Aluminium 3009: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

3009 ist eine Legierung aus der 3xxx-Aluminiumserie, einer Familie, die durch Mangan als Hauptelement definiert ist. Als Mitglied der 3xxx-Gruppe erhält 3009 seine Grundfestigkeit durch Mischkristallverfestigung und Kaltverfestigung statt durch ausscheidungshärtende Wärmebehandlung, was seine Verarbeitung und Leistungsgrenzen bestimmt.

Die wichtigsten Legierungsbestandteile in 3009 sind Mangan (Mn) mit geringen Magnesium (Mg)-Zugaben und Spuren von Silizium, Eisen und weiteren Reststoffen. Diese Legierungselemente ergeben eine Kombination aus erhöhter Festigkeit im Vergleich zu handelsüblichem Aluminium, guter Umformbarkeit und respektabler Korrosionsbeständigkeit ohne den Bedarf an Alterungshärtungszyklen.

Zu den wichtigsten Merkmalen von 3009 gehören mäßige Zug- und Streckfestigkeiten für eine nicht wärmebehandelbare Legierung, gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion, hervorragende Kaltumformbarkeit in weichgeglühten Zuständen sowie routinemäßige Schweißbarkeit mit gängigen Schmelzverfahren. Typische Einsatzbereiche von 3009 sind Verpackungen und Behälter (Blech für Dosen und Verschlüsse), Bau und Verkleidung, HVAC-Komponenten sowie allgemeine Blechverwendungen, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Umformbarkeit und Festigkeit gefordert ist.

Ingenieure wählen 3009 häufig, wenn Umformbarkeit und angemessene Festigkeit bei niedrigen Kosten Priorität haben und ausscheidungshärtende Legierungen nicht erforderlich oder unerwünscht sind. Seine Position in der 3xxx-Familie verschafft ihm gegenüber höherfesten, wärmebehandelbaren Legierungen bei vielen Blech- und Leichtbauteilen Vorteile hinsichtlich Kosten und Korrosionsbeständigkeit.

Ausführungszustände

Ausführungszustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch (~25–40%)	Hervorragend	Hervorragend	Vollständig geglüht für maximale Duktilität
H12 / H14	Niedrig–Mittel	Moderat (~12–25%)	Sehr gut	Sehr gut	Leichte Kaltverfestigung erhöht die Streckgrenze, typisch für umgeformte Bauteile
H18	Mittel–Hoch	Niedrig (~2–6%)	Schlecht	Gut	Vollhart, eingesetzt wenn Rückfederung und Steifigkeit erforderlich sind
H32 / H34	Mittel	Moderat (~8–18%)	Gut	Gut	Kaltverfestigt und teilweise geglüht für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Umformbarkeit und Festigkeit
H111	Niedrig–Mittel	Moderat (~10–20%)	Sehr gut	Sehr gut	Im Wesentlichen stabil für begrenzte Umformoperationen
T5 / T6 / T651	Nicht anwendbar	N/V	N/V	N/V	Typische Ausscheidungszustände sind nicht anwendbar; 3009 ist nicht wärmebehandelbar

Die Wahl des Ausführungszustands steuert das mechanische Gleichgewicht von 3009 ausschließlich über Kaltverfestigung und Glühzyklen. Geglühte (O-) Zustände ermöglichen Tiefziehen und komplexe Umformungen, während H-Zustände gewählt werden, um eine höhere Streckgrenze und Steifigkeit auf Kosten von Dehnung und Umformbarkeit zu erreichen.

Da 3009 nicht auf Ausscheidungshärtung anspricht, wird die Zustandskontrolle vollständig durch mechanische Kaltverfestigung und kontrollierte Glühschritte erreicht, die auch Rückfederung, Eigenspannungen sowie das anschließende Schweiß- und Lackierverhalten beeinflussen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Hinweise
Si	0,20–0,60	Typischer Verunreinigungswert; höherer Si-Gehalt mindert die Duktilität leicht
Fe	0,20–0,70	Übliche Verunreinigung; zu viel Fe kann Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit verschlechtern
Mn	0,60–1,50	Hauptfestigungselement für die 3xxx-Serie; verbessert Festigkeit und Rekristallisationsverhalten
Mg	0,10–0,50	Geringe Mg-Zugabe erhöht moderat die Festigkeit und kann die Kaltverfestigung verbessern
Cu	≤0,10	Niedrig gehalten, um Korrosionsbeständigkeit aufrechtzuerhalten und Spannungsrisskorrosion zu minimieren
Zn	≤0,10	Kontrollierte niedrige Werte zur Vermeidung von negativen Auswirkungen auf Korrosionsbeständigkeit
Cr	≤0,10	Spurenelemente können vorhanden sein zur Kornstrukturstabilisierung
Ti	≤0,15	Mikrolegierungselement zur Kornfeinung bei Guss- oder Schmiedeprozessen
Sonstige (jeweils)	≤0,05	Unbestimmte Reststoffe, Ausgleich zu Aluminium (~Rest)

Der Mangangehalt ist die dominierende, gezielt zugesetzte Legierungskomponente und bestimmt das Verhalten der 3xxx-Serie durch Mischkristallverfestigung und stabile Unterstruktur bei der Kaltverformung. Geringe Magnesiumzugaben erhöhen die Festigkeit und verändern das Kaltverformungsverhalten, während der niedrige Kupfer- und Zinkanteil die allgemeine Korrosionsbeständigkeit erhält.

Spurenelemente und Reststoffe beeinflussen das Verarbeitungsfenster, die Rekristallisation und Oberflächeneigenschaften; Materialien, die nach einer Spezifikation zertifiziert sind, kontrollieren diese Elemente zur Sicherstellung konsistenter Umform-, Fügeverfahren und Korrosionsleistung.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 3009 ist typisch für nicht wärmebehandelbare Al–Mn-Legierungen: mittlere Zugfestigkeit mit relativ niedriger Streckgrenze im geglühten Zustand und steigender Streckgrenze durch Kaltverfestigung. Die Duktilität ist im O-Zustand hoch und nimmt mit zunehmender Kaltverfestigung progressiv ab; deshalb müssen Konstrukteure die verminderte zulässige Verformung bei H-Zuständen während der Umformung berücksichtigen.

Streck- und Zugfestigkeit hängen stark vom Ausführungszustand und der Dicke ab. Dünne Blechstärken, die auf H14/H18 Kaltverfestigung gebracht werden, zeigen erhebliche Steigerungen der Streckgrenze im Vergleich zum O-Zustand, was jedoch mit verminderter Dehnung und größerer Rückfederung einhergeht, welche sich auf Werkzeugdesign und Maßhaltigkeit auswirken.

Die Härte korreliert mit dem Ausführungszustand: Vickers-/Brinell-Härtewerte bewegen sich von niedrig im O-Zustand (weich, geringe Härte) bis deutlich höher im H18-Zustand (vollhart). Die Ermüdungsbeständigkeit ist im Allgemeinen günstig für leichte zyklische Belastungen, jedoch empfindlich gegenüber Oberflächenbeschaffenheit, Eigenspannungen aus Umformung und Schweißen sowie durch Dicke bedingte Einschränkungen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Schlüsselzustand (z. B. H14/H18)	Hinweise
Zugfestigkeit	~70–120 MPa	~150–260 MPa	Großer Bereich bedingt durch Ausführungszustand und Dicke; Werte für typische Blechstärken angenähert
Streckgrenze	~30–60 MPa	~120–220 MPa	Kaltverfestigung hebt Streckgrenze deutlich; Verhältnis Streckgrenze zu Zugfestigkeit verbessert sich mit Kaltverfestigung
Dehnung	~25–40%	~2–20%	Duktilität nimmt mit Kaltverfestigung ab; für Umformung O- oder leichtverfestigte Zustände berücksichtigen
Härte (BHN)	~20–40 HB	~40–90 HB	Härte ungefähr proportional zum vorigen Kaltverfestigungsgrad; beeinflusst Verschleiß- und Prägeleistung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für Al–Mn-Schmiedelegierungen, nützlich für Masse- und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich	600–655 °C	Legierung senkt Solidus leicht gegenüber reinem Al (660 °C); Gussphasen spielten bei gewalztem Blech keine wesentliche Rolle
Wärmeleitfähigkeit	~130–170 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber weiterhin hoch; nützlich für wärmeableitende Bauteile
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Reduziert gegenüber handelsüblichem Aluminium durch Legierung; ausreichend für einige Sammelschienen- und Steckerverwendungen mit Umformanspruch
Spezifische Wärme	~900 J/kg·K	Typische spezifische Wärme nahe Raumtemperatur für Aluminiumlegierungen
Wärmeausdehnung	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Vergleichbar mit anderen Al-Legierungen; wichtig für thermische Fügeverfahren und bimetallische Konstruktionsüberlegungen

3009 behält viele der attraktiven physikalischen Eigenschaften von Aluminium bei: geringe Dichte, hohe Wärmeleitfähigkeit und große spezifische Wärme. Diese Faktoren tragen zu einem günstigen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und thermischem Management bei Blechbauteilen bei.

Für Konstrukteure sollte die moderate Reduzierung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit gegenüber reineren Legierungen gegen die verbesserten mechanischen Eigenschaften und Umformvorteile der Legierung abgewogen werden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,2–6,0 mm	Die Dicke beeinflusst die Kaltverfestigungsrate; dünne Blechstärken reagieren gut auf Tiefziehen	O, H12, H14, H18	Dominante Form für Verpackungen, Verkleidungen und geformte Bauteile
Platte	6–25 mm	Verminderte Kaltumformbarkeit; eher für bearbeitete Teile und konstruktive Anwendungen geeignet	O, H32	Eingesetzt, wenn dickere Querschnitte oder Zerspanung erforderlich sind
Strangpressprofil	Variable Querschnitte	Querschnittsgeometrie beeinflusst Eigenspannungen; Kaltumformung nach dem Strangpressen üblich	O, H111	Weniger gebräuchlich als Blech, verwendet für Spezialprofile
Rohr	0,3–5 mm Wandstärke	Ziehen und Schweißverhalten von Naht und Material beeinflusst durch Zustand; dünne Wandstärken erfordern O/H14	O, H14	Heizungs-, Lüftungs- und Klimakanäle sowie leichte Strukturrohre
Stab/Rundstahl	Ø6–50 mm	Verwendet für bearbeitete Bauteile und Fittings; Stabware üblicherweise weich für nachfolgende Bearbeitung	O, H111	Weniger gebräuchlich für 3009; andere Serien typischer für hochfeste Stäbe

Die Verarbeitungsunterschiede zwischen Blech, Platte und Strangpressprofilen beziehen sich auf den Verformungspfad, Rekristallisation während der Erwärmung und die Möglichkeit der Kaltbearbeitung zur Festigkeitssteigerung. Blechdicken sind für Tiefziehen und Rollformen optimiert, während dickere Platten- und Stabformen eher auf Zerspanung und begrenzte Umformung ausgelegt sind.

Die Verfügbarkeit spezieller Zustände hängt von den Walzwerkfähigkeiten und der Marktnachfrage ab; 3009 wird meist als Blech in verschiedenen O- und H-Zuständen für Umformung und Dosenherstellung bereitgehalten.

Äquivalente Güten

Norm	Güte	Region	Hinweise
AA	3009	USA	Typische Bezeichnung für Knetlegierungen gemäß Aluminum Association Standards
EN AW	3009	Europa	EN-Bezeichnung häufig als EN AW‑3009 verwendet für gleichwertige Zusammensetzungskontrolle
JIS	A3009 / A3000-Serie	Japan	Japanische Normen ordnen die 3xxx-Familie zu; genaue Endung kann je nach Spezifikation variieren
GB/T	3009 / AlMn-Serie	China	Chinesische GB/T-Tabellen listen vergleichbare Al–Mn-Knetlegierungen; für kritische Anwendungen exakte Spezifikation prüfen

Regionale Normen verwenden oft eine direkte numerische Übernahme für Al–Mn-Knetlegierungen, jedoch können chemische Grenzwerte, zulässige Verunreinigungen und Zustandsdefinitionen abweichen. Für sicherheitsrelevante Bauteile ist es wichtig, die jeweiligen Normblätter oder Walzwerkszertifikate bezüglich Zusammensetzung und mechanischer Toleranzen zu vergleichen und nicht von uneingeschränkter Austauschbarkeit auszugehen.

Feine Unterschiede wie maximale Eisen- oder Siliziumgrenzen, garantierte mechanische Eigenschaften bei bestimmten Dicken und Oberflächenanforderungen können Korrosions- und Umformverhalten beeinflussen und erfordern daher eine Validierung bei Normwechseln.

Korrosionsbeständigkeit

In atmosphärischer Umgebung zeigt 3009 eine gute natürliche Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit anderen Al–Mn-Legierungen, bedingt durch die schützende Aluminiumschicht. Es weist eine gute Leistung in Industrie- und ländlichen Atmosphären auf und widersteht Fleckenbildung sowie allgemeiner Lochfraßkorrosion besser als kupferhaltige Legierungen aufgrund des niedrigen Kupfergehalts.

In maritimen oder chloridhaltigen Umgebungen bietet 3009 eine moderate Beständigkeit; lokale Lochfraßkorrosion kann an ungeschützten Kanten auftreten oder wenn die Schutzschicht mechanisch beschädigt wird. Für längere Meeresexposition bieten 5xxx (Al–Mg) Legierungen generell eine bessere Leistung, dennoch bleibt 3009 für innenliegende marine Bauteile und Anwendungen ohne direkten Meerwassersprühkontakt geeignet.

Das Risiko von Spannungsrisskorrosion bei 3009 ist gering aufgrund der niedrigen Festigkeit in üblichen Zuständen und des Fehlens von hohem Kupfergehalt; dennoch sollten geschweißte Konstruktionen mit hohen Eigenspannungen und aggressiven Umgebungen bewertet werden. Galvanische Reaktionen folgen den Standardregeln für Aluminium: 3009 wird bevorzugt korrodieren, wenn es mit edleren Metallen wie Kupfer oder Edelstahl verbunden ist, es sei denn, es erfolgt elektrische Trennung oder der Einsatz von Opferanoden.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungsfamilien (6xxx/7xxx) tauscht 3009 Spitzenfestigkeit gegen stabilere Korrosionsleistung in vielen atmosphärischen Anwendungen und vermeidet Probleme mit nachträglicher Zustandsinstabilität.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

3009 lässt sich gut mit gängigen Schweißverfahren wie GTAW (TIG) und GMAW (MIG) schweißen, zeigt gute Benetzung und geringe Neigung zu Heißrissen. Übliche Aluminium-Füllerlegierungen wie ER4043 (Al‑Si) oder ER5356 (Al‑Mg) werden abhängig von gewünschter Duktilität und Korrosionsbeständigkeit verwendet; ER4043 verbessert die Fließfähigkeit und verringert das Risiko von Heißrissen beim Schweißen dünner Bleche.

Das Weichwerden im Wärmeeinflussbereich (HAZ) ist im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen begrenzt, da 3009 nicht ausscheidungshärtbar ist, jedoch können lokale Eigenspannungen und Verformungen bei starken Schweißnähten und dünnen Blechen auftreten. Schweißnahtvorgänge erfordern möglicherweise mechanische Vor- und Nachbehandlungen (Eigenspannungsarmglühen, leichtes Anlassen oder Richten) für präzise Baugruppen.

Zerspanbarkeit

Als relativ weiche, gut umformbare Knetlegierung lässt sich 3009 mäßig gut zerspanen, tendiert jedoch ohne Spanbrechergeometrien zur Bildung langer, fädiger Späne. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und hohen Vorschubwerten werden empfohlen, um Aufbauschneiden zu vermeiden; im Vergleich zu Stahl und Titan sind verhaltene Schnittgeschwindigkeiten sinnvoll wegen der Neigung von Aluminium zum Anhaften und Verstopfen.

Der Zerspanbarkeitsindex liegt unterhalb der frei zerspanbaren Aluminiumlegierungen, ist aber vergleichbar mit anderen 3xxx-Reihen; Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sind in der Regel sehr gut, sofern Kühlung, Werkzeugbeschichtung und Spanabfuhr korrekt umgesetzt werden.

Umformbarkeit

3009 ist in O- und milden H-Zuständen sehr gut umformbar, erlaubt Tiefziehen, Glattwalzen und komplexe Stempelprozesse mit vergleichsweise geringem Rissrisiko. Minimale Biegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab und liegen meist im Bereich von 1–3× Materialdicke beim Abkanten in weichen Zuständen und nehmen mit härteren Zuständen zu.

Die Kaltverfestigungsreaktion ist berechenbar und gleichmäßig; Konstrukteure sollten Umformsequenzen so planen, dass Überbeanspruchungen lokal vermieden werden und ggf. Zwischenanlässe einsetzen, um Duktilität bei mehreren Umformstufen wiederherzustellen.

Wärmebehandlungsverhalten

3009 ist eine nicht wärmebehandelbare Knetlegierung; das mechanische Eigenschaftsprofil wird durch Kaltumformung und Glühen und nicht durch Lösungsglühen und Ausscheidungshärtung gesteuert. Daher erzeugen konventionelle Lösungsglüh-/Auslagerungszyklen wie bei 6xxx- oder 7xxx-Legierungen keine signifikante Härtesteigerung in 3009.

Weiches Glühen (Rekristallisationsglühen) dient zur Wiederherstellung der Duktilität nach der Kaltverformung und erfolgt typischerweise bei Temperaturen, die Rekristallisation fördern ohne beginnendes Schmelzen oder übermäßiges Kornwachstum. Kontrolliertes Ofenglühen und anschließendes Abschrecken werden durch mechanische Bearbeitung ergänzt, um die erforderlichen H‑Zustände zu erreichen.

Da die Härte über plastische Verformung erreicht wird, können Entwickler lokale Eigenschaften durch mechanische Verfahren (z. B. Kaltwalzen, Streckziehen) und örtliche Glühungen anpassen; dies macht 3009 vielseitig für Bauteile, die variable Steifigkeiten oder Federcharakteristika ohne komplexe Wärmebehandlungsanlagen benötigen.

Hochtemperatureinsatz

3009 behält bis zu mäßig erhöhten Temperaturen eine moderate Festigkeit, zeigt jedoch oberhalb von etwa 150–200 °C eine progressive Erweichung, was strukturelle Anwendungen bei dauerhaft höheren Temperaturen einschränkt. Die Auslegungstemperatur für langzeitige tragende Komponenten liegt üblicherweise unter 100–150 °C, um Streckgrenzemargen und Ermüdungsfestigkeit zu erhalten.

Oxidationsraten bei erhöhten Temperaturen bleiben dank der schützenden Aluminiumschicht niedrig, jedoch können Oberflächenskalen und eine mögliche Versprödung der Oberflächenfilme nach längerer Exposition Umformbarkeit beeinträchtigen. Schweißnaht-HAZ- und Verbindungsbereiche, die höheren Temperaturen ausgesetzt sind, zeigen lokale Erweichungen und müssen bei thermischer Beanspruchung und kriechbeanspruchten Konstruktionen berücksichtigt werden.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 3009 verwendet wird
Automobilindustrie	Außenbleche, Zierleisten	Gute Umformbarkeit und Dellenresistenz bei niedrigem Gewicht
Verpackung	Getränkedosenkörper, Verschlüsse	Ausgewogenes Verhältnis von Ziehfähigkeit, Oberflächenqualität und Kosten
Bau & Konstruktion	Verkleidungen, Untersichten, Dachrinnen	Korrosionsbeständigkeit und gute Umformbarkeit für architektonische Details
Klimatechnik (HVAC)	Kanäle, Lamellen	Wärmeleitfähigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
Haushaltsgeräte	Innenbleche, Gehäuse	Kostengünstig, einfach zu punktschweißen oder zu vernieten, gute Oberflächenqualität

Die Kombination aus guter Umformbarkeit, ausreichender Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit macht 3009 zur bevorzugten Legierung für Anwendung mit dünnen Blechen, bei denen komplexe Umformungen und geringes Gewicht gefordert sind. Der Einsatz in Verpackungs- und leichten Architekturprodukten bleibt dominant aufgrund des guten Eigenschaftsbalance und der verfügbaren Walzwerkskapazitäten.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 3009, wenn eine hohe Umformbarkeit und angemessene Festigkeit die Hauptanforderungen sind und eine ausscheidungshärtende Behandlung nicht erforderlich ist. Die Legierung bietet eine kostengünstigere, leicht umformbare Alternative zu vielen wärmebehandelbaren Legierungen und weist eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf als kupferhaltige Legierungen.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) tauscht 3009 etwas elektrische und thermische Leitfähigkeit gegen verbesserte Streckgrenze und Zugfestigkeit sowie eine höhere Kaltverfestigung aus, was es für tragende, umgeformte Bauteile vorzuziehen macht. Im Vergleich zu gebräuchlichen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 3009 typischerweise dazwischen: Es bietet eine leicht höhere Festigkeit als reines Al und eine konkurrenzfähige Umformbarkeit, während die Korrosionsbeständigkeit mit der von 3003 vergleichbar ist, jedoch in marinen Umgebungen meist der höhermagnesiumhaltigen 5052 unterlegen bleibt.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen (6061/6063) wird 3009 dort bevorzugt, wo komplexe Umformprozesse, niedrigere Kosten und eine bessere allgemeine Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als die Erzielung maximaler Spitzenfestigkeit; es ist die richtige Wahl für Tiefzieh- und Spinndrehteile, bei denen nachträgliche Wärmebehandlungen unpraktisch oder formschädigend wären.

Abschließende Zusammenfassung

3009 bleibt eine relevante Konstruktionslegierung, da sie die gute Verarbeitbarkeit und Korrosionsstabilität der 3xxx-Serie mit moderaten Festigkeitssteigerungen durch kontrollierte Mn- und Mg-Zusätze kombiniert. Ihre Kompatibilität mit Standardverfahren der Umformung, Verbindung und Oberflächenbehandlung macht sie zu einer praktischen Wahl für blechdominierte Branchen, in denen kosteneffiziente, hochduktil ausgelegte Werkstoffe benötigt werden.