Aluminium 3103: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Legierung 3103 ist ein Vertreter der Aluminium-Mangan-Familie der 3xxx-Serie und wird als kommerziell legierte, nicht wärmebehandelte Knetlegierung eingestuft. Das Haupt-Mikrolegierungselement ist Mangan, ergänzt durch geringe Mengen und kontrollierte Verunreinigungen von Silizium, Eisen, Kupfer und Magnesium, um Festigkeit und Umformbarkeit gezielt einzustellen.

Die Festigkeit bei 3103 wird vorwiegend durch Lösungseffekte und Kaltverfestigung während der Kaltumformung erzielt, nicht durch Ausscheidungshärtung. Die Legierung bietet eine ausgewogene Kombination aus moderater Festigkeit, sehr guter Duktilität, hervorragender Korrosionsbeständigkeit in vielen atmosphärischen Umgebungen sowie einfacher Schweißbarkeit und Umformbarkeit für Blech- und Strangpressprodukte.

Typische Anwendungsbereiche für 3103 sind architektonische Verkleidungen, allgemeiner Stahlbau, HVAC-Komponenten sowie Konsumgüter, bei denen Tiefziehen oder erhebliche Umformungen erforderlich sind. Ingenieure wählen 3103 gegenüber reineren Legierungen, wenn eine moderate Steigerung der mechanischen Eigenschaften ohne Einbußen bei der Umformbarkeit oder deutliche Kostensteigerungen im Vergleich zu gebräuchlichen 1xxx- und 3xxx-Legierungen benötigt wird.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Hervorragend	Hervorragend	Weichgeglühter Zustand; maximale Duktilität für Umformungen
H14	Moderat	Moderat	Sehr gut	Hervorragend	Leicht kaltverfestigt; gebräuchlich für gezogene Teile
H18	Hoch	Geringer	Gut	Hervorragend	Deutliche Kaltverfestigung für erhöhte Steifigkeit
H24	Moderat	Moderat	Sehr gut	Hervorragend	Kaltverfestigt und teilweise geglüht zur Balance
H22 / H26	Moderat bis hoch	Moderat bis gering	Gut	Hervorragend	Typische Zwischenhärtegrade

Die Eigenschaften von 3103 werden praktisch ausschließlich über Kaltumformung beeinflusst; der O-Zustand (geglüht) bietet die beste Duktilität und Umformbarkeit, während H-Zustände die Streck- und Zugfestigkeiten schrittweise erhöhen. Wärmebehandelte T-Zustände sind bei 3xxx-Manganlegierungen nicht anwendbar wie bei Al-Mg-Si- oder Al-Cu-Systemen, sodass die Zustandswahl auf Kombinationen aus Kaltverfestigung und Rekristallisationsglühen fokussiert ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,20–0,60	Verunreinigung; höherer Si-Gehalt erhöht leicht die Festigkeit, verringert jedoch die Duktilität
Fe	0,40–1,20	Übliche Verunreinigung, bildet intermetallische Phasen und kann Bruchdehnung vermindern
Mn	0,80–1,50	Hauptlegierungselement; sorgt für Lösungsfestigung und Kornstrukturkontrolle
Mg	0,05–0,50	Geringe Mengen können zur Festigkeitssteigerung beitragen; kein primärer Härtungsmechanismus
Cu	0,05–0,20	Kontrolliert niedriger Kupferanteil zur Begrenzung lokaler Korrosionsanfälligkeit
Zn	0,05–0,30	Geringfügig; niedrig gehalten, um unerwünschte Ausscheidungshärtung zu vermeiden
Cr	max. 0,05	Spurenelement zur Kontrolle der Rekristallisation bei bestimmten Produkten
Ti	max. 0,05	Kornfeinbildner bei Guss- oder bestimmten Knetprozessen
Sonstige	Rest Al, Rückstände	Beinhaltet Spurenelemente wie Pb, Sn kontrolliert gemäß Spezifikation

Der Mangananteil ist das entscheidende Legierungskriterium für 3103 und verantwortlich für die wesentlichen mechanischen Unterschiede gegenüber reinen Legierungen. Silizium und Eisen stammen typischerweise aus Rohstoffen und Fertigung; Morphologie und Größe der intermetallischen Phasen beeinflussen Duktilität und Umformbarkeit bei tiefgezogenen Bauteilen.

Mechanische Eigenschaften

Im geglühten Zustand zeigt 3103 moderate Zug- und Streckfestigkeiten bei verhältnismäßig hoher Bruchdehnung, was die Legierung für Umform- und Ziehprozesse prädestiniert. Die Kaltverfestigung auf H-Zustandsgrade erhöht Streck- und Zugfestigkeiten auf Kosten der Duktilität und erlaubt somit eine Auswahl zwischen Steifigkeit und Umformbarkeit. Die Härte korreliert mit dem Zustand, liegt im O-Zustand typischerweise im unteren Brinellbereich und nimmt mit höheren H-Zuständen zu; die Dauerfestigkeit ist moderat und abhängig von Oberflächenqualität und Kaltverfestigung.

Die Blechdicke beeinflusst das mechanische Verhalten: Dünnere Bleche lassen sich leichter tiefziehen und verhärten gleichmäßiger, während dickere Platten oder Strangpressprofile größere Korngrößen aufweisen und nach dem Umformen höhere Eigenspannungen behalten können. Die Schweißwärmeeinflusszone neigt kaum zu Versprödung, da keine ausscheidungshärtende Wirkung vorliegt, jedoch kann lokales Erweichen durch Glühen kaltverfestigter Zonen in Schweißnähe auftreten.

Eigenschaft	O/Ge­glüht	Typischer H-Zustand (z. B. H14/H18)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	100–145 MPa	140–190 MPa	Abhängig von Dicke und exakt ausgewähltem Zustand; H18 nahe obere Grenze
Streckgrenze	40–80 MPa	90–140 MPa	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung
Bruchdehnung	20–38 %	6–18 %	Ge­glüht sehr duktil; H-Zustände reduzieren Duktilität
Härte	25–50 HB	50–85 HB	Brinell - Werte sind ungefähr; steigt mit Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für geschmiedete Al-Mn-Legierungen; vorteilhaft für gewichtsoptimierte Konstruktionen
Schmelzbereich	645–660 °C	Solidus-Liquidus-Intervall, typisch für geschmiedete Aluminiumlegierungen
Wärmeleitfähigkeit	120–150 W/(m·K)	Niedriger als reines Aluminium, aber immer noch hoch für Wärmemanagement
Elektrische Leitfähigkeit	30–40 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium durch Legierung; ausreichend für bestimmte Leiter- und Bus-Bar-Anwendungen
Spezifische Wärmekapazität	0,90 kJ/(kg·K)	Typischer Wert bei Zimmertemperatur für die Auslegung der Wärmekapazität
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient	23,5 ×10⁻⁶ /K	Nahe bei den meisten Aluminiumlegierungen

3103 behält viele günstige thermische Eigenschaften von Aluminium, wie Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme, was die Legierung für moderate Anwendungen im Wärmemanagement prädestiniert, bei denen eine hervorragende Umformbarkeit ebenfalls gefordert ist. Die elektrische Leitfähigkeit ist gegenüber reinem Aluminium reduziert, bleibt aber ausreichend, wenn mechanische Eigenschaften und Umformbarkeit Vorrang vor maximaler Leitfähigkeit haben.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Häufige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,2–6,0 mm	Einheitliche Kaltverfestigung bei dünnen Blechen	O, H14, H18	Weit verbreitet für Ziehen, Stanzen, Fassaden
Platte	6–25 mm	Geringere Umformbarkeit; größere Korngröße	O, H22	Verwendung in strukturellen Bauteilen und Stahlbau
Strangpressprofil	Wandstärke 1–10 mm	Richtungsabhängige Festigkeit; Anisotropie möglich	O, H14	Profile für architektonische Zierleisten und Kanäle
Rohr	Außendurchmesser 6–168 mm	Gute Ziehfähigkeit für nahtlose oder geschweißte Rohre	O, H14	HVAC-Kanäle und dekorative Rohrleitungen
Stab/Rundstahl	Durchmesser 3–50 mm	Weniger verbreitet; moderate Bearbeitbarkeit	O, H14	Befestigungselemente, gedrehte Bauteile bei geringerer Umformanforderung

Blech und Coils sind die handelsüblichen Produktformen für 3103, da die Hauptvorteile der Legierung Umformbarkeit und einfache Oberflächenbehandlung sind. Strangpressprofile und Rohre nutzen die Fließeigenschaften der Legierung während der Heiß- und Kaltumformung, wohingegen Platten und Stäbe vorwiegend dort eingesetzt werden, wo geringere Umformansprüche bestehen und Maßhaltigkeit oder Steifigkeit wichtiger sind.

Äquivalente Legierungen

Norm	Bezeichnung	Region	Bemerkungen
AA	3103	USA	American Aluminum Association Bezeichnung
EN AW	3103	Europa	Europäische Knetlegierungsbezeichnung, ähnliche Chemie und Eigenschaften
JIS	A3103	Japan	JIS-Bezeichnung innerhalb der Al-Mn-Legierungsfamilie
GB/T	3103	China	Chinesische Norm für geschmiedete Al-Mn-Legierungen

Regionale Normen für 3103 sind in Zusammensetzung und zulässigen Verunreinigungen weitgehend harmonisiert, können jedoch bei Elementgrenzen wie Fe und Si sowie bei Zustandsdefinitionen geringfügig abweichen. Diese Unterschiede wirken sich auf die finale Mikrostruktur, insbesondere Morphologie der intermetallischen Phasen, aus und beeinflussen damit Tiefzieheignung und Oberflächenqualität bei architektonischen Anwendungen.

Korrosionsbeständigkeit

3103 bietet eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber atmosphärischen Einflüssen, vergleichbar mit anderen Al-Mn-Legierungen, da Mangan die galvanische Anfälligkeit nicht signifikant erhöht. In ländlichen und städtischen Umgebungen bildet die Legierung eine stabile Oxidschicht, die das Grundmaterial schützt; in Industrieatmosphären ist der Schutz akzeptabel, jedoch beschleunigen schwefel- und säurehaltige Schadstoffe lokal begrenzte Korrosionsangriffe gegenüber eher milden Umweltbedingungen.

In maritimen oder stark chloridhaltigen Umgebungen zeigt 3103 eine mäßige Leistung, ist jedoch weniger langlebig als Aluminium-Magnesium-Legierungen der 5xxx-Serie, die speziell für den Marineeinsatz entwickelt wurden. Spannungsrisskorrosion ist bei 3103 selten, da es sich um eine nicht ausscheidungshärtbare Legierung handelt; jedoch können galvanische Wechselwirkungen mit edleren Materialien wie Edelstahl und Kupfer die lokale Korrosion beschleunigen, wenn Konstruktionsdetails die Elektrolyteinschließung begünstigen. Im Vergleich zur 1xxx-Familie (reines Al) zeigt die Legierung 3103 oft eine bessere mechanische Leistung bei ähnlicher oder leicht verringerter Korrosionsbeständigkeit, während sie gegenüber 5xxx-Legierungen etwas Korrosionsbeständigkeit zugunsten einer besseren Umformbarkeit tauscht.

Herstellungseigenschaften

Schweißbarkeit

3103 lässt sich gut mit herkömmlichen Schmelzschweißverfahren (TIG/MIG) schweißen und weist aufgrund seiner nicht wärmebehandelbaren Eigenschaft eine geringe Neigung zu Heißrissen auf. Empfohlene Schweißzusätze stammen häufig aus der 3xxx-Serie oder allgemeine Al-Mg-Schweißdrähte, wenn eine erhöhte Duktilität gewünscht ist; die Auswahl des Zusatzmaterials sollte auf die Anforderungen der nachfolgenden Umformprozesse abgestimmt werden. Die Wärmeeinbringung ist sorgfältig zu steuern, um übermäßiges Erweichen angrenzender kaltverformter Bereiche zu vermeiden, obwohl die Erweichung im Wärmeeinflussbereich insgesamt weniger problematisch ist als bei ausscheidungshärtbaren Legierungen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 3103 ist moderat und etwas geringer als bei leicht zerspanbaren Aluminiumlegierungen mit Blei oder Wismut. Der Einsatz scharfer Hartmetallwerkzeuge, moderater Schnittgeschwindigkeiten und einer guten Spanabfuhr führt zu gleichmäßigen Oberflächengüten; Vorschubgeschwindigkeiten beeinflussen die Gratbildung bei dünnen Querschnitten. Eine Werkzeuggeometrie, die kontinuierliche Spanbildung fördert und Aufbauschneiden minimiert, verbessert die Produktivität insbesondere beim Drehen und Bohren.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit zählt zu den Hauptvorteilen von 3103, wobei die niedrige bis mittlere Streckgrenze im Zustand O Tiefziehen, Rollprofilieren und komplexes Biegen ermöglicht. Die minimalen Biegeradien hängen vom Zustand und der Blechdicke ab; im Zustand O ist ein Daumenwert für den inneren Biegeradius von 0,5–1,0× Blechdicke ohne Rissbildung üblich. Für starke Umformprozesse können H14 oder Zwischenzustände gewählt werden, um das Rückfederverhalten zu kontrollieren, während Zwischenanlassen die Duktilität bei mehreren Umformschritten wiederherstellen.

Wärmebehandlungsverhalten

3103 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung; die Festigkeitsmodulation erfolgt durch Kaltumformung und kontrolliertes Anlassen statt durch Lösungsglühen und Alterungszyklen. Typisches Glühen (O-Zustand) erfolgt bei Temperaturen, die eine Rekristallisation und Spannungsabbau ermöglichen, wodurch die Duktilität für nachfolgende Umformprozesse wiederhergestellt wird. Künstliche Alterungszyklen zur Ausscheidung von Festigkeitsphasen sind bei dieser Legierung nicht wirksam, sodass sich die thermische Behandlung auf Spannungsabbau und Kornwachstumskontrolle konzentriert.

Im Herstellungsprozess wechseln Produzenten zwischen Glüh- und Kaltumformungsabläufen, um die gewünschten H-Zustände zu erreichen; Teilglühungen (H24-Typ) bieten einen Kompromiss zwischen erhaltener Umformbarkeit und erhöhter Streckgrenze durch begrenzte Rekristallisation. Eine sorgfältige Steuerung der thermischen Belastung während der Fertigung und des Schweißens ist erforderlich, um unbeabsichtigtes Erweichen oder Körnervergröberung zu vermeiden, welche die mechanischen Eigenschaften und Oberflächenqualität beeinträchtigen können.

Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen

Die Festigkeit von 3103 nimmt mit steigender Temperatur kontinuierlich ab; eine signifikante Erweichung beginnt ab ca. 150–200 °C, und die Legierung gilt generell als ungeeignet für tragende Anwendungen bei hohen Temperaturen. Oxidation bleibt bei diesen Temperaturen aufgrund der schützenden Aluminiumausrüstung begrenzt, aber längere Exposition fördert Kornwachstum und Vergröberung von Intermetallischen Phasen, was Duktilität und Ermüdungswiderstand mindert. Die Legierung eignet sich gut für kurzzeitige thermische Belastungen und moderate Einsatztemperaturen, nicht jedoch für dauerhafte Hochtemperatureinsätze im strukturellen Bereich.

Im Wärmeeinflussbereich geschweißter Zonen können lokale Anlasseffekte auftreten; da die Legierung nicht ausscheidungshärtbar ist, zeigen sich diese hauptsächlich als verringerte Kaltverfestigung und lokale Korngrößenänderungen anstelle klassischer Überalterung. Konstrukteure sollten die zulässigen Beanspruchungen für Bauteile, die dauerhaften hohen Temperaturen ausgesetzt sind, entsprechend herabsetzen und für kontinuierliche Einsätze über 200 °C alternativ andere Legierungen in Betracht ziehen.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 3103 verwendet wird
Architektur	Verkleidungs- & Untersichtplatten	Ausgezeichnete Umformbarkeit und Oberflächenqualität für komplexe Formen
Klimatechnik / Luftführung	Luftkanäle und Luftverteiler	Einfache Fertigung, Korrosionsbeständigkeit und geringes Gewicht
Konsumgüter	Küchengeräte, Außenflächen von Kochgeschirr	Ziehtiefe und Kompatibilität mit Oberflächenbehandlungen
Automobilindustrie	Innenausstattung, nicht tragende Karosseriebauteile	Balance aus Umformbarkeit und gesteigerter Festigkeit gegenüber reinem Al
Elektronik	Kühlkörpergehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit und einfache Stanzbarkeit

Die Kombination aus Umformbarkeit, moderater Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit macht 3103 zu einer praktischen Wahl für viele nicht-tragende Bauteile, die umfangreiche Umformungen und attraktive Oberflächen benötigen. Die einfache Fertigung reduziert die Komplexität und Kosten bei der Herstellung von großen Stückzahlen gestanzter oder gezeichneter Teile.

Auswahlhinweise

Für den Ingenieur, der zwischen 3103 und handelsüblichem Aluminium (z. B. 1100) wählt, bietet 3103 höhere Zug- und Streckgrenzen auf Kosten leicht verringerter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit. Wählen Sie 3103, wenn die Umformkomplexität und eine moderate Festigkeitssteigerung wichtiger sind als maximale Leitfähigkeit.

Im Vergleich zu anderen kaltverfestigten Legierungen wie 3003 und 5052 liegt 3103 im Festigkeits- und Korrosionswiderstandsbereich zwischen 3003 und 5052: Es bietet eine höhere Festigkeit als 1100/3003, erhält dabei aber eine bessere Umformbarkeit als Mg-reiche 5xxx-Legierungen. Verwenden Sie 3103, wenn Sie mehr Festigkeit als 3003 benötigen, aber Tiefziehfähigkeit und Oberflächenqualität bewahren wollen.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 erreicht 3103 nicht deren Spitzenfestigkeiten, ist aber oft vorzuziehen, wenn komplexe Umformungen, geringere Kosten oder ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit erforderlich sind. Wählen Sie 3103 für gestanzte oder gezogene Bauteile, bei denen eine nachfolgende Wärmebehandlung nicht praktikabel ist.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 3103 bleibt eine praktische ingenieurtechnische Aluminiumlegierung für Bauteile, bei denen Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und kostengünstige Fertigung im Vordergrund stehen und gleichzeitig eine moderate Festigkeitssteigerung gegenüber reinem Aluminium gewünscht ist. Die nicht wärmebehandelbare Eigenschaft vereinfacht Fertigungsabläufe und macht die Legierung zu einem Standardwerkstoff für gestanzte, gezogene und stranggepresste Komponenten in Architektur, Klimatechnik und Konsumgüterbranchen.