Messing gietlegeringen

De toepassing van koperzink gietlegeringen is gebaseerd op combineren van mechanische- en fysische eigenschappen met het uitstekende vormvullend vermogen van de legeringen, waardoor ingewikkelde dunwandige producten gegoten worden met weinig of geen nabewerking. De goede mechanische en fysische eigenschappen zijn: Elektriciteitsgeleiding, warmtegeleiding, bewerkbaarheid door verspanen en polijsten, corrosievastheid, glij-eigenschappen in combinatie met slijtweerstand. En niet onbelangrijk, een aantrekkelijk uiterlijk. De kleur van messing wordt door het zinkgehalte bepaald: zinkgehalte tot 20 % geeft bruin tot bruinrood. en gehalte boven 36 % geel tot witgeel.

Algemeen

Messing gietwerk heeft een gelijkmatige microstructuur; dat is wat corrosie betreft en ook qua bewerkingen een voordeel. De gietlegeringen hebben vaak een iets hogere aandeel aan aluminium en silicium, omdat deze elementen de gietbaarheid, dus het vormvullend vermogen vergroten. In principe zijn ook de kneedlegeringen indien uitgevoerd door vakmensen redelijk gietbaar. Gietmessing is geschikt voor praktisch alle gietprocessen, zoals zand-, coquille-, spuit- en centrifugaal gieten.

Die kleur van messing wordt door het zinkaandeel bepaald. Bij zinkgehalte lager dan 20 % (koper meer dan 80%) is messing bruin tot bruinrood. Bij een zinkgehalte groter dan 36 % (kopergehalte kleiner dan 64%) is messing helgeel tot witgeel. Messing legeringen hebben minimaal 58 % koper (maximaal 42% zink) anders wordt de legering bros en minder goed bewerkbaar.

Complexe messing legering

Koperzink legeringen waaraan meerdere legeringselementen worden toegevoegd uit de gangbare elementen: Silicium, aluminium, tin, lood, ijzer, mangaan, en nikkel noemt men complexe messing legeringen (Duits: Sondermessing).

Invloed legeringselementen in koperzink gietlegeringen

Zinkequivalent

De zinkequivalent is het percentage zink dat 1 % van een legeringselement vervangt. Zo is het zinkequivalent van silicium (Si) 10 d.w.z. 1% silicium heeft zelfde invloed op verschuiving in het koperzink diagram als 10% zink.

Algemene indeling koperzink gietlegeringen op bases van toegevoegde legeringselementen.

Messing legeringen onderscheiden zich door hun zink aandeel. Het kopergehalte van deze legeringen is minimaal 58 %, omdat bij minder koper het materiaal bros wordt en slecht te verwerken. Zie hiervoor het koperzink toestandsdiagram. De koperrijke alfa kristallieten hebben een kubisch ruimtelijk gecenterd rooster (KRC)en de zinkrijke bèta kristallieten een kubisch vlakken gecenterd rooster(KVC) dat verklaart het verschil in eigenschappen van de alfa en bèta structuur. Treksterkten van 350 tot 500 N/mm² van messing maken het mogelijk veel gebruikte staalsoorten als S235JR te vervangen.

Silicium

Silicium (Si) verhoogt de elasticiteitsgrens (evenredigheidsgrens is bij benadering gelijk aan de 0,2% strekgrens) en slijtvastheid (veren en glijlagers), de weerstand tegen kouddeformatie neemt dan echter toe. Van de legering CuZn16Si4-C is de alfa messing versterkt door dispersie van fijne silicium uitscheidingen. Het is een uitstekend gietbare legering, geschikt voor ingewikkelde dunwandige gietstukken. Uitzonderlijk goed voor spuitgietwerk is de complexe messing CuZn16Si4-C-GP, ook sliciumtombak genoemd. Het gietwerk is glad en strak en hoeft in het algemeen niet nabewerkt te worden. Gunstige mechanische eigenschappen. Goede corrosieweerstand ook in zeewater. Geschikt voor spuitgieten en coquille gietwerk. IJzer (Fe) begrenzen want Fe vormt harde insluitsels. Siliciumtombak is de legering met de grootste toepassingsgebied in de constructie sfeer, goede gietbaarheid, zowel coquille gietwerk als spuitgietwerk maakt de legering zeer geschikt voor seriematige productie.

Aluminium

Aluminium (Al) gelegeerde koperzink gietmessing. Aluminium heeft hetzelfde effect als nikkel en verhoogt de afbladder (scaling) bestendigheid, verhoogt treksterkte en strekgrens, de corrosiebestendigheid en oxidatieweerstand bij hogere temperatuur, geeft een betere giethuid, vermindert zinkverdamping bij het gieten door vorming van een taaie aluminium oxidehuid. CuZn20Al2As is een complexe messing gebruikt als toevoegmateriaal bij het hardsolderen. Aluminium werkt als zink, verschuift de fasegrens in het toestandsdiagram koperzink naar een hogere kopergehalte en verkleint daarmee het alfa gebied, daardoor ontstaat een hogere gehalte aan bèta mengkristallen en dus een grotere sterkte. CuZn37Al1-C en CuZn38Al-C worden gebruikt als constructiemateriaal en geleidingsmetaal in machinebouw, in elektrotechniek en fijnmechaniek. Het materiaal wordt meestal in coquille gegoten. De legeringen CuZn37Al1 en CuZn40Al2 zijn geschikt als glijlager metaal.

Tin

Tin (Sn) verhoogt trekvastheid, strekgrens en corrosieweerstand en verbetert de gietbaarheid. Tin wordt in messing steeds meer vervangen door goedkoper silicium. (in brons is tin een hoofdlegeringselement)

Lood

Lood(Pb) gelegeerde koperzink legering. Lood verbetert de verspaanbaarheid door het breken van de spanen. Messing kan tot 3% lood bevatten. Bij een hogere loodgehalte hoort de legering bij de groep complexe messing legeringen. Soms worden extra elementen toegevoegd uit de reeks Al,Si,Mn.Fe etc. voor een hogere sterkte. deze legeringen zijn goed gietbaar en corrosiebestendig.

Automatenmessing is messing met een Zn-gehalte tot 39 % en lood in fijne druppel dispersie als spaanbreker, lood lost namelijk niet op in het metaalrooster. Loodgehalte is maximaal 3,5 %. CuZn33Pb2-C wordt gebruikt voor metaalwaren, bouwbeslag en armaturen. Het is een standaardlegering voor zandgietwerk.

IJzer

IJzer(Fe) verfijnd tijdens het stollen de korrelgrote van het metaal en mede daardoor de mechanische eigenschappen. In een corrosieve omgeving moet Fe beneden 0,5% blijven.

Mangaan

Mangaan (Mn) en tin (Sn) bevorderen zeewaterbestendigheid en warmvastheid. Het desoxideert de smelt bij het gieten. Wordt in de scheepvaart en als jachtbeslag toegepast. Mangaan (Mn) stabiliseert de bètafase CuZn25Al5Mn4Fe3-C heeft een grote sterkte maar is gevoelig voor spanningscheuren en ontzinken.

Nikkel

Nikkel (Ni) verhoogt in koperzinklegering de fijnkorreligheid, waardoor sterkte en hardheid toenemen. Corrosieweerstand is goed.

Tombak

Tombak zijn koperzink legeringen met minimaal 70% koper en de rest zink.Tombak is een verouderde benaming voor koperrijke koperzink legeringen. Tot de bekende koperzink legeringen die vaak niet als messing maar als tombak aangeduid worden zijn: “witte tombak” met arseen en “siliciumtombak” met silicium, deze messing legeringen hebben minder zink, het zink is namelijk vervangen door een element dat dezelfde uitwerking heeft op het koperzinkdiagram. Door arseen toevoegen wordt het metaal wit.

Tombaklegeringen roesten niet aan de buitenlucht. Ze zijn gemakkelijk te stansen en kunnen uitstekend verzilverd, verguld en geëmailleerd worden. Tombak wordt afhankelijk van het kopergehalte genoemd: Roodtombak (CuZn10), gold- of middeltombak (CuZn15) en geeltombak (CuZn28). Half tombak(CuZn33). Emailleertombak (CuZn5) is bij uitstek geschikt voor het emailleren. Tombak is door zijn weerstand tegen ontzinking en door zijn zeewaterbestendigheid geschikt voor de offshore en voor scheep- en jachtbeslag. De legering CuZn30-C en CuZn33-C (half tombak) heeft van de messingsoorten de beste plastische vervormbaarheid, daarom gebruikt voor kogelmantels (patroonhulzen) en kartuschen voor artilleriegeschut, en om die reden ook wel kartuschmessing genoemd.

Arseen (As) en fosfor (P)

De legering CuZn15As-C heeft een goede zeewaterbestendigheid, goede Lasbaarheid (scheepsbouw), goede elektrisch-geleidingsvermogen(15MS/m) en wordt o.a. gebruikt als geleider. Fosfor (P) en of arseen(As) voorkomen ontzinken.(ontzinken is het oplossen van zinkkristallieten in een waterige oplossing). Fosfor gelegeert messing heeft een groter weerstand tegen zeewatercorrosie.

Muntzmetaal CuZn38Pb1,5 en CuZn38Pb2

Een goed smeed- en gietbaar alfa messing. Ontwikkeld 200 jaar gelden door de heer Muntz om houten scheepsrompen te beschermen tegen vervuiling (aangroeisels). Het is goedkoper, sterker en lichter dan zuiver koper dat toen gebruikt werd en de levensduur aanmerkelijk langer. Muntzmetaal wordt heden gebruikt voor vervaardiging van corrosie bestendige machineonderdelen en scheepsbeslag, w.o. zelfs scheepsbouten en voor de vervaardiging van koudgetrokken buizen voor condensors.

Muntzmetaal is een complexe messing met 60 % koper, ca. 38 % zink en 0,2 % ijzer. Wegens fraai uiterlijk en corrosiebestendigheid in verleden en heden gebruikt voor meetgereedschap. Van Muntzmetaal met ca. 40 % Zn worden blaasinstrumenten gemaakt wegens goede bewerkbaarheid en geluidtechnische eigenschappen.

Mechanische eigenschappen koperzink gietlegeringen als functie van chemische samenstelling en gietmethode

Symbolen van de gietprocessen

• GS Zand casting
• GM Permanente vorm gieten
• GZ Centrifugaal gieten
• GC Continugieten
• GP Drukgieten(spuitgieten)

Richtwaarden chemische samenstelling messing gietlegeringen

(C- percentage elementen gemeten in het gegoten product)

Mechanische eigenschappen koperzink gietlegeringen bij lage temperaturen

Cryogene toepassingen van messinglegeringen wegens de unieke eigenschap dat de mechanische eigenschappen behouden blijven bij extreem lage temperaturen.

Gebruikseigenschappen van messing gietlegeringen

Redelijk wil zeggen een goed resultaat indien uitgevoerd door een vakman.

Messing gietlegeringen volgens EN 1982

Gieten

Om voor spuitgieten geschikt te zijn moet de legering goede mechanische en fysische eigenschappen bezitten, om bij hoge spuitsnelheid en onder hoge druk te stollen en probleemloos te lossen uit de matrijs, zonder vervormingen. Door de relatief grote krimp van de legeringen moet de stolling gestuurd worden, opdat er geen scheuren en lunkers optreden. De stolling sturen (afkoeling en krimp) door constructie van de vormen eventueel met ingelegde hulpstukken die de afkoelsnelheid beïnvloeden.

Warmtebehandeling

De normale messinglegeringen zijn door warmtebehandeling niet te harden. De bereikbare mechanische eigenschappen worden bepaald door de chemische samenstelling, kouddeformatie en korrelgrote. Gietstukken worden in het algemeen alleen spanningsarm gegloeid. Bij circa 350°C gedurende ca 2 uur.

Verspanen

De koperzink gietlegeringen zijn in het algemeen goed te verspanen, de snijsnelheden van de loodhoudende legeringen (automaten messing) zijn het hoogst.

Verbindingstechniek

Koperzink gietlegeringen worden bij het lassen behandeld als de in chemische samenstelling overeenkomende kneedlegeringen. Echter koperzink gietlegeringen, zijn warmteschok en spanningsscheur gevoelig. Voorverwarmen vermindert de warmteschok en de kans op scheuren.

Solderen, lijmen, mechanische verbindingen en oppervlaktebehandeling van koperzink gietlegeringen gebeurt eveneens als bij de in chemische samenstelling overeenkomende koperzink kneedlegeringen.

Het Koudekamer spuitgietproces

Koperzink legeringen worden spuitgegoten in het koudekamer spuitgietproces. De smelt wordt voor elke spuitcyclus in de gietkamer gegoten en door een plunjer met hoge snelheid in de stalen gietvorm (matrijs) geperst. Het vloeibare messing stolt onder hoge druk en er ontstaat een glad en strak product.