Aluminium 3303: Zusammensetzung, Eigenschaften, Härtestufenübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

3303 gehört zur 3xxx-Serie der Aluminiumlegierungen, die durch Mangan als Hauptlegierungselement zu reinem Aluminium definiert sind. Als Legierung der 3xxx-Serie ist sie nicht wärmebehandelbar, und ihr primärer Festigungsmechanismus ist die Kaltverfestigung, die durch Kaltumformung und kontrollierte Anlasstemperungen erreicht wird, statt durch Ausscheidungshärtung. Wichtige Legierungselemente sind Mangan (das die Verfestigungsreaktion und die Kornstruktur steuert) sowie geringere Anteile von Eisen, Silizium und Spuren von Kupfer und Chrom, die Festigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsverhalten beeinflussen.

Charakteristisch für 3303 sind eine moderate Zugfestigkeit in Kombination mit hervorragender Duktilität und guter Korrosionsbeständigkeit in vielen atmosphärischen und leicht korrosiven Umgebungen. Die Legierung bietet eine gute Schweißbarkeit mit konventionellen Lichtbogenschweißverfahren und ausgezeichnete Umformbarkeit im geglühten Zustand, was sie besonders geeignet für die Blechverarbeitung und das Walzprofilieren macht. Typische Einsatzbereiche sind Gebäude- und Architekturverkleidungen, HVAC-Komponenten, Getränke- und Verpackungsindustrie, leichte Strukturrahmen und allgemeine Blechanwendungen, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis von Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten gefordert ist.

Ingenieure wählen 3303, wenn gegenüber besonders reinen Legierungen (wie 1100) eine höhere Festigkeit benötigt wird, aber die Verarbeitungsaufwändigkeit wärmebehandelbarer Systeme (6xxx-/7xxx-Serie) vermieden werden soll. Das Leistungsspektrum ist attraktiv, wenn moderate Festigkeit, Tiefziehen und zuverlässige Schweißbarkeit im Vordergrund stehen und die Einsatzbedingungen nicht stark aggressiv sind (z. B. keine chloridreiche Marine-Umgebung). Die Legierung wird gegenüber stärkeren wärmebehandelbaren Qualitäten bevorzugt, wenn Formbarkeit, Fügen und Flexibilität nach der Fertigung relevant sind und wenn Kosten- und Verfügbarkeitsaspekte für breit eingesetzte Mn-haltige Legierungen sprechen.

Ausführungen (Härtegrade)

Härtegrad	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Exzellent	Exzellent	Vollständig geglüht; optimal zum Tiefziehen und komplexen Umformen
H111	Niedrig bis Mittel	Mittel bis Hoch	Sehr gut	Sehr gut	Leicht verfestigt gegenüber O; geeignet für leichte Umformungen mit geringfügiger Festigkeitssteigerung
H14	Moderat	Moderat bis niedrig	Gut	Sehr gut	Viertelgehärteter Zustand durch Kaltverfestigung; gängig für mittelschwere Blechanwendungen
H16	Moderat bis hoch	Niedrig bis moderat	Befriedigend	Sehr gut	Halbgehärtete Ausführung; eingesetzt, wenn Steifigkeit und Rückfederkontrolle wichtig sind
H18	Hoch	Niedrig	Schlecht bis moderat	Sehr gut	Vollgehärtet, kalt gewalzt; für maximale Festigkeit und Steifigkeit im Walzzustand
H24 / H26	Moderat bis hoch	Niedrig	Befriedigend	Sehr gut	Verfestigt und teilweise stabilisiert; angewendet, wenn thermische Stabilität teilweise erforderlich ist

Der Härtegrad hat einen starken und vorhersehbaren Einfluss auf die mechanischen und umformtechnischen Eigenschaften von 3303, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist und auf Kaltverfestigung basiert. Der Wechsel von O zu H18 erhöht die Streckgrenze und Zugfestigkeit deutlich, während Dehnung und Umformbarkeit abnehmen. Designer wählen den Härtegrad entsprechend dem erforderlichen Fertigungsverfahren und den gewünschten Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen des Bauteils.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Al	Rest	Grundelement; Balance nach Legierungszusätzen
Si	≤ 0,6	Verunreinigung, die Duktilität reduzieren und leicht die Festigkeit erhöhen kann
Fe	≤ 0,7	Häufige Verunreinigung; bildet intermetallische Phasen, die Zähigkeit und Oberflächenqualität beeinflussen
Mn	0,8–1,5	Hauptfestigungselement in der 3xxx-Serie; verfeinert Kornstruktur und verbessert Kaltverfestigung
Mg	≤ 0,3	Kleine Mengen steigern leicht die Festigkeit ohne großen Verlust der Umformbarkeit
Cu	≤ 0,2 (typisch)	Spurenelemente können Festigkeit verbessern, reduzieren jedoch bei höheren Gehalten die Korrosionsbeständigkeit
Zn	≤ 0,2	Üblicherweise gering; höhere Werte sind für 3xxx-Legierungen untypisch
Cr	≤ 0,1	Spurenzusatz zur Kornwachstumskontrolle und Verbesserung der HAZ-Stabilität
Ti	≤ 0,15	Kornverfeinerer in Guss- und gewalzten Produkten
Andere (jeweils)	≤ 0,05	Beinhaltet V, Ni, Sn; niedrig gehalten, um unerwünschte Phasen zu vermeiden

Die Leistungsfähigkeit der Legierung wird überwiegend von Mangan geprägt, das Festigkeitssteigerung durch Mischkristallverfestigung und verbesserte Kaltverfestigungsfähigkeit bewirkt. Eisen und Silizium werden als typische Verunreinigungen toleriert, beeinflussen Umformbarkeit und Oberflächenqualität; deren Kontrolle verbessert die Oberflächengüte und reduziert die Gefahr spröder intermetallischer Partikel. Spuren von Chrom und Titan werden zur Mikrostrukturverfeinerung und Stabilisierung des Kornwachstums bei thermischen Zyklen und mechanischer Verarbeitung eingesetzt.

Mechanische Eigenschaften

3303 zeigt das klassische Zugfestigkeitsverhalten nicht wärmebehandelbarer Legierungen: relativ niedrige Streckgrenze im geglühten Zustand bei großer Dehnungsreserve und mit zunehmender Kaltverfestigung höhere Streck- und Zugfestigkeitswerte. Die Legierung ermöglicht im O-Zustand eine erhebliche gleichmäßige Dehnung, was sie für Tiefziehen und inkrementelles Umformen prädestiniert; in H-Ausführungen nimmt die Duktilität mit steigender Versetzungsdichte und Kaltverfestigung ab. Die Härte korreliert mit dem Kaltverfestigungsgrad und dient als praktischer Online-Indikator für den Härtegrad; sie nimmt mit steigender H-Nummer zu und verbessert die Dauerfestigkeit bis zu einem Punkt, an dem der Duktilitätsverlust die Ermüdungsrissentstehung beschleunigt.

Die Ermüdungslebensdauer ist abhängig von Oberflächenbeschaffenheit, Dicke und mittlerer Spannung; poliertes, geglühtes Blech weist bei vergleichbarer Festigkeit eine bessere Lebensdauer als kaltgewalztes Blech auf, da Rissinitiierungspunkte reduziert werden. Effekte der Blechdicke sind signifikant: dünnere Bleche sind bei Walzlegierungen meist fester, da der während des Walzens erzielte Kaltverfestigungsgrad höher ist und die Defektpopulation geringer. Die Auslegung ermüdungssensibler Bauteile sollte Härtezustände und Oberflächenbehandlungen berücksichtigen, die Kerben minimieren, Gratbildung vermeiden und Eigenspannungen kontrollieren.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Härtegrad (H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	100–140 MPa	150–200 MPa	Typische Bereiche; abhängig von Blechdicke und Kaltverfestigungsgrad
Streckgrenze	35–70 MPa	110–150 MPa	Streckgrenze steigt deutlich durch Kaltverfestigung
Dehnung	25–40%	6–12%	Dehnung nimmt mit zunehmendem Härtegrad ab; O-Zustand bevorzugt für Umformungen
Härte (HB)	30–45	55–80	Brinellwerte als Anhaltswerte; korrelieren mit Härtegrad und Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70–2,72 g/cm³	Typisch für walzbare Al-Mn-Legierungen
Schmelzbereich	~640–650 °C	Solidus/Flüssigus nahe reinem Aluminium; lokaler Schmelzpunkt variiert mit Verunreinigungen
Wärmeleitfähigkeit	120–160 W/m·K	Niedriger als bei reinem Aluminium aufgrund der Legierung; trotzdem hoch im Vergleich zu Stählen
Elektrische Leitfähigkeit	~20–35 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Aluminium; variiert mit Härtegrad
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K (0,90 J/g·K)	Typischer Wert für thermische Auslegung und Wärmekapazitätsberechnungen
Wärmeausdehnung	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Relativ hohe lineare Ausdehnung, typisch für Aluminiumlegierungen

3303 verbindet relativ niedrige Dichte mit guter Wärmeleitfähigkeit, was eine günstige spezifische Steifigkeit und thermisches Management für nicht-kritische Wärmesenkenanwendungen ermöglicht. Die elektrische Leitfähigkeit ist durch die Legierung gedämpft, bleibt aber ausreichend für bestimmte Sammelschienen- oder leitfähige Blechanwendungen, bei denen mechanische Leistung wichtiger als absolute Leitfähigkeit ist. Schmelz- und Wärmeausdehnungseigenschaften müssen bei Löt-, Schweiß- und Verbundbaugruppen berücksichtigt werden, um Verzug und Fugenintegrität zu steuern.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,2–6,0 mm	Festigkeit steigt durch Kaltwalzen	O, H111, H14, H16	Weit verbreitet produziert; verwendet für Verkleidungen, Gehäuse und Umformteile
Platte	>6,0 mm (bis zu 25 mm)	Geringere gleichmäßige Kaltverfestigung im Vergleich zu dünnen Blechen	O, H111	Dickeres Produkt zeigt oftmals leicht reduziertes Kaltverfestigungsverhalten
Strangpressprofil	Komplexe Profile bis 200 mm	Festigkeit abhängig vom Strangpressverhältnis und anschließendem Kaltumformen	O, H14	Weniger verbreitet als 6xxx-Strangpressprofile, wird aber für leichte Profile verwendet
Rohr	Ø klein bis groß (nahtlos/geschweißt)	Festigkeit durch Schweißen oder Ziehen (Kaltverfestigung)	O, H14	Verwendung in HLK-Anlagen und Möbeln; nahtlose Rohre haben bessere Ermüdungseigenschaften
Stab/Rundstahl	Ø 3–50 mm	Festigkeit steigt durch Kaltziehen	H14, H18	Verwendung für Befestigungselemente, geformte Bauteile und Nieten

Kaltgewalztes Blech unterscheidet sich von Strangpressprofilen und Platten sowohl in Mikrostruktur als auch im erreichbaren Kaltverfestigungsverhalten; bei der Blechproduktion entsteht durch das Walzen eine signifikante Verformung, die für das Erzielen der Endzustände (H-Nummern) genutzt wird. Strangpressen ist möglich, aber weniger üblich als bei wärmebehandelbaren 6xxx-Legierungen, da Mn-haltige Legierungen nicht ausscheidungshärten. Konstrukteure, die 3303 stranggünstig verarbeiten, tauschen Endfestigkeit zugunsten von Duktilität und Oberflächengüte ein. Rohr- und Stabformen werden typischerweise zusätzlich kaltumgeformt (Ziehen, Richten), was die Festigkeit erhöht und die Umformbarkeit verringert; daher muss die Auswahl des Zustandes auf die zu erwartenden Form- und Fügeschritte abgestimmt sein.

Äquivalente Güten

Norm	Güte	Region	Hinweise
AA	3303	USA	Industriebezeichnung für schmiedbare Legierung aus der 3xxx-Familie
EN AW	3303	Europa	Übliche europäische Bezeichnung (EN AW-3303) für Beschaffung; Zusammensetzungstoleranzen können variieren
JIS	A3303 (ca.)	Japan	Japanische Normen verwenden teilweise abweichende Nummernsysteme, die Legierungschemie ist jedoch vergleichbar
GB/T	3303 (ca.)	China	Chinesische nationale Normen beziehen sich auf ähnliche Al-Mn-Legierungen; genaue Grenzwerte können abweichen

Die Äquivalenz zwischen den Normen ist ungefähr, da regionale Spezifikationen unterschiedliche Grenzen für Verunreinigungen und teils verschiedene Prüfanforderungen für mechanische Eigenschaften und Zustandsbezeichnungen festlegen. Käufer müssen die genauen chemischen und mechanischen Grenzwerte in Lieferantenzertifikaten prüfen und sich auf die maßgebliche Beschaffungsspezifikation für kritische Bauteile beziehen, insbesondere wenn Korrosionsbeständigkeit oder Umformbarkeit missionskritisch sind.

Korrosionsbeständigkeit

3303 bietet in den meisten Binnenumgebungen eine gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit dank einer schützenden Aluminiumoxidschicht und dem Fehlen eines hohen Kupfergehalts, der Lochfraß begünstigen kann. In leicht aggressiven Meeresatmosphären ist die Legierung für oberhalb-deck Komponenten und architektonische Elemente akzeptabel, jedoch führt längeres Eintauchen in chloridreiches Meerwasser zu beschleunigter lokaler Korrosion gegenüber speziell maritimen Legierungen der 5xxx-Serie (Al-Mg). Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen (Eloxieren, Lackieren) verlängern die Lebensdauer deutlich, eloxiertes 3303 bietet verbesserte Optik und zusätzlichen Korrosionsschutz.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist im Vergleich zu gewissen hochfesten, wärmebehandelbaren Legierungen gering, da 3303 keine ausscheidungshärtenden Teilchen enthält, die SCC fördern; dennoch sollten Restzugspannungen aus Umformen oder Schweißen minimiert werden. Galvanische Wechselwirkungen sind relevant: 3303 ist bezüglich Edelstahl und Kupfer anodisch und korrodiert bevorzugt bei elektrischem Kontakt in leitfähigen Elektrolyten; daher werden Isolationsmaßnahmen und kompatible Befestigungen bei Mischmetallbaugruppen empfohlen. Im Vergleich zu 5xxx- und 6xxx-Familien tauscht 3303 leicht verminderte Lochfraßbeständigkeit gegen verbesserte Umformbarkeit und einfachere Verarbeitung, was es zu einer pragmatischen Wahl für tiefgezogene und schweißbare Anwendungen macht, bei denen Beständigkeit sekundär ist.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

3303 lässt sich gut mit gängigen Schmelzschweißverfahren (MIG/GMAW, TIG/GTAW, Widerstandsschweißen) verarbeiten und zeigt bei korrekter Handhabung eine geringe Neigung zum Heißriss. Empfohlene Schweißzusätze ähneln denen für andere Al-Mn-Legierungen (z.B. Al-Mn Zusatzmaterial), Aluminium-Silizium-Zusätze können für erhöhte Schweißbarkeit (Fließfähigkeit) eingesetzt werden; die Auswahl muss die Korrosionsverträglichkeit beachten. Weichwerden im Wärmeeinflussbereich ist im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen moderat, da die Legierung nicht auf Ausscheidungshärtung basiert, allerdings kann Überhitzung und Kornwachstum Ermüdungsfestigkeit und Umformverhalten angrenzend an Schweißnähte verschlechtern.

Spanbarkeit

Als relativ duktiles, weiches Material verfügt 3303 über moderate Spanbarkeit und neigt bei ungeeigneten Schnittparametern zu langen, zusammenhängenden Spänen. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und Spanbrechern werden für Drehen und Fräsen empfohlen, um Spanbildung zu kontrollieren und Aufbauschneiden zu vermindern; niedrigere Schnittgeschwindigkeiten und ausreichende Kühlschmierstoffe verhindern Verschmierungen. Der typische Spanbarkeitsindex liegt unter freizerspanbaren Aluminiumlegierungen, ist aber vergleichbar mit allgemeinen geschmiedeten Al-Mn-Legierungen; Werkzeugverschleiß- und Verformungen müssen bei dünnwandigen Querschnitten berücksichtigt werden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit ist im annealierten Zustand (O-Zustand) ausgezeichnet und ermöglicht Tiefziehen, Streckumformen und komplexes Biegen mit kleinen Radien. Mindestbiegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab; annealiertes Blech entspricht üblicherweise R/t-Verhältnissen deutlich unter denen, die für halbharten oder vollharten Zustand erforderlich sind. Kaltumformung erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Duktilität und erhöht den Rückfederungseffekt; daher sollten Fertigungsabläufe das Umformen vor dem Endglühen oder Spannungsarmglühen vorsehen und H-Zustände nur wählen, wenn keine weitere Umformung erforderlich oder möglich ist.

Verhalten bei Wärmebehandlung

Als nicht wärmebehandelbare Legierung spricht 3303 nicht auf Lösungsglühen und Ausscheidungen an, um zusätzliche Festigkeit über Ausscheidungshärtung zu erzielen. Die thermische Verarbeitung konzentriert sich auf Glühen und Stabilisierung: Vollglühzyklen erfolgen typischerweise bei 370–415 °C, gefolgt von langsamer oder schneller Abkühlung, abhängig von gewünschter Korngröße und Restspannungsprofil. Nach dem Glühen stellt der O-Zustand maximale Duktilität und Umformbarkeit wieder her; anschließendes Kaltumformen führt zu H-Zuständen, in denen die Festigkeit durch Versetzungsakkumulation erhöht wird.

Stabilisierungs- oder Niedertemperatur-Backzyklen können eingesetzt werden, um arbeitsspannungsbedingte Eigenspannungen partiell zu reduzieren, ohne signifikantes Weichwerden, wenn kleine Maßanpassungen oder Entspannung der mechanischen Eigenschaften nötig sind. Thermische Belastungen während der Fertigung, z.B. durch Schweißen, verändern lokal den Zustand im Wärmeeinflussbereich; da 3303 seine Festigkeit hauptsächlich aus Kaltverfestigung bezieht, sind geschweißte Bereiche in zuvor kaltverfestigtem Material meist weicher, sofern keine Nachbehandlung oder örtliche Kaltverfestigung erfolgt.

Verhalten bei hohen Temperaturen

3303 verliert mit steigender Temperatur progressiv an Festigkeit; maßgebliche Abnahmen von Streck- und Zugfestigkeit treten typischerweise über 150 °C auf und werden ab 200 °C ausgeprägter. Die Legierung ist nicht für hochtemperaturbeanspruchte Anwendungen vorgesehen und zeigt Erweichung und Kriechen bei andauernder Belastung bei erhöhter Temperatur. Die Oxidationsbeständigkeit entspricht anderen Aluminiumlegierungen: Es bildet sich schnell eine stabile Oxidschicht, die mechanische Degradierung bei hohen Temperaturen jedoch nicht verhindert.

Für geschweißte oder wärmebelastete Bauteile sind Kornwachstum im HAZ und Festigkeitsverlust durch Rückverfestigung die Hauptprobleme, welche Ermüdungsfestigkeit und Maßhaltigkeit beeinträchtigen können. Konstruktionen für intermittierende Temperaturbelastung sollten Sicherheitsfaktoren berücksichtigen und gegebenenfalls alternative Legierungen (z. B. bestimmte Al-Si- oder Hochtemperature-Legierungen) wählen, wenn Festigkeit über 150 °C langfristig erforderlich ist.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielbauteil	Warum 3303 verwendet wird
Automobil	Innenausstattung und nicht-strukturelle Verkleidungen	Gute Umformbarkeit und Oberflächengüte für Stanzteile
Marine	HLK-Gehäuse und architektonische Beschläge	Angemessene Korrosionsbeständigkeit und hervorragende Verarbeitbarkeit
Luftfahrt	Nicht-kritische Beschläge, Luftkanäle	Günstiges Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis für Sekundärstrukturen
Elektronik	Wärmeverteilplättchen und Gehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit und einfache Fertigung
Verpackung / Konsum	Dosen, dekorative Zierleisten	Vorteile in Umformbarkeit und Oberflächenfinish

3303 besetzt eine pragmatische Nische für Bauteile, die komplexes Umformen, gute Schweißbarkeit und akzeptable Korrosionsbeständigkeit benötigen, ohne die Kosten oder Fertigungseinschränkungen wärmebehandelbarer Legierungen. Sein ausgewogenes Eigenschaftenprofil macht es besonders effizient für Großserien-Formteile und architektonische Elemente, bei denen Wirtschaftlichkeit und Herstellbarkeit im Vordergrund stehen.

Auswahlhinweise

Bei der Auswahl von 3303 sollten Sie Designs bevorzugen, die Tiefziehen oder umfangreiche Umformungen erfordern und bei denen die Endfestigkeit eher moderat als maximal sein muss. Die Legierung ist besonders attraktiv, wenn Schweißbarkeit und Flexibilität nach der Umformung wichtig sind und gleichzeitig eine einfache Beschaffung sowie Kostenkontrolle berücksichtigt werden sollen.

Im Vergleich zu kommerziell reinem Aluminium (1100) bietet 3303 eine höhere Festigkeit bei geringem Verlust der elektrischen Leitfähigkeit und behält dennoch eine gute Umformbarkeit bei. Im Vergleich zu gängigen, durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 und 5052 positioniert sich 3303 typischerweise im Mittelfeld: Es bietet eine etwas höhere Festigkeit als sehr reine Legierungen, während es eine bessere Umformbarkeit als viele Mg-haltige 5xxx-Legierungen beibehält; die Korrosionsbeständigkeit ist gut, jedoch nicht so hoch wie bei den besten Al-Mg-Legierungen für den Marinebereich. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 weist 3303 geringere Spitzenfestigkeiten auf, wird jedoch für komplexe Umformprozesse, überlegene Schweißbarkeit ohne Einschränkungen durch Nachalterung und geringere Verarbeitungskosten bevorzugt.

Abschließende Zusammenfassung

3303 bleibt eine relevante und praktische Legierung für moderne Technik, wenn die Kombination aus Umformbarkeit, Schweißbarkeit und moderater Festigkeit gefragt ist; die auf Mn basierende Chemie und das Kaltverfestigungsverhalten bieten eine zuverlässige Grundlage für Bleche, Rohre und Stanzteile in zahlreichen Branchen. Die einfache Verarbeitung und ausgewogenen Eigenschaften machen sie zu einer sinnvollen Wahl für Konstrukteure, die Fertigbarkeit und kosteneffiziente Leistung priorisieren.