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Unterschiede zwischen Kupfer, Messing und Bronze

Einführung

Kupfer, Messing und Bronze werden oft als „rote Metalle“ bezeichnet. Obwohl sie sich farblich sehr ähneln, unterscheiden sie sich deutlich in ihrer Zusammensetzung, ihren Eigenschaften und ihren Anwendungsbereichen. Um das richtige Material für Ihr Projekt auszuwählen, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen Kupfer, Messing und Bronze zu verstehen. Dieser Artikel vergleicht die Eigenschaften dieser drei Metalle aus verschiedenen Perspektiven und untersucht, wie diese Eigenschaften ihre Anwendungsbereiche beeinflussen. Ziel ist es, Ihnen wertvolle Informationen und Anregungen für die Materialauswahl Ihres Projekts zu geben.

 

Unterschiede zwischen Kupfer, Messing und Bronze

Aussehen

Obwohl Kupfer, Messing und Bronze allesamt “rote Metalle” sind, verleihen ihnen ihre unterschiedlichen Zusammensetzungen ein unterschiedliches metallisches Aussehen.

Reines Naturkupfer weist einen rötlich-braunen Farbton mit metallischem Glanz auf.

Messing hat ein helles, goldenes Aussehen, ähnlich wie Gold. Als Legierung aus Kupfer und Zink wird die Farbe von Messing durch seine chemische Zusammensetzung beeinflusst. Bei einem hohen Kupferanteil ähnelt die Farbe des Messings eher dem rötlichen Braun von reinem Kupfer; bei einem hohen Zinkanteil ähnelt die Farbe eher einem hellen Goldgelb.;

Bronze hat insgesamt eine dunkelgoldene Farbe.

MaterialKupferMessingBronze
AussehenRot-oranger metallischer GlanzHoher Zinkgehalt: Strahlend goldene Farbe

Hoher Kupfergehalt: Rotbraune Farbe, nahezu reines Kupfer

Mattgoldene Farbe

Gängige Sorten und chemische Zusammensetzung

Kupfer

Kupfer ist eines der wenigen reinen Metalle, die in der Natur vorkommen. Im Folgenden werden einige gängige Arten von reinem Kupfer vorgestellt.

Sauerstofffreies Kupfer

Sauerstofffreies Kupfer wird als OFC bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine Art von elektrolytisch raffiniertem Reinkupfer. Der Sauerstoffgehalt dieser Reinkupfer liegt unter 0,0011 TP3T, also nahezu bei null.

Sauerstofffreies elektronisches (OFE) Kupfer

Dieses Reinkupfer hat einen Kupfergehalt von 99,991 % TPD und einen Sauerstoffgehalt von 0,00051 % TPD. Es wird in einer streng kontrollierten, sauerstofffreien Umgebung verarbeitet.

Elektrolytisches Hartpech (ETP) Kupfer

Dieses Reinkupfer wird hauptsächlich durch elektrolytische Schmelze hergestellt. Es ist das am häufigsten in elektrischen Anwendungen eingesetzte Reinkupfer. Die Kupferreinheit beträgt 99,91 % TDP und der Sauerstoffgehalt liegt zwischen 0,021 % TDP und 0,041 % TDP.

Desoxidiertes Kupfer mit hohem Phosphorgehalt (DHP)

DHP-Kupfer wird durch Zugabe von Phosphor hergestellt, um das Kupfer zu desoxidieren und so reines Kupfer mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Dieses reine Kupfer wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie beispielsweise Kabeladern, Transformatoren, Schützen usw. in der Energiewirtschaft.

Tellur Kupfer

Tellurkupfer ist eine Kupferlegierung, der Spuren von Tellur zugesetzt werden. Tellur wird Kupfer beigemischt, um dessen Verarbeitungseigenschaften zu verbessern. Tellurkupfer eignet sich ideal zur Herstellung verschiedener Schneidwerkzeuge.

Berylliumkupfer

Berylliumkupfer ist eine Kupferlegierung, der 0,5–31 % Beryllium zu reinem Kupfer beigemischt sind. Beryllium erhöht die Festigkeit und Härte des Materials deutlich. Berylliumkupfer wird zur Herstellung von Präzisionszahnrädern, Lagern und anderen verschleißfesten Bauteilen verwendet.

Tabelle für Reinkupfer und Kupferlegierungen sowie deren chemische Zusammensetzung

Zusammensetzung % Maximum (sofern nicht als Bereich oder Minimum angegeben)
KupferartenUNS Nr.CuOPTeSeiAlSiCoFe
Sauerstofffreies elektronisches (OFE) KupferC1010099,99 Min.
Sauerstofffreies KupferC1020099,95 Min.0.001
Elektrolytisches Hartpech (ETP) KupferC1100099,90 Min.
Desoxidiertes Kupfer mit hohem Phosphorgehalt (DHP)C1220099,90 Min.0,015–0,040
Desoxidiertes Kupfer mit hohem Phosphorgehalt (DHP)C1200099,90 Min.0,004–0,012
Tellur KupferC1450099,90 Min.0,004–0,0120,40–0,7
BerylliumkupferC17200Rest1,80–2,000.20.2
BerylliumkupferC17500Rest0,4–0,70.20.22.4–2.70.1

 

Messing

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, wobei der Kupferanteil höher ist. Kupfer macht etwa zwei Drittel des Gesamtanteils aus, Zink etwa ein Drittel. Zur Verbesserung der Eigenschaften von Kupfer-Zink-Legierungen können weitere Elemente wie Arsen, Blei, Phosphor, Aluminium, Mangan und Silizium hinzugefügt werden. Gängige Messinglegierungen sind:

Admiralitäts-Messing

Admiralitätsmessing ist eine Kupfer-Zink-Legierung mit einem Kupfergehalt von ca. 701 % (TP3T), einem Zinkgehalt von ca. 291 % (TP3T) und einem Zinnanteil von 11 % (TP3T). Der Zinnanteil verleiht Admiralitätsmessing eine höhere Korrosionsbeständigkeit in maritimen Anwendungen. Gängige Sorten von Admiralitätsmessing unterscheiden sich hauptsächlich durch ihren Gehalt an Arsen, Antimon und Phosphor. Admiralitätsmessing wird üblicherweise zu Blechen und Rohren verarbeitet und kann zur Herstellung von Kondensatorrohren, Verdampfer- und Wärmetauscherrohren, Destillierrohren und Destillierapparaten verwendet werden.

Marinemessing

Marinemessing besteht aus etwa 591 % Kupfer, 401 % Zink und 11 % Zinn sowie einer geringen Menge Blei. Im Vergleich zu Admiralitätsmessing weist Marinemessing einen geringeren Kupfer- und einen höheren Zinkgehalt auf. Das enthaltene Zinn hemmt das Auslaugen von Zink. Marinemessing findet breite Anwendung in der Herstellung von Schiffsausrüstung.

Gelbmessing und Rotmessing

Gelbmessing ist eine Kupfer-Zink-Legierung mit hohem Zinkgehalt. Der Kupfergehalt liegt zwischen 601 % TPT und 701 % TPT, der Zinkgehalt zwischen 301 % TPT und 401 % TPT. Rotmessing zeichnet sich durch einen hohen Kupfergehalt (in der Regel 85 % TPT) und einen Zinkgehalt von 15 % TPT aus. Rotmessing wird häufig mit Gelbmessing verglichen. Aufgrund des hohen Kupfergehalts weist Rotmessing eine rötliche Farbe und eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Es wird zur Herstellung von Metallprodukten in Umgebungen mit Meerwasser oder Chemikalien eingesetzt. Gelbmessing hingegen hat einen hohen Zinkgehalt, wodurch es eine goldene Farbe annimmt und sich gut verarbeiten lässt. Es eignet sich zur Herstellung von Zierteilen, Türgriffen, Lampen, Accessoires usw.

Messingpatrone

Patronenmessing besteht hauptsächlich aus etwa 70% Kupfer (Cu) und 30% Zink (Zn). Diese Kupfer-Zink-Legierung wird häufig zur Herstellung von Patronenhülsen verwendet, daher der Name.

Automatenmessing

Automatenmessing hat einen Kupfergehalt von ca. 601 % und einen Zinkgehalt von ca. 351 %. Es enthält 2,51–3,01 % Blei. Beim Schneiden wirken die Bleipartikel als Schmiermittel, wodurch die Späne sauberer brechen und leichter abgeführt werden können – daher der Name Automatenmessing.

Architektonisches Messing

Architektonisches Messing hat einen Kupfergehalt von 601 % und einen Zinkgehalt von 30–401 %. Durch die Zugabe von Blei und Eisen lassen sich die Verarbeitbarkeit und Festigkeit der Messinglegierung verbessern. Der hohe Zinkgehalt verleiht ihr ein goldenes Aussehen und eine hohe ästhetische Wirkung, wodurch sie sich hervorragend für bestimmte architektonische Außenkonstruktionen eignet.

Messinguhr

Uhrenmessing besteht zu etwa 601 % aus Kupfer und zu 301 % bis 401 % aus Zink, ergänzt durch Spuren von Blei und Eisen. Blei und Eisen verbessern die Festigkeit, Haltbarkeit und Bearbeitbarkeit der Kupfer-Zink-Legierung, weshalb Uhrenmessing zur Herstellung von Präzisionsteilen, wie beispielsweise Uhrenteilen, verwendet werden kann.

Messinglegierungssorten und Tabelle der chemischen Zusammensetzung

Zusammensetzung %
MessingtypenUNS Nr.CuSnPbFeZnAlsSbP
Admiralitäts-MessingC4430070.0-73.00.9-1.20.070,06 maxRest0.02-0.06
Admiralitäts-MessingC4440070.0-73.00.9-1.20.070,06 maxRest0.02-0.10
Admiralitäts-MessingC4450070.0-73.00.9-1.20.070,06 maxRest0.02-0.10
MarinemessingC4640059.0-62.00.50-1.00,2 max0,1 maxRest
MarinemessingC4820059.0-62.00.50-1.00.4-1.00,1 maxRest
MarinemessingC4850059.0-62.00.50-1.01.3-2.20,1 maxRest
GelbmessingC2600068.5-71.50,07 max0,05 maxRest
GelbmessingC2700063.0-68.50,09 max0,07 maxRest
GelbmessingC2720062.0-65.00,07 max0,07 maxRest
GelbmessingC2740061.0-64.00,09 max0,05 maxRest
MessingpatroneC2600068.5-71.50,07 max0,05 maxRest
RotmessingC2300084.0-86.00,05 max0,05 maxRest
AutomatenmessingC3600060.0-63.02.5-3.00,35 maxRest
Architektonisches MessingC3850055,0–59,02,5–3,50,35 maxRest
MessinguhrC3530060,0–63,01,5–2,50,10 maxRest

Bronze

Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn mit einem Zinngehalt von 121 % bis 12,51 %. Weitere Metallelemente wie Aluminium, Mangan, Nickel, Zink, Nichtmetalle wie Phosphor oder Halbmetalle wie Arsen oder Silicium können hinzugefügt werden. Diese Zusätze verbessern die Materialeigenschaften von Kupfer-Zinn-Legierungen.

Aluminiumbronze

Aluminiumbronze ist eine Bronze, deren Hauptlegierungselement Aluminium ist (41–111 % Aluminium). Sie enthält außerdem Eisen, Nickel und Mangan. Aluminiumbronze ist bekannt für ihre Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und wird daher hauptsächlich zur Herstellung von Gleitlagern und Fahrwerkskomponenten für Flugzeuge, Ventilen, Motorenkomponenten (insbesondere für Seeschiffe), Unterwasserbefestigungen für Schiffe und Schiffsschrauben verwendet.

Phosphorbronze

Phosphorbronze ist eine Legierung aus Phosphor und Kupfer. Der Zinngehalt liegt zwischen 0,51 % TP3T und 111 % TP3T, der Phosphorgehalt zwischen 0,011 % TP3T und 0,351 % TP3T. Zinn verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit der Phosphorbronze, während Phosphor die Verschleißfestigkeit und Steifigkeit erhöht. Durch die Zugabe von 0,51 % TP3T bis 31 % Blei lassen sich die Schneideigenschaften der Phosphorbronze verbessern. Phosphorbronze findet Verwendung in der Herstellung von Federn, Schrauben, Buchsen, Lagern usw.

Zinnbronze

Hauptbestandteil der Legierung von Zinnbronze ist Zinn, dessen Reinheitsgrad 12% und höher erreichen kann. Spuren von Blei sind ebenfalls enthalten. Zinnbronze zeichnet sich durch hervorragende Gießbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit aus und eignet sich daher zur Herstellung von Zahnrädern, Buchsen, Lagern, Pumpenlaufrädern usw.

Hochbleihaltige Zinnbronze-Legierungen

Diese Zinnbronze-Legierung weist einen hohen Bleigehalt von etwa 71 % bis 30 % auf. Der hohe Bleigehalt verleiht ihr eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und gute Zerspanbarkeit. Zinnbronze-Legierungen besitzen einen Mechanismus zur langsamen Verschleißminderung, der Verschleiß und Fressen vorübergehend verhindern kann. Dieser Mechanismus beruht darauf, dass Blei aus der Legierung austritt und sich auf der Oberfläche des Zapfens ablagert. Daher findet diese Zinnbronze-Legierung breite Anwendung in Lagern und Buchsen.

Siliziumbronze

Hauptbestandteil von Siliziumbronze ist Silizium mit einem Gehalt von 2,51 % bis 61 %. Genau genommen wird diese Kupferlegierung je nach Zink- und Zinngehalt entweder als Rotsiliziummessing oder Rotsiliziumbronze bezeichnet. Bei einem höheren Zink- und einem niedrigeren Zinngehalt verhält sich die Legierung eher wie Messing; bei einem höheren Zinn- und einem niedrigeren Zinkgehalt ähnelt sie eher Bronze. Der Siliziumgehalt verleiht dieser Kupfer-Silizium-Legierung eine höhere Korrosionsbeständigkeit in maritimen Anwendungen und sorgt zudem für höhere Festigkeit und Härte.

Manganbronze

Manganbronze ist eine hochfeste Bronzelegierung, deren Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit durch Legierungselemente wie Mangan, Aluminium und Zinn deutlich erhöht werden. Sie weist eine Zugfestigkeit von bis zu 110.000 PSI auf und eignet sich für Anwendungen, die Verschleißfestigkeit und hohe Belastbarkeit erfordern.

Bronzelegierungssorten und chemische Zusammensetzung

KupferartenUNS Nr.CuPbFeZnAlMnPSiSnNi
AluminiumbronzeC61400Rest0.011.5-3.50.26.0-8.010.015
AluminiumbronzeC9540085411
AluminiumbronzeC95500814114
PhosphorbronzeC51000Rest0,05 max0,10 max0,30 max0,03–0,354.2-5.8
PhosphorbronzeC52100Rest0,05 max0,10 max0,20 max0,03–0,357,0–9,0
ZinnbronzeC907008911
ZinnbronzeC9050087.5210
ZinnbronzeC9130080.519
ZinnbronzeC9320083736.9
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9340083.588
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9350084.5915.2
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9360081127
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC93700809.510
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC938007714.56.9
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9390078166
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9400070.51513
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9410075.5205.5
Hochbleihaltige Zinnbronze-LegierungenC9430069.5255.2
SiliziumbronzeC65500Rest0,05 max0,8 max1,5 max.0.5-1.32.8-3.80,6 max
ManganbronzeC6750057-600,2 max0.8-2Rest0,25 max0.05-0.50.5-1.5
ManganbronzeC86300633256.23.8

 

Härte

Von den drei Werkstoffen weist Messing unter normalen Bedingungen die höchste Härte auf. Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, wobei Zink die Festigkeit und Härte des Materials erhöht. Je höher der Zinkanteil im Messing ist, desto härter ist es und desto besser hält es mechanischen Belastungen und Reibung stand. Messing eignet sich für die Herstellung von Präzisionszahnrädern, Ventilen, Hardwareteilen, elektronischen Steckverbindern und anderen Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit und mechanische Festigkeit erfordern. Die Härte von herkömmlicher Bronze ist geringer als die von Messing. Durch die Zugabe von Legierungselementen lässt sich die Härte von Bronze jedoch effektiv verbessern. Phosphorbronze, Siliziumbronze, Aluminiumbronze usw. weisen alle eine höhere Härte als Messing auf. Gleichzeitig ist Bronze hoch korrosionsbeständig und wird häufig in maritimen Anwendungen wie Offshore-Anlagen, Schiffen, Propellern usw. eingesetzt. Für maritime Anwendungen ist Bronze eine Lösung, die sowohl Härte als auch Korrosionsbeständigkeit vereint. Kupfer hat die geringste Härte, und Härte ist nicht sein Hauptvorteil. Bei der Werkstoffwahl muss jedoch bedacht werden, dass härtere Werkstoffe in der Regel spröder sind.

MetallMetallartRockwell-Härte (B-Skala)
KupferKupfer10
MessingRotmessing65
Messingpatrone55
Gelbmessing55
BronzeBronze42
Schmuck Bronze47
Architektonische Bronze65
Phosphorbronze78
Siliziumbronze75
Aluminiumbronze77

 

Stärke

Wenn wir über die Festigkeit eines Materials sprechen, meinen wir üblicherweise seine Zugfestigkeit und Streckgrenze. Bronze weist von den drei Materialien die höchste Zugfestigkeit und Streckgrenze auf und eignet sich daher besonders für Anwendungen, die hohe Festigkeit, hohe Verschleißfestigkeit und gute Belastbarkeit erfordern, wie beispielsweise Zahnräder und Schneckengetriebe, Lager und Gleitlagerbuchsen, Schiffspropeller usw. Messing ist schwächer als Bronze und wird daher hauptsächlich für leicht belastete Maschinenteile oder Teile ohne hohe Beanspruchung verwendet, wie beispielsweise Ventilarmaturen, Muttern und Schrauben. Kupfer besitzt die geringste Festigkeit der drei Metalle und ist nicht für Anwendungen geeignet, die hohe Anforderungen an die Druckfestigkeit des Materials stellen.

MetallartenZugfestigkeit (PSI)Streckgrenze (PSI)
Gelbmessing3770040,000
Rotmessing8410049,000
Kupfer3050028,000
Phosphorbronze47000-14000055,000
Aluminiumbronze1,00,00027,000

 

Schmelzpunkt und Warmumformbarkeit

Generell gilt beim Warmumformen: Je niedriger der Schmelzpunkt des Materials, desto geringer die benötigte Heiztemperatur, desto geringer der Energieverbrauch und desto einfacher die Umformung. Die folgende Tabelle zeigt die Schmelzpunktbereiche der drei Materialien (nur als Referenz). Der Schmelzpunkt von reinem Kupfer liegt bei 1084 °C, der von Messing zwischen 900 °C und 1025 °C und der von Bronze zwischen 600 °C und 913 °C. Kupfer hat den höchsten Schmelzpunkt und benötigt daher mehr Energie für die Warmumformung. Messing hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer und lässt sich daher besser warmumformen. Bronze hat einen noch niedrigeren Schmelzpunkt als Messing und zeigt ebenfalls hervorragende Warmumformeigenschaften.

MetallCelsius (°C)Fahrenheit (°F)Kelvin
Reines KupferKupfer108419831357
Berylliumkupfer865 – 9551587 – 17501137 – 1228
MessingAdmiralitäts-Messing900 – 9401650 – 17201172 – 1211
Gelbmessing905 – 9321660 – 17101178 – 1205
Rotmessing990 – 10251810 – 18801261 – 1300
BronzeAluminiumbronze600 – 6551190 – 1215916 – 930
Manganbronze865 – 8901590 – 16301139 – 1161
Bronze91316751186

 

Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit

Die Hauptbestandteile von reinem Kupfer, Messing und Bronze sind Kupferelemente. Beim Kontakt mit Sauerstoff reagieren Kupferelemente zu einer dichten Kupferoxidschicht (CuO) bzw. Kupfer(I)-oxidschicht (Cu₂O). Diese Oxidschicht schützt das Metall vor weiterer Oxidation und Korrosion.

Bronzelegierungen wie Zinnbronze, Aluminiumbronze und Manganbronze enthalten Zinn, Aluminium und Mangan. Diese reagieren mit Sauerstoff und bilden eine Oxidschicht, die das Material vor Korrosion schützt und es zudem beständig gegen Sulfide und Chloride macht. Daher eignet sich Bronze im Vergleich zu Kupfer und Messing besser für Anwendungen in der Natur oder im Meer.

Die Hauptbestandteile von Messinglegierungen sind Kupfer und Zink. Obwohl Zink die Plastizität von Messing verbessert, ist es selbst stark korrosiv. In Meerwasser oder chloridhaltigen Umgebungen wirkt Zink als Anode und oxidiert, wobei Elektronen freigesetzt und Zinkionen gebildet werden. Diese Zinkionen reagieren mit anderen Bestandteilen des Meerwassers (wie Chloriden, Sulfiden usw.) und bilden Zinksalze oder andere Korrosionsprodukte. Diese Korrosionsprodukte können lokale Korrosionsnarben oder Risse auf der Metalloberfläche verursachen und so die Korrosion des Metalls weiter beschleunigen.

Bronze weist daher die beste Korrosionsbeständigkeit auf und ist von den drei Werkstoffen der stärkste und langlebigste. Reines Kupfer ist etwas weniger korrosionsbeständig als Bronze. Messing hat die schlechteste Korrosionsbeständigkeit und neigt in manchen maritimen Anwendungen zu Rissbildung.

 

Wärmeleitfähigkeit

In elektronischen Geräten und Anwendungen wie Kühlkörpern und Wärmetauschern ist die Wärmeleitfähigkeit ein entscheidender Faktor bei der Materialauswahl. Sie bestimmt die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu leiten. Kupfer besitzt die höchste Wärmeleitfähigkeit, weshalb in Wärmetauschern häufig Kupferrippenrohre verwendet werden und auf manchen Notebook-Motherboards Kühlkörper aus reinem Kupfer zu finden sind. Messing hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als reines Kupfer, bietet aber gute mechanische Eigenschaften und eignet sich für Anwendungen, die sowohl Langlebigkeit als auch eine mittlere Wärmeleitfähigkeit erfordern. Bronze hingegen weist die niedrigste Wärmeleitfähigkeit auf und ist für solche Anwendungen ungeeignet.

MetallartenWärmeleitfähigkeit (W/m·K)Temperatur (K)
Kupfer401298
Messing Cu63%125296
Messing Cu70%109 – 121293-296
Bronze26293-296
42-50

 

Elektrische Leitfähigkeit

In der Energieübertragung, bei elektronischen Bauteilen sowie Drähten und Kabeln ist die elektrische Leitfähigkeit ein entscheidender Faktor bei der Materialauswahl. Wie die folgenden beiden Tabellen zeigen, besitzt Reinkupfer die zweithöchste elektrische Leitfähigkeit nach Silber und ist daher der ideale elektrische Leiter. Aufgrund seiner hervorragenden Leitfähigkeit wird Reinkupfer in Kabeln, Drähten und elektronischen Geräten eingesetzt. Die elektrische Leitfähigkeit von Messing liegt zwischen der von Reinkupfer und Bronze. Messing eignet sich für Anwendungen mit mittleren Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit; Bronze hingegen für elektrische Anwendungen, die keine hohe elektrische Leitfähigkeit erfordern, aber gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und mechanische Festigkeit des Materials voraussetzen.

Werkstoff nach IACS (International Annealed Copper Standard)
Metall% Leitfähigkeit
Kupfer100%
Messing28%
Phosphorbronze15%
Nickel-Aluminium-Bronze7%

* Die Leitfähigkeitswerte werden als relative Messung im Vergleich zu Kupfer angegeben. Eine Angabe wie 100% bedeutet nicht, dass kein Widerstand vorhanden ist.

KupferMessingBronze
5% Zn30% Zn
Leitfähigkeit, σ, bei 20 °C (S/m)59,6×10633,4 × 10616,7×1068,94×106

 

Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit

Reines Kupfer

Reines Kupfer besitzt eine geringe Härte und Festigkeit, wodurch es sich bei der Bearbeitung sehr gut formen und duktil verformen lässt. Es hält bei der Kaltumformung großen Verformungen stand, ohne leicht zu brechen, und eignet sich daher für verschiedene Kaltumformverfahren wie Ziehen, Stanzen, Extrudieren usw. Reines Kupfer bietet gute Schneideigenschaften, erfordert beim Bearbeiten nur geringe Schnittkräfte und führt zu geringem Werkzeugverschleiß. Allerdings sollte darauf geachtet werden, dass kein Material anhaftet. Aufgrund seiner geringen Festigkeit ist reines Kupfer für Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen weniger geeignet, eignet sich aber gut für die meisten Anwendungen mit geringen Festigkeitsanforderungen.

Reines Kupfer zeichnet sich durch gute Wärmebeständigkeit aus und kann nach dem Glühen seine hohe Plastizität wiedererlangen, wodurch es sich für die Warmumformung eignet. Auch die Schweißbarkeit ist sehr gut, und gängige Schweißverfahren (wie Lichtbogen- und Gasschweißen) lassen sich gut auf reines Kupfer anwenden.

Bronze

Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn (oder anderen Elementen wie Aluminium, Mangan usw.), die sich in der Regel durch hohe Festigkeit und Härte auszeichnet. Aufgrund ihrer hohen Härte ist Bronze relativ schlecht bearbeitbar, insbesondere beim Schneiden. Dies erfordert höhere Schnittkräfte und hochwertige Werkzeuge, was leicht zu Werkzeugverschleiß führt. Bronze ist schlecht plastisch, insbesondere Bronze mit hohem Zinngehalt, und neigt bei der Kaltverformung zu Rissen oder Brüchen. Daher ist in der Regel eine Warmverformung erforderlich, um die Plastizität zu verbessern.

Bronze, insbesondere hochzinnige Bronze, weist schlechte Schweißeigenschaften auf. Der Schmelzpunkt von Zinn (231,93 °C) liegt unter dem von Kupfer (1084 °C). Beim Schweißen kann es durch lokale Überhitzung der Legierung zu einer schnellen Auflösung des Zinns kommen, wodurch relativ schwache Bereiche entstehen und die Rissgefahr steigt.

Messing

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, die im Vergleich zu reinem Kupfer eine höhere Festigkeit bei gleichzeitig guter Formbarkeit aufweist. Messing besitzt eine mittlere Härte und Festigkeit und lässt sich daher in der Bearbeitung gut verarbeiten – vergleichbar mit der von reinem Kupfer und Bronze. Messing bietet gute Schneideigenschaften. Im Vergleich zu Bronze ist der Kraftaufwand beim Schneiden geringer, und es haftet weniger leicht am Messer. Es eignet sich für Hochgeschwindigkeitsschnitte und Präzisionsbearbeitung. Dank seiner guten Formbarkeit ist es gut für die Kaltumformung geeignet, insbesondere für die Herstellung dünnwandiger und präziser Teile.

Messing zeichnet sich durch gute Wärmebeständigkeit aus. Durch Glühen lassen sich seine Plastizität und Verarbeitungseigenschaften verbessern. Es ist gut schweißbar, gängige Schweißverfahren sind anwendbar, und Risse oder lose Verbindungen treten beim Schweißen selten auf. Messing ist verschleißfester als reines Kupfer, jedoch nicht so verschleißfest wie Bronze. Es eignet sich für allgemeine Anwendungen im Maschinenbau und Bauwesen, beispielsweise für Rohre, Zierteile und Maschinenteile.

Daher weist reines Kupfer hinsichtlich der Verarbeitbarkeit des Materials die beste Verarbeitbarkeit auf, gefolgt von Messing, während Bronze eine schlechte Verarbeitbarkeit aufweist.

 

Gewicht

Das Gewicht ist ein direkter Faktor zur Unterscheidung von Kupfer, Bronze und Messing. Kupfer hat mit einem Volumengewicht von 8960 kg/m³ das höchste Gewicht. Bronze hingegen wiegt 8800 kg/m³ und Messing 8720 kg/m³. Somit ist Kupfer schwerer als Bronze und Messing am leichtesten.

 

Kosten

Generell wird der Preis von Materialien von vielen Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise der spezifischen Legierungszusammensetzung und der Verarbeitungstechnologie. Reines Kupfer ist jedoch in der Regel das teuerste der drei Metalle. Erstens ist der Kupfergehalt von reinem Kupfer deutlich höher als der von Bronze und Messing. Zweitens erfolgt die Herstellung von reinem Kupfer unter Sauerstoffausschluss, was die Produktionskosten erhöht. Bronze besteht hauptsächlich aus einer Legierung von Kupfer und Zinn, der weitere Legierungselemente (wie Aluminium, Mangan usw.) zugesetzt werden, während Messing hauptsächlich aus einer Legierung von Kupfer und Zink besteht. Da Zinn im Allgemeinen teurer ist als Zink, ist Bronze teurer als Messing.

Reines Kupfer ist daher preislich teurer als Bronze, Messing hat die niedrigsten Kosten.

 

Eine vereinfachte Vergleichstabelle von Kupfer, Messing und Bronze

Im vorangegangenen Abschnitt haben wir die Vor- und Nachteile von Kupfer, Bronze und Messing hinsichtlich verschiedener Aspekte und ihrer Anwendungsgebiete detailliert verglichen. Die folgende Tabelle ermöglicht Ihnen einen schnellen Vergleich der drei Materialien.

KupferMessingBronze
AussehenRot-oranger metallischer GlanzHöherer Zinkgehalt: Hellgoldene Farbe
Der Kupfergehalt ist höher: Rotbraun, nahezu reines Kupfer
Mattgoldene Farbe
Chemische ZusammensetzungNahezu 100% KupfergehaltUngefähr 66% Kupfer + 33% Zink + Sonstige Elementeungefähr 80% Kupfer + 12% Zinn + andere Legierungselemente
Rockwell-Härte (B-Skala)Messing (55) > Bronze (42) > Kupfer (10)

Bronze kann durch die Zugabe zusätzlicher Legierungselemente härter als Messing werden.

StärkeBronze > Messing > Kupfer
SchmelzpunktReines Kupfer (1084 °C) > Messing (900 °C ~ 1025 °C) > Bronze (600 °C ~ 913 °C)
WarmumformbarkeitBronze > Messing > Kupfer
Korrosionsbeständigkeit und LanglebigkeitBronze > Kupfer > Messing
WärmeleitfähigkeitKupfer > Messing > Bronze
Elektrische LeitfähigkeitKupfer > Messing > Bronze
Bearbeitbarkeit und SchweißbarkeitKupfer > Messing > Bronze
GewichtKupfer > Bronze > Messing
KostenKupfer > Bronze > Messing

 

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