Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink- Gusslegierungen ... · PDF fileDie in DIN EN 1982 (Tab. 27 bis 30, Stand 12.98) genormten Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen mit Zinn (0,5 bis 11%)

Kupfer-Zinn- undKupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen(Zinnbronzen)

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Auflage 12/2004

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Kupfer-Zinn und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen(Zinnbronzen)

Inhalt

1. Allgemeines zu Zinnbronzen Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen . . . . . . . . . . 4

1.1 Geschichtliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Zustandsschaubild Kupfer-Zinn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Dreistoffsysteme auf der Basis Kupfer-Zinn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 Einfluss von Beimengungen und Verunreinigungen. . . . . . . . . . . . . . . . 81.5 Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zinn-Zink- und Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen

in der DIN EN 1982 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.6 Gegenüberstellung der Werkstoffbezeichnungen in verschiedenen Ländern 9

2. Eigenschaften von Kupfer-Zinn und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1 Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2 Mechanische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.3 Gleiteigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4 Korrosionsbeständigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3. Herstellung und Bearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.1 Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2 Gießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.3 Wärmebehandlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4 Spanabhebende Bearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.5 Verbindungsarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.6 Oberflächenbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4. Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Bildnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6. Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

7. Verlagsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22


1. Allgemeines zu den Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (Zinnbronzen)

Die gebräuchlichen Kupfer-Zinn-Guss-legierungen sind in DIN EN 1982(Tab. 17 bis 21, Stand 12.98) genormtund umfassen Gusslegierungen desKupfers mit 9 bis 13 % Zinn als Haupt-legierungselement, sie werden auch„Guss-Zinnbronzen“ genannt. Außer-dem sind Legierungen mit etwa 20%Zinn als sogenannte „Glockenbronzen“bekannt.

Bei den Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegie-rungen handelt es sich um Legierun-gen des Kupfers mit Zinn und Zink(sowie evtl. noch Blei). Diese sind inDIN EN 1982 (Tab. 22 bis 26, Stand 12.98)genormt und enthalten 1,5 bis 11%Zinn, 1 bis 9 % Zink und bei Bedarf 2,5bis 7% Blei. Für diese Legierungs-untergruppe ist der Handelsname Rot-guss üblich. Sowohl den Kupfer-Zinn-Gusslegierungen als auch den Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen kann etwasNickel zur Verbesserung der Festigkeitund Blei zur Verbesserung der Span-barkeit zugegeben werden.

Die in DIN EN 1982 (Tab. 27 bis 30, Stand 12.98) genormten Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen mit Zinn (0,5 bis11%) und größeren Gehalten an Blei (4 bis 26 %) sind auch als „Guss-Zinn-Bleibronzen“ geläufig. Diese durchden hohen Bleigehalt gekennzeichne-ten Kupferwerkstoffe weisen sehr guteNotlaufeigenschaften auf und sinddeshalb auch zukünftig als Lagerwerk-stoffe unersetzbar. Sie können zurSteigerung der Festigkeit auch einengeringen Zusatz an Nickel enthalten.

1.1 GeschichtlichesVermutlich um 2500 v. Chr. wurde erst-mals mit Zinn legiertes Kupfer vergos-sen. Das wohl bedeutendste früheBildwerk aus Vorderasien – ein bron-zener Fürstenkopf entstand etwa 2000v. Chr. [1].

Schon in frühgeschichtlicher Zeit wur-den Kupferlegierungen mit 20 bis 50 %Zinn wegen ihres hohen Reflexionsver-mögens zur Herstellung von Spiegelnherangezogen. Der frühere Bildgusshatte nach 500 v. Chr. in Griechenlandeinen Höhepunkt erreicht, eine rund30 m hohe Statue des SonnengottesHelios im Hafen von Rhodos – um 300v. Chr. aus Bronzegussteilen

zusammengesetzt und kurz daraufdurch ein Erdbeben zerstört – galt imAltertum als großes Weltwunder [1].Die ersten Glocken aus Zinnbronzenwurden um etwa 600 n. Chr., dieersten Kanonenrohre aus Bronzezwischen 1345 und 1370 gegossen. DerBronzeguss – insbesondere Kunstguss –erlebte eine Blütezeit in der Renais-sance.

Heute nehmen die Gusslegierungenaufgrund ihrer technologischen Eigen-schaften unter den Kupferwerkstoffeneine bedeutende Stellung ein (Bild 1).

1.2 Zustandsschaubild Kupfer-ZinnIm Gegensatz zu dem früh realisiertentechnischen Einsatz der Kupfer-Zinn-Legierungen war deren Konstitutionlange Zeit nur in groben Zügen klar, dadiese Legierungen wegen ihres breitenErstarrungsintervalls zu starken Seige-rungen (Entmischung) neigen. Diekristallographische Ähnlichkeit derentstehenden Phasen erschwert ihreeindeutige Identifizierung.

Bild 2 zeigt das gesamte Zustands-schaubild Kupfer-Zinn und Bild 3dzeigt die kupferreiche Seite desZustandsschaubildes Kupfer-Zinn fürden Gleichgewichtszustand. In derflüssigen Phase ist eine vollkommeneLöslichkeit vorhanden. Im festenZustand kann das Kupfer bis max.15,8% Zinn (bei 520°C) unter Misch-

kristallbildung (α-Phase) lösen.Obgleich die mit sinkender Temperaturabnehmende Zinnlöslichkeit unter520°C theoretisch eine Ausscheidungs-fähigkeit von Kupfer-Zinn-Legierungenerwarten lässt, hat diese praktischkeine Relevanz, da sich das Gleich-gewicht nur nach starker Kaltumfor-mung und bei extrem langen Glüh-zeiten – infolge der Diffusionsträgheitvon Zinn – einstellen würde. So bleibtfür normale Glühzeiten die Löslichkeitvon Zinn unterhalb von 520°C nahezukonstant.Bei der Erstarrung führt außerdem dasbreite Erstarrungsintervall zu erheb-lichen Konzentrationsunterschiedender entstehenden Mischkristalle, sosind die zuletzt aus der Restschmelzeausgeschiedenen Mischkristalle vielzinnreicher als die zuerst ausgeschie-denen. Dieser Konzentrationsunter-schied kann allein über eine Zinn-diffusion ausgeglichen werden. DerDiffusionsvorgang läuft jedoch sehrträge, so dass bei den gusstechnischmöglichen Abkühlungsgeschwindig-keiten das Gebiet der α-Phase nochmehr eingeengt wird. Die in Sandgegossenen Zinnbronzen weisen dahernur bis zu Zinngehalten zwischen 4 bis6 % in homogenen α-Mischkristallenauf (Bild 3b). Bei Zinnbronzen mithöheren Zinngehalten tritt neben derα-Phase auch das (α+δ)-Eutektoid auf.Bild 3a zeigt das praktische Zustands-schaubild Kupfer-Zinn für Kokillenguss.

Bild 1: Gleitlager (DKI 2488)

Die genannten, durch die Diffusions-trägheit hervorgerufenen Gefügezu-stände („Kornseigerung“) lassen sichdurch eine Glühbehandlung (Homoge-


nisieren) über Diffusionsvorgängebeseitigen (Bild 3c). Allerdings werdenzinnhaltige Kupfer-Gusswerkstoffemeist keiner zusätzlichen Wärmebe-

handlung unterworfen, da in vielenFällen, wie z. B. für Lagerzwecke, einheterogener Gefügeaufbau erwünschtist. Sollen jedoch an dem WerkstoffKaltumformungen vorgenommen wer-den, so ist eine entsprechende Glüh-behandlung erforderlich. Die Kupfer-Zinn-Gusslegierungen zeigen aberauch die Erscheinung einer „umge-kehrten Blockseigerung“ (höhereZinngehalte am Außenrand der Guss-blöcke als im Inneren), sie lässt sichnachträglich nicht beseitigen.

Zinngehalte, die in Kupfer-Zinn-Guss-legierungen üblich sind, bewirken dieAusbildung eines heterogenen Gefü-ges, das entweder aus einer weichenα-Grundmasse mit eingelagertemharten (α+δ)-Eutektoidanteil besteht(Zinngehalt 5 bis 12 %) oder aus einerharten (α+δ)-Matrix mit eingelagerterweicher α-Phase (Zinngehalt 12 bis20 %). Beide Gefüge haben gute Gleit-eigenschaften. Mit steigendem Zinnge-halt nimmt auch die Korrosionsbe-ständigkeit zu.

1.3 Dreistoffsysteme auf der BasisKupfer-ZinnIn Kupfer-Zinn-Gusslegierungen sindweitere Legierungszusätze an Zink,Nickel und Phosphor üblich. Blei wirdzur Verbesserung der Spannbarkeit undGleiteigenschaft zugesetzt.

Bild 2: Zustandsschaubild Kupfer-Zinn (DKI 1531 B)

Bild 3a bis 3d: Zustandsschaubilder Kupfer-Zinn in Abhängigkeit von den Abkühlbedingungen und dem Gießverfahren (DKI 1545)

Zinngehalt in Massen - %

Zinngehalt in Massen - %


1.3.1 Kupfer-Zinn-ZinkZusätze von Zink haben für Kupfer-Zinn-Gusslegierungen eine großeBedeutung. Viele dieser Legierungenenthalten als drittes Legierungs-element Zink und machen die Gruppeder Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen(Rotguss) aus.

Die üblichen Kupfer-Zinn-Zink-Gussle-gierungen weisen Zinkgehalte bis zu9 % auf. Die Kupferecke des SystemsKupfer-Zinn-Zink wurde ausführlichuntersucht und ist verhältnismäßig gutbekannt.

Ein entsprechender Ausschnitt aus demZustandsschaubild Kupfer-Zinn ist inBild 4 wiedergegeben. Es tritt zwischenden gleichartig kristallisierenden fes-ten Phasen in weitem Umfang Misch-kristallbildung auf. Die Löslichkeit vonZinn und Zink in Kupfer ist in Bild 4durch die Grenzfläche des ternären

α-Mischkristalls dargestellt, der einehohe Zinklöslichkeit besitzt. Aufgrundvon Seigerungserscheinungen ist beiGusslegierungen schon bei niedrigenZinngehalten mit einem heterogenenGefüge zu rechnen. Zinkzusätze er-höhen im Gussgefüge den (α+δ)-An-teil. Mit einer homogenisierendenGlühung kann aber der α-Phasenraumerweitert werden.

Die meisten Kupfer-Zinn-Zink-Guss-legierungen enthalten außerdem nochbis zu 7 % Blei, das im festen Zustandin allen diesen Kupferlegierungenunlöslich ist.

1.3.2 Kupfer-Zinn-BleiDie Gehalte an Blei liegen in denKupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen(Guss-Zinn-Bleibronzen) meist weithöher als die von Zinn. Festigkeit undDehnung nehmen durch Bleizusätzeüber 1,5 % geringfügig ab.

Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungenenthalten bis zu 26 % Blei, das imfesten Zustand unlöslich ist und imGefüge in Form von feinverteilten Teil-chen vorliegt. Die Erstarrungsvorgängewerden durch den Bleigehalt praktischnicht beeinflusst und vollziehen sichwie bei binären Kupfer-Zinn-Legie-rungen.

Einen Ausschnitt aus dem Dreistoff-system Kupfer-Zinn-Blei zeigt Bild 5,in das auch genormte Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen eingezeichnetsind. Demnach wird durch den Zinn-zusatz die im System Kupfer-Blei vor-handene Mischungslücke unterdrückt,die gebräuchlichen Gusslegierungenliegen alle außerhalb des Bereichesder Mischungslücke. Blei trägt in Guss-teilen auch zur Erhöhung der Korro-sionsbeständigkeit bei, speziell gegenSchwefelsäure. Bleizusätze verbesserndie Notlaufeigenschaften dieser Legie-rungsgruppe (Gleitwerkstoffe).

1.3.3 Kupfer-Zinn-NickelKupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen enthalten gelegent-lich Nickel als Legierungsbestandteil.Nickelgehalte bis ca. 2,5 % verbessernbei etwa gleichbleibenden Festigkeits-eigenschaften die Zähigkeit und ver-mindern die Abhängigkeit der Festig-keit von der Wanddicke (Wanddicken-einfluss). Außerdem erhöhen sie dieKorrosionsbeständigkeit der Gusslegie-rungen.

Bild 6 gibt den Schnitt durch dasternäre Zustandsschaubild Kupfer-Zinn-Nickel für einen konstantenNickelgehalt von 2% wieder. DurchNickelzusatz werden die Liquidus- undSolidustemperaturen sowie (α+δ)-Anteil des Gefüges erhöht, außerdemdie Grenzen der homogenen festenLösung zu niedrigen Gehalten ver-schoben.

Bemerkenswert ist im Bild 6 das Auf-treten einer neuen Phase ϑ, die Nickelund Zinn etwa im Verhältnis 1:1 ent-hält. Gusslegierungen mit über 4 %Nickel besitzen eine Ausscheidungs-fähigkeit. Gelegentlich wird hiervonGebrauch gemacht, um die günstigenGießeigenschaften der Kupfer-Zinn-Gusslegierungen mit verbesserten

Bild 4: Zustandsschaubild Kupfer-Zinn-Zink; Schnitt durch die Kupferecke bei einem Verhältnis Zinn zu Zink 1:1 (DKI 1548)


mechanischen Eigenschaften zu kom-binieren.

Technisch sind Kupfer-Zinn-Nickel-Legierungen mit Bleizusatz von Bedeu-tung (siehe Ausklapp-Tabelle am Endeder Broschüre), da sie infolge der wei-chen Bleieinlagerungen gute Notlauf-eigenschaften besitzen. Gussteile sindbei der Anlassbehandlung einer er-höhten Rissgefahr ausgesetzt, da siedurch die Ausscheidung erheblicheinnere Verspannungen besitzen.

1.3.4 Kupfer-Zinn-PhosphorUm eine Desoxidation der Kupfer-Zinn-Schmelze zu erreichen und dieBildung von Zinnoxid zu verhindern,wird Phosphor in kleinen Mengenzugegeben. Dabei entsteht als Reak-tionsprodukt Phosphorpentoxid, dasentweder verdampft oder verschlackt.Die Dosierung soll dabei den Verbrauchdes Desoxidationsmittels Phosphorberücksichtigen. Ein geringer Restge-halt von 0,01 % Phosphor sichert eineeinwandfreie Desoxidation.

Bild 7 zeigt einen Schnitt durch dasternäre Zustandsschaubild (Kupfer-ecke), mit steigendem Zinngehalt wirddie Löslichkeit des Phosphors im α-Mischkristall herabgesetzt; bereitsbei 0,1% tritt Phosphor im Gussgefügez. T. als Cu3P [3] auf. Die Zugabe vonPhosphor erweitert das Erstarrungsin-tervall in starkem Maße, die Umwand-lungen im festen Zustand bleibengegenüber den binären Kupfer-Zinn-Legierungen praktisch unverändert.Bild 7 gilt für den Fall des Gleichge-wichts, das sich auch bei den phos-phorhaltigen Legierungen nur sehrlangsam einstellt. Das Gefüge dieser Legierungen weistdeshalb normalerweise – bei entspre-chend hohen Legierungszusätzen –neben α-Mischkristallen δ- und Cu3P-Kristalle auf.Geringe Mengen an Phosphor reduzie-ren den Oxidgehalt der Kupfer-Schmelze und erniedrigen dadurch dieViskosität und verbessern das Formfül-lungsvermögen und damit die Gieß-barkeit erheblich. Phosphorgehalte bisetwa 0,075 % beeinflussen die mecha-nischen Eigenschaften der Gussteilegünstig. Höhere Zusätze haben eineleicht versprödende Wirkung undBild 6: Schnitt durch das Zustandsschaubild Kupfer-Zinn-Nickel für 2 % Nickel (DKI 1552)

Bild 5: Kupferecke im ternären Zustandsschaubild Cu-Sn-Pb.Die in den Tabellen 28 bis 30 der DIN EN 1982 genormten Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen undzwei weitere typische Lagerwerkstoffe sind im Schaubild aufgeführt (DKI 4251)


können beim Sand-Nass-Guss Form-stoffreaktionen hervorrufen. BeiLagerwerkstoffen aus Kupfer-Zinn-Gusslegierungen bildet sich ein ternä-res Phosphideutektikum, das zurHeterogenisierung des Gefüges bei-trägt.

1.4 Einfluss von Beimengungenund VerunreinigungenAluminium erhöht den (α+δ)-Anteildes Gefüges, 1% Aluminium wird äqui-valent zu 2% Zinn angesehen. Es wirktdesoxidierend, die entstehenden Oxidelassen sich aber nur schwer aus derSchmelze entfernen. Insbesonderewird bei den Kupfer-Zinn- und Kup-fer-Zinn-Zink(-Blei)-Gusslegierungendie Gießbarkeit (Fließvermögen) durchAluminiumzusatz in starkem Maßenegativ beeinträchtigt. Die Festigkeits-eigenschaften werden schon bei gerin-gen Gehalten von Aluminium (<0,01%)negativ beeinflusst.

Antimon erhöht im Gefüge ebenfallsden (α+δ)-Anteil, hat jedoch keinendesoxidierenden Einfluss. In Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen fördertes bei höheren Zusätzen auch dieBleiseigerung. Bei Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen können sich Anti-mongehalte wegen möglicher Ver-sprödung auf die mechanischenEigenschaften gefährlich auswirken. InDIN EN 1982 werden die zulässigenBeimengungen je nach Legierung auf0,05 bis 0,75 % begrenzt.

Arsen erhöht stark den (α+δ)-Anteil imGefüge. Es kann bei Kupfer-Zinn-Gusslegierungen durch die Versprö-dung schädlich auf die mechanischenEigenschaften wirken.

Blei (s. 1.3.2) senkt Zugfestigkeit undDuktilität. Es scheidet sich im Gussge-füge als metallisches Blei aus.

Eisen vermindert die Gießbarkeit. BeiGehalten unter 0,2% liegt es inLösung, über 0,2% liegt es als eineeisenreiche Phase vor, bei Kupfer-Zinn-Gusslegierungen sogar als eineFe-Sn-Phase. In Kupfer-Zinn-Guss-legierungen bis 0,3 % Eisen, in Kupfer-Zinn-Blei- und Kupfer-Zinn-Zink(-Blei)-Gusslegierungen bis 2% Eisen beein-flusst es die Festigkeitseigenschaftengünstig, höhere Gehalte wirken ver-sprödend. In DIN EN 1982 ist der Eisen-gehalt für Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegie-rungen bis auf eine Ausnahme auf0,25 % begrenzt. Eisenoxide wirken alsKeimbildner.

Mangan wirkt störend auf die Gieß-barkeit. Die Gehalte sollten in derGrößenordnung von 0,01% bis 0,1%liegen. In Kupfer-Blei-Legierungenführt es zur etwa gleichen Steigerungder Härte wie Zinn, jedoch ohneEutektoidbildung. Heute wird es kaumzulegiert, da es gegenüber Zinn keineVorteile bietet.

Nickel (s. 1.3.3) erhöht die Zähigkeit.Mechanische Eigenschaften werden inGehalten von 1 bis 2% günstig beein-flusst. Nickelgehalte werden demKupfer zugeschlagen, d. h., es ver-schiebt in Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegie-rungen die Eutektoidbildung zu höhe-ren Zinngehalten. In DIN EN 1982 wer-den Gehalte von 0 bis 2,5 % Nickelzugelassen.

Phosphor (s. 1.3.4) dient als Desoxida-tionsmittel. Im Gussgefüge liegt er bis0,1% in fester Lösung, über 0,1% alsCu3P vor.

Schwefel liegt in Form von Sulfidein-schlüssen vor, die bei bleifreien undbleiarmen Legierungen die mechani-schen Eigenschaften leicht beeinträch-tigen. Bei Gehalten über 0,1% Schwe-fel ist mit einer verminderten Gießbar-keit zu rechnen. Er wirkt bei bleihalti-gen Gusslegierungen auf die Seige-rungserscheinungen hemmend. Auf-grund der heute üblichen schwefelar-men Brennstoffe kann man von deut-lich niedrigeren Gehalten (< 0,05 %)ausgehen.

Silizium ist hinsichtlich der Gießbar-keit schädlich. Die mechanischen

Bild 7: Schnitt durch das Zustandsschaubild Kupfer-Zinn-Phosphor für 0,2% Phosphor (DKI 1543)


Eigenschaften werden auch schon beigeringen Siliziumzusätzen (max.0,01%) erheblich beeinträchtigt. Dassich in Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierun-gen bildende Bleisilikat lässt sich ausder Schmelze nur schwer entfernen.Silizium erhöht den (α+δ)-Anteil imGefüge und wirkt desoxidierend.

Wismut verbessert zwar die Gießbar-keit, doch führen schon Gehalte über0,05 % in Kupfer-Zinn-Gusslegierun-gen zu einem merklichen Abfall der mechanischen Eigenschaften undzu Versprödungen, da es sich inter-kristallin ausscheidet. In Kupfer-Zinn-Blei- und Kupfer-Zinn-Zink(-Blei)-Gusslegierungen bildet Wismut mitBlei ein Eutektikum und ist für diemechanischen Eigenschaften relativungefährlich.

Zink (s. 1.3.2) kann in Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen in gewissenMengen als Austausch gegen Zinn her-angezogen werden, 1% Zink wird alsäquivalent zu 0,5 % Zinn angesehen.In bleireichen Legierungen behindernzu hohe Zinkgehalte die Bleiverteilung.

1.5 Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zinn-Zink- und Kupfer-Zinn-Blei-Guss-legierungen in der DIN EN 1982Die Zusammensetzung der inDIN EN 1982 genormten zinnhaltigenKupfer-Gusslegierungen ist in der Aus-klapp-Tabelle angegeben.

In DIN EN 1982 sind mit CuSn10-C(CC480K) und CuSn12-C (CC483K) zweibinäre Kupfer-Zinn-Gusslegierungengenormt. Diese Norm enthält außer-dem von der erstgenannten Gusslegie-rung mit CuSn12Ni2-C (CC484K) einenickelhaltige und mit CuSn12Pb2-C(CC482K) eine bleihaltige Legierungs-variante. Bei den Kupfer-Zinn-Gussle-gierungen wird in DIN EN 1982 demchemischen Symbol CuSn die Zahl desmittleren Zinngehaltes sowie dieSymbole der Zusatzelemente – z. B. Nioder Pb und deren Gehalte nachge-stellt. Das sich daran anschließende Csteht für Gussprodukte. Die jeweiligenGießverfahren (GS = Sandguss, GC =Strangguss, GM = Kokillenguss, GZ =Schleuderguss) werden im Anschlussan das C mit einem Bindestrich nach-gestellt. So enthält z. B. CuSn12Ni2-C

etwa 12% Zinn, 2% Nickel und dem-entsprechend etwa 86 % Kupfer. DieGehalte an Phosphor werden in Kurz-zeichen nicht berücksichtigt.Die DIN EN 1982 enthält ferner dieKupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen.Auch bei diesen Legierungen folgendem Symbol CuSn die Zahl des mittle-ren Zinngehaltes und außerdem diechemischen Symbole und Gehalte derZusatzelemente.

Hier ist z. B. die RotgusslegierungCuSn5Zn5Pb5-C (CC491K) enthalten, siehat einen Zinngehalt von ca. 5 %,einen Zinkgehalt von ca. 5 % und einenBleigehalt von ca. 5 %, Rest Kupfer.

Für Anwendungen im Trinkwasserbe-reich werden Rotgusslegierungen mitreduziertem Blei- und Nickelanteileingesetzt (DIN 50930, T6).

1.6 Gegenüberstellung derWerkstoffbezeichnungen inverschiedenen LändernDie Toleranzbereiche der Zusammen-setzung der in anderen Länderngenormten Legierungen sind nicht inallen Fällen gleich mit den Festlegun-gen nach DIN EN. Es handelt sich hier-bei um ähnliche aber nicht gleicheLegierungen. Daher werden in Tab. 1die in DIN EN 1982 genormten Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierun-gen den in etwa vergleichbaren Werk-stoffbezeichnungen in den USA und inJapan gegenübergestellt.

Tabelle 1: Gegenüberstellung der in DIN EN 1982 genormten Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen mit vergleichbaren Werkstoffbezeichnungen in den USA und in Japan

DIN EN-Kurzzeichen DIN EN-Nummer UNS (USA) JIS (Japan)

Kupfer-Zinn-Gusslegierungen (Bronzen)

CuSn12-C CC483K C90800 PBC3C

CuSn12Ni2-C CC484K C91600/C91700 -

CuSn11Pb2-C CC482K C92500 -

CuSn10-C CC480K 90700 PBC2C

Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (Rotguss)

CuSn7Zn4Pb7-C CC493K C93200 -

CuSn7Zn2Pb3-C CC492K - -

CuSn5Zn5Pb5-C CC491K C83600 BC6C

CuSn3Zn8Pb5-C CC490K - -

Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen (Bleibronzen)

CuSn10Pb10-C CC495K C93700 LBC 3

CuSn7Pb15-C CC496K C93900 LBC 4

CuSn5Pb20-C CC497K C94100 -


2. Eigenschaften von Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen

Die Eigenschaften der zinnhaltigenKupfer-Gusslegierungen werdenprimär vom Zinngehalt und erst inzweiter Linie vom Zusatz weitererLegierungselemente bestimmt. DurchVariation der Zusätze können dieseLegierungen diversen Bearbeitungs-und Anwendungsmöglichkeiten ange-passt werden, dadurch ergeben sichviele Möglichkeiten für den industriel-len Einsatz. Diese Legierungen besitzeneine gute Korrosionsbeständigkeit, dieim Allgemeinen mit steigendem Zinn-gehalt (max. bis 20 %) zunimmt.

2.1 Physikalische EigenschaftenIn der Ausklapp-Tabelle sind einigewichtige physikalische Eigenschaftender genormten zinnhaltigen Kupfer-Gusslegierungen zusammengestellt.Die lachsrote Farbe des Kupfers ändertsich mit steigendem Zinngehalt überBraunrot und Gelbrot bis zu rötlich-gelben, gelben und grünlich-gelbenTönen. Legierungen mit ca. 20% Zinnim Bereich der ε-Phase sind silberweißund haben im polierten Zustand einhohes Reflexionsvermögen. HöhereNickelzusätze verleihen silberweißeTöne.Die Dichte der binären Kupfer-Zinn-Gusslegierungen wird durch den Zinn-zusatz nur wenig beeinflusst, das giltauch für Zinkzusätze. Durch Blei-gehalte wird die Dichte entsprechenddem spezifischen Gewicht des Bleiserhöht.Die Dämpfung nimmt mit zunehmen-dem Anteil der δ-Phase ab. So habenLegierungen z. B. mit 20 % Zinn, diesog. Glockenbronzen, nur eine geringeDämpfung. Mit zunehmenden Bleige-halten steigt die Dämpfung, dies wirktsich bei bleihaltigen Lagerwerkstoffengünstig aus.

2.1.1 Elektrische EigenschaftenDie Abhängigkeit der elektrischenLeitfähigkeit vom Zinngehalt ist inBild 8 angegeben.

Demnach setzen steigende Zinngehalte(bis zu ca. 32%) die elektrische Leit-fähigkeit der binären Kupfer-Zinn-Gusslegierungen soweit herab, dass siebei einem Zinnzusatz von 5 % beica. 10 MS/m liegt. Phosphorgehaltebewirken eine weitere Verminderungder elektrischen Leitfähigkeit, wie sie

Bild 9 zeigt. Die Kurven für Kupfer-Zinn-Legierungen mit 0,05 % und0,40 % Phosphor verdeutlichen, wiestark Phosphor die Leitfähigkeit beein-trächtigt. Aus dem gleichen Bild istauch der geringe Einfluss der Tempe-ratur ersichtlich, danach ist die elek-trische Leitfähigkeit bei 200°C etwasniedriger als bei 20°C.Den vermindernden Einfluss des Phos-phors auf die elektrische Leitfähigkeitzeigt an den Legierungen CuSn12-C undCuSn5Zn5Pb5-C auch Bild 10. Weitereim Mischkristall lösliche Zusätze, wiez. B. Zink oder Nickel, setzen die elek-trische Leitfähigkeit ebenfalls herab.

2.1.2 Thermische EigenschaftenDie Wärmeleitfähigkeit der binärenKupfer-Zinn-Gusslegierungen nimmtmit dem steigenden Zinngehalt ab, sieist in Abhängigkeit vom Zinngehalt für20 und 200°C in Bild 11 dargestellt. Während bei reinem Kupfer dieWärmeleitfähigkeit nahezu von derTemperatur unabhängig ist, zeigtBild 11, dass die Wärmeleitfähigkeitvon Kupfer-Zinn-Gusslegierungen – wie auch von anderen Legierungen –mit zunehmenden Temperaturenansteigt. Diese Tatsache wird in Bild 12 am Beispiel der LegierungCuSn5Zn5Pb5-C wiedergegeben.

Der Längenausdehnungskoeffizientsteigt mit zunehmendem Zinngehaltleicht an (s. Ausklapp-Tabelle).

Bild 8: Elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Zinn-Gusslegierungen bei Raumtemperatur inAbhängigkeit vom Zinngehalt (DKI 4514)

Bild 9: Elektrische Leitfähigkeit binärerKupfer-Zinn-Legierungen mit verschiedenenPhosphorgehalten bei 20 und 200°C inAbhängigkeit vom Zinngehalt (DKI 2548)

Bild 10: Einfluss des Phosphorgehaltes auf dieelektrische Leitfähikgkeit von CuSn12-C undCuSn5Zn5Pb5-C (DKI 2549)

Bild 11: Wärmeleitfähigkeit von binärenKupfer-Zinn-Legierungen bei 20 und 200°Cin Abhängigkeit vom Zinngehalt (DKI 2583)

CuSn5Zn5Pb5-C

CuSn12-C


Die Schmelzwärme aller genormtenzinnhaltigen Kupfer-Gusslegierungenliegt bei etwa 284 J/g, die spezifischeWärmekapazität für diese Legierungenbeträgt 0,377 J/(g*K).

2.1.3 Magnetische EigenschaftenBei diesen Legierungen werden diemagnetischen Eigenschaften vor allemvom Eisengehalt bestimmt. EisenfreieKupfer-Zinn-Gusslegierungen sindschwach diamagnetisch und habeneine Suszeptibilität (χ) von ca. -0,1*10-6

bei einer magnetischen Feldstärke (H)von 80 A/cm. Zinnzusätze fördern inbinären Kupfer-Zinn-Gusslegierungenden Diamagnetismus. Mit dem Auf-treten der γ-Phase wird ein stärkererDiamagnetismus (χ=-0,4*10-6)beobachtet. Geringe Mengen an Eisenführen bereits zu einem schwachenParamagnetismus. Bei Eisengehaltenab etwa 0,1% kann sich das Eisensogar in freier Form ausscheiden undder Werkstoff wird ferromagnetisch.Ein solcher „Ferromagnetismus“ kanndann durch Homogenisierungs-glühungen oder unterschiedlicheAbkühlungsgeschwindigkeiten nichtmehr herabgesetzt werden.Bei Kupfer-Zinn-Gusslegierungen mitweiteren Legierungselementen, die mitEisen Verbindungen eingehen, wiez. B. Phosphor oder Zink, scheidet dasabgebundene Eisen als ferromagneti-scher Anteil aus.

2.2 Mechanische EigenschaftenDie mechanischen Eigenschaften sindvon Gießverfahren und den damitverbundenen Erstarrungsgeschwindig-keiten abhängig. Das ist darauf zu-rückzuführen, dass diese Legierungenwährend der Erstarrung infolge derunterschiedlichen Abkühlungsge-schwindigkeiten verstärkt dazu neigen,in metastabile Zustände überzugehenund diese dann auch beizubehalten.

2.2.1 Mechanische Eigenschaftenbei RaumtemperaturIn der Ausklapp-Tabelle sind die vomFertigungsverfahren abhängigen me-chanischen Eigenschaften vergleichendfür Sand-, Schleuder- und Kokillen-guss dargestellt. Die Abkühlungs-geschwindigkeit ist der maßgeblicheFaktor für den Gefügeanteil des (α+δ)-Eutektoids und damit für Zugfestigkeit,0,2%-Dehngrenze, Härte und Bruch-dehnung (s. Bilder 3a-d). So ist z. B.eine sandgegossene Legierung ausCuSn12-C in ihren physikalischenEigenschaften einer in Kokillen-, inStrang- oder in Schleuderguss herge-stellten Legierung aus CuSn10-C ver-gleichbar. Optimale Festigkeitseigen-schaften haben in Kokillen gegosseneKupfer-Zinn-Legierungen mit Zinn-

gehalten von 9 bis 13 %, diese sind inBild 13 in Abhängigkeit vom Zinngehaltaufgetragen.

Danach nimmt die Zugfestigkeit mitsteigendem Zinngehalt nur bis zu ca.10 % Zinn zu, obgleich die Härte einenkontinuierlichen Anstieg über dengesamten Bereich aufweist, diesesbasiert auf der verhinderten Formän-derung. Die 0,2%-Dehngrenze hat ihrMaximum bei ca. 20 % Zinn. DieBruchdehnung steigt zunächst mitdem Zinngehalt leicht an, nimmt abermit dem weitersteigenden Zinngehaltund dem Auftreten des δ-Bestandteilsimmer stärker ab. In Bild 14 ist nebendem Einfluss von Zinn auch der vonZink auf die Zugfestigkeit von blei-freien Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierun-gen dargestellt.

Daraus ist ersichtlich, dass die Zugfes-tigkeit im Bereich der α-Mischkristalledurch den Zinkzusatz zunimmt (bismax. 5 % Zinn). Durch höhere Zinkge-halte werden die Werte der Zugfestig-keit für einen konstanten Zinngehaltvon über 6 % vermindert. MaximaleZugfestigkeiten werden dann beiAbwesenheit von Zink mit ca. 10 %Zinn erreicht (s. o.).

Bild 12: Wärmeleitfähigkeit von CuSn5Zn5Pb5-Cin Abhängigkeit von der Temperatur (DKI 3435)

Bild 13: Zugfestigkeit, 0,2% Dehngrenze, Bruchdehnung und Härte von Kupfer-Zinn-Gusslegierungen (Kokillenguss) (DKI 2537)


Der Einfluss von Nickel ist in der Aus-klapp-Tabelle durch den Vergleich derFestigkeitswerte von CuSn12-C undCuSn12Ni2-C zu erkennen. Nickelerhöht außerdem die Verschleißfestig-keit und die Druckdichtigkeit der Guss-stücke. CuSn12Ni2-C ist als nickelhaltigeund bleifreie Variante der LegierungCuSn12-C für die Fertigung von Schne-ckenrädern entwickelt worden. Blei-freiheit und Nickelgehalt setzen dieGefahr der „Pitting“-Bildung (punkt-förmiger Korrosionsangriff) wesentlichherab.

Der Einfluss des Bleis, das in derGrundmasse unlöslich ist, ist aus demBild 16 zu entnehmen, in dem dieZugfestigkeit der Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen in Abhängigkeit vomBlei- und Zinngehalt dargestellt wird.Durch Bleizusätze werden Festigkeitund Bruchdehnung vermindert. DemBlei kommt bekanntlich allgemein dieAufgabe zu, die Spanbarkeit und beiAnwendung dieser Legierungen alsLagerwerkstoffe die Gleiteigenschaften,insbesondere die Notlaufeigenschaf-ten, zu verbessern.

Auch die Wanddicke beeinflusst dieFestigkeitswerte der Gussstücke. Bild 17zeigt dies am Beispiel der LegierungCuSn5Zn5Pb5-C, mit steigender Wand-dicke nehmen die Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze und die Bruchdehnung

Zusätze von Nickel haben einen güns-tigen Einfluss auf die mechanischenEigenschaften von Kupfer-Zinn- undKupfer-Zinn-Zink-Legierungen.

Bild 15 zeigt dies am Beispiel derLegierung CuSn7Zn4Pb7-C (CC493K). Diemaximalen Festigkeitswerte liegen für die Zugfestigkeit bei ca. 3,9 %Nickel und für die Bruchdehnung bei ca. 3,2% Nickel, danach nehmen dieseWerte mit steigendem Nickelgehaltwieder ab (bei Bruchdehnung stärker).Die DIN EN 1982 begrenzt jedoch denNickelgehalt bei 2,0 %.

ab. Hinsichtlich des Wanddickenein-flusses verhalten sich die Kupfer-Zinn-und die Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegie-rungen ähnlich. Einige wichtige tech-nologische Eigenschaften der genorm-ten zinnhaltigen Kupfer-Gusslegierun-gen sind in der Ausklapp-Tabellezusammengestellt.

Das Elastizitätsmodul schwankt jenach Herstellungsverfahren sowiedurch Unterschiede in der Dichte undim Gefüge, daher können die Angabenin der Ausklapp-Tabelle nur als Richt-werte gelten.

Bild 14: Zugfestigkeit von ternären, in Kokillen gegossenen Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen inAbhängigkeit von Zinn- und Zinkgehalt (DKI 4252)

Bild 15: Einfluss von Nickel auf die Festigkeits-eigenschaften von CuSn7Zn4Pb7-C (DKI 4517)

Bild 16: Zugfestigkeit von Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen in Abhängigkeit von Blei-und Zinngehalt (DKI 4518)

Bild 17: Mechanische Eigenschaften vonCuSn5Zn5Pb5-C in Abhängigkeit von derWanddicke (DKI 4519)


Mit Auftreten der δ-Phase erreicht derE-Modul einen Höchstwert und fälltdann wieder ab.

Die Dauerschwingfestigkeit wird meistals Wechselfestigkeit (bei Beanspru-chung auf Biegung „Biegewechselfes-tigkeit“) gemessen. Dass auch die Bie-gewechselfestigkeit (s. Ausklapp-Tabelle) vom Gießverfahren erheblichbeeinflusst wird, zeigt Bild 19 am Bei-spiel der Legierung CuSn7Zn4Pb7-C,bedingt durch die hohe Abkühlungs-geschwindigkeit hat der Stranggusshöhere Werte als Sand- oder Kokillen-guss.

In der Ausklapp-Tabelle sind eben-falls Werte für Scherfestigkeiten ent-halten, die für Kupfer-Zinn- undKupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen bei

ca. (0,75 bis 0,8)*Rm und für Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen bei ca. (0,6bis 0,75)*Rm liegen.

Bei Bronzen handelt es sich um Metallemit kubisch-flächenzentriertem Gitter.Die Prüfung der Kerbschlagzähigkeitist daher über die Temperatur für dieseWerkstoffgruppe ohne Relevanz.

Dagegen können Legierungen mit nie-drigen Kupfergehalten und insbeson-dere Legierungen mit Bleizusatz aufKerbschlagzähigkeit geprüft werden.Die erhaltenen Kennwerte könnendann einer relativen Bewertung unddamit der Überwachung der Gleich-mäßigkeit der Fertigung dienen, dieGröße der Kerbschlagzähigkeit erlaubtjedoch keine Rückschlüsse auf dasBauteilverhalten. Einige Werte sind inTab. 2 enthalten.

Bild 19: Biegewechselfestigkeit von Stäben aus CuSn7Zn4Pb7-C bei verschiedenen Gießverfahren(DKI 2547)

Bild 21: Temperaturabhängigkeit verschiedenerWerkstoffkategorien (schematisch) (DKI 6059)

Bild 20: Kerbschlagzähigkeit binärer Kupfer-Zinn-Gusslegierungen (Kokillenguss) – Ver-suche an Izod-Proben – in Abhängigkeit vomZinngehalt (DKI 2543)

Bild 18: Pumpenlaufrad aus CuSn12-C (DKI 6329 F)

Die Prüfung auf Kerbschlagzähigkeitist bei den verschiedenen Werkstoffengrundsätzlich in folgende Kategorieneingeteilt: (Bild 21)

– Werkstoffe der Kategorie 1 (Kurve 1):Werkstoffe mit hoher, wenig tempe-raturabhängiger Zähigkeit t kaltzäheWerkstoffe, z. B. reine kfz-Metalleund homogene CuSn-Legierungen.

– Werkstoffe der Kategorie 2 (Kurve 2):Werkstoffe mit einem Übergang vom zähen zum spröden Bruchver-halten, z. B. Baustähle, unlegierteund legierte Stähle mit ferritisch-perlitischer Gefügeausbildung sowieMetalle mit krz- und hex-Gitter-struktur.

– Werkstoffe der Kategorie 3 (Kurve 3):Werkstoffe mit niedriger, wenigtemperaturabhängiger Zähigkeit,d. h. Werkstoffe bei denen zumBruch unter zügiger Beanspruchungnur geringe Verformungsarbeit not-wendig ist, z. B. Gusseisen mitLamellengraphit, hochfeste Stähle,martensitisch gehärtete Werkstoff-zustände, krz-ß-Messing.

in J

/cm

2

Außerdem zeigt Bild 20 den Einflussdes Zinngehaltes auf die Kerbschlag-zähigkeit von Kupfer-Zinn-Gusslegie-rungen, die in Abhängigkeit vom Zinn-gehalt sehr stark variieren. Mit zuneh-mendem Zinngehalt steigen die Kenn-werte zunächst an (Maximum bei5 % Zinn) und nehmen dann stark ab.Die Kerbschlagzähigkeit wird auch vonAbkühlungsbedingungen beeinflusst.Eine langsame Abkühlung kann dasGefüge soweit homogenisieren, dassdie Werte der Kerbschlagzähigkeitdrei- bis viermal so groß sein könnenwie die von Kokillenguss.

Die Spanbarkeit (s. 3.4) wird bei die-sen Legierungen vom Bleigehalt ent-scheidend beeinflusst. So lassen sichbinäre Kupfer-Zinn-Gusslegierungenzwar besser als homogene Kupfer-Zinn-Knetlegierungen zerspanen, dochsteigt mit zunehmendem Zinngehaltder Werkzeugverschleiß, dadurch wirddie Schnittgeschwindigkeit herabge-setzt – auch bei heterogenen Legie-rungen. Die Kupfer-Zinn-Zink-Gussle-gierungen sind heterogen und haben,soweit sie Blei enthalten, gute Zerspa-nungseigenschaften. Ähnlich gutebzw. noch bessere Zerspanungseigen-schaften haben die Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen.

2.2.2 Festigkeitswerte bei tiefenTemperaturenBei tiefen Temperaturen besitzen diezinnhaltigen Kupfer-Gusslegierungen,wie auch andere Kupferwerkstoffe,ausgezeichnete mechanische Eigen-schaften, die für einige Legierungen inTab. 2 zusammengestellt sind. DieseLegierungen zeigen im Tieftemperatur-bereich keinerlei Versprödung. DieZugfestigkeit und 0,2%-Dehngrenzesteigen mit abnehmender Temperaturleicht an, Bruchdehnung und Wertefür Kerbschlagzähigkeit bleiben fastunverändert. Deshalb sind dieseLegierungen für Anwendungen in derKryotechnik sehr gut geeignet.


Bild 22: Festigkeitswerte von C 90700 (ähnlichwie CuSn10-C) in Abhängigkeit von der Tempe-ratur (DKI 2454)

Bild 23: Festigkeitswerte von C83600 (ähnlichwie CuSn5Zn5Pb5-C) in Abhängigkeit von derTemperatur (DKI 2455)

Bild 24: Festigkeitswerte von CuSn10Pb10-C inAbhängigkeit von der Temperatur (DKI 2456)

Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften°) zinnhaltiger Kupfer-Gusswerkstoffe bei tiefen Temperaturen

Kennzeichen Nummer Zugfestigkeit 0,2 % Dehngrenze Bruchdehnung Kerbschlagzähigkeitnach DIN EN 1982 nach Rm Rp0,2 A aK

DIN EN (MPa) (MPa) % J/cm2

1982

-196

-

-

338

420

324

-

340

-

-

-

-

-100

-

-

297

378

326

-

293

-

-

-

-

-70

-

-

273

364

317

-

285

-

313

-

-

-40

-

-

271

356

304

-

271

-

287

-

-

20

-

-

258

309

278

-

249

-

270

-

-

-196

-

-

258

239

261

-

219

-

-

-

-

-100

-

-

214

193

186

-

158

-

-

-

-

-70

-

-

194

163

177

-

144

-

159

-

-

-40

-

-

186

159

145

-

125

-

141

-

-

20

-

-

129

135

136

-

112

-

130

-

-

-196

-

-

10

31

13

-

23

-

-

-

-

-100

-

-

16

42

30

-

29

-

-

-

-

-70

-

-

13

48

33

-

33

-

31

-

-

-40

-

-

16

45

32

-

33

-

29

-

-

20

-

-

19

45

34

-

30

-

30

-

-

-196

-

-

17

51

24

-

27

-

-

-

-

-100

-

-

16

48

24

-

28

-

-

-

-

-70

-

-

18

45

27

-

22

-

-

-

-

-40

-

-

18

45

31

-

25

-

-

-

-

20

-

-

17

50

26

-

24

-

-

-

-

CuSn12-C CC483K

CuSn12Ni2-C CC484K

CuSn11Pb2-C CC482K

CuSn10-C CC480K

CuSn7Zn4Pb7-C CC493K




CuSn10Pb10-C CC495K

CuSn7Pb15-C CC496K

CuSn5Pb20-C CC497K

T E M P E R A T U R i n ° C




°) Werkstoffeigenschaften im Probestab (Mittelwerte)


2.2.3 Festigkeitswerte bei hohenTemperaturenBei zinnhaltigen Kupfer-Gusslegierun-gen fallen die Festigkeitswerte mitansteigender Temperatur ab. Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gussle-gierungen mit oder ohne Bleizusatzsind bis zu einer Temperatur von etwa200°C beanspruchbar.

Bilder 22 bis 24 zeigen die mechani-schen Eigenschaften von CuSn12-C,CuSn5ZnPb5-C und CuSn10Pb10-C, hier-nach nehmen die Zugfestigkeit, die0,2%-Dehngrenze und die Bruchdeh-nung bei höheren Temperaturen ab.

Aus Bild 25 sind Kennwerte für dieKerbschlagzähigkeit von Kupfer-Zinn-Gusslegierungen in Abhängigkeit vonZinngehalt und Temperatur ersichtlich.Bei geringen Zinnzusätzen nimmt dieKerbschlagzähigkeit mit steigender

Temperatur ab, bei z. B. 15 % Zinnge-halt dagegen nehmen die Wertezunächst mit der Temperatur zu unddann wieder ab.

Zur Beurteilung der Langzeitbeanspru-chung bei erhöhten Temperaturenkönnen Kurzzeitwerte nicht herange-zogen werden, da unter dem Einflussvon Spannung und Temperatur ein

Kriechen des Werkstoffes auftritt. Fürdieses Verhalten sind die im Langzeit-versuch ermittelten Zeitstandwertemaßgeblich.

Bild 26 zeigt die Zeitstandfestigkeitfür unterschiedliche Temperaturen vonCuSn5Zn5Pb5-C. Bild 27 gibt für dengleichen Gusswerkstoff die zulässigenBeanspruchungen für eine bleibendeDehnung von 0,01% in 1000 h (Zeit-dehngrenze) in Abhängigkeit von derTemperatur wieder.

2.3 GleiteigenschaftenDie heterogen aufgebauten Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zinn-Zink- und Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen zeichnensich durch vorzügliche Gleiteigen-schaften aus und haben sich für dieHerstellung von Gleitlagern, Gleit-

leisten, Gleitklötzen, Zahnrädern undSchneckenradkränzen gut bewährt. Inder Praxis ist die auftretende Gleitbe-anspruchung für den jeweiligen Ein-satz entscheidend. Für die Größe undArt einer zulässigen Beanspruchungsind die Gleiteigenschaften ausschlag-gebend, die in erster Linie von derGefügeausbildung und damit von derchemischen Zusammensetzung einesWerkstoffes abhängig sind. Die Eigen-schaften vieler Gleitwerkstoffe hängenjedoch nicht nur von der Zusammen-setzung, sondern auch entscheidendvom Gießverfahren ab. So werden z. B.durch das Schleuder- oder Stranggieß-verfahren die Festigkeits-, Gleit- undVerschleißeigenschaften (s. 2.2) grund-legend verbessert. Durch Verbundguss– meist auf festen Stahlstützschalen –wird die Dauerschwingfestigkeit desGleitlagers soweit erhöht, dass Ver-bundgusslagerschalen sehr hohe Kräfteaufnehmen können.

Die Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen,die mit steigendem Bleigehalt demIdealtyp eines aus einem harten Ge-rüst und weichen Bestandteilen beste-henden Gefüges nahe kommen, habengute Gleit- und sehr gute Notlauf-eigenschaften und sind auch für zeit-weiligen Schmierstoffmangel und fürWasserschmierung geeignet. Als Mas-sivguss sind diese Legierungen gegenKantenpressungen recht unempfind-lich. Die ausschließlich als Verbund-guss auf Stahlstützschalen üblicheLegierung CuSn5Pb20-C aus dieserGruppe wird im Motorenbau einge-setzt. Bei den übrigen Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen handelt es sichum gute Gleitwerkstoffe, die u. a. imVerbundguss hergestellt werden kön-nen. Innerhalb dieser Legierungs-gruppe kann CuSn10Pb10-C die größtenLasten aufnehmen.Die Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungenweisen einen aus weicher Grundmassemit harten Gefügeeinlagerungenbestehenden Gefügeaufbau auf undhaben gute Gleiteigenschaften. Ausdieser Gruppe besitzt die LegierungCuSn7Zn4Pb7-C durch die Herstellungin Schleuder- und Strangguss verbes-serte Eigenschaften und hat sich imMaschinenbau als ein gängiger Gleit-werkstoff bestens bewährt. Da er fürviele Anwendungen den Kupfer-Zinn-

Bild 25: Kerbschlagzähigkeit von Kupfer-Zinn-Gusslegierungen in Abhängigkeit vom Zinngehalt und Temperatur (Linien gleicherKerbschlagzähigkeit in J/cm2, Versuche an Izod-Proben) (DKI 2544)

Bild 26: Zeitstandfestigkeit von CuSn5Zn5Pb5-C(DKI 2541)

Bild 27: 0,01%-Zeitdehngrenzevon CuSn5Zn5Pb5-C(Sandguss) (DKI 2542)


Gusslegierungen gleichwertig odersogar überlegen (gute Notlaufeigen-schaften) und dazu kostengünstig ist,konnte er die Anwendung der Kupfer-Zinn-Gusslegierungen zurückdrängen.

Der Gefügeaufbau der Kupfer-Zinn-Gusslegierungen ist gleich mit denender Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierun-gen. Diese Legierungen werden sowohlfür Gleitlager als auch zur Herstellungvon Schneckenradkränzen eingesetzt.Werden diese Legierungen ausschließ-lich für Gleitzwecke eingesetzt, so ver-bessern die zulegierten Bleigehalte dieNotlaufeigenschaften und das Verhal-ten bei Mischreibungsverhältnissen,dagegen sollten die Schneckenrad-kränze zur Vermeidung der Pitting-Bildung möglichst kein Blei, aber stattdessen Nickel enthalten. Daher enthältDIN EN 1982 beide Varianten der Legie-rung CuSn12-C. CuSn10-C ist ein Kon-struktionswerkstoff und wird heute fürGleitzwecke kaum eingesetzt.

2.4 KorrosionsbeständigkeitDie zinnhaltigen Kupfer-Gusswerk-stoffe zählen zu den korrosionsbestän-digsten Kupferwerkstoffen und zeich-nen sich durch hervorragende Wider-standsfähigkeit gegen atmosphärischeEinflüsse aus, da sie sich mit einer fest

haftenden, dichten Schutzschichtüberziehen. Die Beständigkeit gegenverschiedene Atmosphären nimmt mitsteigendem Zinngehalt zu und erreichtein Maximum bei etwa 40 % Zinn, derLegierung mit der intermetallischenVerbindung Cu3Sn. Diese Legierung miteiner weißen Farbe hat ein hohesReflexionsvermögen.Gut bewährt haben sich Kupfer-Zinn-Gusslegierungen gegenüber kohlen-säure- und salzhaltigen Grubenwäs-sern und werden deshalb vielfach imBergbau verwendet. Auch Gehalte anSchwefeldioxid (SO2) und Kohlendioxid(CO2) können das gute Korrosionsver-halten praktisch nicht beeinträchtigen.Sie sind ferner beständig gegen Sulfid-laugen, die als Abfallprodukte in derPapierindustrie und der Zuckerfabrika-tion auftreten. Bleigehalte von 14 bis19 % haben eine günstige Wirkung aufdie Widerstandsfähigkeit gegen Sulfid-laugen in der Zelluloseindustrie.

Bemerkenswert ist die Widerstands-fähigkeit dieser Legierungen gegenBodenkorrosion. Sie werden von denüblichen Baustoffen nicht angegriffen.Von besonderer Bedeutung ist dieBeständigkeit dieser Werkstoffe gegen-über Meerwasser, dadurch werden fürdiese Legierungen diverse Anwen-

dungsgebiete, z. B. im Schiffbau, eröff-net. Bleigehalte von etwa 6 bis 10 %erhöhen die Beständigkeit gegenschwache Säuren, z. B. Essig- undPhosphorsäure.Mehr oder weniger stark angegriffenwerden sie dagegen von Salz-, Schwe-fel- und Salpetersäure sowie vonkonzentrierten alkalischen Lösungen.Hohe Bleigehalte erhöhen die Bestän-digkeit gegen Schwefelsäure. Einigezinnhaltige Kupfer-Gusslegierungensind durch hohe Verschleißfestigkeitgekennzeichnet, hierzu gehören alleKupfer-Zinn-Gusslegierungen. Außer-dem haben die Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen mit Bleigehalten biszu 10 % noch gute Verschleißfestig-keit.Die hohe Kavitationserosionsbestän-digkeit (Bild 28) der Kupfer-Zinn-Gusslegierungen wird durch größereGehalte an Blei beeinträchtigt, denndas ungelöste Blei setzt den bei derKavitation auftretenden Schlagbean-spruchungen in Mikrobereichen nureinen sehr geringen Widerstand ent-gegen. So kann durch Kavitations-erosion Blei ausgewaschen werden.Tabelle 3 enthält einige vergleichendeAngaben über das Verhalten von zinn-haltigen Kupfer-Gusswerkstoffengegenüber verschiedenen Agenzien.

Bild 28: Diverse Pumpenlaufräder mit guter Kavitationserosionbeständigkeit (DKI 6479)

Gusslegierungen ausCu-Sn Cu-Sn-Zn Cu-Sn-Pb


1) in der Getränke- und Lebensmittelindustrie ist eine Verzinnung der Oberfläche erforderlich.2) Wegen der Bildung von Kupferacetylid besteht Explosionsgefahr.1 = geeignet; 2 = bedingt geeignet; 3 = ungeeignet

Tabelle 3: Korrosionsverhalten der Zinnbronzen gegenüber verschiedenen Agenzien

Medium Gusslegierungen ausCu-Sn Cu-Sn-Zn Cu-Sn-Pb

Medium

Aceton 1 1 1Acetylen 2) 3 3 3Alkohol 1) 1 1 1Aluminiumchlorid 3 3 3Aluminiumsulfat 2 2 2Ameisensäure 1 1 1Ammoniak, trocken 1 1 1Ammoniak, feucht 3 3 3Ammoniumchlorid 3 3 3Ammoniumhydroxid 3 3 3Ammoniumnitrat 3 3 3Ammoniumsulfat 2 2 2Anilin 3 3 3Asphalt 1 1 1Äther 1 1 1Äthylenglykol 1 1 1

Bariumchlorid 1 1 1Bariumsulfid 3 3 3Baumwollsamenöl 1) 1 1 1Benzin 1 1 1Benzol 1 1 1Bier 1) 1 2 2Borsäure 1 1 1Butan 1 1 1

Calciumbisulfit 1 2 2Calciumchlorid (sauer) 2 2 2Calciumchlorid (basisch) 3 3 3Calciumhydroxid 3 3 3Calciumhypochlorit 3 2 2Chlor, trocken 1 1 1Chlor, feucht 3 2 2Chromsäure 3 3 3

Eisen(III)-chlorid 3 3 3Eisen(III)-sulfat 3 3 3Eisen(II)-chlorid 3 3 3Eisen(II)-sulfat 3 3 3Erdgas 1 1 1Essig 1) 1 2 2Essigsäure (20-50%) 1) 3 3 3Essigsäureester 1 2 2

Firnis 1 1 1Fluorkieselsäure 2 2 2Flusssäure 2 2 2Formaldehyd 1 1 1Freon 1 1 1Furfurol 1 1 1

Gelatine 1) 1 1 1Gerbsäure 1 1 1Getränke mit Kohlensäure 1) 3 3 3Glukose 1 1 1Glycerin 1 1 1

Heizöl 1 1 1

Kaliumchlorid 1 1 1Kaliumcyanid 3 3 3Kaliumhydroxid 3 3 3Kaliumsulfat 1 1 1Kohlendioxid, trocken 1 1 1Kohlendioxid, feucht 1) 2 2 2Kreosot 2 2 2Kupfersulfat 1 1 1

Lack 1 1 1Lackverdünnung 1 1 1Leim 1 1 1Leinöl 1 1 1

Magnesiumchlorid 1 1 1Magnesiumhydroxid 2 2 2Magnesiumsulfat 1 2 1Melasse 1) 1 1 1Milch 1) 1 1 1Milchsäure 1 2 1

Natriumbikarbonat 1 1 1Natriumbisulfat 3 3 3Natriumchlorid 1 1 1Natriumcyanid 3 3 3Natriumhydroxid 3 3 3Natriumhypochlorid 3 3 3Natriumkarbonat 1 1 1Natriumnitrat 2 2 2Natriumperoxid 2 2 2Natriumphosphat 1 1 1Natriumsilikat 1 2 2Natriumsulfat 1 2 2Natriumsulfid 3 3 3Natriumthiosulfat 3 3 3Nickelchlorid 1 1 1Nickelsulfat 1 1 1

Ölsäure 1 2 2Oxalsäure 1 2 2

Phosphorsäure 1 1 1Pikrinsäure 3 3 3Propan 1 1 1

Quecksilber 3 3 3Quecksilbersalze 3 3 3

Rohrzuckersirup 1) 1 1 1

Salpetersäure 3 3 3Salzsäure 3 3 3Schwefel, fest 3 3 3Schwefelchlorid 3 3 3Schwefeldioxid, trocken 1 1 1Schwefeldioxid, feucht 1 2 2Schwefeltrioxid, trocken 1 1 1Schwefelsäure (unter 78%) 2 2 2Schwefelsäure (über 78%) 3 3 3Seewasser 1 1 1Seifenlösung 1 1 1Stearinsäure 1 1 1

Terpentin 1 1 1Tetrachlorkohlenstoff, trocken 1 1 1Tetrachlorkohlenstoff, feucht 2 2 2Toluol 2 1 1Trichloräthylen, trocken 1 1 1Trichloräthylen, feucht 1 1 1

Wasser, saures Grubenwasser 3 3 3Wasser, Kondenswasser 1 1 1Wasser, Trinkwasser 1 1 1Wasserstoff 1 1 1Wasserstoffperoxid 3 3 3Weinsäure 1 1 1Whisky 1 3 3

Zinkchlorid 3 3 3Zinksulfat 1 1 1Zitronensäure 1 1 1Zuckerrübensirup 1) 1 2 2


3.1 SchmelzenZur Herstellung von Gussstücken ausZinnbronzen dienen bevorzugt fertig-legierte Blöcke, und Gießereirücklauf.Basis für diese Legierung ist nahezu100 % Recyclingmaterial. Die Zusam-mensetzung der Blockmetalle, für dieHerstellung von Gussstücken ausKupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen sowie aus Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen ist inDIN EN 1982 festgelegt.

Kupfer-Zinn-Gusslegierungen könnenauch aus Hüttenkupfer bzw. Elektro-lytkupfer und Reinzinn erschmolzenwerden. Es ist auf die Gasfreiheit derSchmelze besonders zu achten. DasSchmelzen möglichst unter neutralenBedingungen – oft mit nachfolgenderStickstoffspülung – setzt sich zuneh-mend durch.

Die einwandfreie Schmelzequalität istdie Vorraussetzung für einwandfreieGussqualität. Bei der Schmelzführungist möglichst auf geringe Gasgehalte zuachten. Die Wasserstoffaufnahme kanndurch Chargieren von trockenen, sau-beren Einsatzmaterialien und durchoxidierendes Schmelzen weitgehendvermieden werden. Die Löslichkeit desWasserstoffs nimmt bei Kupfer-Zinn-Legierungen mit ansteigendem Zinn-gehalt ab; bei 1200°C weist reinesKupfer eine Wasserstofflöslichkeit vonca. 7 cm3/100 g Metall auf, welche beieinem Zinnzusatz von 35 % in derGrößenordnung von 2 cm3/100 g Metallliegt [3]. Durch die Zugabe von Phos-phor in Form einer Vorlegierung(Phosphorkupfer) ist die Sauerstoff-entfernung sichergestellt. Durch diesenProzess wird gleichzeitig auch eineWasserstoffentfernung erreicht. Erneu-ter Gasaufnahme wird durch gutesAbdecken und leichten Überschuss anDesoxidationsmitteln entgegengewirkt.Nach der Desoxidation sollte allerdingsso schnell wie möglich gegossen wer-den.

3.2 GießenGussstücke aus Zinnbronzen lassensich nach den verschiedensten Gieß-verfahren herstellen. Insbesonderekommen hierfür neben dem Sand-,und Maskengießverfahren auch nochdie Dauerformverfahren Strang-,

Schleuder- und Kokillenguss in Betracht.Entsprechende Beispiele zeigt dasBild 29. Für das Druckgießen kommendiese Legierungen nicht in Frage. DieGießtemperatur hängt auch vom Gieß-verfahren ab und liegt etwa 50 bis100°C oberhalb der Liquidustemperatur(schmelzflüssiger Bereich). Ein be-stimmter Phosphorüberschuss soll dieeinwandfreie Desoxidation derSchmelze gewährleisten.

Bei der Herstellung von Gussformen istein Schwindmaß von etwa 1,3 bis 1,5 %zu berücksichtigen .

Um fehlerhafte Gussstücke zu vermei-den, ist ein turbulenzarmes Gießenerforderlich. Die Formstoffe müsseneine gute Gasdurchlässigkeit gewähr-leisten. Reaktionen mit der Formwandsind zu vermeiden, z. B. durch dasAufbringen einer Schlichteschicht.Strangguss zeichnet sich wegen derraschen und gleichmäßigen Erstarrungin Graphitkokillen – durch ein dichtesGefüge und einheitliche Verteilung derheterogenen Bestandteile aus. BeiKupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungenerreicht man mit dem Strangguss einefeine, gleichmäßige Bleiverteilung.Mit Schleuderguss wird ein dichter,gleichmäßiger Guss erreicht. Es werdenKokillen aus geschlichtetem Stahl oderKupfer eingesetzt. Bei der Herstellungvon Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungenmit dem Schleuderguss sollte die„Fliehkraftseigerung“ beachtet wer-den.Der Verbundguss wird vor allem zumVerbinden von Stahl mit Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen zur Herstellung

von Gleitlagern und Gleitplatten her-angezogen. Die dabei erforderlicheHaftung der beiden Werkstoffe erfolgtdurch Diffusion.

3.3 WärmebehandlungBei Zinnbronzen mit einem α-Gefügekönnen durch Wärmebehandlung nurgeringfügige Veränderungen der Werk-stoffeigenschaften erreicht werden.Dagegen ist die Wärmebehandlung beiLegierungen mit (α+δ)-Eutektoid mög-lich, das Gefüge durch entsprechendeGlühung zu homogenisieren, d. h. denδ-Bestandteil aufzulösen. Die Deh-nung sowie die Zugfestigkeit könnenbei Kupfer-Zinn-Gusslegierungen, z. B. durch eine Glühbehandlung beica. 650°C, gesteigert werden.Eine δ-Auflösung ist bei Gusswerk-stoffen für Reib- und Gleitbeanspru-chung unerwünscht, da der geforderteVerschleißwiderstand dieser Legierun-gen auf dem hohen Anteil des hartenund verschleißfesten (α+δ)-Eutektoidsberuht.Die Eigenschaften von Zinnbronzendurch Wärmebehandlung zu beein-flussen, findet selten Anwendung. Beiaushärtbaren Kupfer-Zinn-Gusslegie-rungen mit höheren Nickelgehaltenerschließt eine Glühbehandlung undAushärtung infolge der erheblich ver-besserten Festigkeitseigenschaftenbesondere Anwendungsgebiete.Bei Zinnbronzen wird gelegentlich einSpannungsfreiglühen erforderlich,womit die Spannungsspitzen abgebautwerden. Ein solches „Entspannungs-glühen“ kann bei Temperaturen zwi-schen 200 und 450°C (vorwiegend bei260°C) durchgeführt werden.

3. Herstellung und Bearbeitung

Bild 29: Anwendungen aus Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (DKI 6437 B)


3.4 Spanabhebende BearbeitungKupferwerkstoffe werden hinsichtlichihrer Spanbarkeit grob in drei Haupt-gruppen unterteilt [7]. In der Aus-klapp-Tabelle ist diese Unterteilungfür die zinnhaltigen Kupfer-Gusswerk-stoffe enthalten.Die Spanbarkeit dieser Gusslegierungenwerden primär durch Zulegieren vonBlei günstig beeinflusst. So sind diebleihaltigen Legierungen mit Ausnah-me von CuSn11Pb2-C ausgezeichnet zuspanen. Gleichfalls kurzbrechendeSpäne ergeben Gusswerkstoffe mitgrößeren (α+δ)-Anteilen.

3.5 Verbindungsarbeiten3.5.1 SchweißenKupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen mit mehr als 2% Blei sind nur bedingt schweißbar

(s. Ausklapp-Tabelle). Kleinere Repa-raturschweißungen sind unter Beach-tung der Maßnahmen, die Überhitzungund Schweißspannungen vermeidenhelfen, möglich [8].Das Gasschweißen an Kupfer-Zinn-Gusslegierungen wird zur Ausbesse-rung von Gussstücken angewendet,z. B. zur Instandsetzung gesprungenerGlocken. Als Schweißzusätze dienenmeist artgleiche gegossene Stäbe unterEinsatz von Flussmittel.Das Lichtbogenhandschweißen wirdnoch zum Auftragschweißen einge-setzt.WIG-Schweißen kommt sowohl zumAusbessern von Gussstücken als auchzum Auftragen von Lagerwerkstoffensowie zum Ausbessern von Lager-flächen und für das Verbinden vonWellenbezügen zur Anwendung. Meist

wird hierfür SG-CuSn12 nach DIN 1733-1als Schweißzusatz eingesetzt. Bei Werk-stücken mit einer Wanddicke unter10 mm ist ein Vorwärmen nicht erfor-derlich. Größere Werkstücke müssenvorgewärmt werden und bereiten trotz-dem noch erhebliche Schwierigkeiten.

Das MIG-Schweißen wird hierfürseltener angewendet, ist aber mit sili-ziumdesoxidiertem Schweißzusatzmöglich.Von den Kupfer-Zinn-Gusslegierungenlässt sich die Legierung CuSn10-C nachDIN EN 1982 (1,5 % Blei als zulässigeBeimengung) gas- und schutzgas-schweißen, geeignete Zusatzwerkstoffesind SG-CuSn6 oder SG-CuSn12 nachDIN 1733-1.Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungennach DIN EN 1982 sind aufgrund ihrer

Bild 30: Spanabhebende Bearbeitung einer Buchse (DKI 6508A)


hohen Bleigehalte nicht schmelz-schweißgeeignet.

3.5.2 LötenKupfer-Zinn, Kupfer-Zinn-Zink- undKupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen las-sen sich alle gut weichlöten, ein Bei-spiel hierfür sind die Lötfittings ausKupfer-Zinn- oder Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen für die Kupferrohrin-stallation. Die Weichlote sollen dabeimindestens 60 % Zinn enthalten. ImLebensmittelbereich wird bevorzugt mitS-Sn97Cu3 nach DIN EN 29453 gearbeitet,als Flussmittel kommen 3.1.1. (F-SW12),3.1.1 (F-SW21) und 3.1.2 (F-SW22) nachDIN 29454-1 in Frage. Das EutektikumZinn-Blei schmilzt schon bei 183°C, da-her haben die Weichlötverbindungenmit Zinn-Blei-Weichloten nur eine sehrgeringe Wärmebeständigkeit. SolcheVerbindungen sind ohne Festigkeitsbe-einträchtigung nur bis max. 110°Cbrauchbar, bei kurzzeitiger Erwärmungbis max. 150°C. Bei Kurzzeiterwärmungkönnen z. B. S-Sn95Sb5 oder S-Sn97Cu3– beide haben eine Solidustemperaturvon 230°C – eingesetzt werden. Gussteile aus zinnhaltigen Kupferguss-legierungen, die weniger als 1,5 % Bleienthalten, lassen sich mit Silberhart-loten (DIN EN 1044) gut hartlöten(s. Ausklapp-Tabelle). Bei Meerwasser-beanspruchung sollte das Hartlot min-destens 40 % Silber (besser 50 %) ent-halten. Als Flussmittel werden zumHartlöten bis zu einer Arbeitstempera-tur von 800°C das FH 10, über 800°Cdas FH 21 nach DIN EN 1045 herange-zogen.

3.5.3 KlebenGussteile aus Zinnbronzen lassen sicheinwandfrei kleben. So werden z. B.vielfach Gleitlagerschalen aus Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen in dieAchslager von Lokomotiven eingeklebt.Vorzugsweise werden Klebstoffe aufEpoxid- und Acrylharzbasis eingesetzt.Außerdem sind noch eine Reihe vonKlebstoffen auf dem Markt, die je nachAnwendungsfall zum Einsatz kommen.Voraussetzung für eine gute Klebver-bindung ist die Vorbereitung der zuverbindenden Flächen durch Entfetten,Beizen, Schmirgeln, Sandstrahlen usw.Vorteilhaft ist in manchen Fällen dasAufbringen einer Zwischenschicht, z. B.einer Chromatschicht, als Haftgrund.

Weiterführende Angaben enthaltenhierzu DIN 53281-1, VDI/VDE 2251, Bl. 5,VDI 3821, VDI 2229 sowie der DKI-Infor-mationsdruck „Kleben von Kupfer undKupferlegierungen“ [9].

3.5.4 Mechanische VerbindungenZinnbronzen können durch Nietenoder Schrauben verbunden werden.Falls die Gussteile korrosiver Bean-spruchung – z. B. durch Meerwasser –ausgesetzt sind, sollten, um einemögliche Kontaktkorrosion auszu-schließen, artähnliche Verbindungs-elemente eingesetzt werden.Zum Nieten kommen als Nietwerk-stoffe CuSn4 bzw. CuNi2Si nachDIN CEN/TS 13388 in Frage.Schrauben ist das gegebene Verbin-dungsverfahren, wenn die Verbindun-gen lösbar sein müssen. Meist ist alsSchraubenwerkstoff CU4 nachDIN EN 28839, in Gebrauch, der derLegierung CuSn6 nach DIN EN 28839entspricht. Aber es werden auch CuSn4und CuSn8 als Schraubenwerkstoffeeingesetzt.

3.6 OberflächenbehandlungDie Oberflächen von Gussteilen auszinnhaltigen Kupferlegierungen müs-sen meist gereinigt, behandelt undveredelt werden [10]. Dadurch könnengewünschte Oberflächeneigenschaftenerreicht werden, die u. a. die mecha-nische und chemische Belastbarkeitunter den Gebrauchsbedingungenerhöhen.Funktionelle und dekorativ wirkendeOberflächenstrukturen sowie ein Ver-festigen der Randzone werden durchStrahlen erzielt. Strahlmittelwerkstoff,-form und -korngröße bestimmen dasErgebnis. Egalisieren der Oberfläche,Mattieren, Seidenglanzpolieren undVerfestigen sind die überwiegendenEffekte, die durch Strahlbearbeitungauf Kupferwerkstoffen erzeugt werden.Das Schleifen erfolgt von Hand anScheiben, die an Schleifböcken rotie-ren, und mit transportablen Schleif-scheiben, die an Handmotoren odereiner biegsamen Welle laufen. FlacheTeile werden bevorzugt mit Schleif-band geschliffen. Freihand- und Kon-taktverfahren sind übliche Techniken.Besonders große Flächen werden imBand- bzw. Pendelschleifverfahren aufTischmaschinen bearbeitet, die bis

zum vollautomatischen Betrieb ausge-rüstet sein können.Mechanisches Polieren erfolgt eben-falls von Hand an Tuchscheiben.Polierböcke und Handmaschinen sindübliche Vorrichtungen. Massenteilewerden auf Polierautomaten bearbei-tet. Um die Polierwirkung der Scheibezu unterstützen und um die derPolierarbeit ausgesetzte Flächenpartienicht zu überhitzen, werden Polier-fette, -wachse und -emulsionen ver-wendet. Es gibt Polierhilfen mit ein-formulierten Inhibitoren, die ein Oxi-dieren und Anlaufen der frisch polier-ten Oberfläche über einen längerenZeitraum verhindern. Vor allem schütt-bare Massenteile aus zinnhaltigenKupfergusslegierungen sind geeignet,durch Trommeln geschliffen, geglättetund poliert zu werden. Man vermengtdas zu polierende Gut mit kerami-schen, mineralischen oder/und metal-lenen Schleif- oder Polierkörpern, denChips, oder mit polierten Kugeln. Eswird außerdem eine wässerige Be-handlungslösung zugegeben, diereinigende, schleifende, polierende,entoxidierende und eventuell auchnoch passivierende Zusätze enthält.Heiße, wässerige Lösungen von Alka-lien sind in Gebrauch, wenn in einerVerfahrensfolge nass-in-nass weiter-gearbeitet, z. B. galvanisiert, wird. Daselektrolytische Entfetten ist die letztereinigende Behandlungsstufe vor demGalvanisieren.Durch Beizen wird Zunder, wie er z. B.durch Wärmebehandlung entsteht,entfernt. Aber auch Gusshaut undOxidschichten werden abgebeizt.Üblich sind Beizlösungen aus ver-dünnter Schwefelsäure und Beizgemi-sche mit Gehalten an Schwefel- undSalpetersäure. Diese Lösungen enthal-ten außerdem Zusätze zum Inhibierendes Beizangriffs auf die Gussober-fläche, zur Glanzgebung und zumPassivieren. Schwieriger als Kupfer-oxide lässt sich das hellfarbene Zinn-oxid entfernen. Dabei ist ein teilweisesLösen der metallischen Randzone inverdünnter Salpetersäure notwendig.Wegen der beim Applizieren vonSalpetersäure aufkommenden Umwelt-und Hygieneprobleme setzt sich dasBeizen mit Wasserstoffperoxid/Schwefelsäurelösungen immer mehrdurch.


Die beschichtende Oberflächenver-edelung spielt für die Zinnbronzeneine besondere Rolle. Beim Feuerver-zinnen werden die Gussteile in eineZinnschmelze getaucht. Das verwende-te Zinn muss hochrein sein. Zu be-rücksichtigen ist, dass bei bleihaltigenGusswerkstoffen Blei in den Zinnüber-zug diffundiert.Beim Wischverzinnen werden die Teileauf Löttemperatur vorgewärmt undanschließend wird das bei Kontakt mitder heißen Gussoberfläche schmelz-ende Zinn z. B. mit einem Glaswolle-büschel oder einem Pinsel mit Glas-fasern verwischt. Dieses Verfahren hatvor allem für Einzelstücke Bedeutung.Das Diffusionsverzinnen erfolgt durchTauchen der Teile in SnCl2-haltige Salz-schmelzen bei etwa 400°C Reaktions-temperatur.

Für Gussteile, die mit Nahrungs- undGenussmitteln in Kontakt kommen, istnormalerweise eine Verzinnung erfor-derlich. Durch Flammspritzen werdenSchichten aus Metallen, Legierungen,Hart-, Super- und Sonderlegierungen,aus hochschmelzenden Werkstoffenund aus Keramik aufgebracht.Galvanische Oberzüge bieten einenahezu unerschöpfliche Palette vonMetallen, Legierungen, Cermets undVerbundsystemen. Silber, Gold, Nickel,Chrom, Cadmium, Zinn und Zinn-Blei-Legierungen lassen sich leicht aufbrin-gen. Auch bei nicht absolut poren-dichten Schichten sind wegen derhohen Korrosionsbeständigkeit desTrägerwerkstoffes aus zinnhaltigenKupfer-Gusslegierungen keine Nach-teile zu befürchten. Diese gehören zujenen Kupferwerkstoffen, die sich,

meist im Kunstgewerbe, am schwierig-sten chemisch färben lassen [11].Patina ist einfach zu erzeugen, aucheinige braune und schwarze Nuancensind leicht möglich.Mit ansprechenden Effekten, auchmeist im Kunstgewerbe, werden Guss-teile aus zinnhaltigen Kupferlegie-rungen emailliert. Ein Schutz gegenAnlaufen ist das Lackieren mit Klar-lack. Im Freien bieten Lackschichtenauf Acrylharzbasis für Jahre einenzuverlässigen Schutz gegen atmosphä-rische Einflüsse. Voraussetzung für diegute Haftung des Lackfilmes ist einesachgemäße Vorbehandlung derMetalloberfläche. Für das Lackierenkönnen alle Applikationstechnikeneingesetzt werden.

Bild 31: Bearbeitung eines Armaturengehäuses in einer Aufspannung (DKI 6338A)


Zinnbronzen bieten eine Palette vonAnwendungsmöglichkeiten an, da siesich durch vielseitige und interessanteEigenschaften auszeichnen. Währendviele korrosions- und meerwasserbe-ständig sind, gibt es eine ganze Reihevon Legierungen mit guten Gleit- undNotlaufeigenschaften, einige weisendaneben hohe Verschleißfestigkeit undKavitationsbeständigkeit auf. Einenach Legierungen geordnete Übersichthinsichtlich der Anwendungsbeispielegibt die Ausklapp-Tabelle wieder.Im Maschinenbau und in der allge-meinen Technik bestehen Kälte-,Sauerstoff-, Heißdampf-, Hochdruck-und Säurearmaturen, Pumpenkörperund -ventile, Gleitlager, Kolben-stangen, Schnecken-, Schrauben- undZahnräder vielfach aus Kupfer-Zinn-Gusslegierungen (Bild 32).

Die mengenmäßig größte Anwen-dungsgruppe innerhalb der Bronzenbilden die Kupfer-Zinn-Zink-Guss-legierungen. Sie werden für das Bau-wesen zu Armaturen und Schraub-,Löt- und Pressfittingen im Bereich derSanitär und Heizungstechnik (Bild 33)verarbeitet. Die Legierungen entspre-chen in ihrer Zusammensetzung denneuesten Hygieneanforderungen derDIN 50930-6 und sind bei entspre-chender Zusammensetzung im Trink-

wasser uneingeschränkt einsetzbar.Dort zeichnen sie sich außerdem durchihre hohe Korrosionsbeständigkeit aus(Bild 34).

Des Weiteren finden Bauteile aus die-sen Legierungen Anwendung in hyd-raulischen Anlagen, in der Flüssiggas-produktion und in der Antriebstechnik,dort als Gleitlager sowie Zahnrädereingesetzt (Bild 32). Aufgrund des ge-ringen Bleizusatzes erfüllt der Werk-

stoff die Hygieneanforderungen und behält dabei dennoch seine sehr guteBearbeitbarkeit, was für Guss-, Bohr-und Drehteile aller Art – auch zurBearbeitung auf Automaten – einewichtige Voraussetzung ist.

Die Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungenwerden u. a. als Werkstoffe für Gleit-lager und für schwefelsäurebeständigeArmaturen eingesetzt.

Aufgrund der Korrosionsanforderungendes Meerwassers verarbeitet derSchiffbau Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen für Arma-turen, Pumpenkörper, Messgeräte-gehäuse und andere meerwasserbean-spruchte Teile.

4. Anwendung

Bild 32: Gedrehte Buchsen aus Strangguss-Vormaterial, Werkstoff: Kupfer-Zinn-Gusslegierungen(DKI 6448)

Bild 34: Mischventilgehäuse aus CCuuSSnn55ZZnn55PPbb33--CC (DKI 6329A)

Bild 33: Pressfitting aus Kupfer-Zinn-Zink-Bronze (DKI 6480)


Im Automobilbau werden Zinnbronzenz. B. für Benzinpumpen eingesetzt.In der chemischen Industrie und inder Nahrungsmittelindustrie kommenFormteile aus Zinnbronzen für korro-sions- und verschleißfeste sowieschwefelsäurebeständige Ventile, Ven-tilsitze, Laufräder und Pumpenkörperin Frage (Bild 35).

In der Papierfabrikation, im Drucke-reiwesen und in der Textilindustriebestehen viele Rohrarmaturen, Pum-pen, Ventilteile und allgemeine korro-sionsfeste Gussteile sowie Druckwalzen und -platten zum Bedrucken vonTextilien und Papier (Tapeten) ausKupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen.Für die Elektrotechnik werden Klein-bauteile aus Formguss, z. B. Anschluss-klemmen, Hebel, Konsolen, Nocken,Schaltwerkteile, Lager usw. ausKupfer-Zinn-Gusslegierungen gefertigt.Kupfer-Zinn-Gusslegierungen (mitetwa 20 % Zinn) sind als „Glocken-bronzen“ die gegebenen Werkstoffefür Glocken.Auch im Kunsthandwerk finden diezinnhaltigen Kupfer-Gusslegierungenfür Statuen und Denkmäler Anwen-dung (Bild 36).

Lote und Schweißzusatzwerkstoffe ausKupfer-Zinn-Legierungen werden ingroßem Umfang zum Hartlöten bzw.Schweißen eingesetzt, z. B. zur Her-stellung säurebeständiger Verbindun-gen an Kupferwerkstoffen, zum Hart-löten bzw. Schweißen von Nickel undNickellegierungen, für Auftragshart-lötungen auf Stahl oder Gusseisen,zum Plattieren von Eisenwerkstoffen

mit weicher Lagerbronze, zur korro-sionssicheren Schweißung von Kunst-bronzen usw.Kupfer-Zinn-Legierungen dienen auchals Überzug auf Eisen und Nichteisen-metallen. Dabei wird der Werkstoffgalvanisch oder nach dem Metall-spritzverfahren aufgebracht.

Bild 36: „Pferd“ von Hermann Schwaben. Bronzeplastik 23x34x5 cm Abmessung (DKI 6438)

Bild 35: Pumpengehäuse aus CCuuSSnn1100--CC (DKI 6329E)


klebungen; Proben,Herstellung

DIN EN 53281-3 Prüfung von Metallkleb-stoffen und Metallkle-bungen; Proben, Kenn-daten des Klebvorgangs

DIN 1733-1 Schweißzusätze fürKupfer und Kupferlegie-rungen; Zusammenset-zung, Verwendung undTechnische Lieferbedin-gungen

DIN EN 28839 Mechanische Eigen-schaften von Verbin-dungselementen;Schrauben und Mutteraus Nichteisenmetallen

VDI 2229 Metallkleben; Hinweisefür Konstruktion undFertigung

VDI/VDE 2251 Feinwerkelemente; Ver-bindungen; Übersicht

Weitere NormenDIN 1690-10 Technische Lieferbedin-

gungen für Gussstückeaus metallischen Werk-stoffen; ErgänzendeFestlegungen für Stahl-guss für höher bean-spruchte Armaturen

DIN 50131 Prüfung metallischerWerkstoffe; Schwind-maßbestimmung

VDG P 378 Gießen von Probestäbenaus Kupfer-Gusslegie-rungen für den Zugver-such (Sandguss undKokillenguss)

*) Diese Liste erhebt keinen Anspruchauf Vollständigkeit. Gültig sind jeweilsdie neuesten Ausgaben der Normen.

DIN EN 1981 Kupfer und Kupfer-legierungen – Vorlegie-rungen

AllgemeintoleranzenDIN 1687-1 Gussrohteile aus

Schwermetalllegierun-gen – Sandguss – Allge-meintoleranzen, Bear-beitungszugaben; Nichtfür Neukonstruktionen

DIN 1687-3 Gussrohteile ausSchwermetalllegierun-gen; Kokillenguss,Allgemeintoleranzen,Bearbeitungszugaben

DIN 1687-4 Gussrohteile ausSchwermetalllegierun-gen; Druckguss,Allgemeintoleranzen,Bearbeitungszugaben

VerbindungsarbeitenDIN EN 29453 Weichlote; Chemische

Zusammensetzung undLieferformen

E DIN 1707, Weichlote; Chemische T 100 Zusammensetzung und

Lieferformen

DIN EN 29454-1 Flussmittel zum Weich-löten, Einteilung undAnforderungen; Teil 1:Einteilung, Kennzeich-nung und Verpackung

DIN EN 1044 Hartlöten; Lötzusätze

DIN EN 1045 Hartlöten – Flussmittelzum Hartlöten – Eintei-lung und technischeLieferbedingungen

DIN EN 923 Klebstoffe – Benennun-gen und Definitionen

DIN EN 53281-1 Prüfung von Metall-klebstoffen und Metall-klebungen; Proben,Klebflächenvorbehand-lung

DIN EN 53281-2 Prüfung von Metall-klebstoffen und Metall-

Literatur[l] H. Wübbenhorst: Zum frühen

Bronzeguss in Asien, Ägypten undEuropa Gießerei 68 (1981) 25,S. 751-755.

[2] Legierungen des Kupfers mit Zinn,Nickel, Blei und anderen Metallen(Fachbuch); Deutsches Kupfer-institut, Berlin 1970.

[3] H.-J. Wallbaum: „Kupfer“ in:Landolt-Börnstein l, „Zahlenwerteund Funktionen“, 2. Teil, Band-teil 6, S. 639-890; Springer-Verlag, Berlin 1964.

[4] Werkstoff-Handbuch Nichteisen-metalle, Teil 111 Cu VDI-Verlag,Düsseldorf 1960.

[5] Guss aus Kupfer und Kupferlegie-rungen; Technische RichtlinienGDM, VDG und DKI, Düsseldorf,1997.

[6] Metals Handbook, 9th editionASM, Metals Park, Ohio 1981.

[7] Richtwerte für die spanende Bear-beitung von Kupfer und Kupferle-gierungen (Informationsdruck i. 18),Deutsches Kupferinstitut.

[8] Schweißen von Kupfer undKupferlegierungen (Fachbuch)Deutsches Kupferinstitut.

[9] Kleben von Kupfer und Kupferle-gierungen (Informationsdruck i. 7)Deutsches Kupferinstitut.

[l0] Priv. Mitteilung H. Benninghoff,freier beratender Ingenieur, Neumünster.

[ll] Chemisches Färben von Kupfer undKupferlegierungen (Fachbuch)Deutsches Kupferinstitut.

Normen*)

Zusammensetzung und EigenschaftenDIN EN 1982 Kupfer und Kupferlegie-

rungen – Blockmetalleund Gussstücke

DIN ISO 4382-1 Gleitlager; Kupferlegie-rungen; Kupfer-Guss-legierungen für Massiv-und Verbundlager

DIN ISO 4383 Gleitlager; MetallischeVerbundwerkstoffe fürdünnwandige Gleitlager


Verlagsprogramm

Dach und WandVerhalten von Kupferoberflächen an derAtmosphäre; Bestell-Nr. s. 131

Dachdeckung und Außenwandbekleidung mitKupfer; Bestell-Nr. i. 30

Ausschreibungsunterlagen für Klempner-arbeiten an Dach und Fassade

Blau-Lila-Färbungen an Kupferbauteilen

SanitärinstallationKupfer in Regenwassernutzungsanlagen;Bestell-Nr. s. 174

Metallene Werkstoffe in der Trinkwasser-Installation; Bestell-Nr. i. 156

Durchführungsanleitungen für die Kupferrohr-verarbeitung zum Rahmenlehrplan GWI 1/92„Unlösbare Rohrverbindung und Rohrverarbei-tung“; Bestell-Nr. i. 157

Die fachgerechte Kupferrohrinstallation;Bestell-Nr. i. 158

Die fachgerechte Installation von thermischenSolaranlagen; Bestell-Nr. i. 160

WerkstoffeSchwermetall-Schleuder- und Strangguss -technische und wirtschaftliche Möglichkeiten;Bestell-Nr. s. 165

Zeitstandeigenschaften und Bemessungskenn-werte von Kupfer und Kupferlegierungen fürden Apparatebau; Bestell-Nr. s. 178

Ergänzende Zeitstandversuche an den beidenApparatewerkstoffen SF-Cu und CuZn20AI2;Bestell-Nr. s. 191

Einsatz CuNi10Fe1Mn plattierter Bleche fürSchiffs- und Bootskörper / Use of Copper-NickelCladding on Ship and Boat Hulls; Bestell-Nr. s. 201

Kupfer-Nickel-Bekleidung für Offshore-Platt-formen / Copper-Nickel Cladding for OffshoreStructures; Bestell-Nr. s. 202

Werkstoffe für Seewasser-RohrleitungssystemeMaterials for Seawater Pipeline Systems;Bestell-Nr. s. 203

Kupfer / Vorkommen, Gewinnung, Eigenschaf-ten, Verarbeitung, Verwendung; Bestell-Nr. i. 4

Niedriglegierte Kupferwerkstoffe;Bestell-Nr. i. 8

Kupfer-Zink-Legierungen (Messing undSondermessing); Bestell-Nr. i. 5

Rohre aus Kupfer-Zink-Legierungen;Bestell-Nr. i. 21

Bänder, Bleche, Streifen aus Kupfer-Zink-Legierungen; Bestell-Nr. i. 22

Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen (Neusilber);Bestell-Nr. i. 13

Kupfer-Zinn-Knetlegierungen (Zinnbronzen);Bestell-Nr. i. 15

Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (Zinnbronzen);Bestell-Nr. i. 25

Kupfer-Nickel-Legierungen; Bestell-Nr. i. 14

Kupfer-Aluminium-Legierungen; Bestell-Nr. i. 6

Dekorativer Innenausbau mit Kupferwerkstoffen

Messing – Ein moderner Werkstoff mit langerTradition

Von Messing profitieren – Drehteile im Kosten-vergleich

Von Messing profitieren – Mit Messing instal-lieren

Messing ja – Spannungsrisskorrosion mussnicht sein!

Messing ja – Entzinkung muss nicht sein!

Bronze – unverzichtbarer Werkstoff derModerne

Verarbeitung

Konstruktive Gestaltung von Formgussstückenaus Kupferwerkstoffen; Bestell-Nr. s. 133

Kupfer-Zink-Legierungen für die Herstellungvon Gesenkschmiedestücken;Bestell-Nr. s. 194

Löten von Kupfer und Kupferlegierungen;Bestell-Nr. i. 3

Kleben von Kupfer und Kupferlegierungen;Bestell-Nr. i. 7

Schweißen von Kupferlegierungen; Bestell-Nr. i. 12

Richtwerte für die spanende Bearbeitung vonKupfer und Kupferlegierungen; Bestell-Nr. i. 18

Elektrotechnik

Drehstrom, Gleichstrom, Supraleitung – Energie-Übertragung heute und morgen;Bestell-Nr. s. 180

Brandsichere Kabel und Leitungen; Bestell-Nr. s. 181

Energiesparen mit Spartransformatoren; Bestell-Nr. s. 183

Fehlauslösungen von Fehlerstrom-Schutz-einrichtungen; Bestell-Nr. s. 184

Wechselwirkungen von Blindstrom-Kompen-sationsanlagen mit Oberschwingungen; Bestell-Nr. s. 185

Sparen mit dem Sparmotor; Bestell-Nr. s. 192

Bedarfsgerechte Auswahl von Kleintransforma-toren; Bestell-Nr. s. 193

Energiesparpotentiale bei Motoren und Trans-formatoren; Bestell-Nr. i. 1

Kupferwerkstoffe in der Elektrotechnik undElektronik; Bestell-Nr. i. 10

Kupfer in der Elektrotechnik – Kabel undLeitungen

Kupfer spart Energie

Geld sparen mit Hochwirkungsgrad-Motoren

Umwelt / Gesundheit

Versickerung von Dachablaufwasser; Bestell-Nr. s. 195

Kupfer in kommunalen Abwässern und Klär-schlämmen; Bestell-Nr. s. 197

Sachbilanz einer Ökobilanz der Kupfererzeu-gung und –verarbeitung; Bestell-Nr. s. 198

Sachbilanz zur Kupfererzeugung unter Berück-sichtigung der Endenergien; Bestell-Nr. s. 199

Untersuchung zur Bleiabgabe der Messing-legierung CuZn39PB3 an Trinkwasser – Test-verfahren nach British Standards BS 7766 andNSF Standard 61; Bestell-Nr. s. 200

Kupfer – Lebensmittel – Gesundheit;Bestell-Nr. i. 19

Recycling von Kupferwerkstoffen; Bestell-Nr. i. 27

Kupfer und Kupferwerkstoffe ein Beitrag zuröffentlichen Gesundheitsvorsorge;Bestell-Nr. i. 28

Kupfer – der Nachhaltigkeit verpflichtet

Kupfer in unserer Umwelt

Natürlich Kupfer – Kupfer ökologisch gesehen

Doorknobs: a source of nosocomial infection?

Wieviel Blei gelangt ins Trinkwasser?

Spezielle ThemenKupferwerkstoffe im Kraftfahrzeugbau;Bestell-Nr. s. 160

Kupfer – Naturwissenschaften im UnterrichtChemie; Bestell-Nr. s. 166

Ammoniakanlagen und Kupfer-Werkstoffe?;Bestell-Nr. s. 210

Kupferwerkstoffe in Ammoniakkälteanlagen;Bestell-Nr. s. 211

Kupfer – Ein Metall mit Zukunft; Bestell-Nr. i. 75

Kupferrohre in der Kälte-Klimatechnik, für technische und medizinische Gase;Bestell-Nr. i. 164

DKI-Fachbücher* je EUR 4,35Kupfer

Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen

Chemische Färbungen von Kupfer und Kupfer-legierungen

Kupfer als Werkstoff für Wasserleitungen

Kupferrohre in der Heizungstechnik

Kupfer in der Landwirtschaft

Guss aus Kupfer und Kupferlegierungen – Technische Richtlinien

Kupfer im Hochbau EUR 24,00****

Planungsleitfaden Kupfer – Messing – BronzeEUR 17,90****

Architektur und SolarthermieDokumentation zum Architekturpreis EUR 25,00

CD-ROM des Deutschen KupferinstitutsWerkstoff-Datenblätter EUR 10,00

Kupferschlüssel EUR 10,00

Solares Heizen EUR 10,00

Was heißt hier schon „harmonisch“?EUR 10,00

Faltmuster für Falzarbeiten mit KupferMuster für Ausbildungsvorlagenin der Klempnertechnik EUR 10,00

LehrhilfeWerkstoffstechnik – Herstellungsverfahren

EUR 10,00

LernprogrammDie fachgerechte Kupferrohr-Installation

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Das Deutsche Kupferinstitut verleiht kostenlosdie nachstehend aufgeführten Filme und Videos:

„Kupfer in unserem Leben“Videokassette, 20 Min.; Schutzgebühr EUR 21,50.Verleih kostenlos

„Fachgerechtes Verbinden von Kupferrohren“Lehrfilm, Videokassette, 15 Min.; SchutzgebührEUR 10,00. Verleih kostenlos

„Kupfer in der Klempnertechnik“Lehrfilm, Videokassette, 15 Min.; SchutzgebührEUR 10,00. Verleih kostenlos

* Fachbücher des DKI sind über den Fach-buchhandel zu beziehen oder ebenso wieSonderdrucke, Informationsdrucke undInformationsbroschüren direkt vomDeutschen Kupferinstitut, Am Bonneshof 5,40474 Düsseldorf.

** Dozenten im Fach Werkstofftechnik anHochschulen erhalten die Mappenkostenlos

*** Sonderkonditionen für Berufsschulen**** Sonderkonditionen für Dozenten und Stu-

denten

Fordern Sie bitte unverbindlich das Dienst-leistungs- und Verlagsverzeichnis des DKI an.



Für die Anwendung maßgebend ist die Norm in der jeweils gültigen Fassung


Ausklapp-Tabelle: Genormte gegossene Zinnbronzen

Kennzeichnungnach DIN EN 1982

Werkstoff-Nummer

nach DIN EN1982

Alte Kennzeichenn. DIN 1705

bzw. DIN 1716

Alte Werkstoff-

Nr.

Kupfer

Cu

Gew. %

Nickel

Ni

Gew. %

Phosphor

P

Gew. %

Blei

Pb

Gew. %

Zinn

Sn

Gew. %

Alu-minium

Al

Gew. %

Eisen

Fe

Gew. %

Mangan

Mn

Gew. %

Schwefel

S

Gew. %

Antimo

Sb

Gew. %

1. Normbezeichnung 2. Chemische Zusammensetzung in Gew. %

85,0-88,5 < 2,0 < 0,6 < 0,7 11,0-13,0 < 0,01 < 0,2 < 0,2 < 0,05 < 0,15

84,5-87,5 1,5-2,5 0,05-0,40 < 0,3 11,0-13,0 < 0,01 < 0,2 < 0,2 < 0,05 < 0,1

83,5-87,0 < 2,0 < 4,0 0,7-2,5 10,5-12,5 < 0,01 < 0,20 < 0,2 < 0,08 < 0,2

88,0-90,0 < 2,0 < 0,2 < 1,0 9,0-11,0 < 0,01 < 0,2 < 0,10 < 0,05 < 0,2

81,0-85,01) < 2,0 < 0,10 5,0-8,0 6,0-8,0 < 0,01 < 0,2 < 0,10 < 0,3

80,0-87,01) < 2,0 < 0,10 8,0-10,0 4,0-6,0 < 0,01 < 0,25 < 0,2 < 0,10 < 0,5

78,0-82,01) < 2,0 < 0,10 8,0-11,0 9,0-11,0 < 0,1 < 0,25 < 0,2 < 0,10 < 0,5

74,0-80,01) 0,5-2,0 < 0,10 13,0-17,0 6,0-8,0 < 0,01 < 0,25 < 0,20 < 0,10 < 0,5

70,0-78,01) 0,5-2,5 < 0,10 18,0-23,0 4,0-6,0 < 0,01 < 0,25 < 0,20 < 0,10 < 0,75

86,0-90,01) < 1,0 < 0,05 < 2,0 5,5-6,5 < 0,01 < 0,25 - < 0,10 < 0,25

85,0-89,01) < 0,2 < 0,10 2,5-3,5 6,0-8,0 < 0,01 < 0,2 < 0,10 < 0,25

83,0-87,01) < 2,0 < 0,10 4,0-6,0 4,0-6,0 < 0,01 < 0,3 < 0,10 < 0,25

81,0-86,01) < 2,0 < 0,05 3,0-6,0 2,0-3,5 < 0,01 < 0,5 < 0,10 < 0,30

CuSn12-C - GS

CuSn12-C - GM

CuSn12-C - GZ

CuSn12-C - GC

CuSn12Ni2-C - GS

CuSn12Ni2-C - GZ

CuSn12Ni2-C - GCCuSn11Pb2-C - GS

CuSn11Pb2-C - GZ

CuSn11Pb2-C - GCCuSn11P-C - GSCuSn11P-C - GMCuSn11P-C - GZCuSn11P-C - GCCuSn10-C - GSCuSn10-C - GMCuSn10-C - GZCuSn10-C - GC

CuSn7Zn4Pb7-C - GSCuSn7Zn4Pb7-C - GMCuSn7Zn4Pb7-C - GZCuSn7Zn4Pb7-C - GCCuSn7Zn2Pb3-C - GSCuSn7Zn2Pb3-C - GMCuSn7Zn2Pb3-C - GZCuSn7Zn2Pb3-C - GC

CuSn5Zn5Pb5-C - GS

CuSn5Zn5Pb5-C - GMCuSn5Zn5Pb5-C - GZCuSn5Zn5Pb5-C - GCCuSn3Zn8Pb5-C - GSCuSn3Zn8Pb5-C - GZCuSn3Zn8Pb5-C - GC

CuSn5Pb9-C - GSCuSn5Pb9-C - GMCuSn5Pb9-C - GZCuSn5Pb9-C - GCCuSn6Zn4Pb2-C - GSCuSn6Zn4Pb2-C - GMCuSn6Zn4Pb2-C - GZCuSn6Zn4Pb2-C - GCCuSn10Pb10-C - GSCuSn10Pb10-C - GMCuSn10Pb10-C - GZCuSn10Pb10-C - GC

CuSn7Pb15-C - GS

CuSn7Pb15-C - GZ

CuSn7Pb15-C - GC

CuSn5Pb20-C - GS

CuSn5Pb20-C - GZCuSn5Pb20-C - GC

G-CuSn12

GM-CuSn12

GZ-CuSn12

GC-CuSn12

G-CuSn12Ni

GZ-CuSn12Ni

GC-CuSn12NiG-CuSn12Pb

GZ-CuSn12Pb

GC-CuSn12Pb

-

G-CuSn10GM-CuSn10GZ-CuSn10GC-CuSn10

G-CuSn7ZnPbGM-CuSn7ZnPbGZ-CuSn7ZnPbGZ-CuSn7ZnPbG-CuSn6ZnNi

GM-CuSn6ZnNiGZ-CuSn6ZnNiGC-CuSn6ZnNi

G-CuSn5ZnPb

GM-CuSn5ZnPbGZ-CuSn5ZnPbGC-CuSn5ZnPbG-CuSn2ZnPbGZ-CuSn2ZnPbGC-CuSn2ZnPb

-

-

G-CuPb10SnGM-CuPb10SnGZ-CuPb10SnGC-CuPb10Sn

G-CuPb15Sn

GZ-CuPb15Sn

GC-CuPb15Sn

G-CuPb20Sn

GZ-CuPb20SnGC-CuPb20Sn

2.1052.01

2.1052.02

2.1052.03

2.1052.04

2.1060.01

2.1060.03

2.1060.042.1061.01

2.1061.03

2.1061.04

-

2.1050.012.1050.022.1050.032.1050.04

2.1090.012.1090.022.1090.032.1090.042.1093.012.1093.022.1093.032.1093.04

2.1096.01

2.1096.022.1096.032.1096.042.1098.012.1098.032.1098.04

-

-

2.1176.012.1176.022.1176.032.1176.04

2.1182.01

2.1182.03

2.1182.04

2.1188.01

2.1188.032.1188.04

87,0-89,5 < 0,1 0,5-1,0 < 0,25 10,0-11,5 < 0,01 < 0,10 < 0,05 < 0,05 < 0,05

1) einschließlich Nickel

Hinweis: GS=Sandguss, GM=Kokillenguss, GZ=Schleuderguss, GC=Strangguss

Hinweis auf die Spanbarkeit: 1 = sehr gut, 2 = gut bis mäßig, 3 = mäßig bis schwer

CC483K

CC484K

CC482K

CC481K

CC480K

CC493K

CC492K

CC491K

CC490K

CC494K

CC498K

CC495K

CC496K

CC497K


5. Technologische Eigenschaften4. Mechanische Eigenschaften 6. Span-H


n Silizium

Si

Gew. %

Zink

Zn

Gew. %

Dichte

g/cm2

Schmelz-bereich

°C

Schwind-maß

%

elektr.Leit-

fähigkeitbei 20 °C

MS/m

Wärme-leitfähig-keit bei

20 °CW/(m*K)

Längen-ausdeh-nungs-koeffi-zient

10-6/K

Elasti-zitäts-modul

GPa

Biege-wechsel-festigkeit

MPa

Scher-festigkeit

MPa

Span-barkeit

Zug-festigkeit

Rm (MPa)

0,2 %-Dehn-grenze

RP0,2 (MPa)

Bruch-dehnung

A (%)

Brinell-härteHB10

3. Physikalische Eigenschaften

< 0,01 < 0,5 8,6 830-1000 1,5 6,2 54 18,5 90-110 90 195-210 3

< 0,01 < 0,4 8,6 830-1010 1,5 6,2 54 17,5 90-110 140 210-225 3

< 0,01 < 2,0 8,7 830-1000 1,5 6,2 54 18,5 90-110 130 195-210 2

< 0,02 < 0,5 8,7 830-1020 1,5 7,0 59 18,5 90-110 100 200-215 3

< 0,01 2,0-5,0 8,8 860-1020 1,3-1,5 7,5 64 18,5 98-115 110 180-190 1

< 0,01 < 2,0 9,0 850-1030 1,4 6,0 54 18,7 75-83 70-85 110-135 1

< 0,01 < 2,0 9,0 850-1000 1,4 6,0 54 18,7 75-83 70-85 110-135 1

< 0,01 < 2,0 9,1 880-1030 1,4 7,0 63 18,8 75-80 - 110-135 1

0,01 < 2,0 9,3 900-950 1,5 8,5 71 19,3 74-78 - 95-120 1

< 0,01 3,0-5,0 8,7 830-1030 1,3-1,5 7,9 69 18,5 90-96 80 200-215 1

< 0,01 1,5-3,0 8,7 830-1030 1,3-1,5 7,9 69 18,5 90-96 80 200-215 1

< 0,01 4,0-6,0 8,7 860-1030 1,3-1,5 8,5 71 18,2 65-105 75 165-175 1

< 0,01 7,0-9,5 8,7 830-1040 1,3-1,5 8,5 71 18,0 90-95 110 155-170 1

< 0,01 < 0,05 8,6 830-1010 1,5 6,0 52 18,0 90-110 100 195-210 3

260

270

280

300

280

300

300260

280

280250310330350250270280280

230230260260230230260270

200

220250250180220220

160200200200200220240240180220220220

170

200

200

150

170180

140

150

150

150

160

180

180130

150

150130170170170130160160170

120120120120130130130130

90

11011011085100100

6080909011011011011080110110110

80

90

90

70

8090

7

5

5

6

12

8

105

5

5524518101010

1512121214121212

13

61313151212

7569151212128368

8

7

8

5

67

80

80

90

90

85

95

9580

90

906085858570808080

6060707065707070

60

656565607070

556060606570707060657070

60

65

65

45

5050

artlöt und Schweißbarkeit

Kennzeichnungnach DIN EN 1982


Hartlöten Gas-schwei-

ßen

Schutz-gas-

schwei-ßen

Hinweise für die VerwendungBemerkungen

gut mittel mittel

gut mittel mittel

Kuppelsteine und Kuppelstücke, unter Last bewegte Spindelmuttern, Schnecken-und Schraubenräder.

Ring- und rohrförmige Konstruktionsteile sowie Längsprofile, z. B. Schnecken-radkränze, Zylindereinsätze, hochbelastete Stell- und Gleitleisten.

Hochbelastete Kuppelsteine und Kuppelstücke, unter Last bewegte Spindel-muttern, höher beanspruchte schnelllaufende Schnecken- und Schraubenrad-kränze. Hochbeanspruchte Armaturen- und Pumpengehäuse, Leit-, Lauf- undSchaufelräder für Pumpen- und Wasserturbinen. Belastungskennwerte fürSchneckenräder bei Dauerlauf je nach Leitgeschwindigkeit p=1,5 bis 8 MPa, beikurzzeitiger Belastung p=20 bis 25 MPa.

mittel schlecht mittel

Gleitlager mit hohen Lastspitzen (Stoßbelastungen bis 60 MPa) hochbe-anspruchte Gleitplatten und Leisten.

Ring- und rohrfömige Konstruktionsteile, unter Last bewegte Muttern, höchst-beanspruchte, schnelllaufende Schnecken- und Schraubradkränze. Belastungs-kennwerte für Schneckenräder bei Dauerlauf je nach Gleitgeschwindigkeit p=2 bis 12,5 MPa, bei kurzzeitiger Belastung p=20 bis 25 MPa.

Gleitlager mit hohen Lastspitzen für p bis 120 MPa, z. B. Kurbel- undKniehebellager, Kolbenbolzenbuchsen, Buchsen für Kranlaufräder, unter Lastmit hoher Geschwindigkeit bewegte Spindelmuttern, sehr hoch belasteteGleitleisten.

gut mittel gut

mittel schlecht schlecht

schlecht schlecht -

schlecht schlecht -

schlecht schlecht -

schlecht schlecht -

gut mittel schlecht

Lager auch mit hohen Gleitgeschwindigkeiten; Lager für Mahlmaschinen,Wasserpumpen, Kalt-und Folienwalzwerke, Spitzenbeanspruchung bei guterSchmierung bis p=40 MPa. Korrosionsbeständige Armaturen und Gussstücke.Hochbeanspruchte Verbundlager in Verbrennungsmotoren, z. B. Kolbenbolzen-buchsen mit Beanspruchungen bis p=70 MPa.

gut mittel schlecht

Wasser- und Dampfarmaturengehäuse bis 226°C, normal beanspruchte Pumpen-gehäuse und dünnwandige verwickelte Gussstücke.

mittel schlecht schlecht

mittel schlecht schlechtDie Legierung wird speziell für dünnwandige Armaturen (bis 12 mm Wanddicke)verwendet, geeignet bis 225°C.

Wird bereits vielfach als Konstruktionswerkstoff verwendet.

Armaturen- und Pumpengehäuse, Leit-, Lauf- und Schaufelräder für Pumpen-und Wasserturbinen.

Einsatzmöglichkeiten wie CC482K und CC483K.

Lagerbuchsen, Gleitlager.

Pumpengehäuse, dünnwandig verwickelte Gussstücke.

Gleitlager mit hohen Flächendrücken, bei denen Kantenpressungen auftretenkönnen, z. B. Kalenderwalzen, Fahrzeuglager, Lager für Warmwalzwerke, Spitzen-beanspruchungen bei guter Schmierung bis p=60 MPa.Bei Verbundlagern in Verbrennungsmotoren, Beanspruchung bis 100 MPa, z. B. Kolbenbolzen und Getriebebuchsen, Anlaufscheiben.

Lager mit hohen Flächendrücken, bei denen starke Kantenpressungen auftretenkönnen. Lager ohne Weißmetallausguss, auch mit eingegossenen Kupferkühl-rohren für Kaltwalzwerke. Spitzenbeanspruchung bei guter Schmierung bis p=50 MPa.

Lagerwerkstoff mit guten Gleit- und Notlaufeigenschaften bei zeitweiligemSchmierstoffmangel und bei Wasserschmierung, als Verbundgusswerkstoffgeeignet, gut beständig gegen Schwefelsäure.

Lagerwerkstoff mit besten Gleiteigenschaften, besonders gute Notlaufeigen-schaften bei zeitweiligem Schmierstoffmangel und bei Wasserschmierung. AlsVerbundgusswerkstoff geeignet. Gut beständig gegen Schwefelsäure. Gieß-technisch schlechtere Eigenschaften als G-CuPb15Sn, der deshalb zu bevorzugenist.

Verbundlager für Verbrennungsmotoren, bevorzugt Kolbenbolzenbuchsen miteiner max. Beanspruchung bis 70 MPa, säurebeständige Armaturen und Guss-stücke.

Mittelharter Gleitlagerwerkstoff mit guten Notlaufeigenschaften;meerwasserbeständig.

Konstruktionswerkstoff, gut gießbar, weich- und bedingt hartlötbar,meerwasserbeständig.

Mittelharter Konstruktionswerkstoff, gut gießbar, korrosionsbeständig, gegen-über Gebrauchwassern, auch bei erhöhten Temperaturen.

Gleitwerkstoff „weicher“ Werkstoff ähnlich CC495K mit höheren Kupfer- undniedrigeren Zink-Gehalten.

Konstruktionswerkstoff mit brauchbaren mechanischen Eigenschaften undDehnung, gut gießbar, ähnlich CC492K, jedoch mit niedrigeren Blei- und Zink-Gehalten, meerwasserbeständig.

Lagerwerkstoff mit guten Gleiteigenschaften und guter Verschleißfestigkeit, alsVerbundgusswerkstoff geeignet, gute Korrosionsbeständigkeit.

Konstruktionswerkstoff mit guter Festigkeit und Dehnung, gut gießbar,meerwasserbeständig.

Werkstoff mit guter Verschleißfestigkeit, korrosions- und meerwasserbeständig.Aus dieser Legierung wurden die Werkstoffe CuSn12Ni2-C - GS und CuSn11Pb2 - GS entwickelt, die sich durch eine erhöhte Festigkeit undVerschleißfestigkeit bzw. verbesserte Notlaufeigenschaften auszeichnen.

Siehe CuSn12-C - GS Eigenschaften, jedoch gleichmäßiger, 0,2%-Dehngrenze,Zugfestigkeit und Härte höher.

Konstruktionswerkstoff mit sehr guter Verschleißfestigkeit, korrosions- undmeerwasserbeständig, widerstandsfähig gegen Kavitationsbeanspruchungen.

Lagerwerkstoff mit guter Notlaufeigenschaft und Verschleißfestigkeit; korrosions- und meerwasserbeständig.

Siehe CuSn12Ni2-C - GS - Eigenschaften, jedoch gleichmäßiger, 0,2%-Dehn-grenze, Zugfestigkeit und Härte höher.

Siehe G-CuSn11Pb2-C Eigenschaften, jedoch gleichmäßiger, 0,2%-Dehngrenze, Zugfestigkeit und Härte höher.

Konstruktionswerkstoff mit hoher Dehnung, korrosions- und meerwasserbe-ständig.

Legierung aus Großbritanien. Neigt aufgrund des hohen Phosphorgehaltes zuFormstoffreaktionen. Phosphor steigert die Härte und Festigkeit auf Kosten derDehnung.

CuSn12-C - GS

CuSn12-C - GM

CuSn12-C - GZ

CuSn12-C - GC

CuSn12Ni2-C - GS

CuSn12Ni2-C - GZ

CuSn12Ni2-C - GCCuSn11Pb2-C - GS

CuSn11Pb2-C - GZ

CuSn11Pb2-C - GCCuSn11P - GSCuSn11P - GMCuSn11P - GZCuSn11P - GCCuSn10-C - GSCuSn10-C - GMCuSn10-C - GZCuSn10-C - GC

CuSn7Zn4Pb7-C - GSCuSn7Zn4Pb7-C - GMCuSn7Zn4Pb7-C - GZCuSn7Zn4Pb7-C - GCCuSn7Zn2Pb3-C - GSCuSn7Zn2Pb3-C - GMCuSn7Zn2Pb3-C - GZCuSn7Zn2Pb3-C - GC

CuSn5Zn5Pb5-C - GS

CuSn5Zn5Pb5-C - GMCuSn5Zn5Pb5-C - GZCuSn5Zn5Pb5-C - GCCuSn3Zn8Pb5-C - GSCuSn3Zn8Pb5-C - GZCuSn3Zn8Pb5-C - GC

CuSn5Pb9-C - GSCuSn5Pb9-C - GMCuSn5Pb9-C - GZCuSn5Pb9-C - GCCuSn6Zn4Pb2-C - GSCuSn6Zn4Pb2-C - GMCuSn6Zn4Pb2-C - GZCuSn6Zn4Pb2-C - GCCuSn10Pb10-C - GSCuSn10Pb10-C - GMCuSn10Pb10-C - GZCuSn10Pb10-C - GC

CuSn7Pb15-C - GS

CuSn7Pb15-C - GZ

CuSn7Pb15-C - GC

CuSn5Pb20-C - GS

CuSn5Pb20-C - GZCuSn5Pb20-C - GC

mittel schlecht mittel

Auskunfts- und Beratungsstellefür die Verwendung von Kupfer und Kupferlegierungen

Am Bonneshof 540474 DüsseldorfTelefon: (0211) 4 79 63 00Telefax: (0211) 4 79 63 [email protected]

www.kupferinstitut.de

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Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink- Gusslegierungen ... · PDF fileDie in DIN EN 1982 (Tab. 27 bis 30, Stand 12.98) genormten Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen mit Zinn (0,5 bis 11%)