Sondermessing

Figur aus Messing

Osmanischer Wasserkrug von 1870 aus Tombak, einem Messing mit hohem Kupferanteil, Museum für türkische und islamische Kunst

Messing ist eine goldfarbene Legierung aus Kupfer und Zink.

Eigenschaften

• Schmelzpunkt: mit steigendem Zinkgehalt sinkend; ca. 900–925 °C
• Dichte: ca. 8,4 g/cm³ CuZn37
• elektrische Leitfähigkeit: ca. 15 MS/m, mit steigendem Zinkgehalt wird die elektrische Leitfähigkeit des Messings stark gesenkt (bei 10 % Zn um 60 %, bei 40 % Zn um 75 %)
• Elastizitätsmodul: 78 bis 123 GPa (kN/mm²)
• Zugfestigkeit: 310 bis 460 MPa (N/mm²)
• Dehngrenze: 120 bis 420 MPa (N/mm²)
• Querkontraktionszahl: 0,37
• Torsionsmodul: 37 GPa (kN/mm²)
• Schallgeschwindigkeit in Messing: 3530 m/s (bei 18 °C) ^[1]
• amagnetisch
• goldfarben glänzend aussehend
• spezifische Wärmekapazität: je nach Legierung ungefähr 377 J/(kg·K)
• Ausdehnungskoeffizient: 18,5 ·10^-6/K bei 20°C CuZn30^[2]

Je nach Mischungsverhältnis variiert die Farbe von goldorange (bei hohem Kupferanteil) bis hellgelb.

Messing ist etwas härter als reines Kupfer, jedoch nicht so hart wie Bronze (eine Kupfer-Zinn-Legierung). Die Messingschmelze ist dünnflüssig und nimmt im Gegensatz zu reiner Kupferschmelze wenig Gase auf, lässt sich daher blasenarm gießen. Auffallend ist die Farbähnlichkeit zu Gold.

Messing ist im Gegensatz zu Stahl- und Aluminiumlegierungen nicht durch Wärmebehandlung aushärtbar. Die Festigkeit kann nur durch geeignete Legierungswahl und durch mechanische Umformung (Walzen, Schmieden oder Ziehen in kaltem Zustand) gesteuert werden.

Messingsorten

Die verschiedenen Messingsorten unterscheiden sich durch ihren Zinkanteil, der in der Bezeichnung in Prozent angegeben wird. Eine der am häufigsten verwendeten Legierungen ist CuZn37, die 37 Prozent Zink enthält. Früher wurde stattdessen die Bezeichnung Ms mit dem Kupferanteil verwendet, hier also Ms 63. Messing kann bis zu 3 Prozent Blei enthalten; enthält die Legierung mehr Blei, wird sie dem Sondermessing zugeteilt. In der Praxis enthält Messing mindestens 50 Prozent Kupfer, da es unterhalb dieser Grenze spröde wird und daher schlecht zu verarbeiten ist.

Die Legierung CuZn30 weist von allen Messingsorten die beste plastische Verformbarkeit auf. Da aus ihr in der Vergangenheit häufig Kartuschen für Artilleriegeschosse hergestellt wurden (hohe Bruchdehnung) nennt man diese Legierung umgangssprachlich auch Kartuschmessing.

Messingsorten mit mehr als ca. 70 Prozent Kupfer werden auch als Tafelmessing, Goldmessing oder Tombak bezeichnet. Tombak leitet sich vom malaysischen Namen für Kupfer, Tumbaga oder Tambaga, ab. Tafelmessing wurde in der Schmuckherstellung als Goldersatz benutzt, fand und findet aber auch Verwendung beim Militär. Helme, Brustpanzer und Dekorationselemente auf den Schabrunken der Kürassiere oder Teile davon waren häufig aus Tafelmessing gefertigt. Heute wird Tafelmessing auf Stahlmantelgeschosse für Gewehre oder Pistolen plattiert, weil sich das weiche Material besser in die gezogenen Läufe pressen lässt und dem Geschoss dadurch den erforderlichen Drall gibt.

Als Gelbguss wurden früher für den Guss verwendete Legierungen mit 56 bis 80 Prozent Kupfer bezeichnet.

Messingsorten, die außer Kupfer und Zink noch weitere Metalle (Blei > 3 %, Eisen, Nickel, Mangan oder Aluminium) enthalten, werden als Sondermessing bezeichnet. Eine Kupfer-Zink-Nickel-Legierung heißt Neusilber. Nicht zu den Messingsorten gehört Rotguss, eine Kupfer-Zink-Zinn- Blei- Legierung. Messing darf nicht mit Bronze, einer Kupfer-Zinn-Legierung, verwechselt werden.

Wichtige Gruppe innerhalb der vielfältigen Messinglegierungen sind die Zerspanungsmessinge (auch Automatenmessing genannt). Sie weisen eine andere Kristallgitterstruktur (krz und nicht mehr kfz) auf als Messing mit einem Zn-Gehalt von bis zu 38,95 % und können Blei in feinen Tröpfchen als Spanbrecher enthalten. Das Blei löst sich nicht im Kristallgitter, sondern liegt als fein dispergierte Phase vor. Die Bleigehalte variieren zwischen 0,5 % und 3,5 %. Je mehr Blei enthalten ist, desto besser lässt sich der Werkstoff zerspanen, desto feinere Späne fallen an. Mehr als 3,5 % Blei hat sich in der Praxis jedoch nicht bewährt, der geringfügig erhöhten Zerspanbarkeit stand eine deutlich schwierigere Herstellbarkeit des Werkstoffes entgegen. Die Zerspanungs-Messinge zählen nicht zu den Sondermessingen.

Weitere Messingsorten siehe: Chrysorin, Cuivrepoli, Deltametall, Duranametall, Nordisches Gold, Prinzmetall, Rauschgold, Platine [1], Muntzmetall („yellow metal“)

Verwendung

Messing ist schon seit dem dritten Jahrtausend v. Chr. aus Assyrien und Babylonien bekannt. In Palästina wurde Messing um 1400 bis 1000 v. Chr. aller Wahrscheinlichkeit nach durch das Schmelzen von Kupfer unter dem Zusatz von so genanntem Zinkerz Galmei (Zinkcarbonat) produziert. Metallisches Zink stand bis Ende des 18. Jahrhunderts nicht zur Verfügung und die Legierung mit Kupfer war bis dahin nur unter Verwendung dieses Zinkerzes möglich.

Seit der Legierungsbildung mit Hilfe vom Galmei wurden daraus hauptsächlich Schmuck und Kunstgegenstände hergestellt. Im Mittelalter fertigte man sehr viele Gegenstände des Kunsthandwerks oder liturgische Gefäße aus Messing.

Auch heute wird Messing wegen seiner goldähnlichen Farbe für Verzierungen und Beschläge verwendet. Viele Blechblasinstrumente und einige Holzblasinstrumente werden aus Messing (CuZn30) oder Goldmessing (CuZn15) gefertigt. Einige Percussion-Hersteller bieten Schellenringe mit Messingschellen an.

Technische Bedeutung hat Messing dort, wo gleichzeitig gute elektrische Leitfähigkeit und mechanische Stabilität wichtig sind. Oft sind zum Beispiel Antennen und Hohlleiter aus Messing gefertigt. Für die Verwendung in Steckverbindern finden Pins aus Messingdraht Verwendung. Dazu können auch Messingdrähte mit galvanisierter Oberfläche eingesetzt werden. Gängige Qualitäten im Drahtsektor sind CuZn2, CuZn15, CuZn30, CuZn37.

Häufig wird es wegen seiner guten korrosionschemischen Eigenschaften für Armaturen und Formstücke in der Sanitärinstallation verwendet. Zudem findet Messing Verwendung als Lagerwerkstoff aufgrund seiner guten Notlaufeigenschaften.

Sondermessinge (ohne die Bestandteile von Blei und Zinn) werden zum Guss von Propellern für Binnenschiffe verwendet.

Mit Messingelektrolyten, das sind Lösungen aus Kupfer- und Zinksalzen (Sulfate oder Zyanide), können Gegenstände galvanisch mit einer Messingschicht überzogen werden.

Phasen und Strukturen

Struktur des β'-Messings

Die Atome des Kupfers bilden eine dichteste Kugelpackung mit kubischer Symmetrie, die kubisch flächenzentrierte Struktur. Zink löst sich ohne Änderung der Struktur in festem Kupfer bis zu einem maximalen Anteil von 38,95 %; diese Legierung ist die α-Phase mit Schmelzpunkten zwischen 1084,87 °C für das reine Kupfer und 902 °C für die α-Phase-Legierung mit hohem Zinkgehalt. Legierungen mit etwa 50 % Kupfer und 50 % Zink kristallisieren entweder in der β-Phase oder der β'-Phase: Bei Temperaturen unter 468 °C ist die β'-Phase stabil, bei der acht Kupferatome jeweils acht Zinkatome umgeben und dabei die Caesiumchlorid-Struktur einnehmen. Oberhalb 468 °C, in der β-Phase, verteilen sich die Atome statistisch auf Gitterplätze eines kubisch raumzentrierten Gitters.

Oberhalb von 50 % Zink treten weitere intermetallische Hume-Rothery-Phasen auf, die γ, δ und ε-Phasen. Ab einem Zinkgehalt von 97,25 % ist die hexagonale Struktur des Zinks möglich.

Siehe auch

• Rotguss
• Bronze

Einzelnachweise

1. ↑ Mechanik/Akustik - Wellenlänge und Schallgeschwindigkeit (PDF, S. 3)
2. ↑ Friedrich Tabellenbuch - Metall- und Maschinentechnik (S. 3-3). 168. Auflage. Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2008, ISBN 978-3-427-51033-8. 

Weblinks

• Homepage: Deutsches Kupferinstitut
• Videos zur Herstellung von Messing auf brass-circle.de