zu mindern.

Verhalten bei hohen Temperaturen

5457 behält bei mäßig erhöhten Temperaturen eine nutzbare Festigkeit, zeigt jedoch mit Temperaturanstieg über ca. 100 °C einen fortschreitenden Verlust an Streck- und Zugfestigkeit. Für Dauerbetrieb jenseits 100–150 °C sollten Konstrukteure die Eigenschaftserhaltung prüfen, da längere Einwirkungen zu Rekristallisation und teilweisem Glühen der kaltverfestigten Mikrostruktur führen können. Die Oxidationsrate ist moderat und typisch für Aluminiumlegierungen; Schutzbeschichtungen und Eloxal verbessern die Oberflächenstabilität bei hohen Temperaturen.

Wärmeeinflusszonen an Schweißnähten können eine lokale Erweichung zeigen, die durch erhöhte Einsatztemperaturen verstärkt wird, weshalb sorgfältige Schweißnahtgestaltung und Wärmemanagement bei verschweißten Baugruppen mit thermischer Beanspruchung wichtig sind. Wärmedehnung und unterschiedliche Steifigkeiten gegenüber angrenzenden Materialien sind bei Hochtemperatureinsätzen zu prüfen, um Ermüdung und Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

Anwendungsbereiche

Branche	Beispielbauteil	Warum 5457 verwendet wird
Automobilbau	Außenbleche, innere Verstärkungsbleche	Bietet höhere Festigkeit als gängige kaltverfestigte Legierungen bei guter Umformbarkeit und Lackierbarkeit
Marine	Überbaubleche, Deckbefestigungen	Gute Korrosionsbeständigkeit in marinen Atmosphären und angemessene Schweißbarkeit für Fertigung
Luftfahrt / UAV	Sekundärbauteile, Verkleidungen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für nichttragende Bauteile und gute Oberflächenqualität für aerodynamische Verkleidungen
Transport	Trailerverkleidungen, Containerwände	Kombination aus Steifigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit für exponierte Strukturbauteile
Elektronik / Wärmemanagement	Leichtbauhalterungen, mechanische Befestigungen	Ausreichende Wärmeleitfähigkeit und geringe Dichte für leichte Halterungen; nicht erste Wahl für Hochleistungskühlkörper

5457 wird häufig ausgewählt, wenn mittlere bis hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsvielseitigkeit ohne aufwändige Wärmebehandlung gefordert sind. Besonders geeignet ist es für äußere Karosseriebleche und Transportverkleidungen, bei denen wiederholtes Umformen und Schweißen Teil der Produktion sind.

Hinweise zur Werkstoffauswahl

Bei der Auswahl von 5457 sollten Anwendungen bevorzugt werden, die höhere Streck- und Zugfestigkeit als handelsübliches Reinaluminium (z. B. 1100) erfordern, dabei aber weiterhin gute Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit brauchen. Gegenüber 1100 geht 5457 zu Lasten der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie der maximalen Duktilität, bietet dafür aber deutlich höhere strukturelle Festigkeit.

Im Vergleich zu üblichen, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 5457 höher auf der Festigkeitsskala und bietet dabei eine vergleichbare oder bessere Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion; wählen Sie 5457, wenn eine höhere Festigkeit trotz potenziell höherer Kosten und leicht reduzierter Umformbarkeit gerechtfertigt ist. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 5457 nach dem Altern nicht deren Höchstfestigkeit, bietet jedoch oft eine überlegene Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit ohne die Komplexität der Wärmebehandlung. Bevorzugen Sie daher 5457, wenn einfache Fertigung und Korrosionsverhalten wichtiger sind als die absolut höchste Festigkeit.

• Verwenden Sie 5457 für äußere Strukturbleche, geschweißte Baugruppen und Anwendungen, bei denen das Risiko von Spannungsrisskorrosion mit stabilisierten Zuständen kontrollierbar ist.
• Vermeiden Sie die Spezifikation von 5457, wenn maximale elektrische Leitfähigkeit, extreme Umformbarkeit für komplexe Tiefziehprozesse oder höchste wärmebehandelte Festigkeit die Hauptanforderung sind.

Abschließende Zusammenfassung

5457 bleibt eine relevante technische Legierung, wenn eine robuste Kombination aus magnesiumbasierter Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsflexibilität ohne Komplexität der Wärmebehandlung erforderlich ist. Das ausgewogene Verhältnis von mechanischen und korrosiven Eigenschaften macht sie zu einer pragmatischen Wahl für Anwendungen im Automobilbau, Schiffbau und Transportwesen, die leichte, schweißbare und umformbare Strukturmaterialien verlangen.