Wichtige Eigenschaften von Messing, die Sie vor der Bearbeitung kennen müssen

Messing ist ein beliebtes Legierungsmaterial in der Alltagsproduktion, da es bessere mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit aufweist. Messing, das hauptsächlich aus Kupfer und Zink besteht, kann durch Variation seiner Zusammensetzung so bearbeitet werden, dass es verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften erhält. In diesem Beitrag geben wir einen umfassenden Überblick über die wichtigsten Eigenschaften von Messing, wie z. B. Festigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, so dass Sie als Leser in der Lage sind, dieses wichtige technische Material zu studieren.

Was ist Messing?

Es besteht hauptsächlich aus Kupfer und Zink und wird von Designern wegen seiner leichten Bearbeitbarkeit, soliden Korrosionsbeständigkeit und seines scharfen, polierten Aussehens bevorzugt. Messing entsteht durch sorgfältiges Schmelzen von Kupfer und Zink in genau der richtigen Mischung, in der Regel 55-95% Kupfer und 5-45% Zink, je nachdem, welche Eigenschaften Sie anstreben. Der Herstellungsprozess von Messing beginnt mit dem Schmelzen des Kupfers in einem Ofen bei etwa 1.050 °C, bis es geschmolzen ist, und der anschließenden Zugabe von Zink, das einen viel niedrigeren Schmelzpunkt von etwa 420 °C hat. Die beiden Komponenten werden gut vermischt, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten, manchmal mit einer Prise Blei oder Zinn, um Eigenschaften wie Bearbeitbarkeit oder Härte hinzuzufügen. Nach dem Mischen wird das Gemisch in Formen zu Barren oder Knüppeln gegossen, abgekühlt und für das Walzen, Strangpressen oder Bearbeiten vorbereitet.

Farbe des Messings

Das leuchtend gelbe bis goldähnliche Aussehen von Messing ist sowohl eine Frage der Ästhetik als auch der Praktikabilität.

Diese Farbe wird auch durch das genaue Verhältnis von Kupfer und Zink in der Legierung bestimmt. Ein höherer Kupfergehalt führt zu einer rötlichen Farbe von Messing, während ein höherer Zinkgehalt eine blassere, silbrig-gelbe Farbe ergibt. Bei der Herstellung werden durch Verfahren wie Gießen, Strangpressen oder maschinelle Bearbeitung neue Oberflächen der Legierung freigelegt, die den ihr innewohnenden Metallglanz zeigen. Eine weitere Oberflächenbehandlung, wie Polieren oder Schwabbeln, hellt sie auf und verdunkelt ihre goldene Farbe.

Gängige Messingsorten für die maschinelle Bearbeitung

Es gibt mehrere gängige Messingsorten, die in der Zerspanung eingesetzt werden. Die gängigsten Sorten sind C26000, C27400, C28000 und C36000, wobei jede von ihnen eine andere Zusammensetzung und andere Eigenschaften aufweist und für bestimmte Bearbeitungsanwendungen gut geeignet ist.

Messing C26000

C26000, auch Patronenmessing genannt, enthält etwa 70% Kupfer und 30% Zink und bietet eine hervorragende Mischung aus Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit, insbesondere in feuchter Umgebung. Aufgrund seiner Formbarkeit eignet es sich für die Kaltumformung und Bearbeitung zu Produkten wie Munitionsgehäusen, Kühlergehäusen und Beschlägen, obwohl seine Bearbeitbarkeit im Vergleich zu verbleitem Messing nur mittelmäßig ist.

Messing C27400

C27400, oder Gelbmessing, enthält etwa 63% Kupfer und 37% Zink, mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit und Wirtschaftlichkeit aufgrund des erhöhten Zinkanteils, der die Materialkosten reduziert. Es eignet sich für Sanitärarmaturen, Rohre und kostengünstige Beschläge, bei denen eine mittlere Festigkeit und eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit erwünscht sind.

Messing C28000

C28000, das auch als Muntz-Metall bezeichnet wird, hat einen Kupfergehalt von etwa 60% und einen Zinkgehalt von 40% und bietet eine höhere Festigkeit und eine bessere Korrosionsbeständigkeit bei der Arbeit unter Meeresbedingungen. Es lässt sich gut bearbeiten und wird für architektonische Paneele, Schiffsbeschläge und strukturelle Komponenten verwendet, bei denen Zähigkeit erforderlich ist.

Messing C36000

C36000 oder Automatenmessing enthält 61,5% Kupfer, 35,5% Zink und 2-3% Blei, was seine Zerspanbarkeit erheblich verbessert, weshalb es bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt wird. Das Vorhandensein von Blei erfordert eine besondere Handhabung, um die gesetzlichen Vorschriften zu erfüllen. Die Wahl der Sorte für die CNC-Bearbeitung ist ein Kompromiss zwischen Festigkeit, Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und anwendungsspezifischen Anforderungen für optimale Leistung und Wirtschaftlichkeit.

Weltäquivalente von Messinglegierungen

In der folgenden Tabelle sind die Äquivalente für gängige Messingsorten aufgeführt:

US-UNS	CN-GB	UK-BSI	DE-ISO	JP- JIS
C26000	H68	CZ106	CuZn30	C2600
C27400	H62	CZ109	CuZn40	C2720
C28000	H59	CZ109	CuZn40	C2800
C36000	HPb62-3	CZ124	CuZn36Pb3	C3601

Mechanische Eigenschaften von Messinglegierungen

Die Standardsorten C26000, C27400, C28000 und C36000 sind aufgrund ihrer Zusammensetzung und ihrer Eigenschaften für bestimmte Bearbeitungsanwendungen geeignet. Im Folgenden werden ihre mechanischen Eigenschaften eingehend untersucht.

Zugfestigkeit: 338 bis 469 MPa

Typische Messinglegierungen haben Zugfestigkeiten zwischen 338 und 469 MPa, die je nach Zustand (z. B. geglüht oder halbhart) und Legierungszusammensetzung variieren. Dies deutet darauf hin, dass diese Legierungen erheblichen Zug- oder Dehnungskräften standhalten, bevor sie versagen. Bei der Bearbeitung von Bauteilen, die intermittierenden oder wiederholten Zugkräften ausgesetzt sind, wie z. B. bei Automobil- oder Strukturbauteilen, stellt ihre Zugfestigkeit sicher, dass die Bauteile unter Zug nicht versagen.

Streckgrenze: 120 bis 350 MPa

Die Streckgrenze von Standard-Messinglegierungen liegt zwischen 120 und 350 MPa, je nach Zustand und Zusammensetzung der Legierung. Dies ist ein Maß für die Spannung, bei der das Material beginnt, sich plastisch zu verformen, was für Bearbeitungsvorgänge wie Umformen oder Biegen von wesentlicher Bedeutung ist. Bei Bauteilen wie Kühlerrohren, Befestigungselementen oder Armaturen für die Schifffahrt, bei denen die Formbeständigkeit unter Belastung von größter Bedeutung ist, gewährleistet diese Streckgrenze, dass die Teile der Verformung standhalten, so dass die Bearbeiter sicher sein können, anspruchsvolle Toleranzen und strukturelle Integrität zu erreichen.

Elastizitätsmodul: 110 GPa

Der Elastizitätsmodul von Standard-Messinglegierungen liegt bei 110 GPa, ihrer elastischen Steifigkeit. Er misst das Ausmaß, in dem das Material einer Verformung unter der Bearbeitungskraft widersteht, und ist daher ideal für die Bearbeitung komplizierter Teile wie Steckverbinder oder Ventilschäfte geeignet. Bei Anwendungen im Bereich der Dimensionsstabilität, wie z. B. bei der Präzisionsbearbeitung von Elektro- oder Sanitärkomponenten, sorgt der Modulus für eine minimale Rückfederung und damit für die zuverlässige Einhaltung enger Toleranzen bei der Bearbeitung.

Querkontraktionszahl: 0,31

Typische Messinglegierungen haben eine Poissonzahl von etwa 0,31, die das Verhältnis von Querdehnung zu axialer Dehnung des Materials angibt. Dieses Offset-Verhältnis ermöglicht eine vorhersehbare Verformung bei der Bearbeitung, so dass die Legierungen für komplexe Formen wie dekorative Beschläge oder Präzisionsarmaturen verwendet werden können. Wo es auf Maßgenauigkeit ankommt, wie bei komplexen Stanzteilen oder bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, gewährleistet dieses Poisson-Verhältnis, dass sich das Material gleichmäßig verformt und alle Arten von unerwarteten Verformungen vermieden werden.

Dehnung: 10% bis 55%

Die Dehnung von Standard-Messinglegierungen liegt zwischen 10% und 55%, je nach Zustand und Gehalt, was die Duktilität bestimmt. Die Fähigkeit des Materials, sich weit zu dehnen, ohne zu brechen, kommt bei der Kaltumformung oder der Bearbeitung komplizierter Bauteile wie Rohre oder Fittings zum Tragen. Wenn extreme Umformungen erforderlich sind, wie z. B. bei Kühlergehäusen oder Sanitärteilen, bietet eine hohe Dehnung Teile, die bei der Umformung nicht brechen, was den Verarbeitern Flexibilität und Zuverlässigkeit bei der Herstellung ermöglicht.

Härte: 55 bis 93 HRB

Die Standardhärte gängiger Messinglegierungen reicht von 55 bis 93 HB (Rockwell B) und spiegelt damit ihre Beständigkeit gegenüber Schneidwerkzeugen wider. Dieser Bereich ermöglicht eine leichte Bearbeitbarkeit ohne Einbußen bei der Haltbarkeit von dekorativen Beschlägen, Strukturkomponenten oder Präzisionsgetrieben. Bei Anwendungen, bei denen Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit von entscheidender Bedeutung sind, wie z. B. bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, ermöglicht diese Härte den Werkzeugen saubere Schnitte durch kontrollierte Abnutzung, mit einer Garantie für gleichbleibende und effektive Bearbeitungsergebnisse.

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Eigenschaften der gängigen Messinglegierungen in CNC-Bearbeitung.

Klassen	C26000	C27400	C28000	C36000
Zugfestigkeit	345 MPa	385 MPa	420 MPa	320 MPa
Streckgrenze	205 MPa	160 MPa	240 MPa	120 MPa
Dehnung	25%	50%	33%	15%
Elastizitätsmodul	110 GPa	110 GPa	100 GPa	100 GPa
Querkontraktionszahl	0.31	0.31	0.31	0.31
Wärmeleitfähigkeit	120 W/(m-K)	120 W/(m-K)	120 W/(m-K)	120 W/(m-K)
Elektrische Leitfähigkeit	28% IACS	28 % IACS	28 % IACS	28 % IACS
Härte	70 HRB	80 HRB	74 HRB	65 HRB
Dichte	8,58 gm/cm³	8,44 g/cm3	8,0 g/cm3	8,2 g/cm3

Korrodiert Messing?

Ja, obwohl Messing eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, korrodiert es in bestimmten Umgebungen. Messing korrodiert sehr langsam in Luft und kaum in sauberem Süßwasser mit einer typischen Rate von 0,0025 bis 0,025 mm pro Jahr. In Meerwasser ist sie etwas höher, nämlich 0,0075 bis 0,1 mm pro Jahr. Fluoride im Wasser haben eine vernachlässigbare Wirkung auf Messing, aber Chloride führen zu schwerer Korrosion und Jodide zu schweren Schäden. Messing ist sehr anfällig für Korrosion in Wasser, das Gase wie Sauerstoff (O₂), Kohlendioxid (CO₂), Schwefelwasserstoff (H₂S), Schwefeldioxid (SO₂) und Ammoniak (NH₃) enthält. Messing ist auch anfällig für einfache Korrosion in Mineralwasser, insbesondere wenn es Eisensulfat (Fe₂(SO₄)₃) enthält. Messing wird durch Salpetersäure und Salzsäure stark angegriffen, korrodiert aber nur langsam in Schwefelsäure. In Natriumhydroxid (NaOH)-Lösungen ist Messing überraschenderweise sehr korrosionsbeständig.

Anwendungen aus Messing

Die einzigartigen Eigenschaften von Messing ermöglichen seinen Einsatz in einer Reihe von Branchen.

Bauindustrie: Messing wird in der Bauindustrie in großem Umfang für Heizkörper, Wasserhähne, Rohrverschraubungen, Befestigungselemente und Beschlagteile verwendet. Die höhere Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften machen es zu einem unverzichtbaren Material für Wasserleitungen und Sanitärsysteme, das Langlebigkeit und Zuverlässigkeit in nassen Umgebungen bietet.

Elektronikindustrie: Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Messing macht es zu einem hervorragenden Material für elektronische Geräte, Klemmen, Steckverbinder und andere elektrische Geräte. Auch seine hohe mechanische Festigkeit macht es zu einer guten Wahl für elektronische Steckverbinder und sorgt für Funktionalität und Langlebigkeit.

Musikinstrumente: Messing wird aufgrund seiner ansprechenden Oberfläche und seiner charakteristischen akustischen Eigenschaften häufig für die Herstellung von Musikinstrumenten wie Trompeten und Tuben verwendet. In der Uhrenindustrie ist es aufgrund seiner Bearbeitbarkeit und seines Aussehens ein beliebtes Element für schöne und komplizierte Teile, die Form und Funktion verbessern.

Automobil- und Mechaniksektor: Messing wird für die Herstellung von mechanischen Präzisionskomponenten wie Lagern, Zahnrädern und Federn sowie für bestimmte Automobilteile verwendet. Seine Bearbeitbarkeit ermöglicht eine hochpräzise Fertigung von Teilen, die mechanischen Belastungen in anspruchsvollen Anwendungen standhalten.

Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Messing wird für die Herstellung von Präzisionsteilen für die Luft- und Raumfahrt und einige Anwendungen in der Verteidigungsindustrie verwendet. Seine Korrosionsbeständigkeit und seine Festigkeitseigenschaften gewährleisten eine garantierte Leistung bei Anwendungen, bei denen Haltbarkeit und Präzision am wichtigsten sind.

Energiewirtschaft: Messing wird in großem Umfang in der Energieerzeugung eingesetzt, insbesondere in Kondensatoren von Wärmekraftwerken und Solarheizungen sowie in petrochemischen Anlagen wie Behältern, Rohrleitungen und Wärmetauschern. Seine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und seine Beständigkeit gegen raue Umgebungsbedingungen machen Messing zu einer zuverlässigen Wahl für Energieanwendungen.

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