Was ist Kupfer? Kupfer bei der Bearbeitung von Bauteilen
Kupfer ist eines der meistverwendeten Nichteisenmetalle, das in seiner Vielseitigkeit mit Aluminium konkurriert. Dieser Artikel befasst sich mit den Eigenschaften von Kupfer, seinen Anwendungen, den verschiedenen Arten von Kupferlegierungen, den wichtigsten Punkten bei der Bearbeitung von Kupfer und dem Lesen von Kupferlegierungsbezeichnungen.
Wichtige Eigenschaften von Kupfer
Kupfer (Cu) ist ein lebenswichtiges Nichteisenmetall, das ähnlich wie Aluminium in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt wird.
Kupfer zeichnet sich durch eine hervorragende thermische und elektrische Leitfähigkeit aus. Als relativ weiches Metall ist Kupfer außerdem sehr gut verformbar und leicht zu bearbeiten. Es ist umweltfreundlich, da es recycelbar ist, und hat den Vorteil, dass es bei niedrigen Temperaturen nicht spröde wird. Die ausgeprägte, schöne Farbe des Metalls macht es zu einem beliebten dekorativen Werkstoff, während seine Fähigkeit, eine schützende Oxidschicht zu bilden, seine Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften ist Kuper ideal für berührungsintensive Oberflächen und Sanitäranlagen.
Kupfer ist jedoch dichter und schwerer als Eisen.
Was ist reines Kupfer?
Unter reinem Kupfer versteht man Kupferlegierungen mit einem Kupfergehalt von 99,90 % oder mehr. Auf der Grundlage des Sauerstoffgehalts wird reines Kupfer in drei Typen eingeteilt: sauerstofffreies Kupfer, zähflüssiges Kupfer und desoxidiertes Kupfer. Sauerstofffreies Kupfer enthält nur wenig Sauerstoff und ist hochrein. Zähes Kupfer enthält Spuren von Sauerstoff, was seine Korrosionsbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit erhöhen. Desoxidiertes Kupfer, das geringe Mengen an nichtmetallischen Desoxidationsmitteln wie Phosphor enthält, ist weniger anfällig für Wasserstoffversprödung.
Merkmale des reinen Kupfers
Reines Kupfer zeichnet sich unter den Kupferlegierungen durch seine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit aus. Es ist nicht magnetisch.
Mechanische Eigenschaften des reinen Kupfers:
- Spezifisches Gewicht: 8,89-8,94
- Zugfestigkeit: 355 N/mm²
- Härte: HV 85+
- Elastizitätsmodul: 117 kN/mm²
- Leitfähigkeit: 100% IACS
- Wärmeausdehnung: 16,8 × 10-⁶/°C
- Wärmeleitfähigkeit: 398 W/(m-K)
- Schmelzpunkt: 1083°C
- Siedepunkt: 2360°C
Vorteile und Nachteile des reinen Kupfers
Vorteile:
- Weich und leicht zu bearbeiten
- Relativ beständig gegen Säuren und Laugen
- Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit
Nachteile:
- Schwer
- Erfordert Beschichtung zum Schutz vor Korrosion
- Die Weichheit erfordert eine sorgfältige Bearbeitung
Arten von Kupferlegierungen
Die guten Schmelzeigenschaften von Kupfer ermöglichen Legierungen mit anderen Metallen. Hier einige wichtige Kupferlegierungen:
Messing (Gelbkupfer)
Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, die für ihre hervorragende Formbarkeit, Warmschmiedefähigkeit, Zerspanbarkeit und ihr geringes Gewicht im Vergleich zu reinem Kupfer bekannt ist. Messing hat einen schönen metallischen Glanz, der dem von Gold ähnelt.
Bronze
Bronze ist Kupfer, das mit ca. 12 % Zinn und oft noch weiteren Metallen wie Aluminium, Mangan, Nickel oder Zink sowie Nicht-Metallen wie Phosphor oder Metalloiden (Arsen, Silizium) legiert ist. Es oxidiert allmählich an der Atmosphäre und bildet eine grüne Patina, die als Grünspan bekannt ist. Bronze ist härter als reines Kupfer, hat aber einen niedrigeren Schmelzpunkt und ist damit eines der ältesten verwendeten Metalle.
Bronze findet Verwendung unter anderem bei Zierbeschlägen von Möbeln und Türen, im Bereich des Kunsthandwerks, in Getrieben und Pumpen sowie als Verbindungs- und Anschlussstücke für Rohrleitungen (Fittings) und Schiffsschrauben.
Hochkupfer-Legierungen
Hochkupferlegierungen enthalten über 96 % Kupfer und bieten eine ähnliche thermische und elektrische Leitfähigkeit wie reines Kupfer bei gleichzeitig höherer Festigkeit und Wärmebeständigkeit. Diese Legierungen werden in Präzisionsinstrumenten wie Computern und Smartphones sowie in Automobilkomponenten verwendet. Die Eigenschaften von Hochkupferlegierungen variieren je nach den zugesetzten Metallen, wie z. B. Berylliumkupfer, das sowohl elektrische Leitfähigkeit als auch Federeigenschaften aufweist.
Tipps für die Bearbeitung von Kupferlegierungen
Kupfer und seine Legierungen sind weiche Metalle, die sich leicht schneiden lassen, aber aufgrund ihrer Weichheit auch eine Herausforderung darstellen können.
Klebrigkeit und Gratbildung
Kupfer ist weich und hat eine hohe Formbarkeit, was bei der Bearbeitung zu Graten führen kann, da das Material beim Schneiden zum Verkleben neigt.
Löten während der Bearbeitung
Die Weichheit von Kupfer in Verbindung mit seinem niedrigen Schmelzpunkt kann dazu führen, dass die Späne während der Bearbeitung schmelzen, was zu Lötstellen an der Schneide des Werkzeugs führt. Um die bei der Bearbeitung entstehende Wärme abzuführen, sind Kühlmittel erforderlich. Die Verwendung von Kühlmitteln auf Wasserbasis kann jedoch zu Verfärbungen aufgrund von Korrosion führen, daher werden Kühlmittel auf Ölbasis empfohlen.
Aufgrund der Klebrigkeit von Kupfer ist es wichtig, den Schneidwiderstand zu verringern. Die Verwendung von scharfen Werkzeugen mit einem großen Spanwinkel und die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sind wirksame Strategien.
Fazit
Kupfer ist ein Nichteisenmetall, das neben Aluminium weit verbreitet ist. Es zeichnet sich durch eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aus und ist leicht recycelbar. Zu den Kupferlegierungen gehören reines Kupfer, Messing, Weißkupfer, Bronze und Hochkupferlegierungen. Kupfer lässt sich zwar leicht bearbeiten, erfordert aber aufgrund von Gratbildung und möglichen Lötstellen beim Schneiden eine sorgfältige Handhabung. Materialien aus Kupferlegierungen werden mit einem „C“, gefolgt von einer vierstelligen Zahl und Symbolen, gekennzeichnet.
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