Hartlöten von Bronze

Bronzen (Kupfer-Zinn-Knetlegierungen) zeichnen sich durch gute Festigkeitseigenschaften, häufig noch ausreichende Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität sowie durch hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Aufgrund ihrer interessanten Eigenschaften haben Bronze-Legierungen sehr viele Anwendungsgebiete. Von besonderer technologischer Bedeutung ist das hohe Kaltverfestigungsvermögen der Bronzen, insbesondere der Legierungen mit Phosphorgehalten bis 0,4%. Verbindungsarbeiten wie Löten und Schweißen von Bronzen bereiten keine besonderen Schwierigkeiten.

Awendungsgebiete und Eigenschaften
Bänder aus Bronze werden im technischen Bereich zunehmend eingesetzt. Hochwertige Federbänder, kaltgewalzt mit engen Maßtoleranzen und mit garantierter Federbiegegrenze, sind das Vormaterial für die Fertigung der federnden Funktionsstelle der Elektroindustrie. Hierbei werden von Verarbeitern neben den Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften in vielen Fällen eine sehr gute Lötbarkeit der Bronze, geringe Spannungsrelaxation auch bei erhöhten Temperaturen sowie Beständigkeit gegen Anlaufen und Korrosion verlangt.

Die handelsüblichen Kupfer-Zinn- Knetlegierungen sind nicht aushärtbar. Eine Steigerung von Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze und Härte ist deshalb nur durch Kaltumformung möglich. Die Bronze-Legierungen CuSn4, CuSn6 und CuSn8 besitzen gute bis sehr gute Federeigenschaften und haben eine ausreichende elektrische und thermische Belastbarkeit. Ein entscheidendes Merkmal von Bronze ist die gute Biegbarkeit auch bei hoher Festigkeit

Hauptanwendungsgebiete für Bronzen finden sich in der Datentechnik, Nachrichtentechnik, Mess-, Steuer- und Regeltechnik, Unterhaltungselektronik sowie Kfz-Elektronik. Im Automobilbau werden Bronze-Legierungen ebenfalls als Federwerkstoffe eingesetzt. In der chemischen Industrie und in der Nahrungsmittelindustrie kommen Bronzen für Destillationsapparate, Bottiche, Kessel, Autoklaven, Rührer und Rührwerkswellen, Metallschläuche, Kompensatoren und für viele Blechteile sowie für allgemeine Schmiedeteile zum Einsatz. Der Schiffbau benötigt Kupfer-Zinn-Knetlegierungen für Bolzen, Schrauben und Muttern, Ketten und Haken, Rohre, Armaturen und andere meerwasserbeanspruchte Teile sowie für Wasserstandsanzeiger.

Hartlote aus Bronze (z. B. L-CuSn6 und L-CuSn12 nach DIN EN 1044) dienen zum Hartlöten von Nickel- und Eisenwerkstoffen unter Schutzgas oder Vakkum. Schweißzusätze aus Bronze werden zum Schweißen von Kupfer und Kupfer-Zinn-Legierungen eingesetzt, z. B. auch zur Herstellung säurebeständiger Verbindungen an Kupferwerkstoffen, für Auftragshartlötungen und -schweißungen auf Stahl oder Gusseisen, zur korrosionssicheren Schweißung von Kunstbronzen usw.

Bronze Hartlöten und Weichlöten

Bronze Hartlöten - Hartlote und Flussmittel

Zum Hartlöten von Bronze (Kupfer-Zinn-Knetlegierungen) werden vorzugsweise silberhaltige Hartlote nach DIN EN ISO 17672 (alte Normen DIN EN 1044 und DIN 8513) verwendet. Im Lebensmittelbereich werden cadmiumfreie Silber oder Ag-Cu-Zn-(Sn)-Silberhartlote eingesetzt. Für Kapillarlötungen sind auch Kupferphosphor-Hartlote CuP 179 (CP203 / L-CuP6), CuP 180 (CP202 / L-CuP7) oder CuP 182 (CP201 / L-CuP8) geeignet. Alle genannten Hartlote, auch die Kupfer-Phosphor-Hartlote, müssen immer mit einem geeigneten Flussmittel nach DIN EN 1045 ( DIN 8511) verwendet werden.

Flussmittel für das Hartlöten von Bronze

Hartlötungen an Bronze mit Hartloten bis zu einer Arbeitstemperatur von 800°C werden mit Flussmitteln des Typs FH10 (F-SH1), siehe auch F 300 H Ultra NT durchgeführt. Hartlöten von Bronze mit höherschmelzenden Hartloten mit einer Arbeitstemperatur oberhalb von 800°C mit dem Flussmittel Typ Typ FH21 (F-SH2) siehe auch Universal 21. Nach dem Löten müssen die Flussmittelreste von den gelöteten Bauteilen sorgfältig entfernt werden.

Geeignete Lötverfahren für Bronze-Legierungen
Zum Hartlöten von Bronze kommen das Flammlöten, Ofenlöten, Ofenlöten unter Schutzgas, das Induktionslöten sowie das Widerstandslöten zur Anwendung.

Bronze Weichlöten - Weichlote und Flussmittel

Zum Weichlöten werden von Bronze (Kupfer-Zinn-Knetlegierungen) werden Weichlote mit 40 bis 60 % Sn sowie Sonderweichlote nach DIN EN 29453 (alte DIN 1707) sowie DIN 1707-100 eingesetzt. Da Weichlötverbindungen mit Zinn-Blei-Loten aber nur eine sehr geringe Wärmebeständigkeit ohne Festigkeitsbeeinträchtigung aufweisen, verwendet man alternativ bleifreie Weichlote, wie z. B. S-Sn96Ag4 (L-SnAg5; 221-240°C) und S-Sn97Cu3 (L-SnCu3; 230-250°C), die eine Wärmebeständigkeit von 110°C aufweisen. Bei Temperaturen über 110°C werden bevorzugt hochbleihaltige Lote, z. B. S-Pb98Ag2 (L-PbAg3; 304-305°C), eingesetzt; diese weisen jedoch keine große Festigkeit auf.

Als Flussmittel für Weichlötungen an Bronze kommen, je nach Anwendung, folgende Typen in Frage

allgemeine Lötungen 3.1.1, 3.1.2 und 3.2.1 (F-SW12, F-SW13, F-SW21 und F-SW22),
für Feinlötungen 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3, 2.2.2 und 2.2.3 (F-SW24 und F-SW25) sowie
für Lötungen in der Elektrotechnik und Elektronik 1.1.1, 1.1.2, 1.1.3, 1.2.2, 1.2.3 sowie 2.2.3 (F-SW26, F-SW27, S-SW28, F-SW31, F-SW32, F-SW33 und F-SW34) nach DIN EN 29454-1 (alte Bezeichnungen nach vormaliger DIN 8511 in Klammern)

Geeignete Lötverfahren für das Weichlöten von Bronze
Zum Weichlöten von Bronze werden das Kolbenlöten, Flammlöten, Induktionslöten sowie Ofenlöten bevorzugt angewendet.
Voraussetzung für eine einwandfreie Lötverbindung ist eine metallisch reine und fettfreie Oberfläche.

Technische Eigenschaften von Bronze

Bronze Festigkeiten bei Raumtemperatur

Bei den binären Kupfer-Zinn-Knetlegierungen steigen die Festigkeitswerte allgemein mit dem Zinngehalt an. Während Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze und Brinellhärte mit zunehmendem Kaltumformungsgrad ansteigen,
nimmt die Bruchdehnung ab. Phosphorgehalte erhöhen die Verfestigungsfähigkeit der Kupfer-Zinn-Knetlegierungen. Der Elastizitätsmodul steigt mit zunehmendem Zinngehalt zunächst an, erreicht ein Maximum bei ca. 1,5% Sn
und fällt bei weiter ansteigenden Zinngehalten wieder ab. Die Biegewechselfestigkeit nimmt mit dem Zinngehalt bis ca. 5% Sn und mit dem Kaltumformungsgrad bis 40 % zu. Kaltumformungen über 40 % führen zu keiner wesentlichen
Erhöhung der Biegewechselfestigkeit

Bronze Festigkeiten bei erhöhten Temperaturen

Die Festigkeitseigenschaften der Kupfer-Zinn-Knetlegierungen mit einer bestimmten Kaltverformung verschlechtern sich mit zunehmender Einsatztemperatur sehr stark.

Bronze Festigkeiten bei tiefen Temperaturen

Zugfestigkeit und 0,2%-Dehngrenze steigen mit abnehmenden Temperaturen merklich an. Die Bruchdehnung steigt bis –150°C leicht an, und fällt dann bei weiter abnehmenden Temperaturen etwas ab, bei –250°C liegt

Bronze Federeigenschaften

Das hohe Kaltverfestigungsvermögen ermöglicht die breite Anwendung von Kupfer-Zinn-Knetlegierungen für federnde Konstruktionselemente. Eine Verbesserung der Federeigenschaften bewirkt der Härtungseffekt des Phosphors.

Bronze Gleiteigenschaften

Kupfer-Zinn-Knetlegierungen kommen auch im Bereich verschleißfester, mechanisch hochbeanspruchbarer Lagerwerkstoffe zum Einsatz. Für Gleitlagerzwecke hat sich CuSn8P nach DIN ISO 4382 T.2 hervorragend bewährt

Bronze Korrosionsbeständigkeit

Kupfer-Zinn-Legierungen gehören zusammen mit den Kupfer-Aluminiumund Kupfer-Nickel-Legierungen zu den korrosionsbeständigsten Kupferlegierungen.

Verbeitungseingenschaften von Bronze

Bronze Schmelzen

Wie bereits erwähnt, neigen die Kupfer-Zinn-Legierungen wegen ihres breiten Erstarrungsintervalls besonders stark zu Seigerungserscheinungen. Das Schmelzen in Elektroöfen gewinnt immer mehr an Bedeutung. In diesen Öfen wird unter neutralen oder leicht reduzierenden Bedingungen erschmolzen. Durch eine nachfolgende Spülung mit Stickstoff oder Argon können gashaltige Schmelzen entgast werden. Die Schmelze wird fast immer mit Phosphorkupfer in der Pfanne desoxidiert. Ferner ist ein Entgasen notwendig, wenn durch die Schmelzbedingungen Gasaufnahme nicht vermieden werden kann.

Bronze Gießen

Infolge ihres großen Erstarrungsintervalls neigen Kupfer-Zinn-Legierungen zu Warmbrüchen und zur Ausbildung von Feinlunkern. Die Gießtemperaturen liegen jeweils etwa 100°C über der Liquidustemperatur

Bronze Warmumformen

Kupfer-Zinn-Knetlegierungen bis etwa 5% Sn lassen sich bei Temperaturen zwischen 700 bis 800°C warmumformen

Bronze Kaltumformen

Kupfer-Zinn-Knetlegierungen lassen sich durch die üblichen Verfahren wie Walzen, Ziehen, Bördeln, Biegen, Kanten, Tiefziehen usw. gut kaltumformen.

Bronze Wärmebehandeln

Die durch Kaltumformung erzielte Verfestigung der Kupfer-Zinn-Knetlegierungen kann durch Wärmebehandlungen (Glühungen) teilweise oder völlig abgebaut werden. Je nach Kaltumformungsgrad und Zusammensetzung
liegen die Weichglühtemperaturen der Kupfer-Zinn-Knetlegierungen zwischen 475 und 675°C.