Messing oder Bronze für Sanitärinstallationen? So wählen Sie je nach Anwendung die richtige Legierung aus

Ein kommunales Team in einer Küstenstadt ersetzte 500 vergrabene Kugelhähne nach achtzehnmonatiger Betriebszeit. Die Ventile waren nicht verschlissen. Sie waren ausgehöhlt. Auf einer Bank aufgeschnitten, sahen die Körper aus wie ein Schwamm, mit einer dünnen Kupferhülle, die noch Druck ausübte, und in der fast kein Zink mehr vorhanden war. An der Installation war nichts falsch: Die Gewinde waren sauber, das Drehmoment stimmte und die Leitung war nie eingefroren. Für Wasser mit einem Chloridgehalt von etwa 400 mg/L war die Legierung einfach falsch, und der Fehler hatte nichts mit der Verarbeitung zu tun.

Diese Geschichte erklärt, warum „Messing oder Bronze“? ist eine der am häufigsten gestellten Fragen bei der Auswahl von Sanitärmaterialien und wird auch am häufigsten schlecht beantwortet. Beide Begriffe beschreiben Legierungsfamilien mit einem breiten Leistungsspektrum. Keines von beiden ist allgemein besser. Die Variable, die in den meisten Fällen über die Antwort entscheidet, ist nicht die Zugfestigkeit oder der Preis pro Kilogramm, sondern der Zinkgehalt und die Chemie dessen, was am Ventil vorbeifließt.

Hier ist die Schlussfolgerung vorab, vor der Begründung:

• Wählen Sie Messing für Trinkwasser, Inneninstallationen, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik und allgemeine Anwendungen, bei denen das Wasser aufbereitet wird, die Temperatur moderat ist und das System nicht ständig aggressiv ist. Ein korrekt spezifiziertes bleifreies oder entzinkungsbeständiges Messing bietet die beste Kombination aus Kosten, Bearbeitbarkeit und Lebensdauer.
• Wählen Sie Bronze für Meerwasser, Brackwasser, Grundwasser mit hohem Chloridgehalt, Dampf und Kondensat, Hochtemperaturkreisläufe, erdverlegte oder unzugängliche Installationen und überall dort, wo ein Ventilausfall teuer zu beheben ist.
• Ignorieren Sie das Etikett und lesen Sie die Legierungsnummer. Ein als „Bronze“ verkauftes Teil, das 8 % Zink und 7 % Blei enthält, ist Rotguss und verhält sich in aggressivem Wasser wie Messing. Ein Messing mit Silizium- oder Arsenzusätzen kann eine billige Bronze derselben Linie übertreffen.

Im Rest dieses Artikels wird erläutert, warum diese Regeln gelten, wo sie nicht gültig sind und was Sie auf einem Spezifikationsblatt oder im Testbericht eines Lieferanten überprüfen sollten, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.

Die kurze Antwort hängt davon ab, welches Messing und welche Bronze

Der Ausdruck „Messing oder Bronze“ setzt zwei Materialien voraus. In der Praxis enthält ein Sanitärkatalog unter diesen beiden Überschriften Dutzende von Kupferlegierungen, und die Kluft zwischen der besten und der schlechtesten Option innerhalb jeder Familie ist größer als die durchschnittliche Kluft zwischen den Familien.

Messing umfasst alles von Automatenstangenmaterial mit 35 % Zink und 3 % Blei, das für die Hochgeschwindigkeits-Schraubenbearbeitung geeignet ist, bis hin zu inhibiertem, entzinkungsbeständigem Messing, Siliziummessing und Marinemessing mit bewusst zugesetztem Zinn. Unter Bronze versteht man echte Zinnbronzen mit 8 bis 12 % Zinn, bleihaltige Rotgusssorten, die im Handel aus Gewohnheit „Ventilbronze“ genannt werden, bleiarme Wismutbronzen und Aluminiumbronzen, die für Meerwasserpumpen und Propeller verwendet werden.

Die eigentliche Frage ist also nicht, welcher Metallname besser ist. Es geht darum, welche spezifische Legierung, in welchem ​​Härte- oder Gusszustand und bei welcher Wandstärke die Flüssigkeit, die Temperatur, die Geschwindigkeit und den Chloridgehalt der Anlage für die vorgesehene Lebensdauer übersteht. Sobald Sie es so formuliert haben, wird die Wahl normalerweise innerhalb weniger Minuten nach der Lektüre einer Wasseranalyse und eines Systemschemas klar.

Was Messing und Bronze eigentlich sind

Beide Familien basieren auf Kupfer. Der Unterschied im Verhalten ergibt sich daraus, was dem Kupfer zugesetzt wird und wie das Teil geformt wird, nicht von der Farbe.

Messing: Kupfer und Zink, wobei das Zink spricht

Messing ist mit Zink legiertes Kupfer, typischerweise zwischen 5 % und 45 %. Zink macht die Legierung fester und billiger und lässt sich im Automatenbereich erheblich leichter bearbeiten. Ein typischer Automatenmessingstab enthält etwa 61 % Kupfer, 35 % Zink und 3 % Blei und lässt sich mit einer Geschwindigkeit zerspanen, mit der keine Bronze mithalten kann. Schmiedemessinge, die für Ventilkörper verwendet werden, verringern den Bleigehalt und passen das Kupfer-Zink-Verhältnis für die Warmformbarkeit an.

Zink ist auch der Schwachpunkt. Es ist das reaktivere der beiden Hauptelemente und kann in aggressivem Wasser selektiv aus der Legierung herausgelöst werden, wodurch eine poröse Kupferstruktur zurückbleibt. Dieser Prozess, die Entzinkung, ist die häufigste Ursache für vorzeitiges Versagen von Messing in Rohrleitungen. Legierungsentwickler bekämpfen es auf drei Arten: durch Zugabe kleiner Mengen Arsen, Antimon oder Phosphor, um die Reaktion zu hemmen; Senkung des Zinkgehalts auf unter etwa 15 %; oder der Wechsel zu Siliziummessing, das aus Festigkeitsgründen Silizium anstelle von Zink verwendet und von Natur aus immun gegen das Problem ist.

Bronze: Kupfer und Zinn und die „Commercial Bronze“-Falle

Echte Bronze ist Kupfer, das hauptsächlich mit Zinn legiert ist, normalerweise 5 bis 12 %. Zinn ist teuer, weshalb Bronze pro Kilogramm teurer ist, aber es macht die Legierung auch widerstandsfähiger gegen selektives Auslaugen, toleranter gegenüber Chloriden und stabiler bei höheren Temperaturen. Auch Zinnbronzen lassen sich gut gießen, weshalb viele ältere Ventilkörper und Pumpengehäuse aus Gussbronze und nicht aus Schmiedemessing bestehen.

Hier ist die Falle. Im Ventilhandel handelt es sich bei einem großen Teil dessen, was als „Bronze“ verkauft wird, tatsächlich um verbleites Rotguss, das häufig 80 bis 85 % Kupfer, 5 bis 10 % Zink und 5 bis 7 % Blei enthält. Es wird Ventilbronze oder Halbrotmessing genannt, weil es traditionell für gegossene Ventilkörper verwendet wird und in sauberem Trinkwasser eine annehmbare Leistung erbringt. Legen Sie den gleichen Guss in Meerwasser oder in aggressives Grundwasser, und sein Zinkgehalt beginnt von Bedeutung zu sein. Die praktische Lektion: Akzeptieren Sie niemals „Bronze“ als Spezifikation. Erfragen Sie schriftlich die UNS- oder EN-Bezeichnung, den Kupfergehalt, den Zinkgehalt und den Bleigehalt.

Das Korrosionsverhalten ist der eigentlich entscheidende Faktor

Die mechanischen Eigenschaften sind leicht zu vergleichen und selten ausschlaggebend, da beide Familien problemlos mit gewöhnlichen Wasserdrücken von 10 bis 16 bar umgehen können. Durch Korrosion kommt es zu einer echten Divergenz zwischen den beiden Werkstoffen, und achtzehn Monate später zeigen sich die Kosten für einen Fehler.

Entzinkung: Ein Messingproblem, kein Kupferproblem

Die Entzinkung ist ein selektiver Auslaugungsprozess. Es beschleunigt sich bei hohem Chloridgehalt, erhöhter Temperatur, niedrigem pH-Wert, stehendem Wasser und niedriger Fließgeschwindigkeit. Wasser, das monatelang bewegungslos in einem geschlossenen Ventil in einer heißen, chlorhaltigen Leitung verweilt, ist nahezu der schlimmste Fall. Ausfälle treten häufig zuerst in Totzweigen, abgedeckten Abzweigungen und selten betätigten Absperrventilen auf.

Inhibierte Messinge widerstehen der Entzinkung durch Spurenzusätze, die einen Schutzfilm fördern. Bei einem standardmäßigen Entzinkungstest, beispielsweise dem Eintauchtest nach ISO 6509 in Kupferchloridlösung, wird die Eindringtiefe einer geschnittenen Probe gemessen und die Legierung als beständig oder anfällig eingestuft. Es lohnt sich, diesen Test für jedes Messing anzufordern, das in einer erdverlegten Leitung oder einem Küstensystem verlegt wird. Es ist ein fünfminütiges Gespräch mit einem seriösen Lieferanten und verhindert die meisten der zuvor beschriebenen Fehler.

Wo Bronze Messing einfach überdauert

Zinnbronzen widerstehen der Entzinkung, teils weil viel weniger Zink ausgelaugt werden kann, teils weil zinnreiche Legierungen in Chloridumgebungen stabilere Oberflächenfilme bilden. Im Meer- und Brackwasser ist dieser Unterschied nicht unerheblich. Ein verbleites Rotmessing-Ventilgehäuse kann innerhalb von ein bis drei Jahren eine messbare Entzinkung aufweisen, während eine echte Zinnbronze oder Aluminiumbronze derselben Linie fünfzehn Jahre oder länger betriebsbereit bleiben kann.

Erosion, Geschwindigkeit und Schwebstoffe

Korrosion ist nicht der einzige Angriffsmechanismus. Bewegtes Wasser entfernt Schutzfilme mechanisch und weichere Kupferlegierungen erodieren schneller. Als Faustregel für den Dauerbetrieb gilt, dass entzinkungsbeständiges Messing in aggressivem Wasser auf etwa 1,5 m/s begrenzt werden sollte, während Zinnbronze und Aluminiumbronze 2,5 bis 3,5 m/s tolerieren, wobei Aluminiumbronze im oberen Bereich dieses Bereichs liegt. Wenn Sand, Schluff oder Schwebstoffe vorhanden sind oder eine Pumpe direkt in eine Armatur fördert, kann allein dies die Entscheidung zugunsten von Bronze ausmachen.

Temperatur, Ammoniak und Spannungsrissbildung

Messing wird mit steigender Temperatur anfälliger und reagiert empfindlich auf Ammoniak und Ammoniumverbindungen, die in beanspruchten, kaltumgeformten Teilen zu Spannungsrisskorrosion führen können. Dampf- und Kondensatsysteme, die Wärme, Kondensatchemie und gelegentliche Behandlungschemikalien auf Ammoniakbasis kombinieren, sind traditionelles Bronzegebiet. Bronze hält auch wiederholten Temperaturwechseln stand, wobei das Risiko der Entzinkung geringer ist, die heißes, stehendes Wasser bei minderwertigem Messing verursachen würde.

Wenn die Flüssigkeit wirklich aggressiv ist, besteht die ehrliche Lösung der Ingenieure darin, nach oben zu gehen, anstatt eine Beschichtung hinzuzufügen. Die von vielen Anbietern angebotene Vernickelung verbessert das Erscheinungsbild und bildet eine leichte Barriere auf den Außenflächen, kann jedoch die Entzinkung im Inneren eines benetzten Körpers nicht verhindern. Beim Beschichten handelt es sich um eine Endbearbeitung, nicht um eine Korrosionsstrategie.