Aluminium EN AW-5251: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandshinweise & Anwendungen

Umfassender Überblick

EN AW-5251 gehört zur Aluminium-Magnesium-Familie der 5xxx-Serie, bei der Magnesium das hauptsächliche Legierungselement ist. Diese Serie ist bekannt für nicht wärmebehandelte, durch Kaltumformung härtbare Legierungen, deren Festigkeit überwiegend durch Kaltverformung und nicht durch Lösungs- oder Ausscheidungshärtung erzielt wird.

Typische Hauptlegierungselemente in EN AW-5251 sind Magnesium (primäres Festigungselement), Spuren von Mangan zur Kornstrukturkontrolle sowie geringe Anteile von Eisen und Silizium als Reststoffe. Die Legierung bietet eine ausgewogene Kombination aus moderater Festigkeit und sehr guter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in atmosphärischen und leicht maritimen Umgebungen, sowie gute Schweißbarkeit und akzeptable Umformbarkeit in weicheren Zuständen.

Die Legierung wird branchenübergreifend eingesetzt, wenn eine Mischung aus Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und moderater Festigkeit ohne Wärmebehandlung erforderlich ist, zum Beispiel für Karosserieteile im Automobilbau, architektonische Verkleidungen, maritime Bauteile und einige Gehäuse im Elektronikbereich. Konstrukteure bevorzugen EN AW-5251, wenn eine kostengünstige, schweißbare Legierung mit höherer Festigkeit als handelsübliches Reinaluminium sowie verbesserter maritimer Leistung gegenüber einigen 3xxx-Legierungen gefordert ist.

Im Vergleich zu hochfesten, wärmebehandelbaren Legierungen ermöglicht EN AW-5251 eine einfachere Verarbeitung (keine Lösungsglühen- oder Alterungsschritte) und ein planbareres Verhalten bei Schweißkonstruktionen, da es nicht die gleiche HAZ-Versprödung wie bestimmte ausscheidungshärtbare Legierungen aufweist. Dies macht es attraktiv für geschweißte Baugruppen, umgeformte Bleche und Profile, bei denen Korrosionsbeständigkeit im Einsatz wichtig ist.

Temperierzustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–35%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität für Tiefziehen
H12	Niedrig–Moderat	Mittel (10–20%)	Sehr gut	Sehr gut	Leichte Kaltverfestigung, gut für moderate Umformungen
H14	Moderat	Mittel–Niedrig (8–15%)	Gut	Sehr gut	Viertelhart, ausgewogenes Verhältnis von Umformbarkeit und Festigkeit
H16	Moderat–Hoch	Niedrig–Mittel (6–12%)	Akzeptabel	Sehr gut	Halbhart, typisch für sichtbare Bauteile
H18	Hoch	Niedrig (4–10%)	Begrenzt	Sehr gut	Vollhart, für Anwendungen mit hoher Blechsteifigkeit
H22	Moderat	Mittel–Niedrig	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigt und stabilisiert; verbesserte Maßstabilität
H24	Moderat–Hoch	Niedrig–Mittel	Akzeptabel	Sehr gut	Kaltverfestigt und künstlich gealtert (stabilisiert) für verbesserte Streckgrenze
H111	Niedrig–Moderat	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Leicht verformt nach Glühen, gute Umformbarkeit mit etwas höherer Festigkeit

Dämpfung bei Legierungen der 5xxx-Serie erfolgt primär durch Kaltverformung statt klassischer Wärmebehandlungszyklen. Der O-Zustand bietet maximale Duktilität für Stempel- und Tiefziehprozesse, während steigende H-Zahlen höheren Kaltverfestigungsgrad und höhere Festigkeit bei gleichzeitig abnehmender Dehnung und Umformbarkeit anzeigen.

Stabilisierte Zustände (H22/H24 und H111) werden häufig verwendet, wenn nach der Umformung eine leichte Wärmebehandlung oder Schweißung folgt, da sie konsistentere mechanische Eigenschaften bei reduziertem Risiko unerwünschter Weichstellung während der Fertigung ermöglichen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0.25	Verunreinigung durch Verarbeitung; kann Duktilität leicht reduzieren
Fe	≤ 0.40	Typischer Intermetallbildner; Überschuss kann Korrosionsbeständigkeit mindern
Mn	≤ 0.40	Kornstrukturkontrolle; verbessert Festigkeit und Rekristallisationsverhalten
Mg	2.0–3.0	Hauptfestelement und Korrosionsschutzgeber
Cu	≤ 0.10	Gering gehalten zur Vermeidung von Spannungskorrosionsrissen
Zn	≤ 0.25	Geringer Restanteil; höhere Konzentrationen charakteristisch für andere Serien
Cr	≤ 0.15	In einigen Varianten zur Kornfeinung und Begrenzung der Rekristallisation
Ti	≤ 0.15	Kornfeiner in Gussprodukten und bestimmten Halbzeugen
Sonstige (jeweils)	≤ 0.05	Weitere Elemente als Verunreinigungen oder kontrollierte Beimischungen

Der Magnesiumgehalt ist der dominierende Faktor für Streckgrenze und Zugfestigkeit in EN AW-5251, durch Mischkristallverfestigung und Wechselwirkung mit Versetzungen. Mangan und Chrom in niedrigen Konzentrationen verfeinern die Kornstruktur und verbessern den Festigkeitserhalt bei thermischer Belastung, während Eisen und Silizium als Reste Intermetallische Partikel bilden und das Ermüdungs- sowie Lochfraßverhalten beeinflussen können.

Die Zusammensetzung ist bewusst eingeschränkt, um Elemente (insbesondere Kupfer und Zink) zu begrenzen, die die Anfälligkeit für Spannungskorrosionsrisse erhöhen oder die allgemeine Korrosionsbeständigkeit mindern würden, was 5251 zu einer zuverlässigen Wahl für exponierte Anwendungen macht.

Mechanische Eigenschaften

EN AW-5251 zeigt das typische Zugverhalten der 5xxx-Serie: duktil im geglühten Zustand und mit zunehmender Kaltumformung steigende Festigkeit bei gleichzeitig abnehmender Dehnung. Im O-Zustand weist die Legierung eine breite gleichmäßige Dehnung und ein niedriges Verhältnis von Streck- zu Zugfestigkeit auf, was sie günstig für Umformprozesse mit großen plastischen Verformungen macht. Unter typischen H-Zuständen steigt die Streckgrenze deutlich, während die Zugzähigkeit eingeschränkt wird und lokale Einschnürung früher beginnt.

Die Härte steigt mit dem Kaltverfestigungsgrad und dient als praktischer Prozessindikator zur Zieltemperierung nach Walzen oder Ziehen. Die Ermüdungsleistung ist stark abhängig von Oberflächenbeschaffenheit, Blechdicke und dem Vorhandensein intermetallischer Partikel; polierte oder anodisierte Oberflächen verbessern die Lebensdauer gegenüber dem Zustand direkt nach dem Walzen deutlich. Die Dicke hat erheblichen Einfluss auf Festigkeit und Umformbarkeit — dünnere Bleche erreichen durch Kaltverfestigung während der Umformung höhere Festigkeiten und lassen sich besser schweißen ohne Kantenverzug.

Bei der Bauteilauslegung muss die nicht wärmebehandelte Natur der Legierung berücksichtigt werden: die maximale Festigkeit wird durch mechanische Verformung und Stabilisierung erreicht, nicht durch thermisches Altern. Bei Schweißbaugruppen kann lokal im Wärmeeinflussbereich eine Weichstellung auftreten, diese ist jedoch in der Regel weniger ausgeprägt als bei ausscheidungshärtbaren Legierungen, sofern Temperzustand und Schweißzusatz abgestimmt sind.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Temper (H14/H24 typisch)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	120–155 MPa	200–260 MPa	Werte variieren stark mit Kaltverfestigung und Dicke
Streckgrenze	50–90 MPa	140–210 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung; H24 zeigt stabilisierte Streckgrenze
Dehnung	20–35%	6–16%	Duktilität reduziert mit zunehmender Härte; geglüht beste Umformbarkeit
Härte (HB)	30–45 HB	60–95 HB	Härte korreliert mit Festigkeit und Kaltverfestigungsgrad

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2.68–2.70 g/cm³	Typisch für Al–Mg-Werkstoffe
Schmelzbereich	~570–650 °C	Legierungsfest-/Flüssigbereich; konservative Auslegungsmargen verwenden
Wärmeleitfähigkeit	120–150 W/m·K	Untere dem reinen Aluminium aufgrund der Legierungselemente
Elektrische Leitfähigkeit	~28–38 % IACS	Reichweite reduziert gegenüber reinem Al durch Magnesium
Spezifische Wärme	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Umgebungstemperatur
Wärmeausdehnung	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Wichtig für Verbundbaugruppen und Mehrkomponentenverbindungen

Die physikalischen Konstanten von EN AW-5251 entsprechen denen anderer Al–Mg-Legierungen im thermischen und elektrischen Verhalten; Magnesium verringert die Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium, erhält aber eine ausgezeichnete Wärmeverteilung für Anwendungen mit Wärmeabfuhr. Konstrukteure sollten die Wärmeausdehnung berücksichtigen, insbesondere bei der Kombination von 5251 mit anderen Werkstoffen in strukturellen oder verklebten Verbindungen.

Der Schmelz- und Erweichungsbereich erfordert eine sorgfältige Kontrolle der Schweiß- und Nachwärmezyklen, um übermäßige lokale Weichstellung zu vermeiden; Wärmeeintrag und Spannvorrichtungen zur Verzugskontrolle sind gängige Praxis bei maßhaltigen Blechen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,3–6,0 mm	Zeigt starke Dickenabhängigkeit; dünne Stärken lassen sich leicht durch Kaltverformen bearbeiten	O, H12, H14, H24	Am häufigsten verwendet für Karosseriebleche, Fassaden und Schiffsdeckbeplankungen
Platte	6–50 mm	Geringere Duktilität bei dickeren Platten; eingesetzt, wo Steifigkeit gefordert ist	H16, H18	Oft für strukturelle Bauteile mit Schwerpunkt auf Biegesteifigkeit verwendet
Strangpressprofil	Querschnitte bis mehrere hundert mm²	Eigenschaften abhängig vom Strangpressverhältnis und nachfolgender Kaltverformung	O, H111, H14	Gut geeignet für Profile mit moderater Festigkeit und komplexer Geometrie
Rohr	Durchmesser 6–200 mm, Wandstärke 0,5–6 mm	Geschweißte und nahtlose Varianten; Eigenschaften variieren je nach Herstellverfahren	O, H14, H16	Eingesetzt in Fluidleitungen, Handläufen und tragenden Bauteilen
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 50 mm	Hergestellt durch Strangpressen oder Ziehen; Festigkeit steigt mit Ziehgrad	O, H12, H14	Typisch für gefertigte Fittings und bearbeitete Teile

Die Verarbeitungswege für Blech und Platte unterscheiden sich im Walzprozess und den nachfolgenden Kaltarbeitschritten; Bleche werden routinemäßig als Coil verarbeitet, dann geschnitten und geformt, während Platten für dickere Querschnitte mit unterschiedlichen thermisch-mechanischen Laufzeiten gewalzt werden. Strangpressprofile erfordern Aufmerksamkeit bezüglich Blocktemperatur und Matrizen-Design, um Oberflächenqualität und Eigenspannungen zu steuern; Nachstrecken und anschließendes Altern (Stabilisierung) sind üblich, um Verzug zu minimieren.

Geschweißte Rohrformen und bearbeitete Rundstähle basieren oft auf derselben Grundlegierung, werden jedoch zu unterschiedlichen Zuständen verarbeitet; die Wahl des passenden Zwischenzustands und der Bearbeitungszugabe kann Ausschuss und Nacharbeit in der Produktion reduzieren.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA (Aluminum Association)	5251	USA	Gängige geschmiedete Bezeichnung, abgestimmt auf EN AW-5251 Chemie und Eigenschaften
EN AW	5251	Europa	Standard europäische Nomenklatur für geschmiedete Al–Mg Legierung
JIS	— (nächstliegend: A5052)	Japan	Kein direkter 1:1 JIS-Gegenwert; A5052 wird oft als nächster kommerzieller Vertreter betrachtet
GB/T	5251	China	Chinesische Norm listet häufig 5251 als entsprechende Legierung; Herstellerzertifizierung prüfen

Direkte 1:1-Äquivalente sind nicht immer exakt, da regionale Normen leicht unterschiedliche Verunreinigungsgrenzen und Zertifizierungspraktiken erlauben. Der Quervergleich sollte anhand spezifischer chemischer und mechanischer Anforderungen erfolgen und nicht nur aufgrund der Legierungsnummer.

Beim Substituieren sollten Ingenieure Zugfestigkeit/Streckgrenze, verfügbare Zustände und Oberflächenbehandlung vergleichen; 5052 und 5154 sind gebräuchliche Alternativen mit leicht abweichendem Mg-Gehalt und damit unterschiedlichen Festigkeits-/Korrosionskompromissen.

Korrosionsbeständigkeit

EN AW-5251 bietet eine sehr gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für Al–Mg Legierungen, durch die Ausbildung einer stabilen Schutzoxid-Schicht, die allgemeine Korrosion in urbanen und industriellen Umgebungen einschränkt. Der Magnesiumgehalt verbessert die Beständigkeit gegen Lochfraß in chloridhaltigen Atmosphären gegenüber vielen 1xxx- und 3xxx-Familienlegierungen, weshalb 5251 häufig für Außenarchitektur und marine Anwendungen gewählt wird.

In maritimen Tauch- oder Spritzwasserumgebungen leistet die Legierung gute Dienste, jedoch können lokal begrenzte Lochfraßstellen auf rauen oder beschädigten Oberflächen und in stagnierenden Spalten auftreten. Konstruktive Details wie Entwässerung, Vermeidung von Spalten und geeignete Oberflächenbehandlungen (Eloxieren, Umwandlungsbeschichtungen oder Lack) verbessern die Lebensdauer erheblich.

Das Risiko für Spannungsrisskorrosion bei Al–Mg Legierungen steigt mit zunehmendem Magnesiumgehalt und erhöhten Zugspannungen; bei den für 5251 typischen Mg-Gehalten ist das Risiko moderat und kann durch Wahl eines niedrigfesten Zustands bei stark beanspruchten geschweißten Baugruppen gemindert werden. Galvanische Wechselwirkungen sind zu bewerten: Wenn 5251 elektrisch mit edleren Materialien (Edelstahl, Kupferlegierungen) gekoppelt ist, wirkt die Legierung anodisch und benötigt Isolierung oder Schutzbeschichtungen zur Vermeidung beschleunigter Korrosion. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren 6xxx- und 7xxx-Legierungen bietet EN AW-5251 generell eine überlegene allgemeine Korrosionsbeständigkeit bei geringerer maximal erreichbarer Festigkeit.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

EN AW-5251 ist sehr gut schweißbar mit gängigen Lichtbogenschweißverfahren wie TIG und MIG, zeigt gute Schmelzeigenschaften und geringe Neigung zu Heißrissen bei Verwendung geeigneter Fülldraht-Legierungen. Typische Füller sind Al–Mg Legierungen im 4–5% Mg Bereich (z. B. ER5356), um die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten und eine Weichzone in der Schweißnaht zu minimieren. Die Wärmeeinbringung sollte kontrolliert werden, um eine Erweichung des Wärmeeinflussgebiets (HAZ) zu begrenzen; Vor- oder Nachbehandlungen (z. B. leichtes Kaltverformen oder Spannungsarmglühen) können eingesetzt werden, um Eigenschaften zu stabilisieren.

Zerspanbarkeit

Die Bearbeitung von EN AW-5251 ist mittelschwer; die Legierung lässt sich leichter zerspanen als hochfeste ausscheidungshärtende Legierungen, ist jedoch nicht so gut zerspanbar wie ältere blei- haltige Legierungen. Hartmetallwerkzeuge mit positiver Spanwinkelgeometrie, geeigneter Spanabfuhr und moderaten Schnittgeschwindigkeiten erzielen gute Oberflächenqualität. Es kann zu Kaltverfestigung in Schnittnähe kommen, wenn zu geringe Vorschübe verwendet werden; gleichmäßige Vorschübe und Kühlung sind daher empfehlenswert, um Aufbauschneiden oder Werkzeugvibrationen zu vermeiden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im geglühten (O) Zustand ist exzellent, ermöglicht Tiefziehen, Walzprofilieren und komplexe Stanzarbeiten mit kleinen Biegeradien. Mit zunehmendem Härtegrad (H12–H18) müssen die Biegeradien vergrößert werden, und der Federhauseffekt nimmt zu, weshalb Werkzeugkompensation erforderlich ist. Für Kaltumformung sollte möglichst der weichste verfügbare Zustand verwendet und die Umformung schrittweise durchgeführt werden, um Bruchrisiken zu minimieren.

Wärmebehandlungsverhalten

EN AW-5251 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung; die mechanische Festigkeit wird durch Kaltverfestigung und mikrostrukturelle Kontrolle erreicht, nicht durch Lösungsglühen oder Ausscheidungshärtung. Vollständiges Glühen zur Wiederherstellung der Duktilität erfolgt durch Erhitzen in den Bereich 350–415 °C und Halten so lange, bis Rekristallisation abgeschlossen ist, gefolgt von langsamem Abkühlen zur Vermeidung von Eigenspannungen. Übergänge der Zustände werden daher in Bezug auf Kaltarbeitsgrade und Stabilisierungszyklen (H22/H24) beschrieben, nicht nach klassischen T-Zustandsfolgen.

Künstliches Altern ist bei 5xxx Legierungen nicht zur Festigkeitssteigerung geeignet, kontrollierte Wärmeeinwirkung bei moderaten Temperaturen kann jedoch Duktilität verändern und Eigenspannungen reduzieren. Konstrukteure sollten Service- und Fertigungstemperaturen vermeiden, die unbeabsichtigt ein Glühen oder Übersieben von Kaltverfestigungen bewirken, sofern kein kontrolliertes Weichglühen gewünscht ist. Für schweißpflichtige Bauteile reduziert die Wahl eines Zustands, der teilweise thermische Belastung toleriert (H22/H24, H111), das Risiko unerwünschter Eigenschaftsänderungen nach der Bearbeitung.

Leistung bei hohen Temperaturen

EN AW-5251 behält seine mechanischen Eigenschaften bis zu mäßig erhöhten Temperaturen, die Festigkeitsabnahmen werden jedoch oberhalb von ca. 100–150 °C signifikant, und eine längere Beanspruchung oberhalb von ~200 °C wird für tragende Anwendungen generell nicht empfohlen. Die Oxidation ist durch die schützende Aluminiumoxid-Schicht begrenzt, aber langanhaltende hohe Temperaturen beschleunigen die Diffusion von Magnesium und das Kornwachstum, was die mechanische Leistung mindert.

Geschweißte Zonen und Wärmeeinflussgebiete sind thermisch empfindlich; übermäßige Wärmeeinbringung bei Fertigung oder Betrieb kann die lokale Streckgrenze reduzieren und die Kriechneigung unter Dauerlast erhöhen. Für Anwendungen mit zyklischer thermischer oder mechanischer Belastung bei erhöhten Temperaturen empfiehlt sich die Wahl einer thermisch stabileren Legierung oder ein entsprechender Sicherheitsfaktor in der Konstruktion.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum EN AW-5251 verwendet wird
Automobil	Innenkarosseriebleche, Verkleidungen	Gute Umformbarkeit in O/H12; Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
Schiffbau	Decksbeläge, Beschläge	Mg-reiche Zusammensetzung verbessert Lochfraßbeständigkeit in marinen Atmosphären
Luft- und Raumfahrt	Sekundärstrukturen, Verkleidungen	Günstiges Festigkeit-Gewicht-Verhältnis und gute Ermüdungsfestigkeit für nicht primäre Bauteile
Elektronik	Gehäuse, Wärmeleitbleche	Gute Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit für Außengehäuse

EN AW-5251 besetzt eine nützliche Mittelstellung, bei der moderate Festigkeit, exzellente Korrosionsbeständigkeit und gute Verarbeitungseigenschaften gefordert sind. Die Kombination der Eigenschaften unterstützt den breiten Einsatz in Transport, Architektur und marinen Branchen, wenn kosteneffizientes, schweißbares und formbares Material benötigt wird.

Konstrukteure wählen 5251 häufig für Bauteile, die mit Standardblechbearbeitung hergestellt und anschließend in Außen- oder Küstenumgebungen ohne komplexe Lösungsglühen-/Ausscheidungsverarbeitung eingesetzt werden.

Auswahlhinweise

EN AW-5251 sollte gewählt werden, wenn eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit als bei handelsüblichem Aluminium (1100) erforderlich ist, dabei jedoch eine gute Umformbarkeit und Schweißbarkeit erhalten bleiben sollen. Im Vergleich zu 1100 tauscht 5251 eine etwas geringere elektrische und thermische Leitfähigkeit gegen deutlich höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit ein, was leichtere Blechstärken bei gleicher Steifigkeit ermöglicht.

Im Vergleich zu arbeitsgehärteten Legierungen wie 3003 und 5052 bietet 5251 typischerweise eine höhere Festigkeit bei gleicher oder verbesserter Korrosionsbeständigkeit im maritimen und atmosphärischen Einsatz. Wenn die höchstmögliche Mg-bedingte Korrosionsbeständigkeit oder eine bestimmte Anlieferungszustandsverfügbarkeit erforderlich ist, sollte 5251 sorgfältig mit 5052/5154 verglichen werden, da Unterschiede in Chemie und Verarbeitung die Eigenschaften verschieben.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird EN AW-5251 bevorzugt, wenn die Fertigung umfangreiches Schweißen oder Umformen ohne Möglichkeit oder Wunsch einer Lösungsglüh- bzw. Auslagerungsbehandlung umfasst. Obwohl 6061 nach Wärmebehandlung höhere Spitzenfestigkeiten erreicht, bietet 5251 ein vorhersehbareres Schweißverhalten und eine einfachere Verarbeitung für große, geformte Bauteile.

Abschließende Zusammenfassung

EN AW-5251 bleibt eine praxisgerechte, weit verbreitete Al–Mg-Knetlegierung, die eine ausgewogene Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und moderater Festigkeit ohne Wärmebehandlung liefert. Seine Vielseitigkeit in Blech-, Platten- und Strangpressprofilen sowie das vorhersehbare Fertigungsverhalten sichern seine Relevanz für Automobil-, Marine-, Architektur- und allgemeine Ingenieuranwendungen, bei denen langlebige und kosteneffiziente Aluminiumlösungen gefordert sind.