Aluminium A3003: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

A3003 ist eine Aluminium-Mangan-Legierung aus der 3xxx-Serie, bei der Mangan das wichtigste Legierungselement darstellt, das eine Festigkeitssteigerung durch Kristallgitterlösung und eine verbesserte Kaltverfestigungsreaktion bewirkt. Es handelt sich um eine nicht wärmebehandelbare Legierung; die Festigkeit wird überwiegend durch Kaltverformen und nicht durch ausscheidungshärtende Wärmebehandlung erreicht.

Wesentliche Eigenschaften von A3003 sind moderate Festigkeit, sehr gute Umformbarkeit, akzeptable Korrosionsbeständigkeit in vielen Atmosphären und gute Schweißbarkeit mit standardmäßigen Aluminiumverfahren. Typische Branchen, die A3003 verwenden, sind Bauwesen und Konstruktion (Dachrinnen, Bedachung, Verkleidungen), HLK- und Wärmeaustauschanlagen, Haushaltswaren und Kochgeschirr sowie allgemeine Blechverarbeitung, bei der niedrige Kosten und hohe Duktilität gefordert sind.

Ingenieure wählen häufig A3003, wenn ein ausgewogenes Verhältnis von Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bei niedrigeren Materialkosten als bei vielen legierten oder wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen erforderlich ist. Die Kombination aus Duktilität, stabilem mechanischen Verhalten nach Kaltverformung und der breiten Verfügbarkeit in Blech- und Bandform macht es im Vergleich zu sehr weichen 1xxx-Legierungen bevorzugt, wenn eine höhere Festigkeit ohne Einbußen bei der Umformbarkeit gewünscht wird.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Gering	Hoch (30–45%)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht; optimal für Tiefziehen
H12	Niedrig-Mittel	Mittel-Hoch (20–30%)	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leichte Kaltverfestigung, behält gute Umformbarkeit
H14	Mittel	Mittel (12–20%)	Gut	Ausgezeichnet	Typischer Handelszustand für moderate Festigkeit
H16	Mittel-Hoch	Weniger (8–15%)	Befriedigend-Gut	Ausgezeichnet	Erhöhte Festigkeit durch Kaltverformen
H18	Hoch	Niedrig (3–8%)	Befriedigend-Schlecht	Ausgezeichnet	Volle Härte; verwendet, wo Steifigkeit und Festigkeit Priorität haben
H22	Niedrig-Mittel (stabilisiert)	Mittel-Hoch (20–30%)	Sehr gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und teilweise geglüht (stabilisiert)

Die Zustände der 3xxx-Familie werden durch kontrollierte Mengen an Kaltverformung und gelegentliche stabilisierende Glühprozesse erreicht, nicht durch Lösungsglühen und Ausscheidungshärtung. Mit zunehmendem H-Zustand steigen Zug- und Streckgrenzen durch höhere Versetzungsdichte, während Duktilität und Umformbarkeit aufgrund der Kaltverfestigung abnehmen.

Für die Fertigung wählen Konstrukteure den O- oder niedrige H-Zustände für Tiefzieh- und Vorgänge mit großen plastischen Verformungen, während H14–H18 Zustände für Bauteile bevorzugt werden, die nach dem Umformen eine höhere Steifigkeit und Maßhaltigkeit benötigen.

Chemische Zusammensetzung

Element	% Bereich	Bemerkungen
Si	0,0–0,6	Entoxidationsmittel; Gehalte niedrig gehalten zur Erhaltung der Duktilität
Fe	0,0–0,7	Unreinheit; beeinflusst Festigkeit und Oberflächenqualität
Mn	0,8–1,5	Hauptlegierungselement; sorgt für Festigkeitssteigerung durch Lösung
Mg	0,0–0,2	Nebenbestandteil; geringfügiges Mg kann Festigkeit leicht erhöhen
Cu	0,0–0,2	Üblicherweise niedrig; hoher Cu-Gehalt mindert Korrosionsbeständigkeit
Zn	0,0–0,1	Spurenelement; niedrig gehalten, um galvanische Empfindlichkeit zu vermeiden
Cr	0,0–0,1	Spurenelement; steuert Kornstruktur in einigen Legierungen
Ti	0,0–0,15	Kornfeinung beim Gießen/Losprodukt
Sonstige (jeweils)	0,0–0,05	Gesamtsumme sonstiger max. ca. 0,15 %; Rest Aluminium

Der Mangangehalt ist das prägende Merkmal von A3003 und bewirkt eine stärkere Kristallgitterlösung als bei handelsüblichem reinem Aluminium, wodurch eine signifikante Festigkeitssteigerung durch Kaltverformung möglich ist. Spurenelemente und Verunreinigungen beeinflussen Oberflächenqualität, Rekristallisationsverhalten und Korrosionseigenschaften; Hersteller kontrollieren diese, um die Spezifikationen für Blech und Band einzuhalten.

Mechanische Eigenschaften

A3003 zeigt duktiles Zugverhalten mit einem ausgeprägten Bereich der Kaltverfestigung in den Spannung-Dehnungs-Kurven für kaltverformte Zustände. Im geglühten Zustand weist die Legierung eine sehr niedrige Streckgrenze und eine lange gleichmäßige Dehnung auf, während im H-Zustand die Streck- und Zugfestigkeit höher sind, aber die gleichmäßige Dehnung reduziert ist.

Die Härte steigt mit dem Zustand und korreliert mit den Zugfestigkeiten; Brinell- oder Vickers-Härtewerte nehmen von O bis H18 deutlich zu, da die Versetzungsdichte wächst. Die Dauerfestigkeit ist moderat und stark abhängig von Oberflächenqualität, Kaltverformungsgrad und Vorhandensein von Kerben; kaltverfestigte Zustände zeigen in der Regel eine verbesserte Dauerfestigkeit zulasten der Duktilität.

Die Blechdicke beeinflusst Festigkeit und Umformbarkeit: Dünnere Stärken erlauben generell engere Biegeradien und scheinbar bessere Umformbarkeit, während dickere Querschnitte höhere zulässige Biegespannungen aufweisen, aber geringere gleichmäßige Dehnung und ausgeprägteres Rückfedern zeigen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (MPa)	95–125	140–180	Werte variieren je nach Dicke und Zustand; H14 typisch für den Handel
Streckgrenze (MPa)	30–70	90–120	Streckgrenze steigt deutlich durch Kaltverfestigung
Dehnung (%)	30–45	10–20	Dehnung nimmt mit zunehmender Härtung ab
Härte (HB)	30–45	50–70	Härte korreliert mit Zugfestigkeit und Kaltverfestigungsgrad

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70–2,73 g/cm³	Standarddichte für Aluminium; kaum abhängig von der Legierung
Schmelzbereich	~640–655 °C	Solidus bis Liquidus; Schmelzverhalten wie typische Al-Mn-Legierungen
Wärmeleitfähigkeit	~120–150 W/m·K	Hohe Wärmeleitfähigkeit, geeignet für Wärmeaustauscher
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 %IACS	Niedriger als bei reinem Al aufgrund von Mn und weiteren Legierungselementen
Spezifische Wärmekapazität	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Umgebungstemperaturen
Wärmeausdehnung	~23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100°C)	Ähnlich wie bei anderen gewalzten Aluminiumlegierungen

A3003 behält die meisten der wünschenswerten physikalischen Eigenschaften von Aluminiumgrundmetall bei, wie niedrige Dichte und hohe Wärmeleitfähigkeit, gibt dafür aber aufgrund der Mn-Zugabe etwas elektrische Leitfähigkeit auf. Wärmeausdehnung und spezifische Wärmekapazität sind vergleichbar mit anderen handelsüblichen Legierungen und müssen bei der Konstruktion von verbundenen Bauteilen und bei thermischen Zyklusanwendungen berücksichtigt werden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Bemerkungen
Blech	0,2–6,0 mm	Breites Spektrum je nach Zustand	O, H12, H14, H16	Verwendung für Bedachung, Dachrinnen, Kochgeschirr, Lüftungskanäle
Platte	>6 mm (begrenzte Anwendungen)	Ähnliche Festigkeitstrends; dickere Querschnitte reduzieren Umformbarkeit	H14–H18	Weniger häufig; verwendet für dickere, steife Platten
Strangpressprofil	Profile bis zu großen Querschnitten	Festigkeit steigt mit Kaltverfestigung oder Kaltarbeit	H14/H16 (nach Umformen)	3003 kann stranggepresst werden, 6xxx-Legierungen sind jedoch für Strukturprofile üblicher
Rohr	Durchmesser 10–200+ mm	Kaltgezogene Rohre weisen höhere Festigkeit auf	H14, H18	Verwendung für HLK, Niederdruck-Flüssigkeitsführung
Stab/Stange	Kleine Durchmesser	Festigkeit abhängig vom Ziehen	H18 für hochfeste Stäbe	Verwendung für Befestigungselemente, Nieten, kleine Bauteile

Blech und Band sind die primären Handelsformen für A3003 aufgrund der Anwendungsschwerpunkte auf gefertigte Bleche und umgeformte Bauteile. Strangpressen von 3003 ist möglich, jedoch nutzen viele Strukturprofile 6063/6061 für bessere mechanische Eigenschaften; dennoch wird 3003-Strangpressen gewählt, wenn Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit Vorrang haben. Verarbeitungsunterschiede – Kaltwalzen, Zustandsbehandlung, Oberflächenfinish und Glühzyklen – steuern die endgültige Dicke, Textur und das mechanische Eigenschaftsprofil, abgestimmt auf den Verwendungszweck.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoffbezeichnung	Region	Hinweise
AA	A3003	USA	Primäre Bezeichnung gemäß UNS/AA-Normen
EN AW	EN AW-3003	Europa	Entspricht EN 573; ähnliche chemische Grenzen
JIS	A3003	Japan	JIS verwendet ähnliche Nummerierung; chemische und mechanische Spezifikationen können leicht variieren
GB/T	3A21 (häufig zugeordnet)	China	GB/T 3880 und andere Normen ordnen 3003 chinesischen Bezeichnungen wie 3A21 zu

Die Standardäquivalente stimmen allgemein gut bezüglich des Hauptmangan-Gehalts überein und verwenden eine ähnliche Bezeichnung der Zustände (O, Hx). Feine Unterschiede ergeben sich in den maximalen Verunreinigungsgrenzen, Definition der mechanischen Prüfbedingungen für den Zustand sowie Akzeptanz von Oberflächenbeschaffenheit/-behandlung, was die Auswahl für hochregulierte Anwendungen oder grenzüberschreitende Beschaffung beeinflussen kann.

Korrosionsbeständigkeit

A3003 bietet eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit aufgrund des schützenden Oxidfilms, der sich schnell auf Aluminiumoberflächen bildet. Es zeigt gute Beständigkeit in städtischen und ländlichen Atmosphären und widersteht Verfärbungen und Oxidation, weshalb es häufig für Dachrinnen, Bedachungen und Außenfassadenplatten verwendet wird.

In maritimen Umgebungen ist A3003 für viele Offshore- und Küstenanwendungen akzeptabel, zeigt jedoch im Allgemeinen eine geringere Beständigkeit gegenüber lokal begrenzter Loch- und Spaltkorrosion als hochmagnesiumhaltige 5xxx-Serienlegierungen. Längerer Kontakt mit chloridreichen Umgebungen erfordert Schutzbeschichtungen, Trennung von unähnlichen Metallen oder die Auswahl einer besser für Marineumgebungen optimierten Legierung.

Die Legierung weist eine geringe Anfälligkeit für klassische Spannungsrisskorrosion (SCC) auf, da sie nicht wärmebehandelbar ist und nur begrenzte Legierungselementkonzentrationen besitzt, die SCC fördern. Galvanische Kopplung mit edleren Metallen (Kupfer, Edelstahl) kann lokalen Angriff beschleunigen; Konstrukteure sollten Verbindungen elektrisch isolieren und geeignete Beschichtungen oder Opferanoden spezifizieren, wenn Kontakt mit unähnlichen Metallen unvermeidbar ist. Im Vergleich zur 1xxx-Serie tauscht A3003 etwas reduzierte elektrische Leitfähigkeit gegen verbesserte mechanische Festigkeit, und gegenüber der 5xxx-Serie tauscht es generell eine etwas niedrigere Korrosionsbeständigkeit im Marinebereich gegen bessere Umformbarkeit und geringere Kosten ein.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

A3003 lässt sich gut mit gebräuchlichen Verfahren wie MIG (GMAW) und TIG (GTAW) schweißen, wobei 4xxx-Aluminium-Silizium-Legierungswerkstoffe als Zusatzwerkstoffe verwendet werden, wenn verbesserte Fließfähigkeit und Festigkeit gewünscht sind. Fügen im Festkörperzustand und Punktschweißen sind ebenfalls auf dünnen Blechen effektiv; Vorwärmen ist bei kleinen Teilen meist nicht erforderlich, kann jedoch eingesetzt werden, um Verzug zu minimieren. Das Weichwerden der Wärmeeinflusszone (HAZ) ist begrenzt, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist, aber lokales Glühen stellt die Duktilität wieder her und reduziert die Festigkeit in kaltverformten Bereichen, was bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss.

Zerspanbarkeit

Das Zerspanen von 3003 gestaltet sich moderat schwierig; die Duktilität kann zu langen, gummiartigen Spänen führen, wenn Geometrie und Vorschübe der Werkzeuge nicht optimiert sind. Hartmetallwerkzeuge mit positivem Spanwinkel und unterbrochene Schnittstrategien reduzieren den Aufbauschneiden und verbessern die Oberflächenqualität. Empfohlene Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sind im Vergleich zu Stählen konservativ; Kühlung und Spanabfuhr sind wichtig, um die Werkstücktemperatur zu kontrollieren und Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Umformbarkeit

A3003 gehört zu den umformbarsten Legierungen im kommerziellen Einsatz; es eignet sich für Tiefziehen, Spannen, Biegen und Streckziehen in geglühtem oder leicht vergütetem Zustand. Minimale Biegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab, übliche Praxis gibt 1–2× Blechdicke für H14 und 0,5–1× Blechdicke für den O-Zustand an, abhängig vom Werkzeug. Für stark beanspruchte Formteile empfiehlt sich der Start im O-Zustand mit anschließendem Ziehen oder Formen, gefolgt von kontrollierter Kaltumformung oder stabilisierendem Glühen, wenn höhere Einsatzfestigkeit gefordert ist.

Wärmebehandlungsverhalten

A3003 ist nicht wärmebehandelbar im Sinne der Ausscheidungshärtung; Lösungsglühen und künstliches Altern führen nicht zu signifikanter Festigkeitssteigerung. Übliche industrielle Praxis nutzt Kaltverfestigung zur Steigerung von Festigkeit und Härte, wobei der Zustand durch kontrollierte mechanische Verformung eingestellt wird.

Glühen (vollständig oder teilweises) wird angewandt, um die Duktilität wiederherzustellen und die Mikrostruktur nach starker Kaltverformung zu rekristallisieren; Glühtemperaturen liegen zwischen 300–415 °C, abhängig vom gewünschten Rekristallisations- und Kornwachstumseffekt. Stabilisierungsglühen wie Teilglühen (H22) werden verwendet, wenn eine teilweise Erholung ohne vollständige Rückkehr zum weichen O-Zustand gewünscht ist.

Verhalten bei hohen Temperaturen

Bei erhöhten Temperaturen erfährt A3003 einen fortschreitenden Festigkeitsverlust bei Streck- und Zugfestigkeit; Einsatztemperaturen über ca. 150 °C führen zu messbarer Festigkeitsminderung, mit deutlicher Erweichung über ca. 200 °C. Die Oxidationsbeständigkeit bleibt aufgrund des stabilen Al2O3-Oberflächenfilms akzeptabel, jedoch ist die Kriechbeständigkeit im Vergleich zu wärmebehandelbaren oder hochfesten Legierungen schlecht, weshalb es für dauerhafte strukturelle Belastungen bei hohen Temperaturen nicht empfohlen wird.

Geschweißte Verbindungen in A3003 neigen nicht zu langfristiger Versprödung bei hohen Temperaturen, aber transient auftretende Wärmeeinwirkung beim Schweißen kann kaltverfestigte Zonen lokal glühen und mechanische Eigenschaften verändern; dies muss durch Konstruktionszuschläge oder nachfolgende mechanische Nachbehandlung berücksichtigt werden.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum A3003 verwendet wird
Bau & Konstruktion	Dachrinnen, Bedachung, Verkleidung	Hervorragende Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, kostengünstig
Klimatechnik / Wärmeaustausch	Kanäle, Lamellen	Hohe Wärmeleitfähigkeit und einfache Umformung dünner Lamellen
Verbrauchsgüter / Küchenwaren	Kochgeschirr, Backbleche	Gutes thermisches Verhalten, Umformbarkeit, hygienische Oberfläche
Transport	Kraftstofftanks (nicht kritisch), Innenteile	Mäßige Festigkeit und Umformbarkeit bei niedrigem Kostenindex
Industrielle Ausrüstung	Lagertanks, Schornsteine	Korrosionsbeständigkeit und gute Verarbeitbarkeit großer Bauteile

Die Kombination aus Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit macht A3003 zu einem bewährten Werkstoff für Blechkomponenten, bei denen keine hohen strukturellen Lasten vorherrschend sind. Die günstigen Kosten und die breite Verfügbarkeit als Blech und Coil begünstigen den Einsatz in vielen Branchen.

Auswahlhinweise

Wählen Sie A3003, wenn Sie eine wirtschaftliche Legierung mit hervorragender Umformbarkeit und guter atmosphärischer Korrosionsbeständigkeit benötigen und dabei eine moderate Festigkeit im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen akzeptieren. Es ist die ideale Standardwahl für tiefgezogene und geformte Blechbauteile, bei denen Schweißbarkeit und Oberflächenqualität wichtig sind.

Im Vergleich zu reinem Aluminium (1100) bietet A3003 höhere Festigkeit bei nur geringfügiger elektrischer Leitfähigkeitsminderung und vergleichbarer Umformbarkeit, was es für strukturelle Blechanwendungen bevorzugt macht. Gegenüber anderen kaltverfestigten Legierungen wie 5052 besitzt A3003 typischerweise ähnliche Umformbarkeit, aber etwas geringere Festigkeit und geringfügig niedrigere maritim-korrosionsbeständigkeit; 5052 ist besser für magnesiumverstärkte Marineanwendungen geeignet. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 ist A3003 die bessere Wahl, wenn Umformbarkeit und Kosten wichtiger als maximale Festigkeit sind; 6061 bietet höhere strukturelle Festigkeit bei Anwendung von Alterung, während 3003 einfacher zu verarbeiten und günstiger ist.

Abschließende Zusammenfassung

A3003 bleibt in der modernen Technik relevant, weil es eine kosteneffektive Kombination aus Duktilität, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit für die Blechtechnik und Formteile bietet. Sein nicht wärmebehandelbarer Festigkeitsmechanismus durch Kaltverfestigung vereinfacht die Verarbeitung für viele Hersteller und gewährleistet ein vorhersehbares, stabiles mechanisches Verhalten in gängigen Zuständen.