Aluminium 3003
Einführung in Aluminium 3003
Aluminium 3003 ist eine nicht wärmebehandelbare Aluminium-Mangan-Legierung, die für ihre ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, gute Verarbeitbarkeit und moderate Festigkeit bekannt ist. Als Teil der 3xxx-Serie wird sie häufig in Anwendungen eingesetzt, die strukturelle Integrität und Umweltbeständigkeit ohne Wärmebehandlung erfordern.
Dank ihrer hervorragenden Umformbarkeit und Schweißbarkeit wird Aluminium 3003 häufig in der CNC-Bearbeitung für Gehäuse, Paneele, Halterungen, Kochgeräte und Zierleisten in Konsumgütern sowie in der Lebensmittelverarbeitung und Bauindustrie eingesetzt.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 3003
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Basiselement mit Korrosionsbeständigkeit |
Mangan (Mn) | 1,0–1,5 | Erhöht Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit |
Kupfer (Cu) | 0,05–0,20 | Verbessert die mechanischen Eigenschaften |
Eisen (Fe) | ≤0,70 | Restbestandteil |
Silizium (Si) | ≤0,60 | Restbestandteil |
Zink (Zn) | ≤0,10 | Restbestandteil |
Sonstige | ≤0,15 (gesamt) | Kombinierte Restbestandteile |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,73 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 643–655°C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 163 W/m·K bei 25°C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 38% IACS bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 23,1 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 900 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 69 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Zustand H14)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 140–180 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 120 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Härte | 45–55 HB | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | 55 MPa | ASTM E466 |
Schlagzähigkeit | Hoch | ASTM E23 |
Haupteigenschaften von Aluminium 3003
Korrosionsbeständigkeit gemäß ASTM G31: Aluminium 3003 zeigt eine hervorragende Performance in oxidationsanfälligen Umgebungen, z. B. in maritimer Atmosphäre und in Bereichen der Lebensmittelverarbeitung. Es erfüllt oder übertrifft die ASTM-G31-Anforderungen für Korrosion in Salzsprühnebel- und schwach sauren Bedingungen.
Verarbeitbarkeit mit 9/10 im SAE-Umformbarkeitsindex bewertet: Nach SAE J452 bietet 3003 eine ausgezeichnete Kaltumformbarkeit und kann tiefgezogen, gebogen oder gestanzt werden, ohne zu reißen – ideal für Teile mit komplexen Geometrien und umgeformte Blechkomponenten.
Festigkeit 20% höher als Aluminium der 1100er-Serie: Mit einer Streckgrenze von etwa 120 MPa im Zustand H14 liefert Aluminium 3003 ca. 20% mehr Festigkeit als Aluminium der Güte 1100 und behält dabei vergleichbare Duktilität und Gewichtsvorteile.
Schweißbarkeit gemäß AWS D1.2 (Structural Aluminum Code): Lässt sich mit konventionellen MIG- und TIG-Verfahren leicht schweißen und behält Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit in der Schweißzone, insbesondere bei Verwendung von ER4045- oder ER5356-Zusatzwerkstoffen.
Nicht wärmebehandelbar, aber kaltverfestigt bis zu H14-, H16-, H18-Zuständen: 3003 kann nicht durch Wärmebehandlung verfestigt werden. Es kann jedoch bis zum Zustand H18 kaltverfestigt werden, um zusätzliche Festigkeit zu erzielen und dabei die Umformbarkeit zu erhalten – ideal für mechanisch gefügte Bauteile.
CNC-Bearbeitungsherausforderungen und Lösungen für Aluminium 3003
Bearbeitungsherausforderungen
Weiche und haftende Materialeigenschaften: Das Material kann an Werkzeugoberflächen anhaften und dadurch Oberfläche und Präzision beeinträchtigen.
Geringe Festigkeit führt zu Gratbildung an Kanten: Erfordert optimierte Vorschübe und scharfe Werkzeuge, um Oberflächenverzug zu vermeiden.
Schlechte Spanbildung: Erzeugt lange, fadenförmige Späne, die automatisierte Werkzeugbahnen stören können.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | DLC- oder TiCN-beschichtete Hartmetallwerkzeuge | Verhindert das Anhaften von Aluminium und verlängert die Werkzeugstandzeit |
Geometrie | Scharfe Schneiden, polierte Spanflächen | Verbessert Oberfläche und Spanfluss |
Schnittgeschwindigkeit | 250–400 m/min | Ermöglicht sauberes Schneiden bei geringer Oberflächenreibung |
Vorschub | 0,10–0,25 mm/U | Erhält die Maßgenauigkeit |
Kühlung | Leichter Nebel oder Luftblasung | Kontrolliert die Temperatur und verhindert Spanrückschnitt |
Schnittparameter für Aluminium 3003 (ISO-513-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 250–300 | 0,20–0,25 | 2,0–3,5 | 25–35 (Nebel) |
Schlichten | 300–400 | 0,05–0,10 | 0,2–1,0 | 30–50 (Nebel/Luftblasung) |
Oberflächenbehandlung für CNC-Teile aus Aluminium 3003
Eloxieren: Erhöht Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit. Typ-II-Schichten von 10–25 µm eignen sich für dekorative und leicht abrasive Anwendungen.
Pulverbeschichtung: Bietet robuste Finishes mit 60–100 µm für Konsum- und Baukomponenten.
Elektropolieren: Erzielt ultra-glatte Oberflächen für Anwendungen in Lebensmittel- oder Medizintechnik-Qualität.
Passivierung: Stellt Oberflächenreinheit vor dem Lackieren oder Beschichten sicher.
Bürsten: Erzeugt Ra 1,0–1,6 µm Oberflächen, die für dekorative und Innenraum-Anwendungen genutzt werden.
Alodine-Beschichtung: Chromat-Konversionsschicht für Elektronik- oder Automobilteile, die Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern.
UV-Beschichtung: Ergänzt eine transparente Schutzschicht und erhöht die Beständigkeit gegen Verfärbung.
Lackbeschichtung: Sorgt für Glanz, Farbstabilität und Feuchtigkeitsschutz.
Industrielle Anwendungen von Aluminium 3003
Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung: Kochutensilien, lebensmitteltaugliche Lagertanks und CNC-bearbeitete Abdeckungen für Küchengeräte.
HVAC und Lüftung: Rohrleitungen, Paneele und Verdampfer-Komponenten, die Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit erfordern.
Bauwesen und Architektur: Dachdeckung, Fassadenverkleidung, Zierleisten und Strukturpaneele, die für Ästhetik und Wetterbeständigkeit bearbeitet werden.
Konsumgüter: Bearbeitete Gehäuse, Abdeckungen und Zierteile in Elektronik, Möbeln und Haushaltswaren.
Transportwesen: Leichtbau-Paneele, Kraftstofftanks und Schutzhalterungen in Anhängern und mobilen Systemen.
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