Aluminium 3005: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

3005 ist ein Mitglied der 3xxx-Serie von gewalzten Aluminiumlegierungen, bei denen Mangan das Hauptlegierungselement darstellt. Die Legierung enthält typischerweise geringe Mengen Magnesium, um eine Balance aus erhöhter Festigkeit und verbessertem Kaltverfestigungsverhalten im Vergleich zu 3003 und ähnlichen Legierungen zu bieten.

Die Legierung ist nicht wärmebehandelbar und bezieht ihre Festigkeit hauptsächlich aus Kaltumformung (Kaltverfestigung) und Mikrolegierung mit Mn/Mg. Das bedeutet, dass Konstrukteure auf Anlasstemperungen (H-Temper) und mechanische Bearbeitung statt auf Lösungsglühen/Auslagern zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften setzen.

Zentrale Merkmale von 3005 sind moderate Festigkeit, sehr gute Korrosionsbeständigkeit in vielen atmosphärischen Umgebungen, ausgezeichnete Umformbarkeit in weicheren Zuständen und generell gute Schweißbarkeit mit gebräuchlichen Aluminiumfüllerwerkstoffen. Typische Anwendungsbereiche für 3005 sind architektonische Verkleidungen und Dachrinnen, Karosseriebleche und Zierleisten im Automobilbau, Lüftungskanäle (HVAC), Haushaltsgeräte sowie bestimmte Marine- und Transportaußenpaneele, wo moderate Festigkeit und gutes Oberflächenbild gefordert sind.

Ingenieure wählen 3005, wenn eine ausgewogene Verbesserung der Festigkeit gegenüber reinem Aluminium (1000er Serie) und 3003 benötigt wird, ohne dabei die Umformbarkeit wesentlich einzuschränken oder die höheren Kosten und die andere Verarbeitbarkeit wärmebehandelbarer Legierungen in Kauf nehmen zu müssen. Die Legierung wird gegenüber höherfesten Serien bevorzugt, wenn großflächige Umformung, Lackierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit Vorrang vor maximaler spezifischer Festigkeit haben.

Temperzustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (≥20%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximiert Duktilität und Ziehbarkeit
H12	Niedrig–Mittel	Hoch–Mittel (~15–20%)	Sehr gut	Sehr gut	Leichte Kaltverfestigung, gut für mittlere Umformungen
H14	Mittel	Mittel (~10–15%)	Gut	Sehr gut	Viertelhart; üblich für Anwendungen mit ausgewogenem Verhältnis von Umformbarkeit und Festigkeit
H16	Mittel–Hoch	Mittel (~8–12%)	Ausreichend–Gut	Gut	Halbhart; verbesserte Steifigkeit für Bleche
H18	Hoch	Niedrig–Mittel (~4–8%)	Ausreichend	Gut	Vollhart; verwendet, wenn höhere Festigkeit und Federkraftbeständigkeit benötigt werden
H22 / H24	Mittel–Hoch	Mittel (~8–12%)	Gut–Ausreichend	Gut	Kaltverfestigt und dann teilweise geglüht (H24); abgestimmtes Gleichgewicht zwischen Duktilität und Festigkeit
T5 / T6 / T651	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Nicht anwendbar	Wärmebehandelbare Zustände sind für 3005 (nicht wärmebehandelbare Legierung) generell nicht anwendbar

Der Temperzustand steuert maßgeblich den Kompromiss zwischen Duktilität und Festigkeit bei 3005: weichere Zustände O und leichte H‑Temper erlauben tiefes Ziehen und Dehnen, während H16–H18 höhere Streckgrenze und verbesserte Blechstabilität bieten. Da 3005 nicht wärmebehandelbar ist, müssen Konstrukteure mechanische Temperzustände und Kaltverfestigungssequenzen spezifizieren, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, anstatt auf Auslagerungszyklen zu setzen.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,6	Silizium wird kontrolliert, um Gieß-/Fließprobleme zu begrenzen; kleinere Mengen erlaubt
Fe	≤ 0,7	Eisen ist der häufigste Verunreinigungsbestandteil; zu viel Fe reduziert Duktilität und Oberflächenqualität
Mn	0,5 – 1,0	Hauptfestiger in der 3xxx Serie; steuert Gefüge und Kaltverfestigung
Mg	0,3 – 0,7	Geringer Mg-Anteil erhöht Festigkeit und verbessert Kaltverfestigungsverhalten
Cu	≤ 0,2	Niedriger Kupfergehalt minimiert Anfälligkeit für interkristalline Korrosion
Zn	≤ 0,2	Zink wird niedrig gehalten, um übermäßige galvanische Aktivität und verminderte Umformbarkeit zu vermeiden
Cr	≤ 0,1	Spurenelement Chrome kann die Rekristallisation in manchen Herstellungsprozessen steuern
Ti	≤ 0,1	Titan wird in geringen Mengen als Kornfeinungsmittel bei Guss/Gussmetallurgie eingesetzt
Andere	≤ 0,15 je, ≤ 0,05 Bi/Pb/Sb	Restbestandteile und Spurenlegierungen; Al Restanteil

Der Mangan- und Magnesiumgehalt sind die Hauptfaktoren für das mechanische Verhalten von 3005. Mn bildet Dispersoide und stabilisiert das Gefüge beim Walzen und Umformen, während Mg zur Lösungselementfestigung beiträgt und Streckgrenze/Zugfestigkeit erhöht, ohne die Legierung wärmebehandelbar zu machen. Die Kontrolle von Eisen und Silizium ist wichtig für Oberflächenqualität und Biegefähigkeit, insbesondere bei lackierten Architekturanwendungen.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 3005 ist stark vom Temperzustand und der Blechdicke abhängig. Im geglühten Zustand zeigt die Legierung moderate Zugfestigkeit mit hoher einheitlicher Dehnung, die sich gut zum Umformen und Tiefziehen eignet, während kaltverfestigte H-Temper die Streckgrenze und Zugfestigkeit auf Kosten von Duktilität und Umformbarkeit erhöhen.

Die Streckgrenze steigt mit zunehmender Kaltverfestigung deutlich an; typische H14–H18 Temper werden verwendet, wenn Blechsteifigkeit, Umformkanten und Rückfederungssteuerung gefordert sind. Das Ermüdungsverhalten ist bei niedrigen bis mittleren zyklischen Belastungen angemessen; die Lebensdauer wird stark durch Oberflächenbeschaffenheit, Umformunterbrechungen und lokale Spannungsspitzen aus Bearbeitung beeinflusst.

Die Härte folgt dem gleichen Trend wie die Festigkeit und wird üblicherweise mit Brinell- oder Vickers-Härteprüfungen für die Qualitätskontrolle gemessen. Dickenbedingte Effekte sind ausgeprägt: dünnere Blechstärken erreichen höhere Raumtemperaturumformbarkeit und gleichmäßigere Eigenschaften nach Kaltverfestigung, während dickere Abschnitte engere Biegeradien und niedrigere einheitliche Dehnung aufweisen.

Eigenschaft	O / geglüht	Haupt-Temper (H14 / H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	100 – 150 MPa	180 – 260 MPa	Bereich abhängig von Temper und Dicke; H-Temper verdoppeln Zugfestigkeit gegenüber O unter bestimmten Bedingungen nahezu
Streckgrenze	35 – 80 MPa	120 – 200 MPa	Streckgrenze steigt mit Kaltverfestigung schnell an; Spezifikationskontrolle wichtig für umgeformte Bauteile
Dehnung	18 – 30%	4 – 15%	Dehnung nimmt mit steigender Festigkeit ab; für Umformung sollte O/H12/H14 verwendet werden
Härte (HB)	25 – 45 HB	60 – 95 HB	Härte korreliert mit Kaltverfestigung; Werte variieren je nach Messmethode und Probenvorbereitung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,73 g/cm³	Typisch für gewalzte Al-Mn Legierungen; nützlich für Massenberechnung
Schmelzbereich	~643 – 654 °C	Schmelzbereich der Legierung; Solidus/Liquidus beeinflusst durch Verunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	~140 W/m·K (Raumtemperatur)	Niedriger als reines Aluminium wegen Legierungselementen; trotzdem gut zur Wärmeverteilung
Elektrische Leitfähigkeit	~35 – 45 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium; Leitfähigkeit variiert mit Temper und Kaltverfestigung
Spezifische Wärme	~0,90 J/g·K	Typisch für Aluminiumlegierungen nahe Raumtemperatur
Wärmeausdehnung	~23,6 µm/m·K (20–100 °C)	Vergleichbar mit anderen Al-Legierungen; wichtig bei Verbindung mit anderen Metallen zur Vermeidung von Ermüdung und Dichtungsversagen

3005 bewahrt viele der vorteilhaften physikalischen Eigenschaften von Aluminium: geringe Dichte, gute Wärmeleitung und hohe spezifische Wärme. Thermische und elektrische Leistungen liegen unter denen von reinem Aluminium, sind aber für viele Anwendungen im Wärmemanagement und elektrische Erdung akzeptabel.

Bei der Verbindung von 3005 mit Stahl oder Kupfer müssen Konstrukteure den Wärmeausdehnungskoeffizienten berücksichtigen, um zyklische Ermüdung und Dichtungsversagen zu vermeiden. Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme machen die Legierung für leichte wärmeverteilende Bleche und Gehäuse geeignet, bei denen absolute Leitfähigkeit hinter Gewicht und Umformbarkeit zurücktritt.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,2 – 6,0 mm	Dicke beeinflusst Umformbarkeit; dünnere Dicken lassen sich leichter ziehen	O, H12, H14, H16	Weit verbreitet für Verkleidungen, Karosserieteile, Haushaltsgeräte
Platte	>6,0 mm	Verringerte Duktilität; häufig eingesetzt, wenn erhöhte Steifigkeit benötigt wird	H16, H18	Begrenzte Verfügbarkeit bei schweren Platten; spezialisierte Fertigung
Extrusion	Profilquerschnitte bis mittlere Größen	Extrudierte Profile können gealtert oder kalt bearbeitet werden, um die Festigkeit zu erhöhen	H14, H16	Weniger verbreitet als 6xxx-Extrusionen; verwendet für dekorative Zierleisten
Rohr	0,5 – 6 mm Wandstärke, verschiedene Durchmesser	Geschweißte oder nahtlose Rohre; Schweißwärmeeinflusszone (HAZ) und Verformungsverhalten wichtig	O, H14	Heizungs-, Lüftungs- und Klimakanäle, architektonische Rohre, Möbelrahmen
Stab/Stange	Durchmesser bis ca. 50 mm	Kaltziehen erhöht Festigkeit; begrenzte Verfügbarkeit	H12, H14	Verwendet für Verbindungselemente, Bolzen und umgeformte Bauteile

Bleche und Coils sind die dominierenden Produktformen für 3005, da die Legierung durch ihre ausgezeichnete Umformbarkeit und Oberflächenqualität ideal für gewalzte Produkte ist. Platten und schwerere Querschnitte sind weniger verbreitet und werden typischerweise dort eingesetzt, wo eine höhere Steifigkeit oder Dicke erforderlich ist, obwohl andere Aluminiumsysteme für schwere Strukturplatten oft bevorzugt werden.

Extrusions- und Rohrformen werden produziert, wenn Profile oder Hohlprofile benötigt werden; die Prozessparameter (Werkzeugdesign, Extrusionsgeschwindigkeit und Kühlung) müssen für Mn/Mg-Legierungen angepasst werden, um Kornfluss und Oberflächenqualität zu steuern. Nachformoperationen wie Biegen, Kanten und Tiefziehen sind Routineverfahren für Blech und Coil in der Architektur- und Automobilzulieferindustrie.

Äquivalente Werkstoffnummern

Norm	Werkstoffnummer	Region	Bemerkungen
AA	3005	USA	Aluminum Association Bezeichnung; häufig in Datenblättern angegeben
EN AW	3005	Europa	EN AA‑3005 / EN AW‑3005 in europäischen Normen und Werkstoffzeugnissen gebräuchlich
JIS	A3005 (ca.)	Japan	Japanische Normen listen ähnliche Werkstoffe; Zusammensetzung und Zustand stets prüfen
GB/T	3005 (ca.)	China	Chinesische Normen haben entsprechende Zusammensetzungen; nationale Toleranzen beachten

Äquivalente Bezeichnungen in unterschiedlichen Normen weisen generell auf dieselbe Grundzusammensetzung hin, aber regionale Normen können in Toleranzen, zulässigen Verunreinigungen und Prüfanforderungen abweichen. Ingenieure sollten mechanische Eigenschaftstabellen und Werksprüfzeugnisse immer abgleichen und sich nicht nur auf die nominale Werkstoffnummer verlassen, wenn sie internationales Material beschaffen.

Korrosionsbeständigkeit

3005 zeigt eine gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, typisch für die 3xxx-Serie, aufgrund seines stabilen Oxidfilms und moderater Legierungsanteile. Es eignet sich gut für städtische und industrielle Umgebungen und widersteht allgemeiner Korrosion und Fleckenbildung bei Lackierung oder Eloxierung.

In maritimen und chloridreichen Umgebungen ist die Legierung für Außenleiste und nicht tragende Strukturbleche geeignet, bietet jedoch nicht die Robustheit der 5xxx-Serie (mit höherem Mg-Gehalt und besserer Lochfraßbeständigkeit). Lokale Lochfraßbildung kann bei konzentriertem Chloridangriff oder Spaltkorrosion auftreten, wenn Schutzbeschichtungen beschädigt sind.

Spannungsrisskorrosion ist unter normalen Einsatzbedingungen bei 3005 kaum ein Problem, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist und keine mikrostrukturellen Voraussetzungen für solche Risse aufweist, wie es bei einigen hochfesten Legierungen der Fall ist. Galvanische Wechselwirkungen mit anderen Metallen sollten berücksichtigt werden: Aluminium ist anodisch gegenüber Kupfer, Edelstahl und Baustahl und korrodiert bevorzugt, wenn es nicht elektrisch isoliert oder durch Beschichtungen und Dichtmittel geschützt wird.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

3005 lässt sich gut mit herkömmlichen TIG-, MIG- und Punktschweißverfahren schweißen, wenn passende Aluminium-Schweißzusätze verwendet werden. Übliche Zusatzwerkstoffe sind 4043 (Al‑Si) und 5356 (Al‑Mg), je nach gewünschter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Schweißguts.

Die Gefahr von Heißrissen ist im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen gering, allerdings müssen Schweißwärmeeintrag und Passung der Fügeteile kontrolliert werden, um Verzug und Weichwerden der Schweißwärmeeinflusszone bei stark kaltverformten Bereichen zu minimieren. Vor- und nachverformte mechanische Eigenschaften sind bei tragenden Blechen und geflanschten Baugruppen zu berücksichtigen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 3005 ist moderat und im Allgemeinen besser als bei reinem Aluminium, aber schlechter als bei zerspanungsoptimierten Messinglegierungen und manchen 6xxx-Legierungen. Übliche Bearbeitungsverfahren verwenden hochwertige Hartmetall- oder beschichtete Hartmetallwerkzeuge mit mittleren bis hohen Drehzahlen sowie positiven Spanwinkeln, um durchgängige Spanbildung zu fördern.

Spanbruch gelingt bei steifen Aufbauvorrichtungen und Überflut- oder Nebelschmierung gut. Bohren und Gewindeschneiden sind in H-Zuständen möglich, müssen aber mit angepassten Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten erfolgen, um Aufbauschneiden und Schmieren an der Oberfläche, besonders bei dünnwandigen Teilen, zu vermeiden.

Umformbarkeit

Umformbarkeit ist eine der Stärken von 3005 in weicheren Zuständen und dünneren Blechen, was Tiefziehen, Strecken und komplexe Biegeoperationen ermöglicht. Minimale Biegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab; für O- und H12-Zustände können engere Radien verwendet werden, während H16–H18 größere Radien und mehr Rückfederung erfordern.

Die Reaktion auf Kaltumformung ist gut vorhersehbar: Durch kontrollierte Kaltverfestigung können Hersteller die Festigkeit von umgeformten Bereichen schrittweise erhöhen. Für intensive Umformung oder komplexe Geometrien empfiehlt sich die Wahl von O- oder leichten H-Zuständen sowie das Einplanen von Zwischenglühungen zur Wiederherstellung der Duktilität.

Wärmebehandlungsverhalten

Als nicht wärmebehandelbare Legierung reagiert 3005 nicht auf Lösungsglühen und künstliches Altern wie die 6xxx- und 7xxx-Serien. Versuche, Verfestigung durch Ausscheidungshärtung zu erzielen, führen nicht zu nennenswerter Festigkeitssteigerung, da die Hauptfestigkeitsquellen Mn-Dispersoide und Kaltverfestigung sind.

Die Leistungsbeeinflussung erfolgt mechanisch durch Arbeitseinwirkung und Glühprozesse. Das Glühen (Weichglühen) wird durch Erhitzen auf geeignete Temperaturen und anschließendes langsames oder kontrolliertes Abkühlen erreicht, um Duktilität wiederherzustellen; Hersteller nutzen meist Vollglüh- (O) und Teilglühzyklen zur Herstellung von H24- und ähnlichen Zuständen.

Für Prozessingenieure sind wichtige thermische Steuergrößen, ein Überhitzen während Schweißen und thermischer Behandlung zu vermeiden, da sonst Dispersoide grobkörnig werden oder unerwünschtes Kornwachstum auftreten kann. Eine kontrollierte Rekristallisation durch Walzen und passende Zwischenglühungen sorgt für die Mikrostruktur, die für konstante Umformbarkeit und Oberflächenqualität nötig ist.

Leistung bei hohen Temperaturen

Die statische Festigkeit von 3005 nimmt mit Temperaturen über etwa 100–150 °C und langzeitlicher Belastung ab; Konstrukteure sollten die Dauerbetriebstemperaturen begrenzen und Kriechdaten für spezifische Bauteile berücksichtigen. Kurzzeitige Belastung bei höheren Temperaturen wird toleriert, jedoch können wiederholte Temperaturzyklen die Maßhaltigkeit und Spannungsverteilung verändern.

Oxidation bei erhöhten Temperaturen ist im Vergleich zu Stahl minimal, da Aluminium eine schützende Oxidschicht bildet; dennoch können Oxidwachstum und Abblättern die Haftung von Lacken und den elektrischen Kontakt beeinflussen. In geschweißten Bauteilen zeigt die HAZ lokale Weichung und reduzierte Streckgrenze, was die Hochtemperatureinsatzfähigkeit einschränkt und mechanische Verstärkung oder geänderte Verbindungsdetails erfordern kann.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum 3005 verwendet wird
Automobilbau	Außenverkleidung und Karosserieteile	Gutes Gleichgewicht aus Umformbarkeit, Oberflächenqualität und mittlerer Festigkeit
Schiffbau	Zierleisten, nicht tragende Bleche	Ausreichende Korrosionsbeständigkeit und Lackierbarkeit in Küstenklimata
Luft- und Raumfahrt	Innenausstattung, Verkleidungen	Leichtbau mit guten Fertigungseigenschaften für nicht sicherheitskritische Teile
Elektronik	Abdeckungen und Gehäuse	Wärmeableitung, elektromagnetische Abschirmung und leichtes Gehäusematerial
Bau und Konstruktion	Dachrinnen, Verkleidungen, Bedachung	Witterungsbeständigkeit, Umformbarkeit für Profile und gute Lackhaftung

3005 ist besonders wertvoll, wenn großflächige umgeformte Oberflächen mit hoher Qualitätsoberfläche und zuverlässigem Korrosionsverhalten benötigt werden. Die einfache Formbarkeit und Oberflächenbehandlung der Legierung senkt die Herstellungskosten für Architektur- und Gerätebleche bei zugleich besserer mechanischer Leistung als reines Aluminium.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 3005 sind Designs zu bevorzugen, die eine höhere Festigkeit als 1000er- und 3003er-Serien erfordern und gleichzeitig hervorragende Umformbarkeit und Lackierbarkeit behalten. Für Tiefziehen eignen sich O- oder leichte H-Zustände, während H14–H18 für Bleche verwendet werden, bei denen Steifigkeit und Streckgrenze wichtiger sind als maximale Dehnung.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) tauscht 3005 einen Teil der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit gegen eine deutlich höhere Festigkeit und bessere Abriebfestigkeit ein. Im Vergleich zu häufig verwendeten kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 bietet 3005 typischerweise eine moderate Festigkeitssteigerung gegenüber 3003 bei vergleichbarer Umformbarkeit; es wird oft bevorzugt, wenn eine etwas höhere Festigkeit bei guter Korrosionsbeständigkeit gefordert ist. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 bietet 3005 eine überlegene Umformbarkeit und oft geringere Kosten, jedoch eine geringere maximale Zugfestigkeit; 3005 sollte dort eingesetzt werden, wo Umformbarkeit und Oberflächenqualität wichtiger sind als die maximale Zugfestigkeit.

Abschließende Zusammenfassung

3005 bleibt eine praktische und weitverbreitete Aluminiumlegierung, da sie die Leistungslücke zwischen sehr duktilen, kommerziell reinen Aluminiumlegierungen und höherfesten wärmebehandelbaren Legierungen schließt. Die Kombination aus Kaltverfestigung, guter Korrosionsbeständigkeit, hervorragender Oberflächenqualität und vorhersehbarem Fertigungsverhalten macht sie zur bevorzugten Wahl für Anwendungen in Architektur, Automobilindustrie und Konsumgütern, bei denen Fertigbarkeit und Dauerhaftigkeit zentrale Designkriterien sind.