Aluminium A3004: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

A3004 gehört zur 3xxx-Serie der Aluminiumlegierungen und zählt zur Al-Mn-Familie, bei der Mangan das hauptsächliche Legierungselement darstellt. Es handelt sich um eine nicht wärmebehandelbare, kaltverfestigungsfähige Legierung, die häufig geringe Kupfer- und Siliziumanteile enthält, um die Festigkeit gegenüber der Baseline-Familie 3003 zu erhöhen. Der Festigkeitsmechanismus beruht überwiegend auf Kaltverformung (Kaltverfestigung) sowie festigkeitssteigernden Effekten durch Mikrolegierung und Ausscheidungen in der festen Lösung, statt durch Ausscheidungshärtung. Typische Leistungsmerkmale sind mäßig bis hohe Duktilität im geglühten Zustand, verbesserte Festigkeit bei Raumtemperatur in kaltverfestigten Zuständen, gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit sowie konventionelle Schweißbarkeit und Umformbarkeit von Aluminium.

A3004 wird von Industriezweigen ausgewählt, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Umformbarkeit und höherer Kaltverfestigungsfestigkeit als bei reinen oder schwach legierten Al-Mn-Werkstoffen benötigen. Zu den typischen Einsatzbereichen zählen architektonische Verkleidungen, Lamellen von Wärmetauschern, Kochgeschirr und Haushaltsgeräte, Transportbleche sowie allgemeine Blechbearbeitung, bei der Stanzen und Tiefziehen erforderlich sind. Im Vergleich zu einfacheren Legierungen wird A3004 gewählt, wenn das Design höhere Streck- und Zugfestigkeiten verlangt, ohne die Umformbarkeit einzuschränken, oder wenn Oberflächenqualität und Lackierbarkeit wichtig sind. Konstrukteure bevorzugen A3004, wenn eine kosteneffiziente, leicht umformbare Legierung mit besserer Festigkeit als 1100/3003 gefordert ist, dabei aber ohne die Verarbeitungsnachteile wärmebehandelbarer Legierungen auskommt.

Die Legierung ist in Blech, Coil und einigen stranggepressten Formen breit verfügbar, was sie für die Serienfertigung praktisch macht. Produktionsrelevante Aspekte wie gute Kaltverfestigungseigenschaften, vorhersehbarer Rückfederungsgrad (Springback) und stabile Übergänge bei der Temperierung erhöhen die Attraktivität für Konstrukteure und Fertigungsingenieure. Die Werkstoffauswahl basiert in der Regel auf dem Zusammenspiel von Bauteilgeometrie, Umformverfahren und geforderter Festigkeit nach der Umformung.

Temperzustände

Temper	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht für maximale Duktilität
H14	Mittel	Mäßig	Sehr gut	Sehr gut	Halbhart, gebräuchlich für moderate Umformung und moderate Festigkeit
H18	Hoch	Niedrig	Mäßig	Sehr gut	Volle Härte, verwendet für Anwendungen mit höherer Festigkeit und Steifigkeit
H24	Mittel-Hoch	Mäßig	Gut	Sehr gut	Viertelweich (kaltverfestigt und anschließend stabilisiert), Balance zwischen Umformbarkeit und Endfestigkeit
H26	Hoch	Niedrig-Mäßig	Mäßig	Sehr gut	Temper mit stärkerer Kaltverfestigung für höhere Streckgrenze

Die Temperzustände der 3xxx-Familie steuern direkt den Kompromiss zwischen Festigkeit und Umformbarkeit durch den Grad der Kaltumformung. Der geglühte Zustand (O) bietet die beste Zieh- und Dehnfähigkeit, während die H-Zustände schrittweise Streck- und Zugfestigkeiten auf Kosten der Duktilität und Tiefzieheignung erhöhen.

Hersteller kombinieren üblicherweise Glühen, Vorumformen und abschließende Kaltumformung, um maßgeschneiderte Eigenschaftsprofile auf Bauteile zu erzielen. Stabilisierte H-Zustände (z. B. H24) werden häufig eingesetzt, wenn leichte Rückfederungskontrolle und nachfolgende moderate Umformphasen erforderlich sind.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Hinweise
Si	max. 0,3	Geringer Entoxidator; kleine Mengen verbessern Gießbarkeit und Oberflächenqualität
Fe	max. 0,7	Typisches Verunreinigungselement; beeinflusst Korngröße und kann Duktilität mindern bei zu hohen Gehalten
Mn	1,0–1,5	Hauptfestiger in der 3xxx-Serie; verbessert Kaltverfestigungsverhalten
Mg	max. 0,10	Üblicherweise gering; höhere Anteile verschieben das Verhalten in Richtung 5xxx-Serie
Cu	0,2–0,6	Geringe Kupferzugabe erhöht Festigkeit und Zugverhalten gegenüber 3003
Zn	max. 0,25	Geringfügige Verunreinigung; schwacher Festigungseffekt
Cr	max. 0,10	Spurenelement zur Kornstrukturkontrolle und Verbesserung der Temperaturstabilität
Ti	max. 0,15	Korngrößenverfeinerer in Gussprodukten und Barren
Andere (inkl. Zr, Be)	je max. 0,05, insgesamt max. 0,15	Rest- und Spurenelemente; Aluminium bildet den Restanteil

Die Chemie von A3004 ist darauf ausgelegt, gegenüber 3003 vor allem durch den Mangangehalt und eine kontrollierte Kupferzugabe zusätzliche Festigkeit bei Raumtemperatur bereitzustellen. Mangan wirkt als Substitutionslegierungselement, das die Kaltverfestigungsrate erhöht und die Kornstruktur während der thermomechanischen Verarbeitung stabilisiert. Kupfer steigert weiter die Festigkeit und kann die Korrosionsbeständigkeit leicht vermindern, weshalb sein Gehalt begrenzt ist, um eine gute atmosphärische Beständigkeit sicherzustellen.

Spurenelemente und geringe Verunreinigungen sind wichtig, um Versprödungen zu vermeiden, die Umformbarkeit zu erhalten und eine gleichbleibende Blechqualität über Fertigungsläufe sicherzustellen. Aluminium ist der Restbestandteil und bestimmt physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit.

Mechanische Eigenschaften

A3004 zeigt ein klassisches Zugverhalten mit Kaltverfestigung: Der geglühete O-Zustand zeichnet sich durch niedrige Streckgrenze und hohe Dehnung aus, während H-Zustände erhöhte Streck- und Zugfestigkeiten bei reduzierter Duktilität bieten. Das Streckverhalten in H-Zuständen verläuft relativ linear zum Grad der Kaltverfestigung; schrittweise Kaltverfestigung ermöglicht eine gezielte Anpassung der mechanischen Leistung an Bauteilanforderungen. Die Härte steigt mit zunehmendem Tempergrad vorhersehbar und kann als Produktionskontrollgröße für Inline-Prüfungen herangezogen werden.

Das Dauerfestigkeitsverhalten entspricht dem typischer Al-Mn-Legierungen: Die Ausdauergrenze liegt unter der von Stählen, ist aber für viele zyklisch belastete Anwendungen ausreichend, sofern Spannungskonzentrationen kontrolliert werden. Die Lebensdauer in der Ermüdung ist empfindlich gegenüber Oberflächenqualität, verbleibenden Eigenspannungen aus Umformprozessen und lokalen wärmebeeinflussten Zonen beim Schweißen. Die Blechdicke wirkt sich direkt auf Festigkeit und Duktilität bei Zugtests aus; dünnere Blechstärken zeigen oft höhere scheinbare Umformbarkeit, während dickere Querschnitte mehr Energieaufnahmefähigkeit besitzen.

Rückfederung (Springback) und Anisotropie sind praktische Aspekte bei Stanz- und Biegeprozessen; richtungsabhängige Eigenschaften aus dem Walzprozess sind bei der Werkzeugkonstruktion zu berücksichtigen. Leichtbauanwendungen profitieren vom günstigen Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis der Legierung, jedoch sollten Konstrukteure geringere Kerb-Eigenspannungs-Ermüdungsfestigkeit und niedrigere Bruchzähigkeit gegenüber hochfesten wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen beachten.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Temper (z. B. H14/H18)	Hinweise
Zugfestigkeit	~120–160 MPa	~200–260 MPa	H-Zustände erhöhen UTS signifikant durch Kaltverfestigung
Streckgrenze	~35–70 MPa	~140–190 MPa	Streckgrenze steigt mit Temperatur; gemessen bei 0,2 % Dehngrenze
Dehnung	~30–40 %	~3–15 %	Deutlicher Duktilitätsabfall im volgharten Zustand
Härte (HV)	~25–40	~45–85	Härte steigt mit Kaltverfestigung und korreliert mit Festigkeit

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,70–2,74 g/cm³	Typische Dichte für Aluminiumlegierungen; leichte Schwankungen durch Legierungselemente
Schmelzbereich	~605–660 °C	Solidus-Liquidus-Bereich beeinflusst durch geringe Legierungsanteile
Wärmeleitfähigkeit	~120–160 W/m·K	Geringer als reines Aluminium, aber weiterhin gut für Wärmeübertragung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–38 % IACS	Reduziert gegenüber reinem Al durch Legierungseinfluss; ausreichend für leitfähige Bauteile
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur
Wärmeausdehnung	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Vergleichbar mit anderen gewalzten Aluminiumlegierungen

A3004 behält günstige thermische Transporteigenschaften im Vergleich zu vielen Konstruktionsmetallen bei, wodurch es sich für Wärmeaustausch und thermisches Management eignet. Die elektrische Leitfähigkeit ist durch Mangangehalt und Kupferzusatz reduziert; daher ist die Legierung nicht die erste Wahl, wenn maximale Leitfähigkeit gefordert ist, aber sie eignet sich für leitfähige Strukturbauteile oder stromführende Bleche unter moderaten Anforderungen.

Wärmeausdehnung und geringe Dichte fördern dimensionsstabile und leichte Konstruktionen in einem moderaten Temperaturbereich. Konstrukteure müssen jedoch die thermisch bedingte Ausdehnung und die verminderten mechanischen Eigenschaften bei höheren Temperaturen bei der Auslegung von Baugruppen berücksichtigen.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Hinweise
Blech	0,2–6,0 mm	Festigkeit steigt mit H-Zuständen	O, H14, H24	Häufigste Form für Verkleidungen, Lamellen und Paneele
Platte	6–25 mm	Begrenzte Verfügbarkeit; dickere Querschnitte sind schwerer kaltumzuformen	O, H18	Verwendung für Strukturbauteile, bei denen Dicke entscheidend ist
Strangpressprofil	Profile bis 200 mm	Festigkeit beeinflusst durch Strangpressen und nachfolgende Kaltverformung	H14, H24	Weniger verbreitet als Blech; kundenspezifische Formen für Halterungen und Profile
Rohr	0,5–6 mm Wandstärke	Leistung ähnlich dem Blech; Ziehverfahren werden angewendet	O, H14	Verwendung in HLK-Anlagen, Wärmetauscher-Kernen und Rohren mit kleinem Durchmesser
Stab/Rundstahl	Ø3–50 mm	Typischerweise in H-Zuständen geliefert; Ausgangsmaterial für die Bearbeitung	H14, H18	Genutzt für bearbeitete Bauteile und Befestigungen, wo Legierungen zulässig sind

Blech und Coil sind die dominierenden Handelsprodukte für A3004, was dessen Hauptanwendung im Stanzen, Ziehen und Walzen widerspiegelt. Strangpressprofile und Stäbe sind vorhanden, aber weniger verbreitet; diese Formen erfordern möglicherweise eine spezialisierte Kontrolle der Legierungszusammensetzung und werden eingesetzt, wenn die Querschnittsgeometrie das Design bestimmt.

Unterschiede in Verarbeitung – Walzen, Glühzyklen, Kaltverformung – erzeugen Eigenschaftsgradienten über die Dicke und über die Coilbreite, die bei der Werkzeugkonstruktion und Schweißnahtgestaltung zu berücksichtigen sind. Lieferanten können maßgeschneiderte Anlassequenzen anbieten, um Umformbarkeit und Endfestigkeit gemäß den Produktionsanforderungen auszubalancieren.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Hinweise
AA	A3004	USA	Gängige Bezeichnung der American Aluminum Association
EN AW	3004	Europa	AlMn1Cu-Typ in den EN-Normen
JIS	A3004	Japan	Oft verwendet in der japanischen Industrie für Blech und Coil
GB/T	3A05 / 3004 Äquivalent	China	Regionale Bezeichnungen können variieren; genaue Zusammensetzung prüfen

Querverweise unterscheiden sich je nach Normungsgremium; die numerische Familie (3004/3xxx) ist übereinstimmend, aber obere und untere Grenzwerte für Spurenelemente können je nach Spezifikation und Hersteller abweichen. Beim Substituieren zwischen Normen müssen Ingenieure die exakten chemischen und mechanischen Grenzwerte prüfen, insbesondere für Kupfer- und Manganminima/-maxima, da diese Festigkeit und Korrosionsverhalten beeinflussen. Oberflächenbehandlungen, Beschichtungsverfahren und Anlasdefinitionen können zudem unterschiedliche Nomenklaturen und Forderungen in den Regionen haben.

Korrosionsbeständigkeit

A3004 zeigt eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Bildung einer stabilen Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche. In maritimen oder chloridreichen Umgebungen ist die Legierung anfällig für lokales Lochfraß; sorgfältige Auswahl von Beschichtungen, Dichtstoffen und Gestaltung zur Vermeidung von Spalten wird empfohlen. Der geringe Kupferanteil verringert die Korrosionsbeständigkeit gegenüber reinem Aluminium oder 3003 leicht, liefert aber meist eine akzeptable Lebensdauer bei geeigneter Oberflächenschutzmaßnahme.

Spannungsrisskorrosion ist für die A3004-Zusammensetzung unter normalen Betriebstemperaturen kein großes Problem; 3xxx Al-Mn-Legierungen sind im Vergleich zu hochfesten Aluminiumlegierungen weniger anfällig für SCC. Galvanische Wechselwirkungen mit edleren Metallen (z. B. Edelstahl, Kupfer) können die Korrosion von A3004 beschleunigen, wenn direkter elektrischer Kontakt und Elektrolyt vorliegen; Isolierung und passende Befestigungselemente minimieren dieses Risiko. Im Vergleich zu den Familien 5xxx (Al-Mg) und 6xxx (Al-Mg-Si) tauscht A3004 etwas Widerstandsfähigkeit gegen Marine-Lochfraß gegen bessere Kaltumformbarkeit und geringere Kosten ein.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

A3004 ist gut schweißbar mit üblichen Schmelzschweißverfahren wie TIG und MIG und zeigt im Vergleich zu höherfesten Aluminiumlegierungen eine geringe Neigung zu Heißrissen. Typische Zusatzwerkstoffe sind Al-Si (z. B. 4043) oder aluminiumlegierungen, die mit der 3xxx-Serie kompatibel sind; die Auswahl hängt von den Anforderungen des Bauteils und der gewünschten Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen ab. Geschweißte Verbindungen zeigen lokale Erweichung im Wärmeeinflussbereich, wenn sie zuvor in H-Zuständen vergütet waren, daher sollten bei kritischen Bauteilen die mechanischen Nachschweißwerte geprüft werden. Vorwärmen ist bei dünnen Querschnitten in der Regel nicht erforderlich, aber Wärmemanagement und Spannungsfreisetzung sind wichtig zur Verformungsbegrenzung.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von A3004 ist moderat; die Legierung lässt sich besser bearbeiten als reines Aluminium, aber nicht so einfach wie einige Cu- oder Pb-haltige Legierungen, die für einfache Zerspanung ausgelegt sind. Hartmetallwerkzeuge und moderate Vorschübe führen zu konsistenter Spanbildung und guter Oberflächenqualität, während Hochgeschwindigkeitswerkzeuge mit Kühlung und Spanabfuhr einsetzbar sind. Gratbildung ist beherrschbar, und typische Vorschub-/Geschwindigkeitsparameter ähneln anderen 3xxx-Serienlegierungen für Drehen und Fräsen. Gewindeschneiden erfordert Aufmerksamkeit auf den Kaltverfestigungseffekt in H-Zuständen.

Umformbarkeit

A3004 bietet exzellente Umformbarkeit im Zustand O und sehr gute Umformbarkeit in leichter bis mittlerer H-Härtung, wodurch es sich für Tiefziehen, Biegen und Walzprofilieren eignet. Mininale Biegeradien hängen vom Zustand und der Dicke ab; glühend geglühtes Blech kann enge Radien erreichen, während vollharte Zustände größere Radien erfordern, um Risse zu vermeiden. Inkrementelles Umformen mit Zwischenweichglühen oder Streckziehen ermöglichen komplexe Formen ohne Festigkeitsverlust. Rückspringverhalten muss berücksichtigt werden, besonders bei H-Zuständen mit erhöhter Streckgrenze.

Wärmebehandlungsverhalten

A3004 ist eine nicht wärmebehandelbare Legierung; sie spricht nicht auf Lösungsglühen und künstliches Altern wie 6xxx oder 7xxx Legierungen an. Festigkeitssteigerungen erfolgen ausschließlich durch Kaltverfestigung (plastische Verformung) und mikrostrukturelle Steuerung während der thermomechanischen Verarbeitung. Vollständiges Weichglühen (O-Zustand) wird zur Wiederherstellung der Duktilität, Reduzierung von Eigenspannungen und Ermöglichung nachfolgender Umformprozesse durchgeführt.

Glühzyklen liegen typischerweise bei Temperaturen, die eine Rekristallisation ohne übermäßiges Kornwachstum erlauben; Hersteller geben die genauen Halte- und Anlaufzeiten zur Gewährleistung stabiler Eigenschaften vor. Stabilisierung oder partielle Rückbildung (z. B. Anlassen nach Kaltverfestigung zur Einstellung eines H24-ähnlichen Zustandes) werden eingesetzt, um Eigenspannungen und Rückspringverhalten in umgeformten Bauteilen zu steuern. Ein praktikables Lösungsglühen zur Ausscheidungshärtung existiert für A3004 nicht.

Hochtemperatureigenschaften

A3004 erfährt mit zunehmender Temperatur einen progressiven Festigkeitsverlust; oberhalb von etwa 150–200 °C treten signifikante Abnahmen der Streck- und Zugfestigkeit auf, was den Langzeiteinsatz bei erhöhten Temperaturen einschränkt. Oxidation wird durch eine haftfeste Al2O3-Schicht begrenzt, die einen gewissen Hochtemperaturschutz bietet, aber die Festigkeitsminderung nicht verhindert. Für kurzfristige Belastungen bei mäßig erhöhten Temperaturen behält die Legierung eine nützliche Duktilität, jedoch sollten Anwender spezifische Tests zu Kriechen und Relaxation durchführen.

Schweiß-Wärmeeinflusszonen können nach Hochtemperatureinwirkung veränderte Festigkeit und Duktilität aufweisen, und langanhaltende thermische Zyklen können das Erweichen in kaltverfestigten Bereichen beschleunigen. Für Anwendungen mit Dauerbelastungen über ~150 °C werden typischerweise hitzebeständigere Legierungen oder spezielle Aluminiumserien mit besserem Hochtemperaturverhalten empfohlen.

Anwendungen

Branche	Beispielbauteil	Warum A3004 verwendet wird
Automobilbau	Karosserieteile, Zierleisten	Gute Umformbarkeit für das Stanzen, höhere Festigkeit als 3003
HLK / Wärmeübertragung	Lamellen, Kondensatorspulen	Wärmeleitfähigkeit und Umformbarkeit für dünne Lamellen/Spulen
Architektur	Verkleidungen, Dachuntersichten	Oberflächenfinish, Lackierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
Verbrauchsgüter	Kochgeschirr, Haushaltsgeräte	Balance aus Umformbarkeit, Festigkeit und Oberflächenqualität
Elektronik	Chassis-Paneele, Gehäuse	Leichtbau, thermisch leitfähige Strukturteile

A3004 wird bevorzugt, wenn Herstellbarkeit und Wirtschaftlichkeit mit funktionaler Leistung zusammenkommen: Die Legierung ist formbar in komplexe Formen, behält nach der Umformung ausreichend Festigkeit und nimmt Oberflächenbehandlungen sowie Fügeverfahren mit vorhersehbarem Verhalten an. Die Kombination der Eigenschaften unterstützt Großserienteile, die ein Gleichgewicht aus Duktilität und erhöhter Festigkeit ohne Wärmebehandlungsschritte erfordern.

Auswahlhinweise

Für Ingenieure, die entscheiden, ob sie A3004 spezifizieren, liegt der Fokus auf dem Gleichgewicht zwischen Umformbarkeit, moderater Festigkeit und Kosten. Wählen Sie A3004 statt reinem Aluminium (1100), wenn eine höhere Streck- und Zugfestigkeit benötigt wird, bei gleichzeitig guter Form- und Schweißbarkeit. Die Legierung gibt etwas elektrische Leitfähigkeit und maximale Duktilität gegenüber 1100 auf, bietet aber bedeutende Festigkeitsvorteile für gestanzte oder gezogene Bauteile.

Im Vergleich zu anderen durch Kaltverfestigung gehärteten Legierungen wie 3003 und 5052 liegt A3004 zwischen diesen: Es ist aufgrund der Kupfer- und Mangan-Zusätze stärker als 3003 und weist oft eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit auf, während 5052 in maritimen Umgebungen eine überlegene Korrosionsbeständigkeit und in vielen Zuständen eine höhere Festigkeit bietet. Wählen Sie 5052, wenn die Beständigkeit gegen Chloride vorrangig ist, entscheiden Sie sich jedoch für A3004, wenn Umformprozesse und Kosteneffizienz im Vordergrund stehen.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird A3004 bevorzugt, wenn der Aufwand und die Kosten für Lösungsglühen/Alterung nicht gerechtfertigt sind. Verwenden Sie A3004 für hochumformbare Blechanwendungen mit moderatem Endfestigkeitsbedarf; 6061/6063 sind für Anwendungen mit höheren Spitzenfestigkeiten oder strukturellen Anforderungen bei erhöhten Temperaturen vorzubehalten.

Schlusszusammenfassung

A3004 bleibt eine praktische und weit verbreitete Aluminiumlegierung der Serie 3xxx, die die Lücke zwischen hochelastischem Werkstoff mit handelsüblicher Reinheit und komplexeren wärmebehandelbaren Legierungen füllt. Seine kontrollierte Zusammensetzung und zuverlässige Kaltverfestigung machen es zu einer wirtschaftlichen Wahl für geformte, lackierte und geschweißte Bauteile in den Bereichen Architektur, Klima-/Lüftungstechnik, Automobilbau und Konsumgüter. Konstrukteure wählen A3004, wenn die optimale Kombination aus Umformbarkeit, mittlerer Festigkeit und Wirtschaftlichkeit für die Serienfertigung gefordert ist.