Bronze

Metallurgisch präzise wird der Begriff „Bronze“ heute nur zusammen mit dem vorangestellten Hauptlegierungszusatz verwendet; man spricht dann korrekt etwa von einer Aluminiumbronze, Manganbronze oder Bleibronze.
Alleinstehend wird der Name Bronze ausschließlich für Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronze) verwendet. Kupfer-Zinn-Legierungen waren es auch, die dem Bronzezeitalter seinen Namen gaben und die Entwicklung der Menschheit stark beeinflusst haben.
Die heutigen Bronzen enthalten 2% bis 8% Zinn in Knetlegierungen und 2% bis 14 % Zinn in Gusslegierungen. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aus. Viele der Legierungen sind meerwasserbeständig. Zinnbronzen kann man nicht aushärten. Durch den Zinnzusatz nimmt die Festigkeit der Legierung zu und erreicht zwischen 10 und 15% Zinn ein Maximum. Die Dehngrenze nimmt annähernd linear zu, wobei sie sich gegenüber dem Reinkupfer vervielfacht, und erreicht bei ca. 20% ein Maximum. Die Bruchdehnung beginnt, ausgehend von den hohen Werten des Kupfers, jenseits von 5% Zinn rapide abzunehmen. Die Härte nimmt stetig zu, was sich bei höherem Zinngehalt nochmals verstärkt.
Knetlegierungen lassen sich sehr gut kaltumformen. Dabei verfestigen sie sich sehr stark, ohne jedoch spröde zu werden. Auf dieser besonderen Eigenschaft beruht der Einsatz von Zinnbronzen für Federn aller Art. Federn aus Bronze haben wichtige Vorteile. Sie sind nicht magnetisch, haben eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und günstige mechanische Eigenschaften.

              

Abb.1 Anwendungsbeispiele für Zinnbronze: a) Schneckenrad mit einem Kranz aus Bronze, b) Rohr aus Sinterbronze, c) Skulptur aus Bronze in Den Haag

Ein Anwendungsbeispiel für Zinnbronze sehen wir in Abb. 1a. Es ist ein Schneckenrad mit einem Radkranz aus Bronze CuSn12Ni (12% Zinn und 2% Nickel), das im Stirnradschneckengetriebe eingesetzt wird. Bedingt durch den hohen Preis der Bronze wird das Schneckenrad als ein sogenanntes Hybrid-Teil ausgeführt. Hierbei ist nur der Zahnradkranz aus Bronze, der Radkern wird aus einem Baustahl gefertigt. Der Radkranz aus Bronze wird im Schleuderguss- oder Stranggussverfahren hergestellt. Seine Dicke wird, soweit konstruktiv möglich, klein bemessen. Die beiden Teile der Radkranz und der Radkern werden mithilfe des Elektronenstrahlschweißens miteinander verbunden.
Günstige Gleiteigenschaften von Gusslegierungen ermöglichen ihre Verwendung als Lagerwerkstoffe für Lagerschalen und Lagerbuchsen. Lagermetalle müssen sich leicht auf genaue Maß verarbeiten lassen, einen niedrigen Reibungskoeffizienten haben, Belastungsstößen widerstehen und gleichzeitig Verschleißfestigkeit und genügende Bildsamkeit besitzen, um kleine Fehler in der Passung und Ausrichtung ausgleichen zu können. Bronzen erfüllen diese Anforderungen und werden deshalb viel eingesetzt. Lagerschalen werden entweder in Formen oder im Strang gegossen oder aus gesinterten Metallpulver (Abb. 1b) hergestellt. Bei der sintermetallurgischen Fertigung werden die Bronze-Lager oft absichtlich porös hergestellt und dann mit einem geeigneten Schmiermittel getränkt, so dass während der Benutzungszeit kein weiteres Ölen oder Schmieren erforderlich ist. Abb. 1c zeigt eine bekannte Skulptur aus Bronze, die in der niederländischen Stadt Den Haag steht.
Wenn wir Teile des teuren Zinns in einer Bronze durch Zink ersetzen, erhalten wir einen Werkstoff, der vergleichbar gute Eigenschaften aufweist, aber preiswerter ist. Wegen der rötlichen Farbe als „Rotguss“ bezeichnet, haben sich diese Legierungen als eigene Werkstoffgruppe durchgesetzt. Sie lassen sich sehr gut vergießen und werden auch Glockenlegierungen genannt. <<