Unser Messing-Beitrag hat die häufigste Kupferlegierung (CuZn39Pb3) beschrieben; die Kupferfamilie ist weit größer. Stromschienen für Schaltanlagen, CuCrZr für Schweißelektroden, Zinnbronze für Zahnräder und Lager, Aluminiumbronze für Meerwasserpumpen und bleifreies Messing für Trinkwasserarmaturen: Jede hat ein anderes Bearbeitungsverhalten und eine andere Beschaffungsdynamik. Dieser Leitfaden fasst die Kupferlegierungen für Käufer und Konstrukteure aus CNC-Perspektive zusammen.
Überblick über die Kupferfamilie
| Gruppe | Typische Sorten (EN) | Hervorstechende Eigenschaft | Zerspanbarkeit (CuZn39Pb3 = 100) | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| Reinkupfer | Cu-ETP (CW004A), Cu-OF (CW008A) | Elektrische/thermische Leitfähigkeit (100 % IACS) | ~20 | Stromschienen, Kontakte, Wärmetauscherteile |
| Hochfestes Kupfer | CuCrZr (CW106C), CuBe2 (CW101C), CuNi2Si | Leitfähigkeit + Festigkeit + Erweichungsbeständigkeit | ~40–60 | Schweißelektroden, Werkzeugkühlung, Federkontakte |
| Zinnbronze | CuSn8 (CW453K), CuSn12 (CC483K Guss) | Lager, Verschleiß, Korrosion | ~40–50 | Buchsen, Schneckenräder, Gleitführungen |
| Bleibronze | CuSn7Pb15, CuSn10Pb10 (CC495K/CC496K) | Trockenlaufeigenschaft im Lager | ~70–80 | Lagerbuchsen, Hydraulikpumpenplatten |
| Aluminiumbronze | CuAl10Ni5Fe4 (CW307G), CuAl10Fe3Mn2 | Hohe Festigkeit, Meerwasser, Kavitationsbeständigkeit | ~20–30 | Propeller, Pumpen, Ventile, Schiffsarmaturen |
| Bleifreies Messing | CuZn21Si3P (CW724R), CuZn42 (CW510L) | Trinkwassereignung, RoHS ohne Ausnahme | ~70–90 | Armaturen, Wasserzähler, Steckverbinder |
| Sondermessing | CuZn40Mn1Pb1 (CW720R), CuZn35Ni3Mn2AlPb | Verschleiß, Festigkeit | ~60–70 | Synchronringe, Lagerkäfige |
| Neusilber / Kupfernickel | CuNi18Zn20, CuNi10Fe1Mn | Optik, Meerwasserkorrosion | ~40–50 | Instrumententeile, Schiffsrohrverbindungen |
Reinkupfer: Umgang mit schmierendem Span
Elektrolytkupfer ist für Leitfähigkeit unverzichtbar, aber schwer zu bearbeiten: weich, duktil und schmierend; der Span ist lang und wickelnd, die Oberfläche verkratzt leicht, Maßhaltigkeit ist schwierig, an der Schneide bildet sich Aufbauschneide. Lösungen: sehr scharfe, polierte Hartmetallwerkzeuge (unbeschichtet oder diamantähnlich beschichtet); hohe Schnittgeschwindigkeit (300–600 m/min); positive Geometrie und großer Spanwinkel; reichlich Kühlschmierstoff; Spanlenkung durch Hochdruckkühlung statt Spanbrecher; Gewindefräsen statt Gewindebohren (Gewindebohrerbruch ist häufig). Stangen im harten (H) Zustand lassen sich besser bearbeiten als weichgeglühtes Material; die Leitfähigkeit bleibt gleich. Ra 0,8 Routine; Ra 0,4 mit Diamantwerkzeug möglich. Toleranz: hohe Wärmedehnung (17 µm/m·K), die Messtemperatur muss kontrolliert werden.
CuCrZr und hochfeste Kupferwerkstoffe
CuCrZr bietet mit rund 80 % der Leitfähigkeit von Reinkupfer über 400 MPa Festigkeit und Erweichungsbeständigkeit bis 500 °C; es wird für Widerstandsschweißelektroden, Kühlstifte in Spritzgießwerkzeugen und Elektromotorteile eingesetzt. Die Zerspanbarkeit ist weit besser als bei Reinkupfer; es wird mit Standard-Hartmetall bei mittleren Geschwindigkeiten bearbeitet. CuBe2 (Berylliumkupfer) wird für Federkontakte verwendet; Staub und Späne bergen ein Gesundheitsrisiko, bei der Bearbeitung ist spezielle Absaugung nötig, und viele Betriebe nehmen es nicht an; als Alternative werden zunehmend CuNi2Si oder CuNi3Si1Mg bevorzugt.
Bronzen: Lager und Verschleiß
Zinnbronzen (CuSn8 geknetet, CuSn12 gegossen) bieten in Schneckenrädern, Buchsen und Gleitführungen gegenüber einer Stahlgegenfläche geringe Reibung und hohe Tragfähigkeit. Zerspanbarkeit mittel; da der Span kurz und brüchig ist, ist das Drehen unproblematisch. Bleibronzen (CuSn7Pb15) bieten in trocken oder mischreibungsgeschmierten Lagern Selbstschmierung und lassen sich sehr leicht bearbeiten; im RoHS-Geltungsbereich ist Vorsicht geboten, da sie die Ausnahmegrenze von 4 % Blei überschreiten. Gussbronzen kommen als Stranggussstange oder Kokillenguss-Rohteil; wegen des Porositätsrisikos wird bei dichtheitsrelevanten Teilen Knetwerkstoff (CuSn8) bevorzugt. Pumpenplatten-Anwendungen behandelt unser Hydraulik-Beitrag.
Aluminiumbronze: Hart und beständig
CuAl10Ni5Fe4 wird mit über 600 MPa Festigkeit sowie Meerwasser- und Kavitationsbeständigkeit für Propeller, Pumpenlaufräder, Schiffsventile und hochbelastete Lager eingesetzt. Die Bearbeitung ähnelt Stahl: mittlere Schnittgeschwindigkeit (80–150 m/min), beschichtetes Hartmetall, steife Spannung; der Werkstoff ist abrasiv, die Werkzeugstandzeit ist kürzer als bei Zinnbronze. Kurzer Span. Schweißbar und wärmebehandelbar. Der Preis ist unter den Bronzen hoch. Ein eigener Branchenbeitrag zu maritimen Anwendungen ist geplant.
Bleifreie und Sondermessinge
Die Trinkwassergesetzgebung (EU-Trinkwasserrichtlinie, 4MS-Liste) und die Nachfrage nach RoHS-Konformität ohne Ausnahme haben den Einsatz bleifreier Messinge erhöht. CuZn21Si3P (Handelsnamen ECOBRASS/Eco Brass) gewinnt durch Silizium Zerspanbarkeit; es läuft mit Schnittgeschwindigkeiten nahe CuZn39Pb3, Werkzeugverschleiß und Spankontrolle sind aber etwas schwieriger; der Materialpreis liegt 15–25 % höher. CuZn42 ist günstiger, aber schlechter zerspanbar. Sondermessinge (mit Mangan, Nickel, Aluminium legiert) werden für Verschleißteile verwendet und sind mittelschwer zu bearbeiten. Die Bleierklärung erläutert unser RoHS/REACH-Beitrag.
Toleranz, Oberfläche und Messung
- Bei Kupferlegierungen ist ±0,01 mm beim Drehen erreichbar; bei Reinkupfer ist wegen Nachgiebigkeit und Dehnung ±0,02 realistischer.
- Oberfläche: bei Messing und Bronze Ra 0,4–0,8 Routine; bei Reinkupfer ist wegen Kratzgefahr eine Schutzverpackung Pflicht.
- Messung: Bezugstemperatur 20 °C; die Dehnung von Kupfer ist 1,5-mal so hoch wie bei Stahl, 5 °C Differenz zwischen Werkstatt und Messraum erzeugen auf 100 mm 8 µm Abweichung.
- Kanten: Bei Kupfer und bleifreiem Messing kann der Grat schmierend sein; das Entgratverfahren (Bürsten, Gleitschleifen, thermisch) sollte festgelegt werden.
Materialbeschaffung und Preis
In der Türkei gibt es Messing- und Kupferstangenproduktion (Sarkuysan, Sarbak und andere); CuZn39Pb3, Cu-ETP und einige Bronzen sind ab Lager verfügbar. CuCrZr, Aluminiumbronze, bleifreies Messing und Sonderlegierungen werden importiert oder auf Bestellung gefertigt (2–8 Wochen). Der Preis ist an den LME-Kupferpreis gekoppelt und volatil; in langfristigen Verträgen ist eine Metallindexierungsklausel Standard. Ungefähres Niveau: CuZn39Pb3 6–8-facher Stahlpreis, Cu-ETP 8–10-fach, CuSn8 10–14-fach, CuAl10Ni 12–16-fach, CuCrZr 15–20-fach. Kupferspäne sind wertvoll; seriöse Lieferanten berücksichtigen den Späne-Rücknahmewert im Preis (besonders beim Langdrehen kann der Spananteil 50 % überschreiten). Zeugnis: Das 3.1-Zeugnis enthält chemische Analyse und (bei Bedarf) Leitfähigkeit.
Hinweise für Konstrukteure
- Bei Leitfähigkeitsbedarf Cu-ETP; bei Leitfähigkeit + Festigkeit CuCrZr oder CuNi2Si; Berylliumkupfer vermeiden.
- Für Lager je nach Härte der Gegenfläche Zinnbronze oder Bleibronze; im RoHS-Geltungsbereich bleifreie Bronzealternative prüfen.
- Für Meerwasser Aluminiumbronze oder Kupfernickel; Messing neigt zur Entzinkung (außer DZR-Messing).
- Für Trinkwasserkontakt bleifreie Messinge der 4MS-Liste vorgeben.
- Spananteil senken: Kupferwerkstoffe haben hohen Schrottwert, der Verlust schlägt sich aber dennoch im Preis nieder.
Häufig gestellte Fragen
Warum ist die Bearbeitung eines Reinkupferteils teurer als bei Messing?
Schmierender Span, geringe Zerspanbarkeit (ein Fünftel von Messing), Spezialwerkzeuge und Oberflächenschutz verlängern die Bearbeitungszeit um das 2–3-Fache; auch das Material ist teurer.
Lässt sich bleifreies Messing auf Langdrehautomaten bearbeiten?
Ja; CuZn21Si3P wird routinemäßig auf Langdrehautomaten bearbeitet, die Schnittgeschwindigkeit ist etwas niedriger und die Werkzeugstandzeit kürzer; der Teilepreis liegt 15–30 % über bleihaltigem Messing.
Guss oder Knetwerkstoff für Bronzebuchsen?
Bei Dichtheit oder hoher Last geknetetes CuSn8; für Standardlager ist stranggegossenes CuSn12 wirtschaftlich.
Bearbeiten Sie Berylliumkupfer?
Wie viele Betriebe bevorzugen wir es wegen des Gesundheitsrisikos nicht; wir empfehlen die Alternative CuNi2Si oder CuCrZr.
Fazit
Die Kupferfamilie deckt ein breites Bedarfsspektrum ab, von Leitfähigkeit bis Lagereigenschaft, von Meerwasserbeständigkeit bis Trinkwassereignung; die richtige Legierungswahl und das zur Legierung passende Bearbeitungswissen bestimmen Kosten und Lebensdauer des Teils. Senden Sie die Zeichnungen Ihrer Kupfer-, Bronze- oder Sondermessingteile über unser Angebotsformular; wir antworten innerhalb von 24 Stunden mit einem Vorschlag für Werkstoffalternativen und einem Angebot mit berücksichtigtem Spänewert. Unser Werkstoffumfang steht auf unserer Seite CNC-Drehen.
