Bronzen

Zinnbronze und Phosphorbronze

Diese Legierungen aus Kupfer und Zinn waren die ersten metallischen Legierungen, die von der Menschheit vor etwa viertausend Jahren entwickelt wurden, und wurden für Münzen, Waffen, Werkzeuge, Schmuck und Ornamente verwendet. Sie revolutionierten die Lebensweise der Menschen, was dazu führte, dass die Archäologen diesen Zeitraum als Bronzezeit bezeichneten.

In der Neuzeit wurden Knetbronzen mit 4-8 % Zinn entwickelt, die härter, fester und steifer als Knetmessinge sind und in Form von Bändern und Drähten mit einer Kombination aus hoher Streckgrenze und guter Korrosionsbeständigkeit hergestellt werden. Der Zusatz geringer Mengen (0,01-0,45 %) Phosphor erhöht die Härte, Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit, was zu ihrer Verwendung in Anwendungen wie Federn, Faltenbälgen, flexiblen Rohren, Befestigungselementen, Mauerbefestigungen, Wellen, Ventilspindeln, Zahnrädern und Lagern führt.

Legierungselemente mit Kupfer, in diesem Fall Zinn und Phosphor, können zu einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Kupfer führen. Die am häufigsten verwendete Phosphorbronze für elektrische Zwecke enthält 0,2 % Phosphor und 5 % Zinn und hat eine elektrische Leitfähigkeit von 15 % IACS (Kupfer hat 100 % IACS). Die Kombination aus hoher Streckgrenze, die für eine gute Kontaktkraft sorgt, und guter Korrosionsbeständigkeit macht diese Bronze jedoch ideal für eine breite Palette kleiner elektrischer Steckverbinder, Schalter, stromführender Federn und Rotorstäbe. Diese Eigenschaften bleiben auch bei hohen Betriebstemperaturen erhalten.

Geknetete bleihaltige Phosphorbronzen (3-4% Blei) kombinieren die oben genannten Eigenschaften mit hervorragender Bearbeitbarkeit und signifikanter Selbstschmierung, Selbstlagerung und Ausrichtung in Lageranwendungen sowie ausgezeichneter Festfresserfestigkeit. Zu den Anwendungen gehören Anlaufscheiben, Lagerbuchsen, Nocken, Kupplungsscheiben, komplizierte maschinell bearbeitete Befestigungselemente und andere Drehteile, Uhren- und Instrumententeile, Zahnräder, Ritzel, Pumpen- und Ventilspindeln sowie gravierte Bauteile.

Phosphorbronzen mit höherem Zinngehalt sind in allen gängigen Gussformen erhältlich. Sie enthalten bis zu 13 % Zinn und 2,5 % Blei (für die Bearbeitbarkeit) und Nickel (für Festigkeit und Härte) und werden häufig für Lager und Zahnräder verwendet.

Glockenmetall
Eine Phosphorbronze mit 20 bis 24 % Zinn wird seit Jahrhunderten für den Sandguss von Glocken aller Art wie Kirchenglocken, Handglocken und Schiffsglocken verwendet. Die Glocken werden sorgfältig bearbeitet und poliert, damit sie genau die gewünschten Töne erzeugen. In der Atmosphäre werden die Glocken langsam patiniert, was die Oberfläche vor weiterer Korrosion schützt und zu einer sehr langen Lebensdauer führt.

Aluminiumbronze

Es handelt sich dabei um Legierungen aus Kupfer mit 5-12% Aluminium, teilweise mit Zusätzen von Eisen, Nickel, Mangan und Silizium, die in gegossener und gekneteter Form erhältlich sind. Sie sind fester als Messing oder Zinnbronzen und haben eine bessere Korrosionsbeständigkeit durch eine harte, anhaftende Aluminiumoxid-Schutzschicht (Al2O3). Sie haben eine attraktive goldene Farbe und laufen mit der Zeit nur wenig an. Aluminiumbronzen werden hauptsächlich in Meerwasseranwendungen eingesetzt, wie z. B.:

• Befestigungselemente
• Pumpen und Ventilkomponenten
• Rohrfittings
• Wärmetauscher
• Lager
• Propeller.

Für Anwendungen in der Schifffahrt erfüllen sie die anspruchsvollen Spezifikationen von Def Stan (Defence Standard) (früher Naval Engineering Standard – NES) und werden häufig für MOD-Anwendungen verwendet.

Die Haltbarkeit und die goldene Farbe machen Aluminiumbronze zu einem attraktiven Angebot für Architekten, zum Beispiel als gegossene aufrechte Balustraden für die Sackler Crossing in Kew Gardens, London. Die für dieses Projekt verwendete Legierung war CuAl8Fe3; die Balustraden wurden auf die gewünschte Oberfläche poliert und an Ort und Stelle gewachst.

Nickel-Aluminium-Bronze
Unter den Aluminiumbronze-Legierungen ist die Nickel-Aluminium-Bronze-Gruppe die am häufigsten verwendete. Diese Legierungen weisen eine hohe Festigkeit, Korrosions-, Verschleiß- und Abriebbeständigkeit auf und wurden im Laufe der Zeit angepasst, um die Leistung zu optimieren. Sie können eine Kombination von Eigenschaften bieten, die eine wirtschaftliche Alternative zu anderen Arten von Legierungssystemen darstellen, und zu ihren Anwendungen gehören Fahrwerkslager in Verkehrsflugzeugen.

Die CDA-Veröffentlichung Guide to Nickel Aluminium Bronze for Engineers (Leitfaden für Ingenieure zu Nickel-Aluminium-Bronze) bietet eine praktische Anleitung für Ingenieure, die Komponenten aus Nickel-Aluminium-Bronze für die Schifffahrt, die Luft- und Raumfahrt und andere Bereiche spezifizieren, konstruieren oder herstellen möchten.

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Siliziumbronze

Dies ist eine Legierung aus Kupfer mit 3 % Silizium und 1 % Mangan. Sie hat eine gute Kombination aus Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Es wird in architektonischen Anwendungen verwendet, wie z.B.:

• Türbeschläge
• Geländer
• Kirchentüren
• Fensterrahmen
• Scharniere
• Wandverankerungen
• Befestigungsmaterial für Schiffsanwendungen.

Die Legierung ist wegen ihrer Bearbeitbarkeit, Langlebigkeit und attraktiven goldbronzenen Farbe bei Bildhauern und Schmieden sehr beliebt.

Siliziumbronze wird auch häufig für Schiffsbeschläge und Befestigungselemente wie Bolzen, Klammern, Schrauben, Muttern, Nieten und Bügelschrauben verwendet.

Manganbronze und Baubronze

Diese Legierungen sind von der Zusammensetzung her Messinge, haben aber wegen ihrer Farbe den Namen „Bronze“ erhalten. Manganbronze CuZn40Mn1Pb1 (CW720R) ist ein Messing, das für architektonische Anwendungen verwendet wird, bei denen das Mangan zur Bildung einer attraktiven schokoladenbraunen Farbe führt.

Der Begriff „Baubronze“ wird manchmal auf ein bleihaltiges Aluminiummessing CuZn41Pb1Al (CW620N) angewandt, das aufgrund des Aluminiums einen attraktiven Goldglanz entwickelt. Wie alle Messinglegierungen verbindet diese Legierung Langlebigkeit mit einer ästhetischen Ausstrahlung, die mit der Zeit immer besser wird und jedem Gebäude sowohl im Innen- als auch im Außenbereich ein Gefühl von Luxus und Prestige verleiht. Es ist in Form von Profilen und rechteckigen Stangen erhältlich und wird für Fensterrahmen, Verkleidungen, Türen und Vorhangfassaden verwendet. Zur Erhaltung des Aussehens wird es in der Regel mit Wachs behandelt.