Aluminium 5754: Zusammensetzung, Eigenschaften, Härtegrade & Anwendungen

Umfassender Überblick

5754 gehört zur 5xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Al‑Mg-Familie, die durch Magnesium als Hauptlegierungselement gekennzeichnet ist. Es wird üblicherweise in gewalzter Form geliefert und unter den Bezeichnungen EN AW‑5754 und AA‑5754 geführt; sein Mg-Gehalt (~2,6–3,6 Gew.-%) ordnet es zu den höherfesten, nicht wärmebehandelbaren kommerziellen Magnesiumlegierungen ein.

Die Festigkeitssteigerung bei 5754 wird hauptsächlich durch Festlösungsfestigung und Kaltverfestigung erreicht, nicht durch ausscheidungshärtende Wärmebehandlung. Als nicht wärmebehandelbare Legierung werden die Eigenschaften durch Kaltumformung und thermomechanische Verfahren eingestellt, nicht durch Lösungsglühen und Alterungszyklen.

Wesentliche Merkmale von 5754 sind eine höhere Festigkeit im Vergleich zu handelsüblichem Aluminium und vielen Legierungen der 3xxx- und 1xxx-Serie, gute bis sehr gute Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischer und maritimer Umgebung, gute Schweißbarkeit mit Al‑Mg-Schweißzusatzwerkstoffen sowie gute Umformbarkeit, insbesondere im weichgeglühten Zustand. Typische Einsatzbereiche von 5754 sind Karosserie- und Strukturbauteile im Automobilbereich, maritime und Offshore-Konstruktionen, Druckbehälter sowie allgemeine Blech-/Plattenanwendungen, bei denen Festigkeit, Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind.

Ingenieure wählen 5754 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus mittlerer bis hoher Festigkeit, zuverlässiger Korrosionsbeständigkeit und guter Kaltumformbarkeit ohne die Kosten oder Prozessbeschränkungen wärmebehandelbarer Legierungen erforderlich ist. Es wird häufig dort eingesetzt, wo häufig geschweißt wird und der erhöhte Magnesiumgehalt eine verbesserte Festigkeit bietet, ohne die Lebensdauer unter Seebedingungen zu beeinträchtigen.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Anmerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für komplexe Umformungen
H111	Mittel	Moderat (12–20%)	Gut	Sehr gut	Leicht kaltverfestigt, häufig für allgemeine Anwendungen geliefert
H22	Mittel-hoch	Geringer (8–15%)	Ausreichend-gut	Sehr gut	Viertelharter Zustand, ausgewogenes Verhältnis aus Festigkeit und Umformbarkeit
H24	Hoch	Niedrig-moderat (6–12%)	Ausreichend	Gut	Kaltverfestigt und teilweise stabilisiert für höhere Festigkeit
H34	Hoch	Niedrig (4–10%)	Begrenzt	Gut	Stärkere Kaltverfestigung für Anwendungen mit höherer Streckgrenze

Der Zustand beeinflusst 5754 hauptsächlich durch die Einführung von Versetzungsdichten durch Kaltverformung (H-Zustände) oder durch das Entfernen der Kaltverfestigung im Zustand O. Der weichgeglühte Zustand O bietet die beste Tiefzieh- und Streckumformbarkeit für tiefe Formen und komplexe Biegungen.

Mit zunehmender Kaltverfestigung steigen Streck- und Zugfestigkeit, während Dehnung und Biegfähigkeit abnehmen; die Schweißbarkeit bleibt über alle Zustände hinweg im Allgemeinen gut, jedoch muss im Härtezustand mit verminderter Duktilität bei der Gelenkkonstruktion Rücksicht genommen werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Anmerkungen
Si	max. 0,40	Verunreinigung; niedriger Siliziumgehalt unterstützt Duktilitätserhalt
Fe	max. 0,40	Typische Verunreinigung; kann intermetallische Phasen bilden, die die Umformbarkeit beeinflussen
Mn	max. 0,50	Steuert die Kornstruktur und verbessert Festigkeit sowie Rekristallisationsbeständigkeit
Mg	2,6–3,6	Hauptelement zur Festigkeitssteigerung, verbessert Korrosionsbeständigkeit und Kaltverfestigungspotential
Cu	max. 0,10	Niedriger Gehalt zur Vermeidung von Korrosionsverschlechterung
Zn	max. 0,20	Geringe Verunreinigung; höheres Zink kann Duktilität reduzieren
Cr	max. 0,30	Mikrolegierung zur Kornfeinung und Begrenzung des Kornwachstums
Ti	max. 0,15	Kornverfeinerer während des Gießens/Schmelzprozesses
Andere (jeweils)	max. 0,05	Grenzen für weitere Spurenelemente zur Sicherstellung konsistenter Eigenschaften

Magnesium ist der dominierende Leistungsfaktor in 5754; seine Konzentration bestimmt die Grundfestigkeit, das Kaltverfestigungsverhalten und die Beständigkeit gegen Lochfraß in chloridhaltigen Umgebungen. Mangan und Chrom sind in niedrigen Konzentrationen zur Kornfeinung und Stabilisierung der Legierung während des thermomechanischen Prozesses vorhanden.

Niedrige Grenzwerte für Kupfer und Eisen erhalten die Korrosionsbeständigkeit und Duktilität der Legierung, während kontrollierte Silizium- und Titangehalte für ein konstantes Walz- und Strangpressverhalten sorgen.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugverhalten zeigt 5754 eine duktil versprödende Bruchart mit guter gleichmäßiger Dehnung im weichgeglühten Zustand und einer fortschreitend abnehmenden Dehnung mit zunehmender Kaltverfestigung. Streck- und Zugfestigkeiten steigen mit zunehmendem Härtezustand: Der Zustand O legt den Schwerpunkt auf Dehnung und Umformbarkeit, während H-Zustände deutliche Steigerungen der Streckgrenze für Strukturbauteile bieten. Die Härte korreliert mit der Versetzungsdichte, die durch Kaltverfestigung erzeugt wird; die Brinellhärte nimmt von O bis H34 deutlich zu. Die Dauerfestigkeit profitiert vom höheren Grundfestigkeitsniveau, ist jedoch auch von Oberflächenzustand und Materialdicke abhängig.

Die Dauerfestigkeit von 5754 ist für Al‑Mg-Legierungen günstig im Vergleich zu geringfester handelsüblicher Reinheitsgrade, da moderate Festlösungsfestigung die Rissinitiierung verzögert. Dickenabhängige Effekte sind signifikant: Dünnere Blechdicken zeigen durch Kaltwalzen tendenziell höhere scheinbare Festigkeiten, und die Grenzwerte für Biegen/Umformen ändern sich mit Dicke und Härtezustand. Oberflächenbeschaffenheit und Eigenspannungen durch Umformen oder Schweißen beeinflussen die Dauerfestigkeit ebenfalls wesentlich.

Eigenschaft	O/Geglüht	Hauptzustand (H111/H22)	Anmerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	115–155 MPa	220–265 MPa	UTS steigt mit Kaltverfestigung deutlich an; Werte variieren mit Blechdicke und Lieferantenspezifikation
Streckgrenze (0,2 % Dehngrenze)	35–65 MPa	125–170 MPa	Streckgrenze steigt in H-Zuständen stark; für Auslegungen sind zertifizierte Zustandsdaten zu verwenden
Dehnung (A50mm)	20–30%	8–18%	Duktilität nimmt mit Härtegrad ab; Mindestdehnung abhängig von Dicke und Verarbeitung
Härte (HB)	25–35 HB	60–85 HB	Brinellhärte korreliert mit Festigkeit und Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Anmerkungen
Dichte	2,66 g/cm³	Typisch für Al‑Mg-Gusslegierungen; relevant für Masse und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich	~605–650 °C (Solidus bis Liquidus)	Legierungsabhängiges Schmelzintervall; Gieß- und Erstarrungsverhalten wird durch geringe Elemente gesteuert
Wärmeleitfähigkeit	~120–160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium, aber weiterhin hoch, nützlich für thermische Anwendungen
Elektrische Leitfähigkeit	~28–36 % IACS	Reduziert im Vergleich zu reinem Aluminium durch Mg; beeinflusst Leiterdesign und EMV-Aspekte
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Etwa vergleichbar mit anderen Aluminiumlegierungen; hilfreich für thermische Transientenanalysen
Thermische Ausdehnung	~23,5 ×10⁻⁶ /K	Typischer linearer Ausdehnungskoeffizient für Strukturbauteile unter Temperaturschwankungen

5754 bewahrt viele der erwünschten thermischen und elektrischen Eigenschaften von Aluminium, nimmt jedoch durch Legierungselemente leichte Einbußen bei Leitfähigkeit und Leitfähigkeitsstabilität hin. Dichte und thermische Ausdehnung sind entscheidend beim Fügen verschiedener Werkstoffe und bei Präzisionsbaugruppen, bei denen unterschiedliche thermische Bewegungen Spannungen verursachen können.

Der Schmelz-/Solidusbereich ist bedeutend für Fertigungsverfahren wie Löten und Schmelzprozesse; sorgfältige Temperaturkontrolle ist erforderlich, um beginnendes Schmelzen sekundärer Phasen zu vermeiden und eine für die Weiterverarbeitung geeignete Mikrostruktur zu gewährleisten.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Anmerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Festigkeit variiert mit Zustand und Walzreduzierung	O, H111, H22, H24	Weit verbreitet in Automobilkarosserien und maritimen Decks
Platte	6–30 mm	Geringere Duktilität, kann in gehärteten H-Zuständen geliefert werden	H24, H34	Strukturplatte für Druckbehälter und Rahmen
Strangpressprofile	Verschiedene Querschnitte	Festigkeit abhängig von der Wärmebehandlung nach dem Strangpressen; Kaltverfestigung wird genutzt	O, H111	Profile für Geländer, Förderanlagen und Strukturteile
Rohr	0,5–10 mm Wandstärke	Ähnlich wie Blech im Verhalten; Wandstärke ist kritisch für Druckbeanspruchung	H111, H22	Wärmetauscherrohre und Leitungen, die Korrosionsbeständigkeit erfordern
Stab/Rundstahl	Ø5–100 mm	Kann gewalzt/gezogen für höhere Festigkeit sein	H111, H34	Zerspanbare Bauteile, Fittings und Befestigungselemente in korrosionssensiblen Bereichen

Blech und dünne Dicken sind die gebräuchlichsten Produktformen und werden für Tiefziehen, Umkanten und Hydroforming in O- und leichten H-Zuständen optimiert. Platten und Strangpressprofile kommen zum Einsatz, wenn höhere Festigkeiten erforderlich sind; stranggepresste Profile können im O-Zustand zur Umformung oder in kaltverfestigten Zuständen für den Endgebrauch geliefert werden.

Verarbeitungsunterschiede (Walzen vs. Strangpressen vs. Ziehen) beeinflussen die Korngrößenorientierung und Anisotropie; Konstrukteure müssen die richtungsabhängigen Eigenschaften für Biege-, Dehn- und ermüdungskritische Belastungsrichtungen berücksichtigen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	5754	USA	Bezeichnung der American Aluminum Association für gewalzte Legierung
EN AW	5754	Europa	EN-Bezeichnung; in europäischen Werkstoffnormen häufig als AlMg3.5 referenziert
JIS	A5754	Japan	Japanischer Industriestandard verwendet die Nomenklatur A5754 für ähnliche Zusammensetzungen
GB/T	AlMg3.5	China	Chinesische Norm listet die Legierung oft nach dem nominellen Mg-Gehalt als AlMg3.5 auf

Die Äquivalenz zwischen den Normen ist funktional, jedoch nicht absolut; nominale Zusammensetzungen und zulässige Verunreinigungen können sich leicht zwischen Lieferantenzertifikaten und regionalen Normen unterscheiden. Diese kleinen Abweichungen können die Umformgrenzen, Oberflächenqualität für das Anodisieren und die zertifizierten mechanischen Eigenschaften beeinflussen, weshalb Spezifikationen und Werkstoffzertifikate bei sicherheitskritischen Bauteilen sorgfältig geprüft werden sollten.

Bei globaler Beschaffung sollten Ingenieure detaillierte chemische und mechanische Prüfberichte anfordern und auf die Definition der Zustände (z. B. Unterschiede in der Interpretation der H111-Geometrie und Dehnungsgrenzen durch verschiedene Hersteller) achten.

Korrosionsbeständigkeit

5754 weist eine sehr gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf und eignet sich im Vergleich zu vielen Aluminiumfamilien gut für maritimes Umfeld und chloridhaltige Umgebungen. Der relativ hohe Mg-Anteil erhöht die Anfälligkeit für lokalen Lochfraß bei mechanischer Beschädigung der Oberfläche oder dem Vorhandensein aggressiver Anionen ohne schützende Beschichtungen; jedoch zeigt 5754 bei Schutz durch Beschichtungen oder anodische Filme eine lange Lebensdauer bei Meerwasserkontakt.

Spannungsrisskorrosion (SCC) ist für 5754 im Vergleich zu einigen hochfesten Aluminiumlegierungen generell gering, jedoch steigt die SCC-Empfindlichkeit mit zunehmendem Magnesiumgehalt und durch Zug-Nachspannungen aus Umformen oder Schweißen. Konstrukteure sollten das SCC-Risiko durch Kontrolle von Spannungskonzentrationen, Nachbehandlungen nach dem Schweißen und Verwendung geeigneter Zustände minimieren.

Galvanische Aspekte sind wichtig: 5754 ist in manchen Einsatzbedingungen kathodisch zu Stählen und edleren Metallen, aber anodisch zu reinem Aluminium; daher sind in Mehrmaterialbaugruppen geeignete Isolationen, Opferanoden oder Beschichtungen erforderlich. Im Vergleich zu 6xxxer Serien (Al-Mg-Si) bietet 5754 eine überlegene Beständigkeit gegen lokalen Korrosionsangriff, jedoch eine geringere Lackhaftung nach dem Anodisieren; gegenüber 3xxxer Serien (Al-Mn) weist es höhere Festigkeit und eine ähnliche oder leicht verbesserte Chloridbeständigkeit auf.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

5754 lässt sich gut mittels TIG-, MIG/GMAW- und Widerstandsschweißen mit passenden Zusatzwerkstoffen und Parametern verarbeiten. Empfohlene Fülllegierungen für gängige Schweißverbindungen sind 5356 oder 5183 (Al-Mg-Füller), um die Werkstofffestigkeit anzugleichen und galvanische sowie Korrosionsprobleme zu minimieren; hochsiliziumhaltige Füller sollten vermieden werden, es sei denn, sie werden für spezielle Schweißverfahren benötigt. Die Neigung zu Heißrissen ist für diese Legierungsfamilie relativ gering, wobei Schweißnähte in der Wärmeeinflusszone eine reduzierte Duktilität und örtliche Erweichung zeigen können; mechanische Nachbearbeitung und Spannungsarmglühen nach dem Schweißen können für ermüdungskritische Bauteile erforderlich sein.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 5754 ist im Vergleich zu 6xxxer Serien aufgrund höherer Duktilität und Kaltverfestigungstendenzen mittel bis schwierig. Zum Fräsen und Drehen empfiehlt sich Hartmetall-Werkzeug mit positivem Spanwinkel, hoher Scherwirkung und guten Spanbrechern; Schnittgeschwindigkeiten sollten so angepasst werden, dass kein Aufbauschneiden entsteht und die Werkzeugtemperatur kontrolliert wird. Oberflächenqualität und Gratgefahr können durch scharfe Werkzeuge, ausreichende Kühlung und minimale Vorschübe pro Zahn kontrolliert werden; Strangpressprofile und dicke Platten benötigen möglicherweise eine vorgelagerte Spannungsarmglühbehandlung für beste Maßhaltigkeit.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im voll geglühten O-Zustand ausgezeichnet und erlaubt enge Biegeradien sowie Tiefziehprozesse mit minimalem Rückfedern. Typische minimale Innenbiegeradien liegen bei Blechen im O-Zustand bei 1–2× Materialdicke für einfache Biegungen, während H-Zustände meist 3–6× Dicke benötigen, um Rissbildung zu vermeiden. Kaltumformung erhöht die Festigkeit, reduziert jedoch die Bruchdehnung; für komplexe Stanzprozesse empfiehlt es sich, Formfolgen so zu planen, dass Hauptumformungen im O-Zustand erfolgen und für Endformungen leichte Kaltverfestigung genutzt wird.

Wärmebehandlungsverhalten

Als nicht wärmebehandelbare Legierung reagiert 5754 nicht auf Lösungsglühen und Auslagern zur Festigkeitssteigerung; stattdessen werden die mechanischen Eigenschaften durch Kaltumformung und Glühen gesteuert. Das Glühen (vollständige Erweichung) wird durch Erhitzen in den Rekristallisationsbereich erreicht, üblicherweise um 300–415 °C, abhängig von Zeit und vorangegangener Kaltumformung, gefolgt von langsamer Abkühlung; dies stellt die Duktilität wieder her, reduziert aber die Festigkeit.

Kaltverfestigung durch Walzen, Ziehen oder Biegen erhöht Streckgrenze und Zugfestigkeit durch Erhöhung der Versetzungsdichte; der Grad der erreichbaren Festigkeitssteigerung korreliert mit dem Ausmaß der plastischen Verformung. Stabilisierung oder Teilglühzustände (z. B. H24) werden durch kontrollierte Wärmebehandlungen erzielt, die Restspannungen abbauen, ohne das Material vollständig zu erweichen.

Hochtemperaturverhalten

Erhöhte Temperaturen beschleunigen Erholungs- und Rekristallisationsprozesse bei 5754, was zu messbaren Verlusten von Streckgrenze und Zugfestigkeit bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen führt. Dauerbetrieb bei Temperaturen über ca. 100 °C reduziert die Streckgrenze progressiv, und Expositionen über ca. 150–200 °C verursachen ausgeprägte Erweichung und mikrostrukturelle Veränderungen, die die mechanische Leistung beeinträchtigen.

Oxidation bei typischen Umgebungstemperaturen ist aufgrund der schützenden Aluminiumoxidschicht minimal, jedoch führt anhaltender Temperatureinfluss zu verstärktem Zunderansatz und Änderungen in der Oberflächenchemie, wichtig für Beschichtungen und Klebehaftung. In geschweißten oder wärmebeeinflussten Bereichen kann thermisches Zyklieren zu lokalem Erweichen und Korngrößenwachstum führen; das Design sollte anhaltende hohe Temperaturen begrenzen oder nachschweißtechnische Wärmebehandlungen zur Stabilisierung vorsehen.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum 5754 verwendet wird
Automobilindustrie	Karosseriebleche, Innenstrukturen	Balanche aus Umformbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit für sichtbare und strukturelle Teile
Schiffbau	Decksbeplankungen, Rumpfbauteile, Strukturbleche	Überlegene Chloridbeständigkeit und Schweißbarkeit für Salzwasseranwendungen
Luft- und Raumfahrt	Sekundärbauteile, Innenverkleidungen	Gutes Verhältnis aus Festigkeit zu Gewicht und Ermüdungsfestigkeit für nicht primäre Strukturen
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit kombiniert mit Umformbarkeit
Druckbehälter	Niederdruckbehälter und Rohrleitungen	Korrosionsbeständigkeit und einfache Fertigung für leichte Behälter

5754 wird häufig dort eingesetzt, wo eine Kombination aus isotroper Blechfestigkeit, robuster Korrosionsbeständigkeit und kosteneffizienter Fertigung verlangt wird. Seine Schweißbarkeit mit üblichen Al-Mg-Füllern und seine Toleranz gegenüber maritimen Umgebungen machen es zur bevorzugten Wahl für vielfältige Struktur- und Verbundkomponenten.

Auswahlhinweise

5754 ist eine praktische Wahl, wenn höhere Festigkeiten als bei kommerziell reinem Aluminium (1100) benötigt werden, ohne dabei wesentliche Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit einzubüßen. Im Vergleich zu 1100 gibt 5754 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit auf, gewinnt jedoch deutlich an Streckgrenze und Zugfestigkeit für Strukturzwecke.

Gegenüber häufig eingesetzten kaltverfestigten Legierungen wie 3003 und 5052 liegt 5754 in der Regel höher in der Festigkeit und bietet eine gleichwertige oder überlegene Chloridkorrosionsbeständigkeit; es wird gewählt, wenn ein stärkeres Blech ohne Umstieg auf wärmebehandelbare Systeme benötigt wird. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 erreicht 5754 nicht die gleichen Spitzenfestigkeiten, wird aber wegen der ausgeprägten Schweißbarkeit und der nachhaltigen Korrosionsbeständigkeit sowie besseren Duktilität oft bevorzugt; es vermeidet Verzugsprobleme und temperaturempfindliche Zustände, die bei Lösungsglühen und Auslagern auftreten.

Wählen Sie 5754, wenn das Design eine mittlere Balance aus Festigkeit, Umformbarkeit und maritimer Beständigkeit erfordert und wenn Schweißen und Kaltumformungen häufig anfallen; überprüfen Sie den Zustand und Dickeneinfluss im Hinblick auf Ermüdungs- und Umformanforderungen der Bauteile.

Zusammenfassung

5754 bleibt eine weit verbreitete Al-Mg-Legierung, da sie Festigkeit durch feste Lösung, zuverlässige Korrosionsbeständigkeit und exzellente Fertigungseigenschaften in kostengünstiger, gewalzter Form vereint. Ihre Nichtwärmebehandelbarkeit vereinfacht die Produktion und macht sie besonders geeignet für geschweißte, kaltgeformte und maritime Anwendungen, bei denen Langzeitbeständigkeit und vorhersehbares mechanisches Verhalten gefordert sind.