Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde – Unterschiedliche Legierungen mit Kupfer (6)
Eine Legierung ist ein metallischer Werkstoff, der aus mindestens zwei Elementen besteht. Legiert man eines der ersten von Menschen genutzten Metalle – das Kupfer – mit Zinn oder Zink, so erhält man Bronze oder Messing. Auch andere Kupferverbindungen sind in der elektrotechnischen Praxis gebräuchlich.
Kupferlegierungen
Bei dieser Legierung ist der Hauptbestandteil das Metall Kupfer. Kupferlegierungen gelten als erste von Menschen gezielt hergestellte Legierungen. In der Geschichte der Menschheit spielten Kupferlegierungen eine große Rolle, sodass man ganze Epochen nach ihnen benannte, z. B. die europäische Bronzezeit (von etwa 2200 bis 800 v. d. Z.). Bronze: Historisch gesehen ist Bronze ein Sammelbegriff für viele Kupferlegierungen. Im technischen Sinne präzise ist die Verwendung des Begriffs Bronze hauptsächlich für Kupfer-Zinn-Legierungen. Bronzen existieren als Knet- und als Gusslegierungen. Neben Zweistofflegierungen sind auch Mehrstofflegierungen gebräuchlich. Messing: Die zweite bekannte Kupferlegierung ist Messing, welches als Haupt-Legierungs-Zusatzstoff Zink enthält. Das Farbspektrum reicht von goldrot bei hohem Kupferanteil bis hellgelb bei hohem Zinkanteil. Die Zahl der Messingsorten ist normativ auf etwa 60 begrenzt. Damit lassen sich weitgehend alle gewünschten physikalischen, chemischen und technologischen Eigenschaften erzeugen. Doch nicht nur die beiden Grundmetalle sind hervorragend ineinander löslich. Es lassen sich zahlreiche weitere Elemente wie Aluminium, Eisen, Mangan, Nickel, Silizium und Zinn der Schmelze hinzufügen und so neue Legierungen mit vorteilhaften Eigenschaften gewinnen. Messinge mit solch gezielten Zusätzen werden als Sondermessing bezeichnet.
Kupfer-Zinn-Legierungen
Zinnbronze (CuSn) ist eine Legierung aus den Metallen Kupfer (Cu) und Zinn (Sn). Solche mit Zinnanteilen von 20 % sind als Glockenbronze bekannt. Bronze wird im seltensten Fall als reine Zweistofflegierung genutzt, sondern mit weiteren Legierungskomponenten und Zusätzen versehen. Dadurch lassen sich die Werkstoffeigenschaften maßgeschneidert beeinflussen. Bei Knetlegierungen werden vor allem Phosphor und Zink beigemengt, bei Gusslegierungen sind darüber hinaus Blei, Nickel und Eisen von Bedeutung. Derartige Legierungen werden auch als Mehrstoffbronzen bezeichnet. Eigenschaften: Bronze weist durch die Legierungskomponente Zinn eine hohe Festigkeit und Härte auf. Außerdem ist sie sehr korrosions- und verschleißfest sowie meerwasserbeständig. Die Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme ist bei niedrigen Zinngehalten gut, wenn auch nicht so hoch wie die von reinem Kupfer. Mit steigendem Zinngehalt sinkt die Leitfähigkeit, während Festigkeit und Härte zunehmen. Bronze bietet zudem gute Feder- und Gleiteigenschaften und verfügt über eine hervorragende Dauerschwingfestigkeit.
Kupfer-Zink-Legierungen
Messing (CuZn) ist eine Legierung aus den Metallen Kupfer (Cu) und Zink (Zn). Die gebräuchlichen Verbindungen enthalten einen Zinkanteil von 5 % bis 45 %. Die kennzeichnenden Eigenschaften sind die hohe Festigkeit, Verformbarkeit, Kaltverfestigung, Korrosionsbeständigkeit und gute Gleiteigenschaften. Gemäß DIN EN 1412 wird der Werkstoff in 3 Gruppen eingeteilt: A Kupfer-Zink-Knetlegierungen ohne weitere Legierungselemente,