Aluminium A5086: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

A5086 ist eine Aluminium-Magnesium-Legierung der 5xxx-Serie, bei der Magnesium das Hauptlegierungselement und Aluminium das Gleichgewicht darstellt. Sie gehört zur Gruppe der nicht wärmebehandelbaren Legierungen, bei denen die Festigkeit primär durch Kaltverfestigung und kontrollierte Kaltumformung anstatt durch Ausscheidungshärtung erreicht wird. Die Legierung zeichnet sich durch eine günstige Kombination aus moderater bis hoher Festigkeit, sehr guter Korrosionsbeständigkeit in maritimen und atmosphärischen Umgebungen sowie ausgezeichneter Schweißbarkeit aus, während sie in weicheren Zuständen eine vernünftige Umformbarkeit behält. Typische Anwendungsbereiche von A5086 umfassen den Schiffbau, marine Strukturen, kryogene Tanks, Druckbehälter und Transportkomponenten, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit wichtiger als maximale wärmebehandelbare Festigkeit sind.

A5086 wird oft gewählt, wenn ein langlebiges, schweißbares Aluminium mit überlegener Seewasser-Korrosionsbeständigkeit benötigt wird und das Design auf Kaltumformung zur Festigkeitsanpassung setzt. Im Vergleich zu wärmevergütbaren Legierungen wird eine etwas geringere maximale Festigkeit zugunsten besserer Leistung in korrosiven und geschweißten Baugruppen in Kauf genommen. Die Legierung wird bevorzugt eingesetzt, wenn strukturelle Zuverlässigkeit und Widerstand gegen lokale Korrosion die Materialwahl bestimmen und wenn Fertigungsprozesse große Schweißverbindungen und umfangreiche Umformoperationen einschließen. Ihr ausgewogenes Verhältnis zwischen Zähigkeit, Schadenstoleranz und Lebensdauer in aggressiven Umgebungen macht sie sowohl für klassische als auch moderne Konstruktionsanwendungen relevant.

Vergütungszustände

Vergütungszustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Duktilität
H111	Niedrig–Moderat	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leicht kaltverfestigt; Allgemein für Umformarbeiten
H116	Moderat	Moderat	Gut	Sehr gut	Marine-Qualitätszustand mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit
H32	Moderat–Hoch	Moderat	Eingeschränkt	Sehr gut	Kaltverfestigt und teilweise geglüht für höhere Festigkeit
H34	Hoch	Niedriger	Begrenzt	Sehr gut	Stärkere Kaltverfestigung für strukturtragende Bauteile
H36	Höchste (kaltverfestigt)	Niedriger	Schlecht–Begrenzt	Sehr gut	Maximal handelsübliche Kaltverfestigung

Der Vergütungszustand steuert das Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität bei A5086 maßgeblich, indem die Menge der bleibenden Kaltverformung und eventuell stabilisierende thermische Zwischenschritte variiert werden. Weichere Zustände wie O und H111 werden eingesetzt, wenn umfangreiche Umformungen und Streckoperationen erforderlich sind, während die Zustände H32 bis H36 gewählt werden, wenn höhere Streck- und Zugfestigkeiten ohne Wärmebehandlung benötigt werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0.40	Verunreinigungskontrolle; zu viel Si kann intermetallische Phasen bilden, die die Duktilität verringern
Fe	≤ 0.40	Eisen ist eine Verunreinigung; niedrige Werte verhindern grobe Intermetallische Phasen
Mn	0.20–0.70	Verbessert Festigkeit und Kornstrukturkontrolle; trägt zur Kaltverfestigung bei
Mg	3.5–4.5	Hauptlegierungselement zur Festigkeitssteigerung; beeinflusst Korrosionsverhalten und Mischkristallverfestigung
Cu	≤ 0.10	Niedriger Kupfergehalt zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit; höheres Cu erhöht Anfälligkeit für lokale Korrosion
Zn	≤ 0.25	Geringfügig; niedrig gehalten um Spannungsrisskorrosion in manchen Umgebungen zu vermeiden
Cr	0.05–0.25	Kleine Zusätze verfeinern die Kornstruktur und verbessern den Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion
Ti	≤ 0.15	Kornfeiner bei gezielter Zugabe; sonst als Verunreinigung gering gehalten
Sonstige (jeweils)	≤ 0.05	Gesamte sonstige Elemente minimal gehalten; Aluminium bildet den Rest (~ Ausgleich)

Magnesium dominiert die mechanischen Eigenschaften und das Korrosionsverhalten durch Mischkristallverfestigung und Beeinflussung des elektrochemischen Potentials der Matrix. Chrom und Mangan sind zur Kornstrukturkontrolle und Minderung bestimmter Korrosionsarten sowie zur Vermeidung von Rekristallisation bei der Fertigung enthalten. Strikte Kontrolle von Eisen, Silizium, Kupfer und Zink ist notwendig, um Duktilität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit in maritimen Umgebungen sicherzustellen.

Mechanische Eigenschaften

A5086 zeigt eine Kombination aus Duktilität und Festigkeit, die stark vom Vergütungszustand und dem Grad der Kaltverfestigung abhängt; das geglühte Material (O) bietet hohe Dehnung bei gleichzeitig niedrigster Streck- und Zugfestigkeit, während die Zustände H32 bis H36 progressive Steigerungen der Streckgrenze bei sinkender Dehnung liefern. Das Zugverhalten ist typischerweise durch einen mäßig hohen Kaltverfestigungsexponenten im frühen plastischen Bereich gekennzeichnet, was gute Energieaufnahmefähigkeit und Schadenstoleranz unter Überlasten ermöglicht. Die Ermüdungsfestigkeit ist für eine Aluminiumlegierung generell gut, jedoch sensibel gegenüber Oberflächenzustand, Schweißqualität und Spannungsspitzen – geschweißte Verbindungen zeigen im Vergleich zum Grundmaterial deutlich verringerte Ermüdungsfestigkeit.

Die Härte skaliert mit der Kaltverfestigung und korreliert mit Zug- und Streckgrenzensteigerungen; ein deutlicher Sprung in Vickers- oder Brinell-Härte ist beim Übergang von O zu H34/H36 zu erwarten. Die Blechdicke beeinflusst sowohl Festigkeit als auch Duktilität durch Einschränkung während der Kaltumformung; dickere Querschnitte sind schwieriger gleichmäßig kaltverfestigbar und zeigen eventuell geringere effektive Dehnungen. Thermische Beanspruchung im Bereich von Schweißnähten oder lokalem Erhitzen kann die H-Zustände in der Wärmeeinflusszone (WEZ) abschwächen, was lokal zu geringerer Streckgrenze führt und konstruktive Berücksichtigung verminderten WEZ-Festigkeiten erfordert.

Eigenschaft	O/geglüht	Wichtiger Zustand (H32/H116)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	Typisch 120–200 MPa	Typisch 260–340 MPa	Zugfestigkeit steigt mit Kaltverfestigung; breite Spanne je nach Zustand und Dicke
Streckgrenze	Typisch 35–80 MPa	Typisch 170–270 MPa	Streckgrenze nimmt stark mit H-Zustand zu; H116 ist ausgewogen für marine Anwendungen
Dehnung	Typisch 25–35 %	Typisch 8–20 %	Geglühter Zustand bietet größte Dehnung; stark kaltverfestigte Zustände geringere Duktilität
Härte	Niedrig (HV ~25–40)	Moderat–Hoch (HV ~60–90)	Härte folgt Festigkeit und Kaltumformung; Werte abhängig von Messmethode und Zustand

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	~2,66 g/cm³	Typisch für Aluminium-Magnesium-Legierungen; gutes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis
Schmelzbereich	~590–650 °C	Solidus und Liquidus hängen von exakter Zusammensetzung ab; Legierung schmilzt unterhalb des Liquidus reinen Aluminums wegen Mg-Anteil
Wärmeleitfähigkeit	~130–140 W/m·K (bei 25 °C)	Hohe Leitfähigkeit macht sie für wärmeableitende und Kühlkomponenten geeignet
Elektrische Leitfähigkeit	~30–35 % IACS	Niedriger als reines Aluminium wegen Legierung, aber akzeptabel für viele elektrische/thermische Anwendungen
Spezifische Wärme	~0,90 kJ/kg·K	Nützlich für thermische Berechnungen und transienten Wärmeübergang
Thermische Ausdehnung	~23–25 µm/m·K (20–100 °C)	Koeffizient ähnlich wie andere Aluminiumlegierungen; wichtig für Verbundbaugruppen mit unterschiedlichen Metallen

Die physikalischen Konstanten zeigen, dass A5086 viele günstige Eigenschaften von Aluminium bewahrt, wie niedrige Dichte und hohe Wärmeleitfähigkeit, während die Legierung die elektrische Leitfähigkeit reduziert und die Festigkeit erhöht. Daten zu thermischer Ausdehnung und Leitfähigkeit sind zentral bei der Auslegung von Baugruppen mit unterschiedlichen Materialien oder bei thermischer Beanspruchung durch Temperaturschwankungen, da unterschiedliche Ausdehnung Spannungen oder Ermüdung verursachen kann. Der Schmelz- und Erstarrungsbereich ist relevant für schweiß- und gießtechnische Prozesse, wobei auf übermäßiges Kornwachstum und kontrollierte WEZ-Eigenschaften geachtet werden muss.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,5–6,0 mm	Einheitliche mechanische Eigenschaften; leichter zu kaltumformen	O, H111, H116	Weit verbreitet für Verkleidungen, Rumpfbeplankungen und geformte Baugruppen
Platte	6–150+ mm	Geringerer Kaltverfestigungsgrad erreichbar; Eigenschaften variieren mit der Walzfolge	H32, H34, H36	Dicke Abschnitte für tragende Bauteile; intensives Walzen steuert Korngröße und -orientierung
Strangpressprofil	Profile bis mehrere Meter	Festigkeit abhängig von nachfolgender Bearbeitung	H111, H32	Strangpressprofile ermöglichen komplexe Querschnitte; Wärmeentwicklung durch Strangpressen beeinflusst den Zustand
Rohr	Durchmesser klein bis groß; Wanddicke variabel	Mechanische Eigenschaften beeinflusst durch Umformen und Alterung	H111, H32	Nahtlose und geschweißte Rohre für Struktur- und Druckanwendungen
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 200 mm	Typischerweise druckgehärtet oder geglüht	O, H111, H32	Verwendet für bearbeitete Komponenten und Fittings mit Anforderungen an Zähigkeit

Die Fertigungsform beeinflusst sowohl die erreichbaren mechanischen Eigenschaften als auch die Verarbeitungsoptionen. Blech- und dünnwandige Anwendungen erlauben umfangreiches Kaltumformen und Kaltverfestigung, um Festigkeitsziele bei gleichzeitig guter Umformbarkeit zu erreichen. Platte und dicke Sektionen stellen Herausforderungen für eine gleichmäßige Kaltverfestigung dar und erfordern häufig höhere Zustände oder alternative Fügeverfahren zur Kontrolle der HAZ-Anweichung. Strangpressprofile und Rohre werden heiß umgeformt und sind oft dimensionssensitiv; anschließende Kaltverformung oder Einpressen wird zur Einstellung des Zielzustands eingesetzt.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	A5086	USA	Aluminum Association Bezeichnung für Legierungschemie und Handelsprodukte
EN AW	5086	Europa	EN AW-5086 wird in europäischen Spezifikationen mit vergleichbaren Zusammensetzungslimits verwendet
JIS	A5086	Japan	Japanische Industrie ordnet typischerweise AA/EN-Äquivalente für Beschaffung und Normen zu
GB/T	5086	China	Chinesische GB/T-Bezeichnungen sind in Chemie und üblichen Zuständen eng an AA/EN angelehnt

Regionale Normen beschreiben im Allgemeinen dieselbe Basischemie, können sich jedoch bei zulässigen Toleranzen, spezifizierten Zuständen oder Prüfanforderungen für mechanische Eigenschaften unterscheiden. Beschaffung und Spezifikationen sollten die jeweils gültige lokale Norm heranziehen, um vorgeschriebene Toleranzen, Prüfverfahren und Lieferantenakzeptanz zu berücksichtigen. Kleine Abweichungen bei maximalen Verunreinigungen oder Zustandsbezeichnungen können praktische Auswirkungen auf Schweißbarkeit, Korrosionsverhalten und Zertifizierungsakzeptanz in verschiedenen Märkten haben.

Korrosionsbeständigkeit

A5086 zeigt exzellente atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und ist aufgrund seines hohen Magnesiumgehalts und sorgfältig kontrollierter Verunreinigungen besonders gut für Marine- und Offshore-Anwendungen geeignet. In Meerwasser und Spritzwasserzonen bildet es eine stabile Oxid- und Hydroxidschicht, die Tiefpitting begrenzt; bestimmte Zustände (H116) sind für verbesserte Beständigkeit gegen interkristalline und lokal begrenzte Korrosion optimiert. Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion nimmt mit Zugspannung und bestimmten mikrostrukturellen Bedingungen zu; kontrollierte Zustände und konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung hoher Zugvorspannungen sind wichtig, um das Risiko von SCC zu minimieren.

Galvanische Wechselwirkungen sind beim Fügen von A5086 mit edleren Metallen wie Edelstahl oder Kupfer zu berücksichtigen; Aluminium wirkt als anodisches Element und korrodiert bevorzugt, sofern keine elektrische Isolation oder kathodischer Schutz vorhanden ist. Im Vergleich zu Legierungen der Serien 2xxx und 7xxx bietet A5086 eine deutlich überlegene Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen, erreicht jedoch nicht das Korrosionsniveau einiger hochreiner kommerzieller Aluminiumqualitäten in speziellen Atmosphären. Das Design für Korrosionsbeständigkeit sollte Legierungszustand, Oberflächenfinish und Instandhaltungsmaßnahmen berücksichtigen, um eine lange Lebensdauer in aggressiven Umgebungen sicherzustellen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

A5086 verfügt über sehr gute Schweißeigenschaften bei gängigen Schmelzschweißverfahren wie MIG/GMAW und TIG/GTAW und reagiert gut auf Festkörperverfahren wie das Reibschweißen. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind typischerweise 5356 oder 5183, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten und Heißrisse vermeiden; 5356 ist aufgrund seiner guten Festigkeit und Duktilität häufig für Marineanwendungen genutzt. Schweißnahtwärmezonen neigen zu Verfestigungsverlusten, da druckverfestigtes Grundmaterial lokal an Festigkeit einbüßt; es sind konstruktive Sicherheitsmargen oder nachträgliche Kaltbearbeitungen notwendig.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von A5086 ist mäßig und generell geringer als bei leichtere zerspanbaren Aluminiumlegierungen aufgrund höherer Festigkeit und Kaltverfestigung; Zerspanungsindizes liegen typischerweise im Bereich von 40–60 % im Vergleich zu reinem Aluminium. Hartmetallwerkzeuge und starre Aufspannungen mit passenden Spanbrechern werden empfohlen, um gleichmäßige, duktiles Spanverhalten zu gewährleisten und Oberflächenqualität zu halten. Niedrigere Schnittgeschwindigkeiten mit höherem Vorschub und positivem Spanwinkel verbessern Werkzeugstandzeit und verringern Nasenbildung bei gängigen Dreh- und Fräsoperationen.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im geglühten und leicht tempered Zustand ausgezeichnet und ermöglicht Tiefziehen, Biegen und komplexe Streckformumformungen wie sie bei Rumpfbeplankungen und Karosserieteilen eingesetzt werden. Minimale Biegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab, O und H111 erreichen dank hoher Dehnbarkeit enge Radien; starke H32–H36 Zustände erfordern größere Radien und sind auf einfache Biegungen beschränkt. Kaltverfestigung erhöht effektiv die Festigkeit, was zur lokalen Verstärkung nach der Umformung genutzt wird; übermäßige Kaltumformung oder starke Biegungen können Federwirkung und Oberflächenrisse verursachen, wenn nicht kontrolliert.

Verhalten bei Wärmebehandlung

A5086 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung und gewinnt keine Festigkeit durch Ausscheidungshärtung; thermische Behandlungen dienen hauptsächlich zur Glühung, Stabilisierung oder Rekristallisation der Mikrostruktur. Glühen (vollständiges Enthärten in den O-Zustand) erfolgt durch Aufheizen in den Rekristallisationsbereich mit anschließender kontrollierter Abkühlung, um Duktilität für nachfolgende Umformprozesse wiederherzustellen. Künstliches Altern und T-Zustandsübergänge sind für Festigkeitserhöhungen nicht relevant, obwohl thermische Exposition beim Schweißen örtlich glüht und Festigkeit in H-Zuständen mindert.

Kaltverfestigung ist das primäre Mittel zur Festigkeitssteigerung bei A5086; kontrolliertes Kaltwalzen, Strecken oder Biegen erzeugen Zustände von H11x bis H36. Stabilisierungstherapien (leichte Wärmebehandlung) können angewandt werden, um natürliche Alterungsprozesse zu unterbrechen oder Eigenspannungen abzubauen, erzielen jedoch nicht die Härtungseffekte von 6xxx- oder 7xxx-Serien. Konstrukteure und Prozessingenieure sollten Umform- und Schweißfolgen so planen, dass das Gleichgewicht zwischen gewünschter Festigkeit und erhaltener Duktilität gewahrt bleibt, unter Berücksichtigung von HAZ-Anweichungen und möglicher Nacharbeit.

Verhalten bei hohen Temperaturen

A5086 behält bei mäßig erhöhten Temperaturen brauchbare mechanische Eigenschaften, jedoch nehmen Festigkeit und Steifigkeit mit steigender Temperatur ab; die strukturellen Eigenschaften verschlechtern sich progressiv oberhalb von ca. 100–150 °C. Für Dauerbetrieb oberhalb dieses Bereichs sollten Konstrukteure Reduktionsfaktoren und mögliche Kriech- oder Relaxationserscheinungen je nach Belastung und Dauer der Exposition berücksichtigen. Oxidation ist bei Aluminiumlegierungen in üblichen Einsatztemperaturen minimal, doch können Schutzfilme durch aggressive Temperaturzyklen oder hohe Feuchtigkeit beschädigt werden, was das lokale Korrosionsverhalten verändert.

Geschweißte Bereiche sind besonders temperaturanfällig, weil frühere HAZ-Erweichung in Kombination mit thermischer Beanspruchung die lokale Streck- und Ermüdungsfestigkeit weiter reduziert. Langzeitbelastung nahe dem Schmelzbereich ist natürlich ungeeignet und führt zu erheblichen mikrostrukturellen Schäden; für Hochtemperaturanwendungen werden speziell für Temperaturstabilität entwickelte Legierungen bevorzugt. Für intermittierende Temperaturen und kurze Temperaturspitzen kann A5086 akzeptabel performen, sofern die Konstruktionsspannungen und Fügeausführungen konservativ ausgelegt sind.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum A5086 verwendet wird
Schiffbau	Beplankung des Rumpfes, Aufbauten, Beschläge	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in Meerwasser und gute Schweißbarkeit
Transport	Anhängeraufbauten, Eisenbahnwagen	Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Zähigkeit und Schadensresistenz
Luft- und Raumfahrt	Sekundärstruktur, Innenausstattung	Gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit für nicht tragende Bauteile
Energie / Druckbehälter	Kryotanks, Wärmetauscher	Gute Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und hohe Wärmeleitfähigkeit
Elektronik / Wärme	Wärmeverteiler, Gehäuse	Hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe Dichte für das Wärmemanagement

Die Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Umformbarkeit macht A5086 zur bevorzugten Wahl für strukturelle Anwendungen in maritimen oder Außenumgebungen. Die Fähigkeit der Legierung, auch bei niedrigen Temperaturen zäh zu bleiben, erweitert ihren Einsatzbereich auf kryogene und gekühlte Anwendungen. Wo technische Fügetechnik und langfristige Dauerhaftigkeit wichtiger sind als höchste Zugfestigkeitswerte, bietet A5086 eine pragmatische Balance zwischen mechanischen Eigenschaften und Fertigbarkeit.

Auswahlhinweise

Wählen Sie A5086, wenn die Anwendung eine schweißbare, korrosionsbeständige Aluminiumlegierung mit guter Festigkeit durch Kaltumformung erfordert und der Einsatz Meerwasser oder aggressiven Atmosphären ausgesetzt ist. Im Vergleich zu technisch reinem Aluminium (1100) tauscht A5086 etwas elektrische Leitfähigkeit und Umformbarkeit gegen deutlich höhere Festigkeit und bessere Beständigkeit gegenüber mechanischer Belastung ein. Im Vergleich zu 3xxx-Legierungen (z. B. 3003) oder 5xxx-Legierungen wie 5052 bietet A5086 üblicherweise höhere Festigkeit bei vergleichbarer oder verbesserter Korrosionsbeständigkeit in maritimen Bedingungen.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht A5086 zwar nicht die gleichen Spitzenwerte der ausscheidungshärtbaren Festigkeit, wird jedoch oft bevorzugt, wenn geschweißte Baugruppen und langfristige Chloridbelastung die Hauptanforderungen sind. Berücksichtigen Sie Kosten, Verfügbarkeit der spezifischen Anlieferzustände sowie Fertigungsabläufe: Bei umfangreichem Schweißen und Meerwasserexposition ist A5086 (H116/H32) häufig die optimale Kombination aus Festigkeit, Lebensdauer und Herstellbarkeit.

Zusammenfassung

A5086 bleibt eine wichtige technische Aluminiumlegierung, wenn Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und schadenstolerante Festigkeit ohne Wärmebehandlung gefordert sind. Die Legierungschemie und die Anlieferzustände ermöglichen es Konstrukteuren, die Eigenschaften durch Kaltumformung und Verarbeitung gezielt einzustellen, was sie zu einer langlebigen und vielseitigen Wahl für marine, transport- und kryogene Strukturbauteile macht.