Aluminium 3033: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandstabelle & Anwendungen

Umfassender Überblick

3033 ist ein Mitglied der 3xxx-Serie von Aluminiumlegierungen, welche manganhaltige, nicht wärmebehandelbare, durch Kaltverformen härtbare Legierungen darstellen. Sie gehört zur Mn-dominanten Familie, bei der Mangan die primäre Legierungskomponente zur Festigkeitssteigerung ist und hauptsächlich durch Kaltumformung zur Erzielung der Festigkeit verarbeitet wird.

Wesentliche Legierungselemente in 3033 umfassen typischerweise Mangan mit geringen Anteilen von Silizium, Eisen, Kupfer, Magnesium, Zink, Chrom und Titan; diese Spurenelemente sind so abgestimmt, dass sie ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit gewährleisten. Die Legierung basiert auf einer Festigkeitssteigerung durch Lösungsfestigung von Mn und Minderheitenlementen sowie Kaltverfestigung (Kaltumformung), anstatt auf Ausscheidungshärtung. Somit sind Härtezustand (Temper) und Kaltverformungshistorie die wichtigsten Stellgrößen für die mechanische Leistungsfähigkeit.

Wesentliche Merkmale von 3033 sind eine mäßige Festigkeit im Vergleich zu reinem Aluminium, gute Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand, ausreichende Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen sowie generell gute Schweißbarkeit mit gängigen Aluminium-Schweißverfahren. Typische Einsatzbereiche von 3033 umfassen den Bau- und Konstruktionssektor, Karosserie- und Verkleidungsteile im Automobilbau, HVAC-Systeme, Konsumgüter sowie einige maritime und Elektronik-Komponenten, bei denen moderate Festigkeit und gute Umformbarkeit gefordert sind.

Ingenieure entscheiden sich für 3033, wenn eine Kombination aus höherer Festigkeit als reines Aluminium, ausgezeichnete Umformeigenschaften im O-Zustand und wirtschaftliche Fertigung erforderlich ist; diese Legierung wird gegenüber höherfesten, wärmebehandelbaren Legierungen bevorzugt, wenn Tiefziehen oder komplexe Umformungen gefragt sind oder wenn die Nachschweißfestigkeit wichtiger ist als die maximal erreichbare Streckgrenze.

Härtezustände (Temper)

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; am einfachsten zu formen und zu ziehen
H12	Niedrig-Mittel	Moderat	Sehr gut	Sehr gut	Leicht kaltverfestigt, gewisse dimensionsstabilität
H14	Mittel	Moderat-Niedrig	Gut	Sehr gut	Gebräuchlicher Blecheinsatz; ausgewogenes Verhältnis von Umformbarkeit und Festigkeit
H16	Mittel	Moderat-Niedrig	Gut	Sehr gut	Fester als H14, mit reduzierter Dehnung
H18	Mittel-Hoch	Niedriger	Ausreichend	Sehr gut	Stärkere Kaltverfestigung für höhere Streckgrenze
H22	Mittel	Moderat	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigt und teilweise geglüht zur Formkontrolle
H24	Mittel-Hoch	Moderat-Niedrig	Ausreichend	Sehr gut	Kaltverfestigt und stabilisiert zur Rückfederungskontrolle
H111	Variabel	Variabel	Variabel	Sehr gut	Thermisch/mechanischer Zustand zwischen O und H1x; leichte Kaltverfestigung

Der Härtezustand hat einen primären Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, da 3033 seine Festigkeit nahezu ausschließlich durch plastische Verformung und Versetzungsakkumulation aufbaut. Das geglühte O-Material wird für Tiefziehen und komplexe Umformungen genutzt, während H1x-Härtezustände dort zum Einsatz kommen, wo höhere Streckgrenzen und Maßhaltigkeit gefordert sind.

Die Schweißbarkeit bleibt über alle Härtezustände hinweg meist hoch, da 3033 nicht ausscheidungshärtbar ist; allerdings kann die lokale Verweichung im Wärmeeinflussbereich nach dem Schweißen in stark kaltverfestigten Zuständen die Festigkeit in der Nähe der Schweißnähte reduzieren. Die Wahl des passenden Härtezustands ist daher ein Kompromiss zwischen Umformbarkeit, Endfestigkeit und erwarteten Nachbearbeitungsprozessen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Hinweise
Si	0,10–0,60	Beeinflusst die Gießfließfähigkeit und kann die Festigkeit geringfügig erhöhen
Fe	0,20–0,70	Üblicher Verunreinigungsstoff; beeinträchtigt Duktilität bei erhöhten Werten
Mn	0,6–1,5	Hauptfestigungselement für 3xxx-Legierungen
Mg	0,02–0,20	Kleiner Beitrag zur Festigkeit und Korrosionsverhalten
Cu	0,02–0,20	Geringe Mengen erhöhen die Festigkeit, können jedoch Korrosionsbeständigkeit mindern
Zn	0,02–0,25	Geringer Einfluss auf die Festigkeit; zu viel Zn verschlechtert die Leistung
Cr	0,01–0,10	Korngrenzenkontrolle und Widerstand gegen Rekristallisation
Ti	0,01–0,15	Kornverfeinerer bei Guss- oder Schmiedeprodukten
Sonstige (jeweils)	max 0,05	Spurenelemente und Rückstände; Gesamtsumme kontrolliert

Alle angegebenen Bereiche entsprechen typischen Industrieangaben für 3033-ähnliche Legierungen; einzelne Lieferantenspezifikationen oder Normen können variieren. Mangan ist das dominierende kontrollierte Element, das durch Lösungsfestigung zur Festigkeitssteigerung beiträgt und die Korngröße steuert. Die Minderheitenlemente optimieren Umformbarkeit, Oberflächenqualität und Korrosionsbeständigkeit.

Kleine Mg- und Cu-Zusätze können die Festigkeit weiter erhöhen, beeinträchtigen aber die Korrosionsbeständigkeit etwas. Eisen und Silizium werden als Verunreinigungen toleriert, müssen aber begrenzt werden, um spröde Intermetallische Phasen zu vermeiden, die Umformbarkeit und Ermüdungsverhalten verschlechtern.

Mechanische Eigenschaften

Als nicht wärmebehandelbare Legierung ist das Zugverhalten von 3033 hauptsächlich abhängig vom Härtezustand und der Blechdicke. Im weichgeglühten O-Zustand zeigt 3033 relativ niedrige Streckgrenzen und moderate Zugfestigkeiten bei hoher Dehnung, ideal für Tiefziehprozesse. In kaltverfestigten Härtezuständen (H14–H18) steigen Streckgrenze und Zugfestigkeit, während die Dehnung abnimmt; der Kaltverfestigungsexponent und der r-Wert beeinflussen dabei das Umformverhalten und Rückfederung.

Die Härte korreliert mit Härtezustand und Kaltverformungsgrad; geglühter Zustand ist weich und wächst deutlich mit H1x-Bearbeitung. Die Ermüdungsfestigkeit ist moderat und stark abhängig von Oberflächenbeschaffenheit, Eigenspannungen aus Umformung/Schweißen sowie Korrosion; polierte, kaltverfestigte Bauteile zeigen meist bessere Dauerfestigkeiten als raue, geglühte Komponenten. Die Dicke wirkt erwartungsgemäß: Dünnere Bleche weisen nach Kaltverfestigung oft höhere scheinbare Festigkeit auf wegen höherer Verformung pro Flächeneinheit, während dicke Platten weniger auf Kaltverfestigung reagieren und häufig nur in weicheren Zuständen erhältlich sind.

Eigenschaft	O/Geglüht	Typischer Härtezustand (z. B. H14/H18)	Hinweise
Zugfestigkeit	~110–150 MPa	~160–230 MPa	Breiter Bereich abhängig von Kaltverfestigung und Dicke
Streckgrenze	~35–80 MPa	~120–200 MPa	Streckgrenze steigt mit H1x-Härtezuständen deutlich
Dehnung	~25–40 %	~6–20 %	Geglühter Zustand zeichnet sich durch hohe Duktilität aus; H18 deutlich niedriger
Härte (HRB)	~20–40	~40–75	Härte korreliert mit Kaltverfestigungsgrad

Die angegebenen Werte sind typische Richtwerte für 3033 in Blech- und Strangpressprofilen; genaue Prüfdaten sollten zur Konstruktionsberechnung den Lieferantenzertifikaten entnommen werden. Konstrukteure müssen bei der Spezifikation von Umformprozessen die verminderte Festigkeit im Wärmeeinflussgebiet nach dem Schweißen beachten und Rückfederungen anhand hartezustandsspezifischer Streckgrenzen und Elastizitätsmodul berücksichtigen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; wichtig für Gewicht und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich	~640–660 °C	Solidus-Liquidus-Spanne beeinflusst durch Legierungselemente
Wärmeleitfähigkeit	~120–160 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium; geeignet für nicht-kritische Wärmeableitung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–45 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Legierungselemente; geeignet für einige leitfähige Bauteile
Spezifische Wärme	~896 J/kg·K	Approximate bei Umgebungstemperatur
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100°C)	Typische isotrope Ausdehnung für geschmiedete Aluminiumlegierungen

3033 behält den Leichtbauvorteil von Aluminium mit einer Dichte von ca. 2,70 g/cm³ bei, was sie attraktiv macht, wenn Gewichtseinsparungen wichtig sind. Die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit liegen unter denen von reinem Aluminium, sind aber für viele Wärmeverteilungs- und Anwendungen mit moderater Leitfähigkeit ausreichend; für Hochleistungs-Wärmeleitaufgaben werden oft besser leitfähige Legierungen oder reines Al bevorzugt.

Die thermische Ausdehnung ist vergleichbar mit anderen Aluminiumlegierungen und sollte bei Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigt werden, um thermisch induzierte Spannungen oder Maßabweichungen während Temperaturzyklen im Betrieb zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,2–6,0 mm	Gute Reaktion auf Kaltumformung	O, H14, H16, H18	Verwendet für Verkleidungen, HLK, Gehäuse
Platte	>6,0 mm	Geringere Kaltverfestigung	O, H111	Schwerere Querschnitte werden im Allgemeinen weicher geliefert
Profil (Strangpressprofil)	Querschnitt abhängig	Kaltumformung durch Profil begrenzt	O, H112	Komplexe Profile für strukturelle oder dekorative Anwendungen
Rohr	0,4–6,0 mm Wandstärke (variabel)	Kaltgezogene Rohre gewinnen an Festigkeit	O, H14, H16	Verwendung in Möbeln, HLK, Wärmetauschern
Stab/Rundstahl	Ø3–Ø60+ mm	Begrenzte Kaltverfestigung nach dem Strangpressen	O, H111	Zerspanungsrohlinge, Befestigungselemente, Wellen

Blech- und dünnblechige Produkte aus 3033 sind sehr gut umformbar, und die Mehrheit der strukturellen und dekorativen Anwendungen verwendet Blech in O- oder leichten H-Zuständen. Profile und Rohre erfordern eine sorgfältige Steuerung von Abschreckung und natürlicher Alterung zur Kontrolle der Maßhaltigkeit. Schwerere Platten werden üblicherweise in weicheren Zuständen angeboten, da die Kaltverfestigung bei dicken Querschnitten weniger effektiv ist.

Verarbeitungstechnische Unterschiede sind wichtig: Blech lässt sich problemlos tiefziehen oder walzprofilieren, während Profile komplexe Querschnitte ermöglichen, aber möglicherweise zusätzliche Bearbeitung erfordern. Schweißbarkeit und nachfolgende Oberflächenbehandlung (Eloxieren, Lackieren) sind wichtige Kriterien bei der Wahl der Produktform für den jeweiligen Einsatzzweck.

Äquivalente Werkstoffe

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	3033	USA	Industriebezeichnung für die Legierung im Register der Aluminum Association
EN AW	3033	Europa	Gängige Handelsbezeichnung nach EN-Normen
JIS	—	Japan	Kein exaktes 1:1 JIS-Äquivalent; ähnlich im Verhalten sind Al-Mn Legierungen der 3xxx-Serie
GB/T	—	China	Kein einzelnes direktes Äquivalent in den öffentlichen GB-Listen; vergleichbar mit 3A21/3xxx-Familie

3033 ist unter der Aluminum Association standardisiert und wird in Europa oft als EN AW-3033 bezeichnet; einige Regionen führen jedoch keinen strikten 1:1-Pendant in ihren nationalen Normen. Wo direkte Äquivalente fehlen, sollten Ingenieure Chemie und Ausgangszustände mit benachbarten 3xxx-Legierungen (z. B. 3003, 3004) vergleichen und die Leistungsfähigkeit anhand von Lieferantendaten validieren.

Bei Substitutionen sind entscheidende Kennwerte wie Mn-Gehalt, Verunreinigungsgrenzen, Ansprechverhalten auf Wärme- und Kaltbehandlung sowie Prozesskontrollen beim Lieferanten zu prüfen, um unerwartete Unterschiede bei Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Schweißbarkeit zu vermeiden.

Korrosionsbeständigkeit

3033 weist eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit auf, typisch für Al-Mn-Legierungen; die natürlich gebildete Oxidschicht bietet Schutz in städtischen und ländlichen Umgebungen. In Industrieatmosphären mit hohen SO2- oder sauren Schadstoffkonzentrationen ist die Leistung gegenüber edleren Legierungen oder speziell beschichteten Systemen reduziert, weshalb oft Oberflächenschutz oder geeignete Beschichtungen spezifiziert werden.

In marinen oder chloridreichen Umgebungen schneidet 3033 moderat gut ab, ist aber weniger robust als 5xxx-Al-Mg-Legierungen, die speziell für Seewasser ausgelegt sind. Die Lochfraßbeständigkeit ist bei mild-korrosiven Bedingungen akzeptabel; für längeren Tauch- oder Spritzwasserbereich sind 5xxx-Legierungen oder geeignete Schutzbeschichtungen zu empfehlen.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist für 3033 gering, da es sich um eine nicht wärmebehandelbare Legierung ohne ausscheidungshärtende Mikrostrukturen handelt, die Rissbildung fördern können. Dennoch können Restzugspannungen aus Umform- oder Schweißprozessen in Kombination mit bestimmten Umgebungen lokal Risiken darstellen. Galvanische Wechselwirkungen folgen dem üblichen Aluminiumverhalten: Bei Kontakt zu edleren Metallen (Kupfer, rostfreie Stähle unter bestimmten Bedingungen) ist Aluminium anodisch und korrodiert bevorzugt, sofern keine elektrische Isolierung oder kathodischer Schutz vorhanden ist.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

3033 lässt sich gut mit gängigen Aluminium-Schweißverfahren wie TIG (GTAW) und MIG (GMAW) verschweißen. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind typischerweise Al-Si Legierungen (z. B. 4043) für verbesserte Fließfähigkeit und geringere Neigung zu Rissbildung oder Al-Mg Füller (z. B. 5356), wenn höhere Schweißfestigkeit und bessere Anpassung der Duktilität möglich sein soll. Das Risiko von Heißrissen ist verglichen mit einigen höherfesten Legierungen gering, jedoch sind sorgfältige Schweißnahtgestaltung, Sauberkeit und Wärmeeintragkontrolle wichtig, um Porosität und Weichzonenbildung zu minimieren.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 3033 ist moderat und vergleichbar mit anderen 3xxx-Legierungen; sie ist schwieriger als bei besser zerspanbaren Aluminiumlegierungen, aber leichter als bei vielen hochfesten wärmebehandelbaren Werkstoffen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel, eine stabile Maschinenaufspannung und Kühlmittelzufuhr sorgen für konsistente Späne und Werkzeugstandzeiten. Empfohlene Schnittgeschwindigkeiten sind moderat, Vorschübe sind so einzustellen, dass kein Grat entsteht. Oberfläche und Maßhaltigkeit werden vom Zustand beeinflusst; stärker kaltverfestigte Zustände erfordern höhere Bearbeitungskräfte und neigen bei Schneidprozessen weniger zu Graten.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit zählt zu den Stärken von 3033 im weichen O-Zustand; sie ermöglicht Tiefziehen, Streckziehen und komplexes Biegen mit minimaler Rissbildung. Minimale empfohlene Biegeradien hängen von Zustand und Dicke ab, liegen aber typischerweise im Bereich 1–3facher Materialdicke für moderate Umformungen und größer für H18/H24 Zustände. Kaltverfestigung erhöht die Festigkeit, reduziert aber die Dehnung und erhöht den Rückfederungsanteil, weshalb Konstrukteure den Zustand wählen müssen, der Umformbarkeit und Endfestigkeit am besten ausbalanciert.

Wärmebehandlungsverhalten

3033 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung, klassische Lösungsglüh- und Alterungsprozesse, wie sie für 2xxx/6xxx/7xxx Legierungen typisch sind, führen nicht zu Ausscheidungshärtung. Versuchte künstliche Alterung zeigt keine signifikanten Festigkeitssteigerungen über kleine natürliche Alterungseffekte hinaus. Thermische Prozesse dienen daher hauptsächlich dem Weichglühen oder Erweichen des Materials und nicht dem Härten.

Kaltverfestigung ist der primäre Festigkeitsmechanismus: Steigende Versetzungsdichten durch Kaltwalzen, Ziehen oder Biegen erhöhen die Streck- und Zugfestigkeiten. Vollständiges Glühen (O-Zustand) stellt Duktilität durch Rekristallisation und Erholung wieder her. Stabilisierte Zustände (H112, H22, H24) werden durch Kombinationen aus Kaltumformung und Niedertemperatur-Wärmebehandlung erzielt, um Rückfederung und Maßhaltigkeit ohne Ausscheidungshärtung zu kontrollieren.

Hochtemperatureigenschaften

Die Einsatzfestigkeit von 3033 nimmt mit steigender Temperatur ab; oberhalb von etwa 100–150 °C beschleunigen Erholungs- und Kriechmechanismen, wodurch Streck- und Zugfestigkeiten deutlich sinken. Für Dauerbetrieb bei erhöhten Temperaturen sollten Entwickler von einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften ausgehen und gegebenenfalls Legierungen wählen, die speziell für höhere Temperaturbeständigkeit ausgelegt sind.

Das Oxidationsverhalten ist für Aluminium unkritisch – eine schützende Oxidschicht bildet sich schnell –, doch längere Einwirkungen von hohen Temperaturen in feuchten oder chloridhaltigen Atmosphären können die Korrosionsrate erhöhen. Schweißbereiche und stark kaltverfestigte Zonen sind besonders anfällig für lokale Erweichung oder reduzierte Kriechfestigkeit bei thermischen Belastungen.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum 3033 verwendet wird
Automobil	Innenverkleidungen, Dekorplatten	Gute Umformbarkeit, angemessene Festigkeit, kosteneffizient
Marine	Nicht-strukturelle Gehäuse, Zierleisten	Mäßige Korrosionsbeständigkeit und geringes Gewicht
Luftfahrt	Innenausstattung und Halterungen	Günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für nicht tragende Bauteile
Elektronik	Gehäuse, mittlere Wärmeverteiler	Ausgewogenes Verhältnis zwischen Umformbarkeit und Wärmeleitfähigkeit

3033 wird häufig für Teile mit komplexen Umformungen, verlässlich korrosionsbeständige Anwendungen in nicht-kritischer Meeresnähe und wirtschaftliche Fertigung von Blechteilen gewählt. Die Kombination aus guter Schweißbarkeit, niedrigem Gewicht und vorhersehbarem Kaltverfestigungsverhalten macht die Legierung für eine breite Palette von mittelbeanspruchten Struktur- und Dekorkomponenten nützlich.

In vielen Anwendungen bietet 3033 eine pragmatische Balance zwischen Kosten und Leistung, wenn höchste Festigkeiten nicht zwingend erforderlich sind, aber Umformbarkeit und Integrität nach der Bearbeitung entscheidend sind.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 3033, wenn Sie eine höhere Festigkeit als bei handelsüblichem Aluminium benötigen, dabei jedoch exzellente Umformbarkeit und einfache Schweißbarkeit beibehalten wollen; es stellt einen praktikablen Mittelweg innerhalb der 3xxx-Familie dar. Für tiefgezogene Bauteile, bei denen eine nachfolgende Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung geplant ist, bietet 3033 im O-Zustand maximale Umformbarkeit und vorhersehbare Härtung.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (z. B. 1100) tauscht 3033 einen Teil der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit gegen erhöhte Festigkeit sowie bessere Beständigkeit gegen Dellenbildung und Ermüdung ein. Im Vergleich zu üblichen kaltverfestigten Legierungen (z. B. 3003 oder 5052) befindet sich 3033 typischerweise an der Spitze der manganbasierten Familie und bietet eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit – es stellt oft eine Steigerung der Festigkeit gegenüber 3003 dar und behält dabei ein ähnliches Umformverhalten bei. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen (z. B. 6061 oder 6063) erreicht 3033 nicht dieselbe maximale Festigkeit, wird jedoch bevorzugt, wenn tiefes Umformen, schweißen ohne Alterungsprobleme oder eine kostengünstigere Verfügbarkeit von Blechen wichtiger sind als maximale statische Festigkeit.

Zusammenfassung

3033 bleibt relevant, wenn Ingenieure eine herstellbare, schweißbare und moderat feste Aluminiumlösung benötigen, die Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten ausbalanciert; seine vorhersehbare Kaltverfestigung und breite Verfügbarkeit in Blech- und Strangpressprofilen machen es zu einer langlebigen Wahl für viele industrielle und konsumorientierte Anwendungen.