Aluminium EN AW-3003: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

EN AW-3003 gehört zur 3xxx-Serie der gewalzten Aluminiumlegierungen, eine Aluminium-Mangan-Familie, die auf moderate Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit ausgelegt ist. Die 3xxx-Serie erhält ihr Hauptfestigungselement durch Manganzusätze, typischerweise etwa 1,0–1,5 Gew.-%, die eine gleichmäßige Verteilung intermetallischer Partikel erzeugen und Festigung durch Mischkristallbildung sowie Kornfeinung bewirken, ohne auf Ausscheidungshärtung angewiesen zu sein.

3003 ist eine nicht wärmebehandelbare, durch Kaltverfestigung härtbare Legierung; die Festigung erfolgt durch Kaltumformung und nicht durch thermische Ausscheidungen. Wichtige Eigenschaften sind moderate Festigkeit, exzellente Formbarkeit im weichgeglühten Zustand, sehr gute Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Umgebungen sowie hohe Schweißbarkeit mit gängigen Schweißverfahren.

Branchen, die EN AW-3003 häufig verwenden, sind Bau und Konstruktion für Dach- und Fassadenbekleidungen, Haushaltgeräte und Kochgeschirr, Klima- und Lüftungstechnik, chemische Anlagen, bei denen kein starkes Lochfraßrisiko besteht, sowie allgemeine Blechverarbeitung. Ingenieure wählen 3003, wenn eine Kombination aus niedrigen Kosten, guter Umformbarkeit und angemessener Festigkeit gefordert ist und eine überlegene galvanische oder Lochfraßbeständigkeit höher legierter Systeme nicht erforderlich ist.

Ausführungszustände

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, ideal für Tiefziehen und Umformen
H12	Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Teilweise Kaltverfestigung für moderate Steifigkeit
H14	Moderat-Hoch	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Übliche Kaltverfestigung für Blechanwendungen
H16	Hoch	Niedrig-Moderat	Mäßig	Ausgezeichnet	Stärker kaltverfestigt für höhere Streckgrenze
H18	Sehr Hoch	Niedrig	Schlecht-Mäßig	Ausgezeichnet	Maximale Kaltverfestigung durch Umformung
H22 / H24	Moderat	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	Kaltverfestigt und teilweise geglüht; ausgeglichener Kompromiss aus Formbarkeit und Festigkeit

Der Ausführungszustand hat einen entscheidenden Einfluss auf das mechanische Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität, da 3003 durch Kaltverfestigung und nicht durch Ausscheidungshärtung gestärkt wird. Das geglühte Produkt (O) bietet die beste Umformbarkeit für Tiefziehen und komplexe Biegungen, während die H-Zustände Dehnung zugunsten höherer Streck- und Zugfestigkeit reduzieren, was für Strukturbleche und Versteifungen nützlich ist.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Bemerkungen
Si	0,0 – 0,6	Verunreinigung aus der Verarbeitung; geringe Mengen reduzieren die Fließfähigkeit beim Gießen, haben aber begrenzte Wirkung bei gewalzten Erzeugnissen
Fe	0,0 – 0,7	Bilden intermetallische Phasen, die bei hohen Konzentrationen die Duktilität mindern können
Mn	1,0 – 1,5	Hauptlegierungselement, verantwortlich für Festigung und Korrosionsbeständigkeit
Mg	0,0 – 0,2	Kleine Mengen können die Festigkeit leicht erhöhen; hoher Mg-Gehalt ist in 3003 nicht vorhanden
Cu	0,05 – 0,20	Geringer Zusatz; verbessert die Festigkeit moderat, kann aber bei Überschuss die Korrosionsbeständigkeit verschlechtern
Zn	0,0 – 0,10	Nur Spuren
Cr	0,0 – 0,05	Spurelement zur Kornfeinung in einigen Spezifikationen
Ti	0,0 – 0,15	Oft als Kornfeiner in kleinen Mengen vorhanden
Sonstige	Rest Al + Verunreinigungen	Typische Spurenverunreinigungen und gezielte Mikrolegierungselemente

Die Legierungschemie konzentriert sich auf Mangan als hauptsächlichen Festigkeits- und Korrosionsbeständigkeitsträger, wobei Kupfer und Eisen niedrig bis moderat gehalten werden, um die Duktilität zu bewahren und intermetallische Bildung zu begrenzen. Kleine Zugaben von Ti oder Cr können zur Kornkontrolle im Herstellprozess verwendet werden, während Si und Fe auf Grenzwerte kontrolliert werden, um negative Effekte auf Umformbarkeit und Oberflächenqualität zu vermeiden.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von EN AW-3003 entspricht einer kaltverfestigten, duktilen Aluminiumlegierung. Im geglühten Zustand weist die Legierung relativ niedrige Streck- und Zugfestigkeiten bei hoher gleichmäßiger Dehnung auf, geeignet für Tiefziehen. Kaltumformung zu H-Zuständen erhöht deutlich Streck- und Zugfestigkeit, reduziert dabei aber die Gesamtdehnung und erhöht die Härte durch Versetzungsvervielfachung und Kaltalterung.

Streck- und Zugfestigkeit variieren mit Ausführung und Dicke; dünnere Blechstärken erreichen nach Kaltverfestigung oft höhere Festigkeiten aufgrund der Verformungsarbeit während des Walzens und der Umformung. Die Härte korreliert mit Ausführung und Kaltverfestigung; Brinell- oder Vickers-Härtemessungen zeigen einen progressiven Anstieg vom O-Zustand bis zum H18. Die Ermüdungsfestigkeit ist mäßig und wird stärker durch Oberflächenqualität, Dicke und umformbedingte Eigenspannungen beeinflusst als durch die Legierung allein.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtige Ausführungen (H14/H16)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (Rm)	≈ 80–120 MPa	≈ 150–220 MPa	Werte variieren abhängig von Dicke und spezifischem H-Zustand
Streckgrenze (0,2 % Rp0,2)	≈ 35–60 MPa	≈ 120–170 MPa	Kaltverfestigung hebt die Streckgrenze deutlich an
Dehnung (A50)	≈ 20–35 %	≈ 2–12 %	Geglüht hohe Umformbarkeit; H-Zustände mit verringerter Duktilität
Härte (HB)	≈ 20–35 HB	≈ 40–60 HB	Mit steigendem Kaltverfestigungsgrad steigt die Härte

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,73 g/cm³	Typisch für gewalzte Al–Mn-Legierungen
Schmelzbereich	~640–655 °C	Ungefährer Bereich zwischen Solidus und Liquidus
Wärmeleitfähigkeit	~130–150 W/m·K	Niedriger als bei reinem Al wegen Legierung; ausgezeichnet für Wärmeverteilung
Elektrische Leitfähigkeit	~30–40 % IACS	Reduziert gegenüber kommerziell reinem Al durch Mn und andere Legierungselemente
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminiumlegierungen nahe Raumtemperatur
Thermische Ausdehnung	~23,0–24,0 µm/m·K	Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient (20–100 °C)

Die physikalischen Eigenschaften machen EN AW-3003 geeignet für Anwendungen, bei denen Wärmeübertragung und Gewicht wichtig sind, aber keine höchste elektrische Leitfähigkeit benötigt wird. Die Wärmeleitfähigkeit ist ausreichend hoch für viele Anwendungen im Bereich Wärmesenke und Klima-/Lüftungstechnik, während der moderate Wärmeausdehnungskoeffizient bei Mehrwerkstoffverbunden berücksichtigt werden muss, um unterschiedliche Ausdehnungen zu minimieren.

Produktformen

Form	Typische Stärke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Ausführungen	Bemerkungen
Blech	0,2 – 6 mm	Formt sich gut und verfestigt vorhersehbar	O, H14, H16	Häufigste Form für Gerätebleche, Dach- und Fassadenbekleidungen
Platte	6 – 25 mm	Geringere Umformbarkeit, höhere Steifigkeit	O, H12, H14	Verwendet für Strukturbleche und gefertigte Gehäuse
Strangpressprofil	Maßgeschneiderte Profile	Festigkeit abhängig vom Querschnitt und Kaltverfestigung	O, H14	Begrenzt im Vergleich zu 6xxx-Legierungen; eingesetzt, wo Form und Korrosionsbeständigkeit zählen
Rohr	0,4 – 6 mm Wandstärke	Gute Schweißbarkeit und Umformbarkeit	O, H14	Klima- und Lüftungstechnik, Kraftstoffleitungen in nicht-kritischen Umgebungen
Stab/Rundstahl	Ø3 – Ø50 mm	Nur Kaltverfestigung, keine Wärmebehandlung möglich	O, H14, H16	Kaltumformung und Zerspanungsvorrat für Fittings und Befestigungselemente

Unterschiedliche Produktformen spiegeln die Anforderungen der Weiterverarbeitung und Anwendung wider: Bleche und Platten werden gewalzt und in verschiedenen Zuständen geliefert, die für Umformung oder Festigkeit optimiert sind, während Strangpressprofile und Rohre besondere Aufmerksamkeit bei Werkzeuggestaltung und Nachkühlung benötigen, um die Eigenschaften zu steuern. Dickere Querschnitte lassen sich nicht so gleichmäßig kaltverfestigen wie dünneres Material und benötigen gegebenenfalls Vor- oder Nachglühprozesse, um die gewünschte Duktilität zu erreichen.

Entsprechende Legierungen

Norm	Legierung	Region	Bemerkungen
AA	3003	USA	Gängige Bezeichnung in ASTM/AA-Normen
EN AW	3003	Europa	Entsprechende gewalzte Legierung nach EN-Nomenklatur
JIS	A3003	Japan	JIS-Systeme nennen A3003 als nahen Gegenpart
GB/T	3A21	China	Chinesische Bezeichnung, entspricht in vielen Spezifikationen 3003

Entsprechende Legierungen über verschiedene Normen basieren auf weitgehend ähnlicher Chemie und Leistung, jedoch können zulässige Bereiche und erforderliche Prüfungen variieren. Einkäufer sollten spezifische Normblätter prüfen hinsichtlich Grenzwerten für Verunreinigungen, vorgeschriebenen Ausführungszuständen und Prüfprotokollen, da diese kleinen Unterschiede sich auf Oberflächenqualität, Stanzleistung und Zertifizierung für regulierte Anwendungen auswirken können.

Korrosionsbeständigkeit

EN AW-3003 verfügt über eine gute allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, bedingt durch die passive Aluminiumoxidschicht und die vergleichsweise unkritische Wirkung von Mangan als primärem Legierungselement. Es zeigt gute Leistungen bei Innenanwendungen sowie in ländlichen und städtischen Umgebungen und widersteht milden Industrieatmosphären, in denen Schwefelverbindungen nicht aggressiv sind.

In maritimen oder chloridhaltigen Umgebungen eignet sich 3003 für viele sekundäre Marinebauteile akzeptabel, ist jedoch nicht so widerstandsfähig gegen Lochfraß und Spaltkorrosion wie Aluminium-Magnesium-Legierungen der 5xxx-Serie. Für primäre Marine-Strukturbauteile oder stark chloridexponierte Details werden üblicherweise Legierungen der 5xxx-Klasse (z. B. 5083, 5052) oder Schutzbeschichtungen bevorzugt.

Die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion ist bei 3003 gering, da die maximal erreichbaren Festigkeiten im Vergleich zu hochfesten, wärmebehandelbaren Legierungen moderat sind; jedoch kann lokal begrenzte galvanische Korrosion problematisch sein, wenn das Material in Kontakt mit edleren Metallen wie Kupfer oder Edelstahl ohne geeignete Trennung steht. Eine sorgfältige Materialauswahl und Isolierungstechniken verringern das Risiko galvanischer Angriffe in Mischmetallbaugruppen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit
EN AW-3003 lässt sich problemlos mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie GTAW (TIG) und GMAW (MIG) schweißen, mit geringem Risiko von Heißrissen. Häufig eingesetzte Zusatzwerkstoffe sind ER4043 (Al–Si) und ER4047 für bessere Fließfähigkeit sowie ER5356 (Al–Mg), wenn höhere Schweißfestigkeit gewünscht ist; die Auswahl hängt vom Schweißnahtaufbau und den Korrosionsanforderungen nach dem Schweißen ab. Im Wärmeeinflussbereich ist mit einer lokalen Erweichung im Vergleich zum kaltverfestigten Grundmaterial zu rechnen, jedoch tritt keine Versprödung durch Ausscheidungshärtung auf, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist.

Zerspanbarkeit
Die Zerspanbarkeit von 3003 ist moderat im Vergleich zu gut zerspanbaren Aluminiumlegierungen; der Zerspanbarkeitsindex liegt unter dem von Al–Cu- oder Al–Si-haltigen Legierungen, bedingt durch duktilen Spanbruch und die Neigung zur Kantenanhaftung. Carbidschneidwerkzeuge mit scharfer Geometrie, positivem Spanwinkel und ausreichender Kühlung/Schmierung werden empfohlen. Die Drehzahlen sollten so eingestellt sein, dass Schmieren vermieden und Spanbruch gefördert wird. Bohren und Gewindeschneiden erfordern geeignete Anbohrzyklen und Spanabfuhr, besonders bei tiefen Bohrungen.

Umformbarkeit
Die Umformbarkeit zählt zu den herausragenden Eigenschaften von 3003, insbesondere im voll geglühten O-Zustand, in dem Tiefziehen, Strecken und komplexes Biegen ohne Rissbildung möglich sind. Mindestbiegeradien liegen üblicherweise bei 1–2-facher Materialdicke im O-Zustand; bei H-Zuständen sind die Radien größer, da die Duktilität abnimmt. Konstrukteure sollten die Umformradien für spezifische Blechdicken und Geometrien validieren. Die Kaltverfestigung erhöht die Festigkeit, limitiert jedoch nachfolgende Umformprozesse; Zwischenvergütungen sind üblich bei stark beanspruchten Umformfolgen.

Wärmebehandlungsverhalten

EN AW-3003 spricht nicht auf Lösungsglühen und künstliches Altern an, da es keine signifikanten ausscheidungshärtenden Elemente enthält; es ist als nicht wärmebehandelbar klassifiziert. Thermisches Glühen bei ca. 350–450 °C wird eingesetzt, um nach Kaltumformung eine vollständige Rekristallisation und Wiederherstellung der Duktilität zu erreichen, wobei Glühzeiten und Abkühlraten kontrolliert werden, um Verzug und Oberflächenmängel zu vermeiden.

Kaltverfestigung ist der wesentliche Mechanismus zur Eigenschaftenmodifikation: kontrollierte Kaltumformung erzeugt H-Zustände mit vorhersehbaren Steigerungen von Streckgrenze und Zugfestigkeit. Zustandsübergänge folgen den Standardbezeichnungen (z. B. O → H14), die durch definierte Kaltumformgrade oder Teilglühungen zur Erreichung von Zwischenzuständen wie H22/H24 realisiert werden.

Hochtemperatureinsatz

Bei erhöhten Temperaturen nimmt die Festigkeit von EN AW-3003 mittelschrittig ab, da thermische Aktivierung Versetzungsbewegungen und Erholung ermöglicht; signifikante Festigkeitsverluste treten ab etwa 125–150 °C bei längerer Belastung auf. Oxidation beschränkt sich gewöhnlich auf die Bildung einer stabilen Aluminiumoxidschicht und ist bei moderaten Temperaturen meist vernachlässigbar, aber langfristige Hochtemperatureinwirkung verschlechtert die mechanischen Eigenschaften und die Maßhaltigkeit.

Schweißzonen und stark bearbeitete Bereiche können bei Betrieb in erhöhten Temperaturen thermisch erweichen; Konstrukteure sollten Kriech- und Relaxationseffekte bei Dauerbelastung im Temperaturbereich von 100–150 °C in Betracht ziehen und für dauerhafte Anwendungen bei höheren Temperaturen bevorzugt wärmebeständigere Legierungen verwenden.

Einsatzgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum EN AW-3003 verwendet wird
Automobil	Hitzeschilder, Zierleisten, Lüftungskanäle	Gute Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, kostengünstig
Marine	Nichttragende Verkleidungen, Innenbauteile	Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen Meeresumgebungen
Luftfahrt	Befestigungen, Verkleidungen (nichttragend)	Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis für Nebenkomponenten
Elektronik	Wärmeverteiler, Gehäuse	Gute Wärmeleitfähigkeit in Kombination mit Umformbarkeit
Haushaltsgeräte	Kochgeschirr, Kühlschrankbleche	Oberflächenqualität, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit

EN AW-3003 wird bevorzugt eingesetzt, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus niedrigen Kosten, Fertigbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, jedoch keine höchste strukturelle Festigkeit. Seine Vielseitigkeit über Blech, Rohr und geformte Bauteile macht es zu einem Standardmaterial für viele Hersteller und OEMs.

Auswahlhinweise

EN AW-3003 wird gewählt, wenn moderate Festigkeit, exzellente Umformbarkeit und gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit wesentliche Anforderungen sind und Kosten sowie Verfügbarkeit von Bedeutung sind. Der O-Zustand eignet sich für komplexe Umformungen und Tiefziehen, während H-Zustände vorzuziehen sind, wenn gesteigerte Steifigkeit oder Streckgrenze bei Fertigteilen erforderlich ist.

Im Vergleich zu handelsüblichem Rein-Aluminium (1100) bietet 3003 deutlich höhere Festigkeiten bei leicht reduzierter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit; 1100 ist zu bevorzugen, wenn maximale Leitfähigkeit und Weichheit entscheidend sind. Im Vergleich zu 5xxx-Legierungen wie 5052 tauscht 3003 etwas Chlorid-/Lochfraßbeständigkeit und Festigkeit gegen bessere Umformbarkeit und meist geringere Materialkosten, was 3003 für allgemeines Umformen und Verkleidungen vorteilhaft macht. Gegenüber wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 3003 bessere Kaltumformbarkeit und niedrigere Kosten, aber geringere Höchstfestigkeiten; 3003 empfiehlt sich, wenn Komplexität der Umformung und Korrosionsschutz Vorrang vor maximalen mechanischen Kennwerten haben.

Abschließende Zusammenfassung

EN AW-3003 bleibt eine weit verbreitete, praxisbewährte Aluminiumlegierung im modernen Engineering, bedingt durch ihre Kombination aus guter Umformbarkeit, akzeptabler Festigkeit nach Kaltverformung, exzellenter Schweißbarkeit und zuverlässiger Korrosionsbeständigkeit für viele Einsatzbereiche. Das ausgewogene Eigenschaftsbild und die Wirtschaftlichkeit machen sie zur bevorzugten Werkstoffwahl für HVAC, Haushaltsgeräte, architektonische Verkleidungen und allgemeine Blechverarbeitung, bei denen die höchste Zugfestigkeit nicht im Vordergrund steht.