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Uhrmacherschule Grenchen
Metalle
Metalle
Klassifizierung von Metallen
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Eisenmetalle
Nichteisenmetalle
Edel- und Halbedelmetalle
Kategorie
Metall
Eisenmetalle und Eisenlegierungen Eisen (Fe), Stahl, Guss
Nichteisenmetalle
Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Chrom (Cr), Nickel
(Ni), Zinn (Sn), Zink (Zn), Blei (Pb), Titan (Ti),
Wolfram (W)
Halbedelmetalle
Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru),
Osmium (Os)
Edelmetalle
Gold (Au), Platin (Pt), Silber (Ag), Palladium (Pd)
Leichtmetalle
Metalle mit einer Dichte welche 5𝑔/𝑐𝑚 nicht übersteigt, nennt man Leichtmetalle. Aluminium und
Magnesium gehören dazu.
Schwermetalle
Metalle mit einer Dichte über 5𝑔/𝑐𝑚 nennt man Schwermetalle. Diese stellen oft auch ein Problem
für die Umwelt dar, wenn sie sich über die Luft oder das Abwasser verteilen. Zu nennen sind dabei
Molybdän (Mo), Kadmium (Ca), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Kobalt (Co), Quecksilber (Hg), Blei (Pb), Chrom
(Cr), Zinn (Sn), Nickel (Ni).
Es können daraus Giftstoffe entstehen, welche schwer aus dem Ökosystem zu eliminieren sind. Der
Einsatz dieser Stoffe muss daher vermieden oder ganz unterbunden werden.
Nickel ist eines der Metalle, welches am häufigsten allergische Reaktionen hervorruft. Bei
Weissgold wird es daher häufig durch das teurere Palladium ersetzt.
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Metalle
Legierungen
Definition: Metallverbindung aus mindestens 2 Werkstoffen.
Durch Legierungen können chemische und mechanische Eigenschaften der Ausgangsstoffe
verbessert werden. Geläufige Legierungen sind:
Elemente
Eisen + Kohlenstoff
Kupfer + Zink
Kupfer + Zinn
Kupfer + Nickel + Zink
Aluminium + Magnesium
Name der Legierung
Stahl
Messing
Bronze
Neusilber
Leichtmetall
Eisenmetalle
Eisen (Fe)
Dichte: 7,86 kg/dm3
Schmelzpunkt: 1535° C
Korrosion: Eisen reagiert mit Sauerstoff bei Vorhandensein von Feuchtigkeit,⇨Rost.
Weicheisenkäfige müssen daher nach der Bearbeitung umgehend beschichtet werden.
Legierungen: Stahl, Guss
Eisen im rohen Zustand hat nur wenige Anwendungen. Es wird von Armierungseisen und Eisenbahn
gesprochen, handelt sich jedoch in aller Regel um Stahl.
Stahl
Dichte: 7,85 kg/dm3
Schmelzpunkt: zwischen 1140°C und 1535°C (je nach %C)
Eisenlegierung mit zwischen 0,5% und ~2% Kohlenstoffanteil. Um die mechanischen, magnetischen
oder chemischen Eigenschaften (rostfrei / inox) zu verändern werden geringe Zusätze von Mangan,
Molybdän oder auch Silizium beigemischt.
Stahl
Nichtlegierte Stähle
Legierte Stähle
Schwach legierte Stähle
Hoch legierte Stähle
Legierte Stähle haben Zusätze von Elementen wie Mn, Cr. Mo, Ni, u.s.w.
Bei hochlegierten Stählen gibt es von einem Zusatzelement mindestens 5% (zum Beispiel rostfreie
Uhrengehäuse aus 316L).
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Metalle
Für rostfreie Uhrengehäuse wird Chrom und Nickel als Zusatz verwendet. Da Nickel allergische
Reaktionen hervorrufen kann, soll dieser Anteil so gering wie möglich gehalten werden. Bei InoxStählen sind folgende Eigenschaften gesucht:
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Korrosionsfest
amagnetisch
gute Verarbeitbarkeit
kaltformbar
hervorragende Polierbarkeit
einheitliche Farbe
Als Blech, Profilstangen, Stangen verfügbar
Möglichkeit des Glühens nach Kaltverformung
Vom Erz zum Stahl
Stahl ist eine Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff, und kommt so in der Natur nicht vor. Die
heutige Produktion basiert auf den 3 Ausgangsstoffen Eisenerz, Koks und Alteisen. Im
Hochofenprozess entsteht aus Eisenerz und Koks das rohe Gusseisen. In einem Konverter-Ofen wird
dieses weiter verfeinert, womit das Roheisen entsteht. Das Alteisen kommt über Lichtbogenöfen
oder Induktionsöfen dazu. Durch weiteres Raffinieren und Veredeln entstehen die legierten Stähle.
Eisenerz / Koks
Eisenschrott
Hochofen
Lichtbogenofen
Gusseisen
Induktionsofen
Konverter
Roheisen
Raffinieren
Legierte Stähle
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Metalle
Im nachgelagerten Walzwerk entstehen Schienen, Träger, Bleche und Platten für die weitere
Verarbeitung.
Gusseisen
Dichte: ~7,4 kg/dm3
Schmelzpunkt: ~1200° C
Die Zwischenstufe zwischen Eisen und Stahl nennt man Gusseisen. In der Regel enthält Gusseisen
zwischen 3 % und 5 % Kohlenstoff. Härter als Stahl aber auch viel spröder. Wird verwendet für
Maschinensockel, Schachtdeckel, Pfannen.
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Metalle
Nichteisenmetalle
Kupfer (Cu)
Dichte: 8,92 kg/dm3
Schmelzpunkt: 1083° C
Kupfer ist duktil und formbar. Es wird für Messing, Neusilber und Bronze verwendet, wie auch für
Legierungen mit Gold, Silber, Platin und Palladium.
Reines Wasser reagiert nicht mit Kupfer. Es oxidiert allerdings an der feuchten Luft. Diese Schicht
schützt das Kupfer vor tieferer Oxidation. Durch die gute Leitfähigkeit von Wärme wie auch
Elektrizität, kommt Kupfer in der Küche wie auch in der Elektrotechnik zum Einsatz.
Messing (Cu+Zn)
Dichte: 8,5-8,8 kg/dm3
Schmelzpunkt: 900° C-980°C
Enthält 10-45% Zn, lässt sich gut formen, tiefziehen und auch löten. Wird in der Uhrenindustrie für
Platinen, Brücken, Räder verwendet.
Bronze (Cu+Sn)
Dichte: 8,7-8,8 kg/dm3
Schmelzpunkt: ~1000°C
Besteht in der Regel aus 95% Kupfer und 5% Zinn. Der Zinngehalt übersteigt selten 9%. Wird für
Kunstwerke, Glocken, Lager, Armaturen, Zahnräder verwendet.
Neusilber (Cu+Zn+Ni)
Dichte: 8,5-8,8 kg/dm3
Schmelzpunkt: 900° C-980°C
Sehr hart und alterungsbeständig. Hat dieselben Eigenschaften wie Messing, allerdings eine höhere
mechanische Festigkeit. Wir für Instrumente, Brillengestelle wie auch Uhrenbestandteile verwendet.
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Aluminium (Al)
Dichte: 2,702 kg/dm3
Metalle
Schmelzpunkt: 660°C
Aus Bauxit wird in einem ersten Schritt Aluminiumoxid gewonnen, welches durch
Schmelzflusselektrolyse zu Aluminium weiterverarbeitet werden kann. Der Prozess ist sehr
energieintensiv, weshalb Recycling des Aluminiums durchaus Sinn macht.
Zusammen mit Magnesium bildet es eine Leichtmetalllegierung. Aluminium kommt für Fassaden,
Fensterrahmen, Flugzeugbau, Automobilbau, Seilbahnkabinen, Verpackungen zum Einsatz.
Aluminiumoxid wird für Rubine, Saphirgläser, Keramikwerkstoffe und insbesondere als Korund für
Schleifzwecke verwendet.
Aluminium reagiert umgehend mit der Luft und bildet eine Aluminiumoxidschicht, welche vor
weiterer Oxidation schützt. Diese Schicht kann durch Eloxieren bewusst verstärkt werden, wobei
auch Farbeffekte erzeugt werden können.
Chrom (Cr)
Dichte: 7,2 kg/dm3
Schmelzpunkt: 1857°C
Chrom ist sehr hart und verschleissfest. Wird als Legierungsbestandteil für Chromstahl verwendet.
Aber auch als Beschichtung (hartverchromt) kommt es oft zum Einsatz.
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Metalle
Materialeigenschaften von Metallen
Physikalische Eigenschaften
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Dichte, Masse pro Volumen
Gold, Platin haben eine sehr hohe Dichte
Elektrische Leitfähigkeit, wie gut leitet ein Material den elektrischen Strom
Silber, Kupfer, Gold sind sehr gute elektrische Leiter
Wärmeleitfähigkeit, wie gut leitet ein Material die Wärme
Pfannen aus Kupfer, bester elektrischer und Wärmeleiter ist Silber (Ag)
Elektrischer Widerstand, Gegenteil von elektrischer Leitfähigkeit
Schmelzpunkt, bei welcher Temperatur wird das Material flüssig
Zinn hat einen tiefen Schmelzpunkt, Eisen schmilzt bei etwa. 1500°C
Mechanische Eigenschaften
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Härte, mechanischer Widerstand eines Werkstoffes gegenüber dem Eindringen eines
anderen Körpers.
Stahl lässt sich durch thermische Behandlung härten.
Duktilität, Eigenschaft eines Werkstoffes sich plastisch zu verformen (Verformbarkeit)
Gold hat eine hohe Duktilität und lässt sich daher zu dünnen Drähten ziehen.
Elastizität, Eigenschaft eines Stoffes sich unter Krafteinwirkung zu verformen und danach in
die Ursprungsform zurückzugehen.
Federstahl hat eine hohe Elastizität im Gegensatz zu Gusseisen.
Plastizität, das Gegenteil von elastischem Verhalten
Zähigkeit, Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen Bruch oder Rissausbreitung.
Ein zäher Werkstoff hat ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität.
Verformbarkeit, Stoff lässt sich verformen oder geht in die Ursprungsform zurück oder
zerbricht
Oberflächenglanz, Eigenschaft Licht zu reflektieren.
Silber lässt sich hochglanzpolieren.
Durch thermische Behandlung können Werkstoffeigenschaften wie Härte, Duktilität, Zähigkeit
verändert werden.
Chemische Eigenschaften
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Korrosions- und Säurebeständigkeit
Platin ist äusserst korrosionsbeständig.
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