Anschlüsse aus Messing: Die Wahl der Legierung

Was ist Messing?

Messing ist eine Metalllegierung, deren Hauptbestandteile Kupfer (Cu) und Zink (Zn) sind. Innerhalb der Familie kann zwischen binärem Messing, das nur aus Kupfer und Zink besteht, und ternärem Messing, das in der Legierung neben den beiden Hauptelementen noch ein weiteres Element aufweist, unterschieden werden. Der Prozentsatz an Zink beeinflusst die Struktur des Messings, die erhalten werden kann:

Zn < 36% -> Phase α: Die Struktur ist kubisch mit zentrierten Flächen wie die von Kupfer. Die Kaltverarbeitbarkeit ist hervorragend und die Warmverarbeitbarkeit gut.
36% < Zn < 45% -> Phase α-β: Die Phase α behält die kubische Kristallstruktur mit zentrierten Flächen bei, während die Phase β eine kubische Struktur mit einem zentrierten Körper aufweist. Diese Art von Messing ist hauptsächlich heiß verarbeitbar.
Zn > 45%: Diese Legierung wird nur selten verwendet, da sie von geringem praktischen Interesse ist.

Die Anschlüsse aus Messing sind ein weltweit verbreitetes Produkt und spielen in der Herstellung von Gnali Bocia sowohl bei den Anschlüssen für Gas als auch bei inkompressiblen Flüssigkeiten wie Wasser eine zentrale Rolle. Der Grund für die Verwendung von Messing zur Verwirklichung dieser Komponenten sind seine mechanischen Eigenschaften (Beständigkeit, Duktilität, Formbarkeit), seine Korrosionsbeständigkeit, seine Abriebfestigkeit und seine antibakteriellen Eigenschaften - ein sehr wichtiges Merkmal. Im Vergleich zu reinem Kupfer besitzt es bessere Eigenschaften hinsichtlich Härte, Widerstandsfähigkeit und Schmelzbarkeit.

Der Zusatz von Blei in den Anschlüssen aus Messing

Zur Realisierung von Anschlüssen aus Messing müssen einige spanende Bearbeitungstechniken wie Drehen und Fräsen angewandt werden. Die Verarbeitbarkeit von Kupfer-Zink-Legierungen ist gut, aber die Zähigkeit führt zur Bildung von sehr langen Spänen, was während der Verarbeitung problematisch sein kann, da ihre Entfernung nicht einfach ist. Um diesen Aspekt zu verbessern, wird eine Menge Blei (Pb) zwischen 2% und 4% hinzugefügt. Dieses Element, das unlöslich und außerhalb der kristallinen Struktur der Legierung ist, neigt dazu, sich an der Korngrenze anzuordnen. Auf diese Weise werden die Späne sehr kurz und fast staubig, sodass gleichzeitig ein doppelter Vorteil entsteht:

1. Die Leichtigkeit der Spanabnahme während der Bearbeitung wird erhöht;
2. Es kommt zu einem geringeren Verschleiß der Werkzeugköpfe, da die Legierung insgesamt
    zarter und leichter zu bearbeiten ist.

Es muss auf die Zugabe von Blei geachtet werden, da eine zu große Menge dieses Elements für eine zu weiche Legierung sorgt.

Weitere Legierungselemente für Messing

Neben dem Zusatz von Blei benötigen die Anschlüsse aus Messing noch weitere Legierungselemente, um grundlegende Eigenschaften für ihre Funktionsweise zu erhalten:

- Mangan (Mn) und Zinn (Sn): Sie dienen zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit, ein wichtiges Merkmal der Anschlüsse;
- Eisen (Fe): Es erhöht die Bruchlast und damit den Widerstand, da es als ein Feinungsmittel des kristallinen Korns wirkt. Es stellt keine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit dar;
- Aluminium (Al): Es erhöht die Beständigkeit gegen Korrosion und Abrieb
- Antimon (Sb) und Arsen (As): Sie dienen dazu, die Entzinkung zu hemmen, ein häufiges Problem bei Messing;
- Nickel (Ni): Er verbessert die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit;
- Silicium (Si): Es wirkt als Desoxidationsmittel und begünstigt die Bildung der Phase β. Die Einschränkungen für dieses Element ergeben sich aus der Wirkung, die es auf die Struktur hat, da es dazu neigt, diese zu verändern;

Die Zugabe eines dritten Elements zu den Cu-Zn-Legierungen kann bei den Auswirkungen einer möglichen strukturellen Veränderung als gleichbedeutend zur Zugabe (oder Subtraktion von Zink) in einer Menge angesehen werden, die Proportional ist zu der des Elements selbst. Die Proportionalitätskonstante wird als Äquivalenzkoeffizient bezeichnet und variiert von Element zu Element. Diese Koeffizienten werden auch Guillets genannt, benannt nach dem gleichnamigen Metallurgen. Die Äquivalenzkoeffizienten für die oben genannten Elemente sind:

- Mangan (Mn) => 0,5;
- Eisen (Fe) => 0,9;
- Zinn (Sn) => 2;
- Aluminium (Al) => 6;
- Silicium (Si) => 10;
- Blei (Pb) => 0;
- Nickel (Ni) => von -1,1 bis -1,7.

Silicium wird in geringen Mengen zugesetzt (maximal 1-2%), da es einen hohen Äquivalenzkoeffizienten hat und daher eine übermäßige Strukturänderung bewirkt. Tatsächlich entspricht ein Zusatz von 2%, wenn der Koeffizient gleich 10 ist, einer Zunahme von 20% Zink in der Legierung. Nickel hat einen negativen Koeffizienten: Seine Zugabe entspricht der Verschiebung hin zu höheren Kupfergehalten. Blei hat einen Nullkoeffizienten, da er sich an der Korngrenze anordnet und nicht in das Gitter eintritt.

Klassische Legierungen zur Realisierung von Anschlüssen aus Messing

Wie bereits im ersten Teil erwähnt, ist Messing eine hervorragende Legierung für die Realisierung der Verbindungselemente, hauptsächlich aufgrund seiner Beständigkeitseigenschaften aus mechanischer und tribologischer Sicht sowie wegen seiner hervorragenden Verarbeitbarkeit für Werkzeugmaschinen. Zu den am häufigsten verwendeten Legierungen gehören CW614N und CW617N, beide mit einem durchschnittlichen Kupfergehalt von 58%.

Bei einem Drehprozess zur Herstellung von Anschlüssen aus Messing wird die Legierung CW614N verwendet. Diese Wahl ergibt sich aus der Lieferform dieser Legierung, die üblicherweise aus massiven oder gelochten Stäben besteht. Umgekehrt wird, ausgehend von einem Rohling, gerne die Legierung CW617N  verwendet, die besser zu verarbeiten ist, da der Bleianteil etwas höher ist als bei der vorherigen Legierung.

Vernickelung: Die Oberflächenbehandlung der Anschlüsse aus Messing

Neben der richtigen Wahl der Messinglegierung mit den gewünschten Elementen ist auch die Wahl einer Oberflächenbehandlung zur Abdeckung des Formstücks von grundlegender Bedeutung. Das Vernickeln, ein hervorragender Ersatz für das Verchromen (eine Technik, die in vielen Ländern aufgrund der Lebensmittelanwendungen bestimmter Anschlüsse verboten ist) ist eine hervorragende Methode. Bei dieser Technik wird eine Oberflächenschicht abgeschieden, um das Bauteil vor Verschleiß und auch vor Korrosion zu schützen, die in feuchter Umgebung auftreten kann.

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22/03/2019