Schwermetalle

Welche Stoffe eigenen sich besonders gut als Leiterwerkstoffe? Was steckt in Weichloten? Und was nutzt du im Schiffbau, um sicherzustellen, dass das Material meerwasserbeständig ist?

Wenn du gerade an Kupfer, Zinn oder auch , Zink denkst, bist du schon mal auf dem richtigen Weg. Immerhin sind dies drei der wichtigsten Schwermetalle. Um aber wirklich das richtige Schwermetall oder die richtige Legierung zu wählen musst du die Zusammensetzung, und die unterschiedlichen Eigenschaften von Werkstoffen kennen.

simpleclub gibt dir die wichtigsten Fakten zum Thema Schwermetalle!

Schwermetalle einfach erklärt

Schwermetalle gehören zu den Nichteisenmetalle (NE-Metalle). Nach der Herstellung werden sie weiter in Knetlegierungen und Gusslegierungen unterschieden. Knetlegierungen eigenen sich für das Bearbeiten durch Umformen, also Beispielsweise zum Schmieden, Walzen, Rundkneten oder Biegen. Gusslegierungen eignen sich wie der Name schon sagt vor allem zum Gießen. Die wichtigsten und meist verwendeten Schwermetalle sind Kuper, Zinn und Zink.

Schwermetalle Definition

Schwermetalle Überblick

Schwermetalle gehören also der Gruppe der Nichteisenmetalle (NE-Metalle) an. Unter Nichteisenmetallen versteht man ganz einfach sämtliche reine Metalle und deren Legierungen bei denen Eisen den kleineren Anteil innehat. Das Metall oder die legierung besteht also zu weniger als 50% aus Eisen. Schwermetalle haben eine Dichte größer 5kg/dm^{3}$5kg/dm^{3}$.

Nach der Herstellung werden Nichteisenmetalle in Knetlegierungen und Gusslegierungen unterschieden. Knetlegierungen eigenen sich für das Bearbeiten durch Umformen, also Beispielsweise zum Schmieden, Walzen, Rundkneten oder Biegen. Gusslegierungen eignen sich wie der Name schon sagt vor allem zum Gießen.

Die wichtigsten und meist verwendeten Schwermetalle sind Kupfer, Zinn und Zink.

Kupfer & Kupferlegierungen

Unlegiertes Kupfer

Eigenschaften

Kupfer hat eine rötliche Färbung, weißt eine Dichte von 8,94kg/dm^{3}$8,94kg/dm^{3}$ auf und hat eine Schmelztemperatur von 1083°C. Der Werkstoff hat eine hohe Wärme-/ Elektrizitätsleitfähgkeit. In kalten Zustand ist Kupfer hart, in warmen Zustand weich und dehnbar.

Anwendung:

Anwendung findet unlegiertes Kupfer als Elektrische Leitungen (hier vor allem Cu-ETP) aber auch in Kühl-/ Wärmetauscherrohren (hier vor allem Cu-DPH).

Kupfer-Zink-Legierungen (Messing)

Eigenschaften:

Kupfer-Zink-Legierungen sind allgemein auch als Messing bekannt. Sie haben einen Zinkanteil von 5-40 % und weißen eine goldgelbe Färbung auf. Bei niedrigem Zinkanteil ist die Legierung vergleichsweise weich und gut umformbar, bei einem hohen Zinkanteil ist sie vergleichsweise hart. Zudem weißt Messing eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine gleitfähige Oberfläche auf. Die Zugfestigkeit liegt bei 250N/mm^{2}$^{2}$, kann durch Kaltverfestigung aber auf 600N/mm^{2}$600N/mm^{2}$ erhöht werden. Messing ist gut umformbar, gut gießbar und eignet sich für eine spanende Bearbeitungsweise.

Anwendung:

Anwendung findet Messing beispielsweise als Kleindrehteile in Armaturengehäusen und in korrosionsbeständige Schrauben.

Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronze)

Eigenschaften:

Zinnbronze weißt einen Zinnanteil von 2-15 % auf und hat eine goldbraune Färbung. Sie ist hat eine gute Korrosionsbeständig, Verschleißfestigkeit, und gute Gleiteigenschaften. Zudem hat sie eine hohe Zugfestigkeit von 750N/mm^{2}$^{2}$.

Anwendung:

Anwendung findet Zinnbronze beispielsweise in der Verarbeitung zu Schneckenräder, Spindelmuttern, Gleitbahnen, Führungsbahnen, Lagerschalen oder auch Kontaktfedern.

Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen

Eigenschaften:

Die Kupfer-Zinn-Zink-Legierung ist gut vergießbar, hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für die spanende Bearbeitung. Zudem weißt sie gute Gleiteigenschaften auf.

Anwendung:

Anwendung findet diese Legierung beispielsweise in Armaturen-/ Pumpengehäusen.

Kupfer-Aluminium-Legierungen

Eigenschaften:

Kupfer-Aluminium-Legierungen haben eine hohe Festigkeit und Zähigkeit. Sie ist korrosionsbeständig (vor allem bei Meerwasser).

Anwendung:

Anwendung findet sie deshalb auch im Schiffbau (z.B. CuAl7Sif2) aber auch im Chemieanlagenbau.

Kupfer-Nickel-Legierungen

Eigenschaften:

Kupfer-Nickel-Legierungen weißen eine silberne Färbung, sind federhart und haben eine gute elektrische Leitfähigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit.

Anwendung:

Anwendung finden Kupfer-Nickel-Legierungen beispielsweise in Schlüsseln, Reißzeug, Geräteverkleidungen, Wasserarmaturen aber auch elektrischen Widerständen. Federnd elektrische Kontakte (z.B. CuNi9Sn2) haben einen temperaturkonstanten elektrischen Widerstand.

Zinklegierungen

Eigenschaften:

Zinklegierungen haben eine Dichte von ca. 7kg/dm^{3}$^{3}$ und eine Schmelztemperatur von 420°C. Legierungselemente sind hier meist Aluminium und Kupfer.

Anwendung:

Zinklegierungen eigenen sich gut für dünnwandige Druckgussteile und Blas-/ Tiefziehformen.

Zinn/ Blei-Legierungen

Eigenschaften

Zinn-Blei-Legierungen haben eine Schmelzpunkt von 183- 325°C .

Anwendung:

Sie werden meist zu Weichloten verarbeitet. (Lot= Mittel, das Metall durch Löten verbindet)

Nickellegierungen

Eigenschaften

Hier ist die Legierung mit Chrom(Cr), Mangan (Mn), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Beryllium (Be) möglich.

Anwendung:

Anwendungsbereich variieren je nach Legierungsmetall (meist sehr elastisch, fest, und Wärme-/ korrosionsbeständig).

Edelmetalle

Edelmetallen die zu den Schwermetallen gehören zählen unter anderm Gold, Silber, Platin aber auch Iridium, Rhodium, Osmium und Palladium. Gold und Silber werden vor allem als Leitwerkstoffe (zum Transport von elektrischer Energie) und als Kontaktwerkstoffe (Trennen/Schließen von Stromkreislauf) genutzt. Platin findet in Thermoelementen und Laborgeräten Anwendung.

Kurzbezeichnungen von Schwermetallen

Die Bezeichnung von Legierungen erfolgt nach dem DIN EN 573 System in Kurznamen oder Werkstoffnummern.

Legierungsmetalle

Einige Metalle sind als Konstruktionswerkstoffe unbedeutend, werden aber als Legierungsmetalle genutzt. Diese werden in Hochschmelzende und Höchstschmelzende Metalle unterschieden. Hochschmelzende Metalle verbessern i.d.R. die Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften von Stählen. Höchstschmelzende Metalle verbessern die Warmfestigkeit von Stählen. In der Tabelle siehst du die wichtigsten Legierungsmetalle, ihre Eigenschaften und Anwendungsbereiche.

Hochschmelzende Legierungsmetalle

Höchstschmelzende Legierungsmetalle

Kurznamen:

Bei Schmermetalllegierungen wird zunächst das chemische Symbol des Basismetalls angegeben. Darauf folgt folgen die Symbole für die jeweiligen Legierungselemente und deren Anteil in Prozent. Am Ende ist die Zugfestigkeit des Schwermetalls angegeben.

Bei Gusslegierungen wird zudem die Gussart (z.B. G für Sandguss oder GD für Druckguss) und die Festigkeit (z.B. R420 für eine Zugfestigkeit von 420 N/mm^{2}$^{2}$ ) angegeben.

Werkstoffnummer (Numerischer Kurzname):

Werkstoffnummern von Schwermetallen geben Auskunft ob es sich um eine Knetlegierung oder eine Gusslegierung handelt. CW steht hierbei für Kupferknetlegierung (Copper Wrought engl. Geschmietes Kupfer) und CC steht für Kupfergusslegierung (Copper Cast engl. Gegossenes Kupfer). Dann kommt die Zählnummer und am Ende steht ein Buchstabe für die jeweilige Legierugsgruppe.

Schwermetalle Beispiele

Zu den bekanntesten Schwermetallen zählen also unter anderem Gold, Silber, Platin, aber auch Quecksilber, Wismut, Eisen, Kupfer, Blei, Zinn, Zink, Nickel, Chrom und Uran. Im Maschinenbau sind aber Kupfer, Zinn und Zink am wichtigsten und meist verwendet.

Schwermetalle Zusammefassung

Schwermetalle gehören der Gruppe der Nichteisenmetalle (NE-Metalle) an. Nichteisenmetallen sind ganz einfach sämtliche reine Metalle und deren Legierungen bei denen Eisen den kleineren Anteil innehat. Je nach Dichte wird in Leichtmetalle und Schwermetalle unterschieden.

• Leichtmetalle: Dichte kleiner als 5kg/dm^{3}$5kg/dm^{3}$
• Schwermetalle: Dichte größer als 5kg/dm^{3}$5kg/dm^{3}$

Nach der Herstellung werden die Nichteisen Metalle dann weiter in Knetlegierungen und Gusslegierungen unterschieden.

Die wichtigsten Schwermetalle sind Kupfer, Zinn und Zink. Aber auch die Edelmetalle Gold, Silber und Quecksilber gehören zu den Schwermetallen.