Aluminium 3105: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsbereiche

Umfassender Überblick

3105 gehört zur 3xxx-Reihe der warmgewalzten Aluminiumlegierungen, hauptsächlich legiert mit Mangan und moderaten Mengen Magnesium. Als Legierung der 3xxx-Serie handelt es sich um ein nicht wärmebehandelbares, kaltverformbares Material, das seine Festigkeit überwiegend durch Kaltumformung und nicht durch Ausscheidungshärtung gewinnt.

Die wesentlichen Legierungselemente sind Mangan (Mn) und kontrollierte geringe Mengen Magnesium (Mg), während Silizium, Eisen und Spurenelemente in niedrigen Konzentrationen vorhanden sind. Diese Legierungselemente erhöhen die Festigkeit im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium und erhalten gleichzeitig guten Korrosionsschutz sowie ausgezeichnete Verformbarkeit.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von 3105 zählen moderate Festigkeit, gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, hohe Duktilität im weichgeglühten Zustand sowie gute allgemeine Schweißbarkeit. Typische Anwendungsbereiche sind architektonische Verkleidungen und Bedachungen, allgemeine Blecharbeiten, Verkleidungen von Haushaltsgeräten sowie einige Fahrzeugaufbauten bei Lastwagen/Anhängern, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis von Verformbarkeit und Korrosionsschutz gefordert wird.

Ingenieure wählen 3105, wenn sie eine bessere mechanische Leistung als bei 1000er-Serien benötigen, jedoch nicht die höherfesten Eigenschaften oder das wärmebehandelbare Verhalten der 6xxx- oder 2xxx-Serie. Es wird häufig dort eingesetzt, wo Umformprozesse dominieren und die nachfolgende Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung akzeptabel und kosteneffizient ist.

Ausführungen (Temper)

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Verformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (≥30%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Duktilität und Tiefziehen
H12	Niedrig-Mittel	Moderat (≈15–25%)	Sehr gut	Ausgezeichnet	Partielle Verfestigung durch Druck- oder Zugbeanspruchung, behält gute Verformbarkeit
H14	Mittel	Moderat (≈10–18%)	Gut	Ausgezeichnet	Gängiger kommerzieller Zustand mit moderater Festigkeit und guter Verformbarkeit
H16	Mittel	Niedriger als H14 (≈8–15%)	Ausreichend-Gut	Ausgezeichnet	Höhere Kaltverfestigung für gesteigerte Streck- und Zugfestigkeit
H18	Mittel-Hoch	Niedrig-Moderat (≈6–12%)	Ausreichend	Ausgezeichnet	Stärkere Kaltverfestigung für höhere Festigkeiten
H24	Mittel	Moderat (≈12–20%)	Gut	Ausgezeichnet	Lösungsgeglüht + partielle erneute Verfestigung; verbessert Stabilität bei bestimmten Umformprozessen

Der Temperzustand beeinflusst das Verhältnis von Duktilität zu Festigkeit bei 3105 erheblich. Der weichgeglühte O-Zustand bietet die höchste Verformbarkeit für komplexes Stanzen und Tiefziehen, während die H-Ausführungen durch Kaltumformung und kontrollierte Kaltverfestigung schrittweise Festigkeitssteigerungen ermöglichen.

Die Auswahl des Tempers ist eine Fertigungsentscheidung, die von der Umformfolge, der erforderlichen Endfestigkeit und der Maßhaltigkeit abhängt. Für geschweißte Baugruppen reduzieren weichgeglühte oder leicht kaltverformte Zustände Risiken von Rissbildung und erleichtern die Verzugssteuerung.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,6	Silizium begrenzt, um spröde Intermetallische Verbindungen zu minimieren und Verformbarkeit zu erhalten
Fe	≤ 0,7	Rest-Eisen; kontrolliert zur Begrenzung grober intermetallischer Partikel, die die Duktilität reduzieren
Mn	0,7 – 1,3	Hauptlegierungselement für Mischkristallverfestigung und Kornfeinung
Mg	0,2 – 0,7	Kleine Mg-Zugaben erhöhen Festigkeit und verbessern die Kaltverfestigungsreaktion
Cu	≤ 0,25	Begrenzter Kupfergehalt; geringe Mengen erhöhen Festigkeit, können aber Korrosionsbeständigkeit verringern
Zn	≤ 0,2	Niedrig gehalten, um unerwünschte Ausscheidungen zu vermeiden und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten
Cr	≤ 0,1	Spurenelement; kann zur Kornstrukturkontrolle in einzelnen Chargen verwendet werden
Ti	≤ 0,15	Entoxidationsmittel/Kornfeiner in manchen Verarbeitungsschritten
Andere	Einzeln ≤ 0,05, Gesamt ≤ 0,15	Geringe Verunreinigungen/Reststoffe; streng spezifiziert für konsistente Eigenschaften

Die Chemie von 3105 ist ausgelegt für eine Balance zwischen Kaltverfestigung und Korrosionsbeständigkeit. Mangan ist das wichtigste Festigungselement und sorgt für Kornrandfestigung ohne Wärmebehandlung. Moderate Magnesiumgehalte verbessern die Reaktion auf Kaltverformung und die Endfestigkeit nach dem Umformen, während geringe Kupfer- und Zink-Gehalte den Schutz gegen allgemeine Korrosion und galvanische Zersetzung bewahren.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 3105 folgt dem typischen Muster der 3xxx-Serie: niedrige Streckgrenze im weichgeglühten Zustand mit kontinuierlicher Kaltverfestigung bei Umformung. Zugfestigkeit und Streckgrenze variieren je nach Temperzustand und Blechdicke; dünnwandige Bleche zeigen in der Regel höhere apparente Festigkeiten durch Kaltverfestigung beim Walzen und Aufwickeln. Die Dauerfestigkeit ist für nicht hochzyklisch beanspruchte Bauteile akzeptabel, wird jedoch stark von Oberflächenbeschaffenheit und Eigenspannungen durch Umformen und Schweißen beeinflusst.

Die Streckgrenze im O-Zustand ist niedrig bei hoher Duktilität, ideal für Umformprozesse; die Temperzustände H14 und H16 bieten moderate Streck- und Zugfestigkeiten bei angemessener Dehnung für mittlere Umformungen. Die Härte korreliert mit dem Kaltarbeitsgrad; H-Zustände weisen höhere Brinell- oder Vickers-Werte als O-Zustand auf, und beim Schweißen können lokal erhöhte Härtewerte in der Wärmeeinflusszone auftreten. Dickenunterschiede sind bemerkbar: Dickere Platten zeigen etwas geringere Duktilität und aufgrund unterschiedlicher Walzprozesse möglicherweise leicht reduzierte Festigkeit pro Querschnittseinheit.

Eigenschaft	O/Geglüht	Typischer Temper (H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	~90 – 140 MPa	~160 – 210 MPa	Breitere Bereiche abhängig von Blechdicke und Walzprozess; Zunahme der Zugfestigkeit bei H-Temperatur ca. 40–80 MPa gegenüber O
Streckgrenze	~25 – 60 MPa	~90 – 140 MPa	Streckgrenze steigt schnell mit Kaltverfestigung; exakter Wert abhängig vom Kaltarbeitsgrad
Dehnung	≥30 % (dünne Bleche)	~10–18 %	Dehnung nimmt mit steigender Härte ab; dickere Bleche zeigen meist geringere Dehnung
Härte	HB 20–40	HB 40–70	Härte nimmt mit Temperzustand und Kaltverfestigung zu; Werte sind annähernd und von Prüfverfahren abhängig

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	≈ 2,70 g/cm³	Typisch für warmgewalzte Al-Mn-Legierungen; wichtig für Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse
Schmelzbereich	≈ 630 – 650 °C	Legierungsspezifisch etwas niedriger als reines Al (660 °C); Gießspezifische Schmelzbetrachtungen nicht anwendbar für Warmband
Wärmeleitfähigkeit	≈ 130 – 170 W/m·K	Niedriger als reines Aluminium, aber noch gut für Wärmeabfuhr
Elektrische Leitfähigkeit	≈ 30 – 45 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch Legierungselemente; relevant für EMV und Leiterdesign
Spezifische Wärmekapazität	≈ 900 J/kg·K	Ungefährer Wert, nützlich für Wärmeberechnungen und Temperaturtransienten
Wärmeausdehnung	≈ 23 – 24 µm/m·K	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen; wichtig für thermische Zyklen und Verbindung mit anderen Werkstoffen

3105 behält viele der günstigen physikalischen Eigenschaften von Aluminium bei: geringe Dichte, gute Wärmeleitfähigkeit und relativ hohe spezifische Wärmekapazität. Diese Eigenschaften machen die Legierung nützlich für Anwendungen mit Gewichtseinsparung und moderatem Wärmetransport, obwohl die Leitfähigkeit deutlich niedriger als die von nahezu reinem Aluminium ist.

Konstrukteure sollten die höhere Wärmeausdehnung im Vergleich zu Stählen und einigen anderen Nichteisenlegierungen berücksichtigen, insbesondere in Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen, da unterschiedliche Ausdehnungen bei Temperaturwechseln zu Spannung oder Verzug führen können.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,2 – 6,0 mm	Festigkeit nimmt mit H-Zuständen zu	O, H12, H14, H16	Häufigste Form für architektonische und Geräteplatten
Platte	>6,0 mm	Leicht verringerte Duktilität gegenüber Blech	O, H14, H18	Weniger verbreitet; eingesetzt bei Bedarf an dickeren Querschnitten
Strangpressprofil	Komplexe Querschnitte bis zu großen Profilen	Kaltumformung nach Strangpressen kann Festigkeit erhöhen	O, danach gealtert/kaltverformt zu H-Zustand	Mn-Legierungen sind strangpressbar, aber 3xxx weniger üblich als 6xxx für Strukturprofile
Rohr	Ø klein bis groß, Wandstärke variabel	Abhängig von Herstellung (gezogen oder geschweißt)	O, H14	Verwendet für Rohre mit Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit
Stab/Stange	Rund- oder Flachstäbe für leichte Bauteile	Modeste Festigkeit; nimmt mit Kaltumformung zu	H14, H16	Weniger typisch als Blech; in begrenzten Fällen für geformte Bauteile oder Befestigungen

Bleche und Coils sind die dominierenden Handelsformen für 3105 und spiegeln die Eignung der Legierung für Verkleidungen, Dachabdeckungen und Geräteplatten wider. Platten und Strangpressprofile sind ebenfalls verfügbar, aber weniger verbreitet, und werden gewählt, wenn spezifische Dicken- oder Profilanforderungen die Vorteile anderer Legierungen überwiegen.

Unterschiede in der Verarbeitung der Formen sind entscheidend: gewalztes Blech durchläuft erhebliche Kaltumformung und wird gewickelt, was Restspannungen und Reaktion auf den Zustand beeinflusst. Strangpressprofile und Rohre besitzen ihre eigenen Ausgangseigenschaften und benötigen ggf. Nachbehandlungen (Altern oder Kaltumformung), um Maß- und Festigkeitsspezifikationen zu erfüllen.

Äquivalente Qualitäten

Norm	Qualität	Region	Bemerkungen
AA	3105	USA	UNS A93105; gebräuchliche nordamerikanische Bezeichnung
EN AW	3105	Europa	Oft als EN AW-3105 gelistet; Chemie und Toleranzen entsprechen internationalen Standards für Knetaluminium
JIS	A3105 (gängige Form)	Japan	Lokale Normen listen A3105 oder äquivalente Al-Mn-Mg Zusammensetzung
GB/T	3105	China	Chinesische Stahl-/Aluminium-Normen verwenden typischerweise dieselbe numerische Bezeichnung für Knetaluminium

Die Bezeichnung 3105 ist global weit verbreitet und in den Regionen hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Anwendungszweck im Wesentlichen konsistent. Kleine Abweichungen ergeben sich durch regionale Toleranzbereiche, zulässige Verunreinigungen und Walzwerkzertifikate. Käufer sollten spezifische Normverweise und Werkszeugnisse anfordern, um Konformität für kritische Projekte sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

3105 weist gute Beständigkeit gegen allgemeine atmosphärische Korrosion auf und zeigt sich robust in typischen städtischen und ländlichen Umgebungen. Die kontrollierte Mangan- und niedrige Kupferkonzentration gewährleisten eine ausgewogene Oberflächenstabilität und reduzieren die Anfälligkeit für Gleichmäßige Korrosion; lackierte oder beschichtete Oberflächen verlängern die Lebensdauer bei architektonischen Anwendungen zusätzlich.

Im marinen Umfeld ist 3105 für oberdecknahe oder geschützte Anwendungen geeignet, jedoch nicht so robust wie magnesiumreiche 5xxx-Legierungen für den Einsatz im Eintauch- oder Spritzwasserbereich. Chloridinduzierte Lochfraßkorrosion ist bei Meerwasserexposition stärker ausgeprägt als in alkalischen Atmosphären; daher wird bei langanhaltender mariner Beanspruchung zusätzlicher Schutz durch Beschichtungen, Eloxieren oder Opferanoden empfohlen.

Das Risiko von Spannungsrisskorrosion ist unter Normalbedingungen für 3105 gering, da keine ausscheidungshärtende Legierung vorliegt; dennoch können lokal begrenzte Korrosion und Wasserstoffversprödung in stark kathodischen Umgebungen auftreten. Bei galvanischer Kopplung mit edleren Metallen wie Edelstahl oder Kupfer fungiert 3105 als Anode und korrodiert bevorzugt, sofern keine elektrische Trennung oder Schutzmaßnahmen erfolgen. Konstrukteure sollten Verbindungswerkstoffe und Beschichtungen zur Steuerung galvanischer Ströme planen.

Im Vergleich zu anderen Legierungsfamilien übertrifft 3105 typischerweise die 1xxx-Serie in Festigkeit bei ähnlicher Korrosionsbeständigkeit, liegt jedoch hinter ausgewählten magnesiumreichen 5xxx-Legierungen bei aggressiven marinen oder chloridbelasteten Bedingungen. Gegenüber 6xxx-Legierungen bietet 3105 bessere Umformbarkeit, jedoch geringere strukturelle Festigkeit und unterschiedliche Eloxaloptik.

Fertigungsmerkmale

Schweißbarkeit

3105 lässt sich gut mittels gängiger Schmelzschweißverfahren wie TIG (GTAW) und MIG (GMAW) schweißen. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind 4043 (Al-Si) für guten Fluss und verringerte Heißrissneigung oder 5356 (Al-Mg), wenn höhere Schweißnahtfestigkeit erforderlich ist; die Wahl hängt vom Grundwerkstoffzustand und benötigtem Korrosionsschutz ab. Das Risiko von Heißrissen bei 3xxx-Legierungen ist gering im Vergleich zu manchen Al-Si-Gusslegierungen, jedoch ist sorgfältige Fugenpassung und Wärmezuführung nötig, um Verzug und Ausscheidungszonenweichung zu minimieren.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von 3105 ist mittel bis schlecht im Vergleich zu zerspanungsfreundlichen Aluminiumlegierungen und einigen 6xxx-Qualitäten. Typische Zerspanbarkeitsindizes liegen unter denen von Knet-6xxx-Legierungen; scharfe Hartmetallwerkzeuge, hohe positive Spanwinkel und gute Späneförderung werden empfohlen. Schnittgeschwindigkeiten sollten niedriger gewählt werden als bei 6xxx-Legierungen, und Schmierung oder Luftblasentrocknung können bei dünnwandigen Teilen für kontinuierliche Spanabfuhr erforderlich sein.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im geglühten O-Zustand ist ausgezeichnet und erlaubt Tiefziehen, Streckumformen sowie komplexes Biegen. Minimale Innenbiegeradien für O-Zustand liegen häufig bei 0,5–1,0× Blechdicke für einfache Biegungen, während H-Zustände typischerweise 1–3× Dicke erfordern, um Risse zu vermeiden. Das Rückfederungsverhalten ist moderat und gut prognostizierbar; kontrollierte Vorspannung oder Zwischenglühen können eingesetzt werden, um komplexe Geometrien bei präziser Maßhaltigkeit zu erzeugen.

Wärmebehandlungsverhalten

3105 ist nicht wärmebehandelbar; Festigkeit wird überwiegend durch Kaltumformung (Verfestigung) erzielt. Es gibt keinen praxisrelevanten Lösungsglüh- und Alterungsweg mit signifikanter Ausscheidungshärtung wie bei 6xxx- oder 2xxx-Legierungen.

Glühen dient zur Wiederherstellung der Duktilität und zum Abbau von Restspannungen. Typische industrielle Glühbereiche für 3xxx-Legierungen liegen bei 300–415 °C mit einer Verweilzeit entsprechend der Plattendicke; schnelles Abschrecken ist nicht erforderlich. T-Zustände (künstliches Altern) sind bei 3105 nicht geeignet, um eine nennenswerte zusätzliche Festigkeit zu erzielen, obwohl einige Verfahren Lösungsglühen mit mechanischem Nachverfestigen kombinieren (z. B. H24-Verfahren), um den Zustand zu stabilisieren.

Hochtemperatureinsatz

Die mechanische Festigkeit von 3105 nimmt mit steigender Temperatur kontinuierlich ab; nützliche Strukturfestigkeit ist über etwa 100–150 °C deutlich reduziert. Kurzzeitige Temperaturerhöhungen (z. B. fürs Umformen, Löten oder Schweißen) werden vertragen, aber dauerhafte Beanspruchung bei hohen Temperaturen verringert Streckgrenze und Zugfestigkeit. Die Aluminiumoxid-Schicht bildet einen selbstlimitierenden Schutzfilm; jedoch steigt bei höheren Temperaturen die Oxidationsrate und Schichtbildung und sollte bei Langzeitanwendung berücksichtigt werden.

Im Schweißbereich kann die Wärmeeinflusszone eine lokale Weichung durch Glühwirkung des Schweißzyklus zeigen; da keine Ausscheidungshärtung vorliegt, gibt es keine Rückkehr zu schwächeren Zuständen wie bei wärmebehandelbaren Legierungen. Für Baugruppen mit signifikanter Hochtemperaturbeanspruchung sollten Konstrukteure Kriech- und Ermüdungsverhalten bei Einsatztemperaturen prüfen und ggf. hitzebeständigere Legierungen in Betracht ziehen.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 3105 verwendet wird
Automobilindustrie	Außenbleche, Zierleisten	Gute Umformbarkeit für Stanzbleche; moderate Festigkeit nach Verfestigung
Schiffbau/Marine	Überdeck-Strukturen, Innenausbau	Allgemeine Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit für architektonische Bauteile im Marinebereich
Luft- und Raumfahrt	Nicht-strukturelle Verkleidungen, Abdeckungen	Niedrige Dichte und Formbarkeit für nicht primäre Strukturteile
Elektronik	Dünne Gehäusebleche, Wärmeschilde	Ausgewogenes Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit und Fertigbarkeit für Gehäuse
Architektur	Verkleidungen, Bedachungen, Dachrinnen	Witterungsbeständigkeit, Lackierbarkeit und langfristige Erscheinungsstabilität

3105 ist besonders vorteilhaft, wenn Umformkomplexität, Korrosionsbeständigkeit und Kosten mit moderaten mechanischen Anforderungen konkurrieren. Die Kombination dieser Eigenschaften macht sie zu einer verlässlichen Wahl für viele blechdominierte Anwendungen, bei denen hochfeste wärmebehandelbare Legierungen nicht erforderlich sind.

Auswahlhinweise

3105 ist eine praktische Wahl, wenn Konstrukteure mehr Festigkeit als bei handelsüblichem Reinaluminium (z. B. 1100) benötigen, dabei aber exzellente Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erhalten möchten. Im Vergleich zu 1100 tauscht 3105 eine moderate Reduktion der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit gegen höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit sowie verbesserte mechanische Stabilität während der Umformung.

Im Vergleich zu gebräuchlichen, kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 liegt 3105 in Bezug auf Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit typischerweise dazwischen: Es ist in vielen Zuständen aufgrund eines optimierten Mn/Mg-Gehalts stärker als 3003, jedoch in aggressiven Chloridumgebungen meist weniger korrosionsbeständig als magnesiumreiche 5xxx-Legierungen. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Werkstoffen wie 6061 oder 6063 wird 3105 gewählt, wenn Umformbarkeit und Endformbarkeit Priorität haben und wenn geringere Kosten sowie einfachere Fertigung (keine Lösungsglühen-/Auslagerungsprozesse) trotz niedrigerer Höchstfestigkeiten von Vorteil sind.

Wählen Sie 3105, wenn projektbedingt Tiefziehen oder komplexes Stanzen im Vordergrund stehen, gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, einfache Schweißbarkeit und wirtschaftlich verfügbare Bleche gefordert sind. Vermeiden Sie diese Legierung, wenn maximale Bauteilfestigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit oder überlegene Leistung bei Marine-Eintauchbedingungen zwingend erforderlich sind; in diesen Fällen sollten stattdessen 6xxx- bzw. 5xxx-Serienlegierungen in Betracht gezogen werden.

Zusammenfassung

3105 bleibt als vielseitige Aluminiumlegierung der 3xxx-Serie relevant, da sie Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit mit einer durch Kaltverfestigung erreichbaren moderaten Festigkeit ausgewogen kombiniert. Die gleichbleibende Leistungsfähigkeit in Blech- und Coil-Formen, breite Verfügbarkeit sowie einfache Bearbeitbarkeit machen sie zu einer praxisgerechten Spezifikation für Architektur-, Haushaltsgeräte-, Transport- und allgemeine Maschinenbauanwendungen, bei denen Gewicht, Fertigbarkeit und Lebenszykluskosten wichtige Aspekte sind.