Messing

Legeringen van koper met meer dan 15% zink worden messing genoemd. Onder 15% zink wordt in het algemeen over tombak gesproken. Naast zink worden nog andere legeringselementen in messing toegepast, zoals lood ter verbetering van de verspaanbaarheid en tin ter verbetering van de corrosieweerstand. De toevoeging van zink resulteert in een stijging van de sterkte. Tot ca. 28% zink nemen ook de rek en, heel belangrijk, de koudvervormbaarheid toe. Echter, de warmvervormbaarheid neemt af. Boven 28% zink nemen de rek en de vervormbaarheid weer af. Tot ca. 38% zink is bij kamertemperatuur de structuur van messing homogeen en bestaat uit α-mengkristallen. Boven ca. 38% zink bestaat bij kamertemperatuur de structuur uit een mengsel van α+β mengkristallen. Door de aanwezigheid van de β-fase neemt de koudvervormbaarheid aanzienlijk af. De toepassing van legeringen met grofweg 39 tot 46% zink berust vooral op de goede warmvervormbaarheid van de β-fase. Omdat deze fase bij kamertemperatuur voor de meeste toepassingen te bros is, wordt in het algemeen een compromis gezocht door een samenstelling te kiezen die een mengsel van beide fasen geeft. Door het legeren met zink nemen uiteraard ook de warmtegeleidbaarheid en de elektrische geleidbaarheid af.

Corrosie

Messingkwaliteiten onderhevig aan een in- of uitwendige trekspanning zijn met name in ammoniakrijke milieus gevoelig voor spanningscorrosie; een corrosieproces waarbij producten of onderdelen vrij onverwacht scheuren. Aangezien spanningscorrosie alleen optreedt bij trekspanning in een corrosief milieu, kan spanningscorrosie voorkomen worden door de trekspanning op te heffen. Dit kan bijvoorbeeld door spanningsarmgloeien of zachtgloeien of door het corrosieve milieu te verwijderen. Bij messing wordt spanningscorrosie ook wel ‘seizoenziekte’ genoemd.

Een andere vorm van corrosie die bij messing, bijvoorbeeld in zeewater, wordt waargenomen is het ontzinken. Bij deze vorm van corrosie wordt het zink uit de matrix opgelost en er blijft een poreus en zwak koper over.

Lasbaarheid

Messing is in het algemeen minder goed lasbaar dan ongelegeerd koper. De lasbaarheid neemt met toenemend percentage zink af. De problemen die bij het lassen van messing ontstaan, zijn terug te voeren op de lage dampspanning van zink. De tijdens het lassen verdampte zink kan als gas in de las ingevangen worden en zo ernstige poreusiteiten veroorzaken. Ook kan een deel van de toxische zinkdamp vrijkomen, zodat tijdens het lassen voor een adequate rookafzuiging en behandeling van de afgezogen lucht gezorgd moet worden.

Tot ca. 3 mm verbindingsdikte wordt vaak zonder toevoegmateriaal gelast. Om poreusiteit zoveel mogelijk te voorkomen dient met zo hoog mogelijke snelheid gelast te worden. Bij grotere dikten wordt in het algemeen toevoegmateriaal gebruikt. Naast een hoge lassnelheid kan in dit geval de poreusiteit onderdrukt worden door gebruik te maken van zinkvrije toevoegmaterialen. Hierbij zal de las overigens wel van kleur afwijken ten opzichte van het basismateriaal.

Verspaanbaarheid

Om de verspaanbaarheid van messing te verbeteren, kunnen -evenals dat bij andere materialen het geval is- laagsmeltende elementen zoals lood, tellurium, bismuth en dergelijke aan het materiaal toegevoegd worden. Het meest toegepaste element ter verbetering van de verspaanbaarheid van messing is lood. Dit element is onoplosbaar in α-messing. Het is als deeltjes lood fijn verdeeld in de matrix. Op deze wijze vormt lood een materiaalonderbreking, die er, samen met het feit dat lood zacht is, voor zorgt dat de spaan makkelijk breekt. Het positieve effect van lood op de verspaanbaarheid van messing neemt met toenemend percentage lood tot ca. 3,25% toe. Toevoegingen van lood boven 3,25% hebben geen verdere verbetering van de verspaanbaarheid tot gevolg.

Koud- en warmvervormbaarheid

Een nadeel van de toevoeging van laagsmeltende elementen zoals lood, is het negatieve effect op zowel de koudvervormbaarheid, de warmvervormbaarheid als de lasbaarheid. Bij koudvervormingen zoals dieptrekken en buigen kunnen de looddeeltjes scheurinitiërend werken, waardoor de vervormbaarheid van de loodhoudende messingkwaliteiten slechter is dan van de overeenkomstige loodvrije legeringen. Bij de warmvormgevingstemperatuur is de in de α-fase niet oplosbare laagsmeltende toevoeging vloeibaar, waardoor gemakkelijk warmscheuren kunnen ontstaan. Lood is in de β-fase op hoge temperatuur wel oplosbaar, zodat in de praktijk de meeste automatenkwaliteiten zodanig van samenstelling zijn dat bij de warmvormgevingstemperatuur de structuur geheel of op zijn minst voor een groot deel uit de β-fase
bestaat. Dit betekent dat automatenmessing in het algemeen op zijn minst ca. 36% zink zal bevatten. Bij hogere zinkpercentages zal ook bij kamertemperatuur nog β-fase aanwezig zijn, waardoor de koudvervormbaarheid nog verder nadelig beïnvloed wordt.