Aluminium 3007: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

3007 ist eine Legierung aus der 3xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, einer Familie, die durch Mangan als Hauptelement definiert ist. Diese Serie ist nicht wärmeverfestigbar und erhält ihre Festigkeit hauptsächlich durch Mischkristallhärtung und Kaltverfestigung anstelle von Ausscheidungshärtung.

Wesentliche Legierungselemente in 3007 sind typischerweise Mangan mit kleinen, kontrollierten Zusätzen von Silizium, Eisen sowie Spuren von Magnesium oder Chrom, um die Festigkeit, das Rekristallisationsverhalten und die Korrosionsbeständigkeit zu optimieren. Der wesentliche Festigungsmechanismus ist Kaltumformung (Verfestigung durch Dehnung) in Kombination mit mikrostruktureller Steuerung durch Legierungsbestandteile; Wärmebehandlungen wie Alterungs- oder Lösungsglühen spielen für die maximale Festigkeit kaum eine Rolle.

Wichtige Eigenschaften von 3007 sind eine moderate bis hohe Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand, gute Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen, vernünftige Schweißbarkeit mit gängigen Fügeschmelzverfahren sowie ein Festigkeitsniveau über reinem Aluminium, aber unter dem typischer wärmeverfestigbarer Legierungen der 6xxx- oder 7xxx-Serie. Diese Merkmale machen 3007 attraktiv für Branchen, in denen Fertigungsflexibilität und Korrosionsbeständigkeit wichtig sind, wie zum Beispiel bei Fahrzeug-Innenverkleidungen, architektonischen Verkleidungen, Gebäudefassaden und Konsumgeräten.

Konstrukteure wählen 3007 gegenüber anderen Legierungen, wenn ein ausgewogenes Verhältnis von Umformbarkeit, Oberflächenqualität und moderater Festigkeit erforderlich ist oder wenn nachgelagerte Umformprozesse (Tiefziehen, Biegen) Priorität haben. Es wird bevorzugt gegenüber stark legierten oder wärmeverfestigbaren Werkstoffen, wenn Kosten, einfache Formgebung und atmosphärische Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als maximale Streckgrenze.

Ausführungszustände (Temper)

Temper	Festigkeitsniveau	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (20–40%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Duktilität
H12	Niedrig-Mittel	Moderat (10–25%)	Sehr gut	Sehr gut	Teilweise Kaltverfestigung mit guter Tiefziehfähigkeit
H14	Mittel	Moderat-Niedrig (6–15%)	Gut	Gut	Typischer handelsüblicher Kaltgewalzter Zustand für moderate Festigkeit
H16	Mittel-Hoch	Niedrig (4–10%)	Mäßig	Gut	Erhöhte Kaltverfestigung für steifere Bauteile
H18	Hoch	Niedrig (≤5%)	Begrenzt	Gut	Stärkster Kaltverfestigter Zustand für höhere Streckgrenzen
T4*	Nicht anwendbar/nicht typisch	N/A	N/A	N/A	Nur der Vollständigkeit halber aufgeführt – 3xxx-Legierungen werden üblicherweise nicht ausscheidungshärtend behandelt

Die Wahl des Tempers bei 3007 beeinflusst stark das Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität: mit steigendem H-Nummer erhöht sich Streck- und Zugfestigkeit auf Kosten von Dehnung und Umformbarkeit. Für formintensive Verfahren werden O- oder niedrige H-Temper bevorzugt; für fertige Bauteile mit höherer Steifigkeit oder Rückfederkontrolle können H16/H18 spezifiziert werden.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,05–0,50	Kontrolliert, um Gussunreinheiten zu begrenzen und Oberflächenqualität zu erhalten.
Fe	0,20–0,70	Typisches Verunreinigungselement; höherer Fe-Gehalt reduziert Duktilität und Oberflächenqualität.
Mn	0,6–1,5	Hauptlegierungselement zur Festigkeitssteigerung in der 3xxx-Familie.
Mg	0,05–0,50	Kleine Zusätze verbessern Kaltverfestigung und Festigkeit geringfügig.
Cu	≤0,20	Gering gehalten, um Korrosionsanfälligkeit zu begrenzen und Schweißbarkeit zu erhalten.
Zn	≤0,25	Niedrige Mengen zur Vermeidung negativer Auswirkungen auf Korrosionsverhalten und Versprödung.
Cr	≤0,10	Kleine Mengen steuern Rekristallisation und Kornstruktur.
Ti	≤0,10	Kornfeiner in Guss- oder stark umgeformten Produkten als Spurenelement.
Sonstige (jeweils)	≤0,05	Spurenelemente werden niedrig gehalten; Aluminium stellt die Restmenge dar.

Die dargestellte Zusammensetzung ist repräsentativ für typische industrielle 3007-Chemie und basiert nicht auf einem einzigen formellen Standard. Mangan ist das primäre Mikrolegierungselement, das die meisten Festigkeitswerte im Kaltumformzustand liefert. Silizium und Eisen kontrollieren die Gießbarkeit und Einschlüsse; kleine Magnesiumanteile verstärken die Kaltverfestigung und erhöhen die Festigkeit moderat, während niedrige Kupfer- und Zinkgehalte Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit erhalten.

Mechanische Eigenschaften

Im Zugversuch zeigt 3007 ein duktiles Verhalten mit guter Kaltverfestigungsfähigkeit und relativ flachem Dehnungsverfestigungsexponenten im weichgeglühten Zustand sowie zunehmender Streckgrenze durch Kaltverformung. Weichgeglühte Proben weisen typischerweise hohe Gesamtlängen und geringe Streckgrenzen auf, während kaltverfestigte Zustände höhere Streck- und Zugfestigkeiten bei reduzierter Duktilität und Zähigkeit zeigen. Das Ermüdungsverhalten wird von Oberflächenqualität, Kaltumformgrad und Materialdicke bestimmt; polierte, kaltgewalzte Oberflächen können höhere Ermüdungsgrenzen gegenüber rauen Walzoberflächen aufweisen.

Die Streckgrenze steigt mit dem Kaltumformgrad und lässt sich durch H-Zustände planbar erhöhen, doch fehlt der Legierung ein Wegen der Ausscheidungshärtung, um die hohen Werte von 6xxx- oder 7xxx-Legierungen zu erreichen. Die Härte korreliert mit Zugfestigkeit und Kaltumformgrad; dünne Bleche verfestigen sich schneller und erreichen daher häufig für denselben Temper einen höheren Festigkeitswert als dickere Platten.

Eigenschaft	O/Geglüht	Haupt-Temper (H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	100–140	170–220	Werte variieren je nach Dicke und Kaltverfestigung; typische Bereiche.
Streckgrenze (0,2 % Dehngrenze, MPa)	30–60	110–160	H14 erhöht Streckgrenze deutlich durch Kaltverfestigung.
Bruchdehnung (%)	20–40	6–15	Geglühte Legierung geeignet zum Tiefziehen; H-Zustände begrenzen Umformbarkeit.
Härte (HB)	25–45	55–85	Brinell-Werte ±; Härte steigt annähernd linear mit Kaltverfestigungsgrad.

Die Materialdicke beeinflusst das mechanische Verhalten: Dünne Blechdicken verfestigen sich durch Kaltumformung gleichmäßiger und erreichen höhere Festigkeiten in H-Zuständen, während dickere Querschnitte niedrigere Streckgrenze bei höherer Zähigkeit aufweisen können. Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen ist auf Rollanisotropien und Prüfrichtungen zu achten.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für handelsübliche Aluminiumlegierungen; relevant für Massenberechnungen.
Schmelzbereich	640–660 °C	Typisches enges Solidus-Liquidus-Intervall für gewalzte Legierungen.
Wärmeleitfähigkeit	150–180 W/(m·K)	Niedriger als reines Aluminium wegen Legierung; aber gut für Wärmeverteilung.
Elektrische Leitfähigkeit	30–45 %IACS	Legierung vermindert Leitfähigkeit gegenüber reinem Aluminium.
Spezifische Wärmekapazität	880–910 J/(kg·K)	Ca. 0,88–0,91 J/g·K bei Raumtemperatur.
Wärmeausdehnungskoeffizient	23–24 µm/(m·K)	Ähnlich zu anderen Al-Mn-Legierungen; wichtig bei thermischen Ausdehnungssimulationen.

Die physikalischen Eigenschaften machen 3007 geeignet für Bauteile, die eine gute Wärmeleitung benötigen, aber nicht die Kosten oder die geringere Umformbarkeit höher legierter wärmeverfestigbarer Materialien tragen können. Elektrische und thermische Leitfähigkeit sind ausreichend für viele Kühlkörper- und Gehäuseanwendungen, während die geringe Dichte gewichtssensible Konstruktionen im Transportwesen oder der Architektur begünstigt.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	0,2–6,0 mm	Die Kaltverfestigung nimmt mit der Reduktion zu; dünne Bleche gewinnen schneller an Festigkeit	O, H12, H14	Weit verbreitet für Verkleidungen, Tiefziehen und Stanzen
Platte	6–50 mm	Niedrigere Kaltverfestigung pro Umformgang; dickere Querschnitte zeigen geringere kaltverfestigte Festigkeit	O, H18	Verwendet, wenn dickere Querschnitte mit moderater Umformung benötigt werden
Extrusion	Profile bis zu 300 mm	Festigkeit hängt vom Extrusionsverhältnis und nachfolgender Kaltumformung ab	O, H12	Extrusionen für architektonische Profile und Rahmen
Rohr	Wanddicke 0,5–10 mm	Kaltziehen bewirkt vorhersehbare Erhöhung der Streckgrenze	O, H14	Rohrleitungen für HLK-Anwendungen, Architektur und Konstruktionselemente
Stab/Rundstahl	3–75 mm Durchmesser	Kaltverfestigung durch Ziehen und Kaltfertigbearbeitung	O, H16	Verwendet für kleine bearbeitete Bauteile oder Tragstäbe

Blech- und Bandherstellung dominieren bei 3007, wobei Walz- und Glühzyklen auf Oberflächenqualität und Umformbarkeit abgestimmt sind. Extrusion und Rohrproduktion erfordern eine genaue Kontrolle der Schmelzchemie und Homogenisierung, um Oberflächendefekte zu vermeiden und das Rekristallisationsverhalten zu steuern. Plattenherstellung ist weniger verbreitet und wird genutzt, wenn dickere Querschnitte mit guter Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	3007	USA	Hauptbezeichnung in einigen Lieferantenkatalogen; Nomenklatur folgt der 3xxx-Serie.
EN AW	3007	Europa	Gewerbliche Legierungsbezeichnung in einigen europäischen Lieferketten; Lieferantenspezifikationen überprüfen.
JIS	A3007 (informell)	Japan	Kein universelles JIS-Äquivalent in manchen Fällen; nationale Normen prüfen.
GB/T	3007	China	Chinesische Lieferanten verwenden oft dieselbe numerische Bezeichnung, aber Zusammensetzungstoleranzen prüfen.

Die Äquivalenz zwischen Regionen ist oft nur annähernd, da verschiedene Normen leicht unterschiedliche Zusammensetzungstoleranzen und Prüfverfahren erlauben. Beim Austausch von Legierungen über Normen hinweg sind Chemiegrenzen, mechanische Prüfbedingungen und Zustandsbezeichnungen sorgfältig zu prüfen, da kleine Abweichungen bei Mn oder Mg die Umformbarkeit und Rekristallisation beeinflussen können.

Korrosionsbeständigkeit

3007 zeigt gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit aufgrund seines relativ niedrigen Kupfer- und Zinkgehalts sowie der schützenden Aluminiumschicht. In industriellen und leicht belasteten Umgebungen ist die Langzeitbeständigkeit hoch, wobei Lochfraß größtenteils durch Oberflächenfinish und das Vorhandensein aggressiver Halogenide kontrolliert wird.

In maritimen oder chloridreichen Umgebungen zeigen 3xxx-Legierungen einschließlich 3007 eine angemessene Beständigkeit, werden aber meist von 5xxx Magnesium-legierten Werkstoffen übertroffen, die höhere Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit im Seewasserkombinieren. Oberflächenbehandlungen, Eloxieren oder organische Beschichtungen werden häufig verwendet, um die Lebensdauer im marinen Einsatz zu verlängern.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist im Vergleich zu hochfesten, wärmebehandelbaren Legierungen gering; konzentrierte Chloridumgebungen und Zug-Restspannungen können jedoch das Risiko erhöhen. Galvanische Wechselwirkungen sind zu beachten: Wird Aluminium elektrisch mit edleren Metallen wie Edelstahl oder Kupfer verbunden, fungiert Aluminium als anodischer Partner und korrodiert bevorzugt, sofern die Verbindung nicht isoliert ist.

Im Vergleich zu 1xxx-Serienlegierungen (gewerblich reine Werkstoffe) opfert 3007 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit zugunsten von höherer Festigkeit und Kriechbeständigkeit. Gegenüber 5xxx-Legierungen tauscht es eine etwas geringere Korrosionsbeständigkeit in aggressivem Seewasser gegen bessere Umformbarkeit und oft geringere Kosten.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

3007 lässt sich mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW) gut schweißen, bei ordnungsgemäßer Ausführung ist das Risiko von Heißrissen gering. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind niedriglegierte Aluminium-Schweißdrähte, die mit der 3xxx-Familie kompatibel sind; ER4043 (Al-Si) und ER5356 (Al-Mg) werden je nach Verbindungsanforderungen und Korrosionsschutz nach dem Schweißen häufig eingesetzt. Die Weichung im Wärmeeinflussbereich ist aufgrund der nicht wärmebehandelbaren Legierung nur gering, die mechanischen Eigenschaften in der Schweißzone hängen von der Ausführung der Naht und der Kontrolle der Eigenspannungen ab.

Bearbeitbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 3007 ist mittel und ähnelt der anderer 3xxx-Legierungen; sie ist besser als bei stark legierten oder ausscheidungshärtenden Werkstoffen aufgrund der duktilen Spanbildung. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und guter Kühlschmierstoffzufuhr verbessern Oberflächenqualität und Werkzeugstandzeit. Schnittgeschwindigkeiten sind im Vergleich zu Stählen konservativ und hängen von Zustand und Querschnitt ab. Die Späne sind bei weichen Zuständen meist kontinuierlich und fadenförmig, daher sind Spanbrecher und segmentiertes Schneiden für automatisierte Fertigung hilfreich.

Umformbarkeit

Umformbarkeit ist eine der Hauptstärken von 3007, besonders im weichgeglühten O-Zustand, wo Tiefziehen, Spinnern und komplexes Stanzen mit geringem Rückfederungsmaß möglich sind. Biegeradien von 1–2× Blechdicke sind im O-Zustand bei vielen Geometrien möglich; H-Zustände erhöhen die Rückfederung und erfordern größere Radien oder höhere Umformkräfte. Kaltverfestigung steigert die Streckgrenze und ermöglicht Umformungs-Festigkeits-Kompromisse, mehrstufige Umformungen mit Zwischenglühungen sind für komplexe Formen üblich.

Wärmebehandlungsverhalten

Als nicht wärmebehandelbare Legierung reagiert 3007 nicht auf Lösungsglühen und künstliches Altern wie 6xxx- oder 7xxx-Legierungen. Versuche mit Lösungsglühen und Abschreckaltern produzieren nur geringe Veränderungen, da Mangan und andere Hauptelemente keine ausscheidungsverstärkenden Phasen unter konventionellen Bedingungen bilden.

Der Hauptweg zur Festigkeitsänderung ist die Kaltumformung (H-Zustände) und kontrolliertes Glühen. Vollständiges Glühen (O) erfolgt durch Erhitzen auf eine Temperatur, die Rekristallisation bewirkt (typischerweise im Bereich der 3xxx-Legierungen), gefolgt von langsamer Abkühlung zur Erzielung maximaler Weichheit und Umformbarkeit. Teilglühungen und Härten durch kontrollierte Verformung und thermische Zyklen werden verwendet, um Zieh- oder Zugfestigkeitseigenschaften für spezifische Umformprozesse anzupassen.

Für Anwendungen, die Erholung der Duktilität nach erheblicher Kaltumformung erfordern, sind Standardglühzyklen effektiv, um die Umformbarkeit ohne komplexe Wärmebehandlung wiederherzustellen. Mechanische Eigenschaften sollten nach jeder thermischen Behandlung geprüft werden, da mikrostrukturelle Grobkörnigkeit oder Oberflächenoxidation die Leistung beeinflussen können.

Hochtemperatureigenschaften

3007 behält bis moderate Temperaturen brauchbare mechanische Eigenschaften, verliert jedoch bei circa 150–200 °C deutlich an Festigkeit. Langzeitbelastung bei erhöhten Temperaturen beschleunigt Rekristallisation und Erholung, wodurch die kaltverfestigten Anteile der Streckgrenze und Steifigkeit reduziert werden.

Oxidation bei Einsatztemperaturen ist typisch für Aluminium – eine schützende Oxidschicht bildet sich schnell und limitiert weitere Angriffe, jedoch können Zunder und Oberflächenveränderungen das Löten oder die Haftung von Beschichtungen beeinflussen. Hitzebelastungen nahe dem Schmelzbereich sind für gewalzte Produkte im Einsatz unüblich, aber thermische Zyklen während der Fertigung (z.B. Schweißen) können lokal Härte und Duktilität im Wärmeeinflussbereich verändern.

Für hochtemperaturbelastete Strukturanwendungen sind speziell bewertete Legierungen mit Hochtemperaturfestigkeit zu bevorzugen; 3007 sollte unterhalb der Temperaturgrenze eingesetzt werden, bei der deutliche Weichung eintritt, bzw. dort, wo thermische Zyklen minimal sind.

Anwendungsbeispiele

Branche	Beispielkomponente	Warum 3007 verwendet wird
Automobil	Innenbleche, Verstärkungsstreifen	Exzellente Umformbarkeit für Tiefziehen und Stanzen bei ausreichender Festigkeit
Marine	Architektonische Meeresbauten, Fahrten-Innenausstattungen	Gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und einfache Fertigung
Luftfahrt (nicht primär)	Innenausstattung, Verkleidungen	Gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und hochwertige Oberflächen für nicht tragende Bauteile
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit für Gehäuse
Bau & Architektur	Verkleidungen, Untersichten, Fassaden	Umformbarkeit, Oberflächenqualität und Korrosionsbeständigkeit für sichtbare Flächen

3007 hat seine Nische dort gefunden, wo komplexe Umformung, gute Korrosionsbeständigkeit und Wirtschaftlichkeit kombiniert werden. Es wird vielfach für dekorative oder nicht-kritische Strukturbauteile eingesetzt, bei denen Fertigungsfähigkeit und langfristige Umweltbeständigkeit wichtig sind.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 3007 sollte der Schwerpunkt auf Anwendungen liegen, die hohe Umformbarkeit und gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit erfordern, ohne die maximale Festigkeit wärmebehandelbarer Legierungen zu benötigen. Es ist kosteneffizient, einfacher zu formen als viele hochfeste Legierungen und lässt sich gut schweißen und oberflächenbehandeln.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) opfert 3007 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine leicht höhere Duktilität zugunsten deutlich verbesserter Festigkeit und besserer mechanischer Stabilität nach der Umformung. Im Vergleich zu gebräuchlichen, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 3007 typischerweise dazwischen: Es bietet eine höhere Festigkeit als sehr weiche 1xxx/3xxx-Legierungen und behält gleichzeitig eine bessere Umformbarkeit und manchmal bessere Korrosionsbeständigkeit als Mg-reiche 5xxx-Legierungen. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 3007 eine überlegene Ziehfähigkeit und oft geringere Kosten; wählen Sie 3007, wenn komplexe Umformung und Oberflächenqualität wichtiger sind als die maximal erreichbare Spitzenfestigkeit.

Verwenden Sie 3007, wenn die Bauteilgeometrie, die Umformschritte und die Oberflächenanforderungen die Konstruktionsbeschränkungen dominieren; ziehen Sie Alternativen in Betracht, wenn maximale strukturelle Belastbarkeit oder tragende Leistung im Meerwasser erforderlich sind.

Abschließende Zusammenfassung

3007 bleibt eine praktische 3xxx-Serie-Legierung, die Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und moderate Festigkeit für eine Vielzahl von gefertigten Bauteilen ausbalanciert. Ihre Kombination aus einfacher Fertigung, vorhersagbarem Kaltverfestigungsverhalten und günstigen Oberflächeneigenschaften macht sie zu einer verlässlichen Wahl, wenn Herstellbarkeit und Umweltdauerhaftigkeit primäre Designanforderungen sind.