Klassifizierung und Eigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen
Kupfer und Kupferlegierungen sind eine der Hauptkategorien kommerzieller Metalle. Sie bieten ein breites Spektrum an Eigenschaften, darunter hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit, gute Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit sowie gutes Aussehen. Sie lassen sich leicht bearbeiten, löten und schweißen.
Auswahl an Kupfer und Kupferlegierungen
Zu den wichtigsten Auswahlkriterien für Kupfer und Kupferlegierungen gehören:
Elektrische Leitfähigkeit: Kupfer ist das leitfähigste technische Metall. Silber oder andere Elemente können hinzugefügt werden, um die Festigkeit, die Erweichungsbeständigkeit oder andere Eigenschaften zu erhöhen, ohne dass die Leitfähigkeit wesentlich verloren geht.
Wärmeleitfähigkeit: Diese Eigenschaft ähnelt der elektrischen Leitfähigkeit. Für diese Eigenschaft eignen sich Kupferlegierungen, bei denen eine gute Korrosionsbeständigkeit den erhöhten Leitfähigkeitsverlust der Legierung ausgleicht.
Farbe und Aussehen: Viele Kupferlegierungen haben einzigartige Farben, die sich je nach Witterungseinflüssen des Objekts ändern können. Bei den meisten Legierungen ist es einfach, Oberflächen selbst unter widrigen Korrosionsbedingungen auf hohem Niveau vorzubereiten und zu erhalten. Viele Legierungen werden in dekorativen Anwendungen verwendet, entweder in ihrer ursprünglichen Form oder nach der Metallisierung. Diese Legierungen sind in bestimmten Farben erhältlich, die von Lachsrosa für Kupfer über Gelb-, Gold- und Grüntöne bis hin zu tiefem Bronze bei Witterungseinflüssen reichen. Wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird, entsteht eine grüne oder bronzene Oberfläche, und für einige Produktformen sind Vorlegierungen erhältlich.
Einfache Herstellung: Die meisten Legierungen können leicht gegossen, warm oder kalt geformt, bearbeitet, verbunden usw. werden. Diese Legierungen sind oft der Standard, mit dem andere Metalle verglichen werden.
Legierungseigenschaften
Viele Legierungen sind mischkristallverfestigt, basieren jedoch auf der Kupferkristallstruktur und weisen eine gute Duktilität auf. Die meisten Legierungen können durch Kaltumformung weiter verstärkt werden, wodurch die Zug- und Ermüdungsfestigkeit erhöht und gleichzeitig die nützliche Duktilität beibehalten wird. Einige Legierungen können durch Dispersionsverstärkung und andere durch Aushärtung auf sehr hohe Festigkeitsniveaus erreicht werden.
verschiedene Arten von Metalllegierungen
Bei Kupfer handelt es sich im Wesentlichen um handelsübliches reines Kupfer, das normalerweise sehr weich und duktil ist und einen Gesamtverunreinigungsgehalt von bis zu etwa 0,7 % aufweist. Diese Materialien werden aufgrund ihrer elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, ihres Aussehens und ihrer Farbe sowie ihrer einfachen Verarbeitung verwendet. Sie haben die höchste elektrische Leitfähigkeit aller technischen Metalle und sind sehr duktil, leicht zu löten und oft zu schweißen. Zu den typischen Anwendungen gehören elektrische Leitungen und Armaturen, Sammelschienen, Wärmetauscher, Dächer, Wandverkleidungen, Wasserleitungen, Luftleitungen und Prozessgeräte.
Hochkupferlegierungen enthalten geringe Mengen verschiedener Legierungselemente wie Beryllium, Chrom, Zirkonium, Zinn, Silber, Schwefel oder Eisen. Diese Elemente verändern eine oder mehrere grundlegende Eigenschaften von Kupfer, wie z. B. Festigkeit, Kriechfestigkeit, Bearbeitbarkeit oder Lötbarkeit. Die meisten Einsatzmöglichkeiten ähneln denen oben für Kupfer, allerdings sind die Einsatzbedingungen extremer.
Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung mit bis zu 45 % Zink, möglicherweise mit der Zugabe kleiner Mengen Blei zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit und Zinn zur Festigkeitssteigerung. Kupfer-Zink-Legierungen sind einphasig und enthalten im Schmiedezustand bis zu etwa 37 % Zink. Einphasenlegierungen weisen eine ausgezeichnete Duktilität auf und werden für eine bessere Festigkeit typischerweise im kaltverformten Zustand verwendet. Legierungen mit mehr als etwa 37 % Zink sind Duplexlegierungen und haben eine höhere Festigkeit als einphasige Legierungen, aber eine begrenzte Duktilität bei Raumtemperatur. Duplex-Messing wird normalerweise gegossen oder wärmebehandelt. Typische Verwendungszwecke von Messing sind Konstruktionen, gezogene und rotierende Behälter und Komponenten, Kühlerkerne und -tanks, elektrische Anschlüsse, Stecker und Leuchten, Schlösser, Türgriffe, Namensschilder, Klempnerbeschläge, Befestigungselemente, Kartuschen und Zylinder für Pumpensätze.
Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn sowie mindestens einer Legierung aus Phosphor, Aluminium, Silizium, Mangan und Nickel. Diese Legierungen können eine hohe Festigkeit erreichen und weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Sie werden in Federn und Vorrichtungen, Metallformwerkzeugen, Lagern, Buchsen, Anschlüssen, Kontakten und Steckverbindern sowie Bauzubehör und -funktionen verwendet. Die Verwendung von Gussbronze für Statuen ist allgemein bekannt.
Kupfernickel ist eine Legierung aus Kupfer und Nickel, die geringe Mengen Eisen und manchmal geringe Mengen anderer Legierungen wie Chrom oder Zinn enthält. Die Legierung weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in Wasser auf und wird häufig in Meerwasseranwendungen wie Wärmetauschern, Kondensatoren, Pumpen und Rohrleitungssystemen sowie Schiffsrumpfummantelungen eingesetzt.
Neusilber enthält 55–65 % Kupfer, legiert mit Nickel und Zink, und manchmal wird Blei hinzugefügt, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Diese Legierungen sind nach ihrem Aussehen benannt, das Sterlingsilber ähnelt, obwohl sie kein Silber enthalten. Sie werden in Schmuck und Namensschildern sowie als Träger für Silberplatten (EPNS) sowie als Federn, Befestigungselemente, Münzen, Schlüssel und Kamerateile verwendet.
