Was die Legierung ist, und was jeder Zusatz bewirkt
Phosphorbronze ist Kupfer mit Zinn plus einem kleinen, beabsichtigten Phosphorrest. Das Zinn gibt der Legierung ihre Federeigenschaften — es erhöht die Festigkeit und, wichtiger, die Ermüdungsfestigkeit, sodass ein Kontakt viele Millionen Male federn kann, ohne zu reißen. Der Phosphor wirkt beim Schmelzen hauptsächlich als Desoxidationsmittel, was Fließfähigkeit und Gleichmäßigkeit verbessert; er trägt auch einen bescheidenen Anteil zur Festigkeit bei.
C5191 ist die JIS-Bezeichnung mit rund 5,5–7 % Zinn. C51000 ist der UNS-Grad mit 4,2–5,8 % Zinn. Wie bei den Messingen sind die beiden verwandt, nicht austauschbar — C5191 trägt etwas mehr Zinn, also etwas mehr Festigkeit und einen etwas höheren Preis. Beide tragen den Namen „Phosphorbronze" und beide erscheinen auf dieser Seite, weil die Werkstatt nach JIS einkauft, während Kunden oft UNS spezifizieren.
| Eigenschaft | C5191 (CuSn6) | C51000 (CuSn5) | Anmerkung |
|---|---|---|---|
| Zinngehalt | ≈5,5–7,0 % | ≈4,2–5,8 % | Zinn treibt Festigkeit und Ermüdungslebensdauer |
| Leitfähigkeit | ≈12–15 % IACS | ≈15 % IACS | Weit unter Messing; ein Federwerkstoff, kein Leiter |
| Zugfestigkeit (Federzustand) | ≈600–750 MPa | ≈550–700 MPa | Weit über weichgeglühtem Kupfer oder Messing |
| Bruchdehnung (Federzustand) | ≈8–20 % | ≈8–20 % | Genug zum Umformen, nicht genug zum Tiefziehen |
| Ermüdungsfestigkeit | Hervorragend | Hervorragend | Der Grund, warum es den Grad gibt |
| Typische Lieferdicke | Ab ≈0,1 mm Band | Ab ≈0,1 mm Band | Gestanzte Kontakte, keine geformten Panele |
| Kosten | Hoch | Hoch | Der Zinngehalt setzt ihn über Messing |
Warum es ein Bandwerkstoff ist und kein Blechwerkstoff
Phosphorbronze läuft auf dieser Seite fast immer als dünnes Band — ab rund 0,1 mm — in eine Presse. Das ist keine Grenze der Legierung, sondern ihres Zwecks: Kontakte, Klemmen, Federclips und Verbindergehäuse werden alle in Volumen von der Spule gestanzt und im Werkzeug geformt.
Die praktische Konsequenz für eine Zeichnung: Der Zustand zählt mehr als die Dicke. Der Federzustand gibt Festigkeit und Ermüdungslebensdauer, aber fast keine Umformbarkeit; ein Teil mit engem Radius braucht einen schwerer findbaren Kompromiss zwischen beiden. Muss ein Kontakt nach dem Stanzen um 90° gebogen werden, fällt diese Entscheidung an der Bandspezifikation, nicht an der Presse.
Umform- und Stanzverhalten
- Der Federzustand ist bewusst dehnungsarm — Biegeradien großzügig wählen oder das Teil vor dem Endzustand formen.
- Biegeentlastung zählt hier mehr als an Stahlblech, denn die Ermüdungslebensdauer hängt daran, dass es am Biegefuß keinen Kerb gibt.
- Feinschneiden oder ein gepflegtes Verbundwerkzeug hält die Kantengüte, die ein Kontakt braucht; eine eingerissene Kante ist ein Riss-Anfänger.
- Glühen zwischen den Vorgängen ist möglich, aber macht den Zustand rückgängig — die Reihenfolge wird normalerweise so gelegt, dass es entfällt.
- Zinn- und Nickelgalvanik nach dem Umformen ist die Regel, mit abgedeckten Kontaktflächen, damit die Verbindung blankes Metall bleibt.
Wo Phosphorbronze spezifiziert wird — und wo nicht
Sie wird überall dort spezifiziert, wo ein Teil als Feder funktionieren und zugleich ein Signal führen muss: Schalterkontakte, Relaisfedern, Steckerklemmen, Bürstenhalter und die feinen Stanzteile in der Instrumentierung. Die Kombination aus Ermüdungslebensdauer, für Signale ausreichender Leitfähigkeit und natürlicher Korrosionsbeständigkeit ist schwer zu ersetzen.
Sie ist nicht die Antwort für Konstruktionshalterungen, für alles, was echten Strom trägt, oder für Teile, die tief geformt werden müssen. Berylliumkupfer macht dieselbe Arbeit mit besserer Leitfähigkeit und Festigkeit — zu deutlich höheren Kosten und mit Stoffhandhabungspflichten; Messing ist günstiger, aber kein Federwerkstoff auf demselben Niveau. Wo die Anforderung lautet „federt und kommt zurück, viele Male", ist Phosphorbronze die konventionelle Wahl.