VON ANDREAS HANSEN, OLPE

Im Werkstoff Rotguss liegt Blei als zusätzlicher Phasenbestandteil neben dem α-Grundgefüge vor. Der spannungsübertragende Querschnitt des α-Gefüges wird durch die Bleipartikel reduziert und Verformungsvorgänge setzen früher ein. Blei wirkt damit als Spanbrecher und ermöglicht eine vereinfachte spanabhebende Bearbeitung. An dieser Stelle liegt der große Vorteil von Blei in seiner Unlöslichkeit im festen Kupfer. Es beeinflusst lediglich die Zerspanbarkeit, nicht aber die grundlegenden Eigenschaften der Kupfermatrix wie die Korrosionsbeständigkeit. Ohne Spanbrecher, wie z.B. Blei, ist eine prozesssichere und wirtschaftliche Bearbeitung von Rotguss nicht möglich. Durch eine veränderte Gesetzgebung zeichnet sich allerdings ein Verbot von Blei in Werkstoffen ab.

Alternative bleifreie Kupferlegierungen mit guten Zerspanungseigenschaften sind bereits vor Jahren entwickelt worden und auf dem Markt verfügbar. Diese Werkstoffe besitzen aber gegenüber Rotguss stark abweichende physikalische, chemische, korrosive und fertigungstechnische Eigenschaften und können daher den Werkstoff Rotguss nicht ersetzen. Deswegen wurde eine Legierung entwickelt, die frei von Blei und anderen bedenklichen Substanzen ist, ohne die Wirtschaftlichkeit in der Fertigung, die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Die grundlegende Modifikation liegt in der Substitution von Blei durch Schwefel. Dieser bleifreie Rotguss besitzt die Werkstoffkennzeichnung CuSn4Zn2PS-C. Seine Legierungszusammensetzung und die mechanischen Mindestkennwerte im Vergleich mit dem konventionellen Rotguss CuSn5Zn5Pb2-C sind in Tabelle 1  (s. Gesamtbeitrag) angegeben.

Schwefel ist nahezu unlöslich im festen Kupfer und führt während der Erstarrung zu einem Konstitutionsverhalten, das den Erstarrungsverlauf der Kupfer-Zinn-Legierung ähnlich wie Blei beeinflusst. Anders als Blei liegt Schwefel am Ende der Erstarrung aber nicht elementar im Gefüge vor, sondern als intermetallische Metall–Schwefel-Verbindungen in Form von Kupfersulfid (Cu2S) und Zinksulfid (ZnS), die gleichmäßig im Gefüge verteilt sind. Aufgrund der inkohärenten und spröden Ausbildung dieser Phasen wird ein spanbrechender Mechanismus erzeugt. Die Eigenschaften der Sulfide beeinflussen damit analog zum Blei das mechanische, plastische Verhalten des Rotguss-Werkstoffs. Der Einfluss wird über die Mengenanteile der Sulfidphasen im Werkstoff bestimmt.

Andreas Hansen, M.Sc, Gießereileitung,Werk I, Gebr. Kemper GmbH + Co. KG, Olpe

Die Inhalte dieses Beitrags wurden erstveröffentlicht in der Zeitschrift Metall 73 (2019), [Nr. 11], S. 286-289.