Bronze
BRONZEABFALL Cu Zn Sn Pb Cr Al Ni besteht aus Abfall aus Bronze, Ventilen, Kugellager- und anderen Maschinenteilen, einschließlich verschiedenen geschmolzenen Teilen einer Mischung aus Kupfer, Messing, Zink, und/oder Blei. Er darf keine halbrote geschmolzene Messingteile (aus 78 % bis 81 % Kupfer) enthalten. Wir kaufen Bronze, Bronzeschrott, Rotguss, Neusilber, Berylliumbronze, Leitbronze, Konstantan, Neusilberaluminium, Bronzeguss, etc.
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BRONZE
Bronze ist eine Legierung aus den Metallen Kupfer (Cu) und Zinn (Sn). Je nach Art ihrer Verarbeitung lassen sich Knet und Gusslegierungen unterscheiden. Knetlegierungen eignen sich zur Warm und Kaltumformung durch Walz-, Press und Ziehverfahren; sie enthalten neben Kupfer bis zu 8,5 Prozent Zinn. Gusslegierungen weisen in der Regel einen Zinnanteil zwischen neun und zwölf Prozent auf. Von Hyperzinnbronzen spricht man bei Knetlegierungen mit Zinnanteilen bis 17 Prozent, die durch Sprüh kompakteren hergestellt werden. Bronzen mit Zinnanteilen von 20 Prozent 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.
Blei (Pb) verbessert das Fließvermögen, senkt jedoch die Zugfestigkeit und Duktilität. In Knetlegierungen, die warm umgeformt werden, ist es schon in geringen Mengen schädlich, da diese Legierungen zur Warmbrüchigkeit neigen. Gusslegierungen können bis zu 7% Blei enthalten. Es ist wegen seines niedrigen Schmelzpunktes in der Lage, eventuell auftretende Porosität – bedingt durch das bei der Erstarrung auftretende Volumendefizit – auszufüllen, wodurch die Druckdichtigkeit der Gussteile erhöht wird. Blei ist unlöslich und liegt fein verteilt im Gefüge vor, was zu einer besseren Spanbarkeit der Produkte führt. Außerdem erhöht es die Korrosionsbeständigkeit, speziell gegen Schwefelsäure. Bleizusätze verbessern zudem die Notlaufeigenschaften von Gleitwerkstoffen.
Zusätze von Nickel (Ni) erhöhen bei gleichbleibender Festigkeit die Zähigkeit und sorgen dafür, dass die Festigkeit weniger stark von der Wanddicke des Gussteils abhängt. Außerdem werden Gusslegierungen durch Nickel korrosionsbeständiger. Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen enthalten Ni-Zusätze bis 2,5 Prozent, in Knetlegierungen wird es dagegen nur in geringen Mengen bis 0,3 Prozent beigemischt. Neben einer höheren Festigkeit kann durch Kaltumformung zwischen der Lösungsglühung und Warmaushärtung auch die Härte gesteigert werden.
Eisen verbessert in geringen Mengen die Verfestigungsfähigkeit von Knetlegierungen und bewirkt ein feineres Korn. Das Schmelzen und Gießen wird jedoch durch Eisen erschwert, da es eine zähe Schlackenhaut bildet. Während die skizzierten Legierungskomponenten gezielt eingesetzt werden, um die Werkstoffeigenschaften von Bronze positiv zu beeinflussen, können sich Verunreinigungen mit anderen Stoffen wie Aluminium, Antimon, Arsen, Mangan, Schwefel, Silizium, Wismut auch in kleinsten Mengen negativ auswirken. Sie beeinträchtigen die Giessbarkeit und Festigkeit und führen teilweise auch zur Versprödung.
Vor dem Hintergrund, dass immer mehr Kraftfahrzeuge heute mit Bordcomputern und elektronischen Geräten zur Motorsteuerung, Abgaskontrolle, Geschwindigkeitsregelung oder für Antiblockier- Bremssysteme ausgerüstet werden, gilt dies auch für die Kfz-Elektronik. Des Weiteren werden solche Bronzen im Automobil- sowie Maschinenbau für Gleitlager und andere Buchsen verwendet. Knetlegierungen wie CuSn4 werden neben den skizzierten Einsatzbereichen in der Elektronik und Elektrotechnik für Federn, Schrauben, Bolzen und Muttern eingesetzt sowie für Rohre und Behälter der chemischen und Papierindustrie.
Die Legierung CuSn6 wird neben der Relais- und Steckertechnik für Bleche, Bänder und Rohre sowie für Pumpenteile, Zahnräder, Buchsen, Drahtgewebe und Membranen im Schiff-, Maschinen und Apparatebau sowie in der Zellstoff-, Textil- und chemischen Industrie eingesetzt. Der Werkstoff CuSn6 weist aufgrund seines höheren Zinngehaltes noch bessere Federeigenschaften auf und wird daher für hochbeanspruchte, verschleißfeste Federn im Maschinen- und Uhrenbau verwendet. Außerdem wird der Werkstoff für Zahnräder und Schneckengetriebe, für Gleitlager, Gleitbahnen und Laufbuchsen sowie für Bolzen, Schrauben und Muttern eingesetzt. Im Kraftwerksbau wird dieser Werkstoff ebenso wie die Legierung CuSn6 mit einem Anteil von einem Prozent Aluminium für Kondensatorrohre genutzt.
Mit einem geringen Anteil Phosphor ist diese Legierung ein hochwertiger Lagerwerkstoff mit hervorragenden Gleiteigenschaften, d.h. mit einer hohen Verschleiß-, Warm- und Dauerschwingfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Der höhere Phosphorgehalt verbessert die Schmierfilmhaftung des Werkstoffs. Er wird daher für Lager aller Art bis zu höchsten Belastungen und Drehzahlen im Motoren und Fahrzeugbau sowie im Maschinenbau eingesetzt.
Die Mehrstoffbronzen CuSn3Zn9 und CuSn4Zn4Pb4 werden zum Beispiel für Steckverbinder in Kraftfahrzeugen verwendet. In jüngster Zeit hat die Legierung CuSn5Pb1 an Bedeutung gewonnen. Sie wird in der Automobiltechnik eingesetzt: speziell für Bauteile in Stellmotoren und für Einspritzsysteme.
Gusslegierungen
| Name der Legierung | Komponenten zu Kupfer | Eigenschaften | Verwendung |
|---|---|---|---|
| Zinnbronze | bis 40 % Zinn, typischerweise 8 % Zinn | elastisch, zäh, korrosionsbeständig | Kunstguss, Turbinen-, Zahnräder, Glocken, früher Kanonen, Münzmetall, manchmal auch Schlagwerke und Schlagzeugbecken |
| Aluminiumbronze | 5–12 % Aluminium 3,5–7 % Eisen | seewasserbeständig, verschleißfest, elastisch, leicht magnetisch, goldfarben | Federblech, Waagebalken, Schiffspropeller, Chemische Industrie, Münzmetall |
| Bleibronze | bis zu 28 % Blei | korrosionsbeständig, gute Gleiteigenschaften | Achsenlager, Verbund- und Formgusswerkstoffe |
| Manganbronze | 12 % Mangan | korrosionsbeständig, hitzebeständig | elektrische Widerstände |
| Siliziumbronze | 1–2 % Silicium | mechanisch und chemisch hoch beanspruchbar, hohe Leitfähigkeit | Oberleitungen, Schleifkontakte, Chemische Industrie |
| Berylliumkupfer (Berylliumbronze) | 2 % Beryllium | hart, elastisch | Federn, Uhren, funkenfreie Werkzeuge |
| Phosphorbronze | 7 % Zinn, 0,5 % Phosphor | hohe Dichte und Festigkeit | zähfeste Maschinenteile, Achsenlager, Gitarrensaiten |
| Leitbronze | Magnesium, Cadmium, Zink (gesamt 3 %) | elektrische Eigenschaften ähnlich Kupfer, jedoch zugfester | Freileitungen, Starkstromanlagen |
| Rotguss | Zinn, Zink, Blei (gesamt 10–20 %) | korrosionsbeständig, gute Gleiteigenschaften und Giessbarkeit | Gleitlager, Armaturen, Schneckenräder, Kunst |
| Konstantan | 40 % Nickel | temperaturunabhängige Leitfähigkeit | elektrische Widerstände |
| Neusilber | 45–70 % Kupfer, 5–30 % Nickel, 8–45 % Zink | Härte und Korrosionsbeständigkeit | Tafelgeräte, Beschläge und Schmuck |
Gussteile sind durch einen kurzen, prozessstufenarmen Weg vom Rohstoff zum Fertigteil gekennzeichnet. Sie zeichnen sich durch eine weitgehende Gestaltungsfreiheit bei der Teilekonstruktion sowie durch eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte aus. Aufgrund des Fertigungsverfahrens lassen sich Produkte mit endformnahen bzw. endformfertigen Abmessungen herstellen. Die Eigenschaften der Kupfer-Zinn- Gusslegierungen werden primär vom Zinngehalt bestimmt. Doch lassen sich ihre Bearbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten durch den Zusatz von Legierungselementen gezielt anpassen. Entsprechend breit ist das Anwendungsspektrum von Bronzeguss als Konstruktionswerkstoff. Bronze-Gusslegierungen zählen zu den korrosionsbeständigsten Kupferwerkstoffen. Hervorzuheben ist ihre hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen verschiedenste atmosphärische Einflüsse, da sie sich mit einer fest haftenden, dichten Schutzschicht überziehen. Die Schutzwirkung nimmt mit steigendem Zinngehalt zu..
Bronzeguss kommt überall dort zum Einsatz, wo die Kombination verschiedener Eigenschaften mit der vorteilhaften Formgebung durch das Gießen gefragt ist. Auf welche Verfahren zur Herstellung von Gussteilen zurückgegriffen wird, ist letztlich eine technisch-wirtschaftliche Frage: Sie hängt unter anderem davon ab, in welchen Stückzahlen und -gewichten gegossen werden soll. Doch hat die Wahl des Gussverfahrens auch Einfluss auf die Gefügestruktur und die Eigenschaften des Gussteils. Dies hängt mit der Abkühlungsgeschwindigkeit und folglich mit dem Erstarrungsablauf der Schmelze zusammen, die je nach Gussverfahren unterschiedlich sind. So haben stranggegossene Teile – gleiche chemische Zusammensetzung vorausgesetzt – wegen ihrer schnelleren Abkühlung ein feinkörnigeres Gefüge und damit eine höhere mechanische Festigkeit als Teile aus Sandguss..
Der Sandguss ist das älteste und am meisten angewendete Formverfahren. Aus Quarzsand, mit Ton bzw. Bentonit als Bindemittel, wird nach einem Modell eine Hohlform hergestellt. Durch Einbringen von Formelementen, den Sandkernen, in den Formhohlraum lassen sich praktisch beliebige, auch sehr große und verwickelte, formschwierige Bronze- Gussteile herstellen. Sie zeichnen sich durch hohe Maßgenauigkeit aus. Das Verfahren wird vor allem für die Einzel und Kleinserienfertigung eingesetzt. Die Formfüllung geschieht mittels Schwerkraft.
Beim Vollformguss werden die Gussteile mittels Modellen aus Polystyrolschaumstoff hergestellt, die in der Form verbleiben. Man spricht deshalb bei diesem Verfahren von „Vollform“ im Gegensatz zur „Hohlform“, weil das Schaumstoffmodell so lange die Form füllt, bis es beim Gießen vergast und durch die flüssige Bronze ersetzt wird. Als Formstoffe dienen Gießereisande, die nicht unbedingt verdichtet werden müssen. Das Verfahren eignet sich zur Einzelfertigung mittlerer und großer Gussteile, aber auch zur Großserienfertigung, wenn die geschäumten Modelle serienmäßig vorgefertigt werden. Die Oberflächenstruktur entspricht der Oberfläche des Schaumstoffmodells.
Beim Feingussss kommen Modelle aus Wachs oder thermoplastischen Stoffen zum Einsatz, die in keramische Formstoffe eingebettet und nach dem Abbinden ausgeschmolzen oder ausgebrannt werden. Es entstehen so einteilige Schalenformen, die ebenfalls nur einmal verwendbar sind. Die Bronze wird in die noch heiße Form gegossen: Dadurch werden feinste Konturen exakt wiedergegeben; außerdem sind sehr dünne Wände und Querschnitte giessbar. Der Feinguss ist ein Präzisionsgießverfahren, dass sich durch sehr hohe Maßgenauigkeit und ausgezeichnete Oberflächen auszeichnet. Es ist kein oder kaum ein abschließender Bearbeitungsaufwand erforderlich.
Beim Kokillenguss werden wiederverwendbare Formen (Kokillen) aus Stahl oder Kupfer genutzt, die unempfindlich gegen hohe Temperaturwechsel sind. Bestehen die Kokillen und die Kerne aus Stahl, spricht man von einer Vollkokille. Werden Sandkerne eingelegt, spricht man von einer Gemischtkokille. Die Formfüllung geschieht unter Ausnutzung der Schwerkraft bzw. bei Sonderverfahren mit geringem Überdruck. Die erstarrende Schmelze kühlt dank der hohen Wärmeleitfähigkeit des metallischen Formwerkstoffs schnell ab, wodurch ein feinkörniges und dichtes Gefüge mit guten Festigkeitseigenschaften entsteht. Die Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Maßgenauigkeit, Konturenwiedergabe und Oberflächengüte aus.
Beim Schleuderguss handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Bronze über eine Rinne in eine rotierende, meist zylindrische Form gebracht wird und die Legierung noch während der Rotation in der Kokille erstarrt. Dieses Verfahren liefert einen dichten, gleichmäßigen Guss; durch die auftretenden Zentrifugalkräfte scheiden sich leichte Verunreinigungen wie Gase und Oxide auf der inneren Oberfläche der Rotationskörper ab. Verfahrensbedingt lassen sich im Schleuderguss nur Rohre, Büchsen, Ringe und ähnliche rotationssymmetrische Teile herstellen.
Der Strangguss für die Herstellung von Halbzeugen entspricht dem Verfahrensablauf, wie er unter dem Punkt Knetlegierungen skizziert ist. Im Unterschied zum Strangguss aus Knetlegierungen werden Halbzeuge aus Gusslegierungen nicht weiter umgeformt, sondern nur noch mechanisch bearbeitet. Mittels Strangguss lassen sich Voll- und Hohlprofile der verschiedensten Abmessungen und Formen gießen. Auch bei diesem Verfahren wird wegen der raschen und gleichmäßigen Erstarrung ein dichtes, feinkörniges Gefüge erzielt.
Die Anwendungen
Gusslegierungen aus Bronze bieten dank ihrer vielfältigen Eigenschaften eine ähnlich breite Palette von Anwendungen wie Knetlegierungen. Auch viele Gusswerkstoffe sind korrosions- und verschleißfest sowie meerwasserbeständig. Zahlreiche Legierungen zeichnen sich zudem durch gute Gleit- und Notlaufeigenschaften aus. Entsprechend finden sich Gusslegierungen im Maschinen-, Schiff- und Automobilbau, im Druckereiwesen sowie in der Papier- und Textilfabrikation, in der chemischen und Nahrungsmittelindustrie wieder. Auch in der Elektrotechnik, im Bauwesen und in der Trinkwasserverteilung ist der Bronzeguss anzutreffen. Das Einsatzspektrum umfasst Ventilgehäuse, Pumpenlaufräder und Armaturen, die im Sandgussverfahren hergestellt werden, Pleuel und Lagerblöcke aus Kokillenguss, Schneckenräder im Schleuderguss. Angesichts der zahlreichen Legierungen, die zum Einsatz kommen, können hier nur einige ausgewählte Werkstoffe skizziert werden.
Bronze Legierung CuSn10
Die Legierung CuSn10 ist durch eine hohe Bruchdehnung gekennzeichnet und wird ähnlich wie der Werkstoff CuSn11Ni2 für korrosionsbeständige Armaturen- und Pumpengehäuse sowie für Leit-, Lauf und Schaufelräder von Pumpen und Wasserturbinen verwendet. Die Legierung CuSn12 wird im Sandgussverfahren für schnelllaufende Schnecken und Schraubenräder, unter Last bewegte Spindelmuttern und Kuppelstücke angewandt; im Schleuder- und Strangguss wird diese Legierung wegen ihrer gleichmäßigeren Festigkeit und höheren Härte für hochbeanspruchte Schneckenradkränze und Zylindereinsätze eingesetzt.
Bronze Legierung CuSn11Pb2
Die Legierung CuSn11Pb2 weist wegen des Bleianteils gute Notlaufeigenschaften auf und wird daher für hoch- und höchstbeanspruchte Gleitlager und -leisten sowie für unter Last mit hoher Geschwindigkeit bewegte Spindelmuttern eingesetzt. Auch Lager, Buchsen und andere Gleitelemente werden aus diesem Werkstoff hergestellt. Mit höheren Bleigehalten lassen sich noch bessere Gleiteigenschaften erzielen.
Bronze Legierung CuSn12Ni2
Der Werkstoff CuSn12Ni2 eignet sich für hochbelastete Armaturen- und Pumpengehäuse sowie für Leit-, Lauf- und Schaufelräder von Pumpen sowie Wasserturbinen. Auch hier gilt: Die Bauteile aus dieser Legierung sind im Schleuder belastbar als im Sandguss. Diese Verfahren werden daher für höchstbeanspruchte schnelllaufende Schnecken und Schraubenradkränze sowie unter Last bewegte Muttern angewandt. Der Nickelzusatz setzt die Gefahr der „Grübchenbildung“ an den Zahnflanken herab. Neben diesen Werkstoffen gibt es eine breite Gruppe von Kupfer-Zinn-Zink- Legierungen (Rotguss), die meist auch Anteile an Blei enthalten.
Bronze Legierung CuSn5Zn5Pb5
Einer der wichtigsten Werkstoffe dieser Gruppe ist die gut giessbare Legierung CuSn5Zn5Pb5. Sie eignet sich für qualitativ hochwertige Ventile und Armaturen, für Fittings und Rohrarmaturen sowie Wasser- und Dampfarmaturengehäuse. Auch für dünnwandige, verwickelte Gussteile wird sie genutzt. Ein großes Einsatzgebiet sind zudem Sanitäranwendungen. Hier werden modifizierte Legierungen mit reduzierten Blei und Nickelanteilen verwendet.
Bronze Legierung CuSn7Zn2Pb3
Der Werkstoff CuSn7Zn2Pb3 wird wegen seiner guten Festigkeit, Dehnung und Giessbarkeit für Armaturen- und Pumpengehäuse sowie für druckdichte Gussteile verwendet.
Bronze Legierung CuSn7Zn4Pb7
Hervorzuheben ist auch die Legierung CuSn7Zn4Pb7. Dabei handelt es sich um einen universellen Gleitwerkstoff, der bei mittlerer Härte gute Notlaufeigenschaften und ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist. Hauptanwendungen sind Gleitlager und Lagerbuchsen für den Maschinenbau und Strangguss hergestellt noch stärker.
Neusilber ist die Bezeichnung für eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und silberähnlichem Aussehen. Neusilber wird insbesondere für Tafelgeräte, Beschläge und Schmuck verwendet.
Für Neusilber gibt es auch die Bezeichnungen Alpaka/Alpacca (geschütztes Warenzeichen), Argentan, Minargent, die französische Bezeichnung Cuivre blanc und die aus dem Chinesischen stammende Bezeichnung Packfong. Auch die Bezeichnung Hotelsilber wird verwendet. Im Spanischen ist Neusilber auch als plata alemana und im Englischen als German Silver (beides deutsches Silber) bekannt. Galvanisch versilbertes Neusilber wird als Chinasilber bezeichnet.
Eigenschaften [Bearbeiten] Neusilber ist eine silberweiß glänzende Legierung aus 45–70 % Kupfer, 5–30 % Nickel, 8–45 % Zink, eventuell mit Beimischungen von Spurenelementen wie Blei, Zinn oder Eisen. Es zeichnet sich wegen des Nickelgehalts durch besondere Härte und Korrosionsbeständigkeit aus. Das amtliche Erkennungszeichen ist der Gewichtszahlenstempel.