Aluminium 5657: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandstabelle & Anwendungen

Umfassender Überblick

5657 gehört zur 5xxx-Reihe der warmgewalzten Aluminium-Magnesium-Legierungen und zählt damit zur Gruppe der nicht wärmebehandelbaren, durch Kaltumformung gehärteten Werkstoffe, die ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten. Das primäre Legierungselement ist Magnesium, ergänzt durch kontrollierte Zugaben von Mangan und Spurenelementen (Chrom, Eisen, Silizium, Titan) zur Steuerung der Kornstruktur, Festigkeit und Umformbarkeit.

Die Festigkeitssteigerung erfolgt nahezu ausschließlich durch Mischkristallverfestigung durch Magnesium und Kaltverfestigung; 5657 ist so konzipiert, dass es gut auf Kaltverformung reagiert und verschiedene H-Zustände mit Stabilisierung durchläuft, anstatt auf thermisches Altern zu reagieren. Wichtige Eigenschaften sind eine gegenüber reinem Aluminium erhöhte Streckgrenze und Zugfestigkeit, gute Beständigkeit gegen Allgemein- und Lochkorrosion in maritimer Atmosphäre, sowie gute Schweißbarkeit mit typischen Al–Mg-Schweißzusatzwerkstoffen. Die Umformbarkeit ist in vollweichgeglühten oder leicht kaltverfestigten Zuständen gut, nimmt jedoch mit steigender Kaltverfestigung ab.

Typische Einsatzbereiche sind der Transportsektor (Automobil- und schwere Lkw-Komponenten), maritime Ausrüstung und Schiffbau, konstruktive und architektonische Anwendungen sowie bestimmte elektrotechnische und wärmeübertragende Bauteile, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Korrosionsbeständigkeit geschätzt wird. Ingenieure wählen 5657 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein höherfester, schweißbarer Aluminiumwerkstoff mit guter Korrosionsbeständigkeit im maritimen Bereich benötigt wird, der dabei eine gute Umformbarkeit und konkurrenzfähige Kosten bietet.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Tiefziehen und komplexe Umformprozesse
H14	Mittel	Mäßig (8–12%)	Gut	Ausgezeichnet	Leichte Kaltverfestigung, üblich bei geformtem Blech mit erhöhten Festigkeitsanforderungen
H22	Mittel-Hoch	Mäßig (6–10%)	Akzeptabel	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und anschließend stabilisiert, um natürliche Alterungseffekte zu reduzieren
H32	Hoch	Niedriger (5–8%)	Akzeptabel bis Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und stabilisiert; häufig verwendet für Strukturbleche
H111	Variabel	Variabel	Gut	Ausgezeichnet	Ein-Schritt-Kaltverfestigungszustand für Strangpressprofile und Walzprodukte

Die Wahl des Zustands beeinflusst maßgeblich den Kompromiss zwischen Umformbarkeit und Festigkeit; der geglühte O-Zustand bietet das beste Umformfenster, während H-Zustände Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöhen, aber die Dehnung verringern. Beim Schweißen oder wenn lokale Verformungen auf Schweißen folgen, werden stabilisierte Zustände (H22, H32) bevorzugt, um eine Nachglühungsschädigung zu minimieren und die Maßhaltigkeit zu sichern.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	0,10–0,40	Niedrig gehalten, um spröde intermetallische Verbindungen zu begrenzen und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern
Fe	0,20–0,60	Typisches Verunreinigungselement; kontrolliert, um grobkörnige Fe-reiche Phasen, die die Duktilität reduzieren, zu vermeiden
Mn	0,20–0,80	Kornfeiner und Festigkeitsstabilisator; verbessert die Rekristallisationsbeständigkeit
Mg	4,8–5,8	Hauptlegierungselement zur Mischkristallverfestigung und Steigerung der Korrosionsbeständigkeit
Cu	0,05–0,20	Minimiert, um signifikanten Korrosionsbeständigkeitsverlust und Schweißbarkeitseinbußen zu vermeiden
Zn	0,05–0,30	Niedrige Mengen begrenzen die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion und erhalten die Duktilität
Cr	0,05–0,25	Steuert die Kornstruktur und verbessert die Beständigkeit gegen Sensibilisierung und Spannungsrisskorrosion
Ti	0,02–0,10	Kornfeiner, hauptsächlich in Guss- oder Barrenrohstoffen zur Mikrostrukturkontrolle eingesetzt
Sonstige (je)	≤0,05	Reststoffe und Spurenelemente; Al-Balance

Der Magnesiumgehalt ist der dominierende Faktor für die Leistungsfähigkeit der Legierung, erhöht Zug- und Streckgrenze durch Mischkristallverfestigung und trägt zu verbesserter Meerwasser-Korrosionsbeständigkeit bei. Mangan und Chrom wirken als Mikrolegierungselemente zur Kornfeinung, zur Einschränkung der Rekristallisation und Sensibilisierung, wodurch Zähigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion im Einsatz verbessert werden.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 5657 zeigt eine Kombination aus hoher Streckgrenze und moderater Duktilität, die stark vom Zustand und der Dicke abhängt. Im geglühten Zustand weist die Legierung eine hohe Dehnung bei niedriger Streckgrenze auf, während kaltverfestigte Zustände die Streckgrenze deutlich steigern und die Duktilität reduzieren. Streckgrenze und Zugfestigkeit skalieren mit dem Grad der Kaltverfestigung; typische Brucharten sind duktil mit Mikrophase-Koaleszenz bei gut vorbereiteten Proben.

Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Festigkeit, sie steigt mit dem H-Zustand und zusätzlicher Kaltverfestigung. Die Dauerfestigkeit profitiert von der guten Zugfestigkeit und dem relativ duktilen Bruchverhalten, wird jedoch durch Oberflächenzustand, Eigenspannungen aus Umformung oder Schweißen und Materialdicke beeinflusst. Dickenabhängigkeiten sind ausgeprägt: Dünnere Güten erreichen durch Kaltverfestigung höhere Festigkeiten, während dickere Bleche geringere Umformbarkeit und abweichende Bruchmechanismen unter zyklischer Belastung zeigen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (H32)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	150–200 MPa	320–380 MPa	Werte variieren je nach Dicke und genauem Zustand; H32 erzielt deutlich höhere Werte als O
Streckgrenze	65–110 MPa	260–320 MPa	Streckgrenze steigt stark mit Kaltverfestigung und Stabilisierung
Dehnung	20–30%	5–8%	Dehnung nimmt mit zunehmender Härtung ab; Dickenabhängigkeiten beachten
Härte	35–45 HB	80–95 HB	Brinell-Werte als Richtwerte; Härte korreliert mit Kaltverfestigung und Zustand

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,68 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen, relevant für Leichtbau-Berechnungen
Schmelzbereich	~570–645 °C	Solidus–Liquidus-Bereich abhängig von Legierungsanteilen und Homogenisierung
Wärmeleitfähigkeit	120–140 W/m·K	Niedriger als reines Al aufgrund des gelösten Mg, aber dennoch hoch für Wärmeübertragung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–38 %IACS	Reduziert im Vergleich zu reinem Aluminium; nimmt mit Kaltverfestigung ab
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K	Typischer Wert für thermische Masse und transienten Wärmeberechnungen
Wärmeausdehnung	23,5–24,5 µm/m·K	Ähnlich wie andere Al–Mg-Legierungen; wichtig für Auslegung auf unterschiedliche Ausdehnung

Die thermischen und elektrischen Eigenschaften von 5657 machen die Legierung attraktiv für Kühlkörper und elektrische Gehäuse, bei denen auch mechanische Festigkeit gefordert ist. Die Wärmeleitfähigkeit ist ausreichend für viele passive Kühlanwendungen, jedoch sollten Konstrukteure die gegenüber reinem Aluminium reduzierte Leitfähigkeit bei Querschnitts- und Finnengeometrien berücksichtigen.

Produktformen

Form	Übliche Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Festigkeit steigt mit Kaltverfestigungsgrad	O, H14, H32	Weit verbreitet für Karosserieteile, obere Schiffseiten und Strukturbleche
Platte	6–200 mm	Geringere Anfangsumformbarkeit, gute strukturelle Festigkeit	O, H32	Schwere Strukturelemente und fertigungsbedingt gefertigte Strukturen
Strangpressprofil	Profile bis 250 mm	Mechanische Festigkeit abhängig von nachfolgender Kaltverfestigung	H111, H32	Komplexe Querschnitte für Rahmen, Schienen und Bauteile
Rohr	Ø6–300 mm, Wanddicke 0,5–10 mm	Festigkeit und Umformbarkeit abhängig vom Herstellprozess	O, H14	Druckführende und stabile Rohre für Marine- und Transportanwendungen
Stab/Rundstahl	Ø5–150 mm	Gute Festigkeit in kaltgezogenen Zuständen	H111, H14	Schrauben, bearbeitete Fittings und Verbindungsmaterial

Der Verarbeitungsweg und die Produktform beeinflussen maßgeblich die gelieferten Eigenschaften von 5657. Warmgewalztes Blech und Platte durchlaufen typischerweise Homogenisierung, Walzen und kontrollierte Kühlung zur Mikrosstruktursteuerung, während Strangpressprofile und Schmiedestücke auf die Qualität des Ausgangsbarrens und nachfolgende Temperprozesse zur Kornstruktur- und Festigkeitskontrolle angewiesen sind. Die Fertigungswahl sollte sowohl Geometrie des Bauteils als auch die geforderten mechanischen Eigenschaften berücksichtigen.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	5657	USA	Geschmiedete Al–Mg-Legierung, wie angegeben für allgemeine Anwendungen im Strukturbaubereich
EN AW	5xxx (ca.)	Europa	Die nächstliegenden Äquivalente liegen innerhalb der EN AW-5xxx-Familie; genaue Bezeichnung variiert je nach Mg- und Mn-Gehalt
JIS	A5xxx (ca.)	Japan	Entsprechende Werkstoffe sind bei den JIS Al–Mg geschmiedeten Legierungen mit ähnlichem Mg-Anteil zu finden
GB/T	5xxx (ca.)	China	Chinesische Normen weisen vergleichbare 5xxx-Bezeichnungen auf; Zusammensetzungstoleranzen können abweichen

Direkte Äquivalenzen variieren je nach regionaler Norm und genauen Zusammensetzungstoleranzen; Entsprechungen fallen typischerweise in die breitere Familie der Al–Mg geschmiedeten Legierungen und sind keine 1:1-Übereinstimmungen. Unterschiede zwischen den Normen betreffen meist die Grenzwerte für Verunreinigungen, garantierte mechanische Eigenschaften bei bestimmten Blechdicken sowie zulässige Oberflächenzustände für spezifische Produktformen.

Korrosionsbeständigkeit

5657 weist eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, wie es für Al–Mg-Legierungen typisch ist. Es bildet einen stabilen Oxidfilm, der das Grundmaterial in ländlichen und industriellen Umgebungen schützt. In maritimen oder chloridhaltigen Atmosphären verbessert der relativ hohe Magnesiumgehalt die Lochfraßbeständigkeit im Vergleich zu Legierungen der Serien 1xxx und 3xxx. Allerdings erfordert dies sorgfältige Beachtung des Legierungshärtungsgrads, der Schweißtechnik und der Oberflächenbehandlung, um lokale Korrosion zu vermeiden.

Die Empfindlichkeit gegenüber spannungsrisskorrosion (SCC) bei Al–Mg-Legierungen steigt mit steigendem Magnesiumgehalt sowie unter Zugbeanspruchung in chloridhaltiger Umgebung; 5657 mindert dies durch kontrollierte Zugabe von Mangan und Chrom, die die Kornstruktur stabilisieren und die Anfälligkeit reduzieren. Galvanische Wechselwirkungen entstehen durch Kontakt mit edleren Metallen wie Edelstahl und Kupfer; Konstrukteure sollten unterschiedliche Metalle isolieren oder in maritimen Systemen Opferanoden einsetzen, um dünnwandige Bereiche zu schützen.

Im Vergleich zu 6xxx (Al–Mg–Si) Legierungen bietet 5657 eine überlegene Korrosionsbeständigkeit in Meerwasser, hat jedoch üblicherweise eine geringere Spitzenfestigkeit durch Alterung; gegenüber 7xxx (Al–Zn–Mg) Legierungen tauscht es eine etwas niedrigere Zugfestigkeit gegen deutlich verbesserte Korrosions- und Schweißeigenschaften. Geeignete Oberflächenbehandlungen, Dichtstoffe und kathodischer Korrosionsschutz verlängern die Einsatzdauer in aggressiven Umgebungen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5657 lässt sich gut mit konventionellen Verfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW) schweißen, wobei als Zusatzwerkstoffe bevorzugt Füller aus der Al–Mg-Familie (z. B. ER5356 oder ER5183) verwendet werden, um Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Das Risiko von Heißrissen ist gering, sofern die Schweißparameter die Verformung minimieren und praxisnahe Verfahren mit geringem Wasserstoffgehalt eingesetzt werden; eine Abschwächung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) ist limitiert, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist, wenngleich mit einer gewissen lokalen Härtereduktion und erhöhten Eigenspannungen zu rechnen ist. Für strukturelle Anwendungen sind eine qualifizierte Schweißanweisung und eine geeignete Füllauswahl unerlässlich, um die Verbindungsleistung bei Ermüdungsbeanspruchung und in SCC-gefährdeten Umgebungen sicherzustellen.

Zerspanbarkeit

Als duktiles Al–Mg-Material lässt sich 5657 mit mäßiger Schwierigkeit bearbeiten im Vergleich zu gut zerspanbaren Legierungen; es entstehen lange, zusammenhängende Späne, die eine Spankontrollstrategie erfordern. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und scharfen Schneiden liefern den besten Kompromiss zwischen Oberflächenqualität und Werkzeugstandzeit; Schnittgeschwindigkeiten sind moderat und Vorschübe sollten so gewählt werden, dass kein Schneidkantenaufbau entsteht. Sekundäre Nachbearbeitungen wie Polieren oder chemisches Entgraten sind üblich, um enge Oberflächengüten zu erreichen, die Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsanfang beeinflussen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im Weichglühten (O-Zustand) sehr gut und ermöglicht Tiefziehen, komplexe Prägearbeiten und moderates Streckziehen; minimale Biegeradien sind bei geglühtem Material klein. Mit zunehmendem Härtungsgrad (H-Zustände) härtert die Legierung schnell durch Kaltverfestigung und der Elastische Rückfeder (Springback) nimmt zu, weshalb Konstrukteure größere Biegeradien wählen oder Zwischenzustände für die Umformung mit anschließender kontrollierter Stabilisierung bevorzugen sollten. Hydroforming und inkrementelles Umformen erweitern die Einsatzmöglichkeiten für komplexe Geometrien bei gleichzeitiger Minimierung von lokalen Ausdünnungen und Bruchrisiko.

Verhalten bei der Wärmebehandlung

5657 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung und erfährt keine Festigkeitssteigerung durch Lösungsglühen und künstliches Altern; stattdessen werden die mechanischen Eigenschaften durch Kaltumformung und thermomechanische Verarbeitung gesteuert. Das Glühen (O-Zustand) erfolgt durch Erwärmung auf geeignete Homogenisations- oder Rekristallisationstemperaturen, gefolgt von kontrollierter Abkühlung zur Wiederherstellung der Verformbarkeit für Umformprozesse. Stabilisierungsglühen bei moderaten Temperaturen dient der Spannungsarmung und Mikrostrukturtemperierung, um H22/H32-Zustände zu erzeugen, die Maßhaltigkeit und Widerstand gegen natürliche Alterung gewährleisten.

Da die Legierung nicht durch Ausscheidungshärtung verstärkt werden kann, sind typische T-Zustands-Zyklen (z. B. T6) nicht wirkungsvoll und erzeugen nicht die deutlichen Festigkeitssteigerungen, wie sie bei 2xxx- oder 6xxx-Familien auftreten. Stattdessen liegt der Prozessfokus auf Kaltumformgrad, kontrollierten Verformungspfaden und nieder Temperaturstabilisierung, um die Endeigenschaften für Fertigung und Anwendung einzustellen.

Leistung bei erhöhten Temperaturen

Bei erhöhten Temperaturen nimmt die Festigkeitssteigerung durch Mg-Lösungsfestigung mit zunehmender Beweglichkeit der Legierungselemente ab, sodass 5657 oberhalb von ca. 100–150 °C progressiv an Festigkeit verliert. Bei gelegentlichen Belastungen bis ca. 200 °C kann kurzfristig die mechanische Integrität erhalten bleiben, abhängig von der Belastungssituation, während Langzeiteinsatz oberhalb 150 °C zu beschleunigter Weichung und Erholung führt, die Streckgrenze und Ermüdungslebensdauer reduzieren. Die Oxidation ist im Vergleich zu Eisenwerkstoffen gering aufgrund der schützenden Aluminiumschicht, jedoch fördern erhöhte Temperaturen Kornwachstum und lokale mikrostrukturelle Veränderungen mit Auswirkungen auf Schweißnaht- und Ermüdungsverhalten.

Konstrukteure sollten Betriebsbedingungen vermeiden, die erhöhte Temperatur, Zugbelastung und Chloridexposition kombinieren, da diese Faktoren die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion und beschleunigte Korrosion multiplizieren. Für den Einsatz unter hohen Temperaturen sind Alternativlegierungen mit höherer Temperaturstabilität oder schützende Beschichtungen zu prüfen.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 5657 verwendet wird
Automobilindustrie	Crashrahmen, innere Karosserieteile	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, gute Umformbarkeit in ausgewählten Zuständen
Marine	Rumpfbeplankung, Deckstrukturen	Verbesserte Meerwasserbeständigkeit und Schweißbarkeit
Luft- und Raumfahrt	Sekundärstrukturen, Beschläge	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und gutes Ermüdungsverhalten für nicht primäre Strukturen
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Thermische Leitfähigkeit in Balance mit mechanischer Steifigkeit für robuste Gehäuse

5657 wird häufig dort spezifiziert, wo ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und einfacher Fertigung gefordert wird, statt maximaler Festigkeit. Die Anwendbarkeit reicht von geformten Blechteilen bis zu geschweißten Strukturbauteilen, bei denen die Korrosionsleistung über den Lebenszyklus und die Fertigungseignung im Vordergrund stehen.

Auswahlhinweise

5657 ist geeignet, wenn ein schweißbarer Aluminiumwerkstoff mit höherer Festigkeit als handelsübliches Reinstaluminium benötigt wird, der gleichzeitig eine gute Korrosionsbeständigkeit für marine oder strukturelle Anwendungen beibehält. Besonders vorteilhaft ist es, wenn anfängliche Kaltumformung möglich sein muss und nach der Umformung Stabilisierung oder H-Zustände die notwendige Maßhaltigkeit liefern.

Im Vergleich zu handelsüblichem Aluminium (1100) opfert 5657 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie reine Umformbarkeit zugunsten deutlich höherer Streck- und Zugfestigkeit. Verglichen mit häufig verwendeten kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 5657 in der Regel höher bei der Festigkeit und erreicht oft eine vergleichbare oder bessere Korrosionsbeständigkeit, kann jedoch geringfügig teurer und weniger leitfähig sein. Gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 erreicht 5657 nicht die gleiche Spitzenfestigkeit im altersgehärteten Zustand, wird jedoch oft bevorzugt, wenn überlegene Nahtschweißbarkeit und Meerwasserbeständigkeit wichtiger sind als maximale Festigkeit.

Abschließende Zusammenfassung

5657 bleibt eine praxisorientierte Wahl für Ingenieure, die eine nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierung suchen, die starke Festigkeitssteigerung durch Festlösung, zuverlässige Schweißbarkeit und robuste Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen kombiniert. Ihr ausgewogenes mechanisches und fertigungstechnisches Eigenschaftsprofil macht sie geeignet für ein breites Spektrum an Struktur-, Marine- und Transportanwendungen, bei denen Lebensdauer und Fertigungstauglichkeit entscheidende Designkriterien sind.