La maggior parte del rame è usato per materiale elettrico (60%), costruzione, come tetti e impianti idraulici (20%), macchinari industriali, come gli scambiatori di calore (15%) e leghe (5%).
Fin dall’antichità è il materiale più utilizzato perche facilmente lavorabile e dalle discrete proprietà. Elevata duttilità, malleabilità, conduttività termica ed elettrica e resistenza alla corrosione.
Possiede anche una capacità elevatissima di formare leghe, con una ampio ventaglio di elementi alliganti. Le più note sono:
- lega rame zinco nichel (chiamata alpacca) oppure detta anche argentone o argento tedesco)
- lega rame stagno (Bronzo , leggere paragrafo in questo articolo per maggiori dettagli)
- lega rame zinco (Ottone, leggere paragrafo in questo articolo per maggiori dettagli)
Negli ultimi anni le quotazione rame usato sono cresciute molto poiché il suo utilizzo in campo industriale e non ha avuto un incremento molto elevato. Il rame viene utilizzato anche da rottami e quindi anche il prezzo del rame usato ha subito una variazione verso l’alto.
Rame (Cu)
- Metallo di color rosso salmone.
- Punto di fusione 1083 °C
- Massa volumica 8,91 kg/dm3
- Carico di rottura 240-480 N/mm2
- Durezza Brinell 50-120 HB
ll rame viene ricavato principalmente dalla calcopirite (CuFeSg) e dalla calcosina (CUQS) , che lo contengono dall'1% al 4%, nonché dalla cuprite (CUQO) . È malleabile e molto duttile, tanto che può essere trafilato a freddo per produrre fili anche di diametri capillari.
Ha un'ottima conducibilità termica ed elettrica. In commercio si trova sotto forma di lastre, piastre, barrette, pani, lingotti, barre, fili, corde, tubi, rottami.
Viene usato soprattutto come conduttore nelle macchine e nei cavi elettrici. È un componente essenziale delle leghe di bronzo, ottone, ecc.
Stagno (Sn)
- Metallo bianco argenteo splendente.
- Punto di fusione 232 °C
- Massa volumica 7,3 kg/dm3.
- Carico di rottura 40-60 N/mm2
- Durezza Brinell 15 HB.
Lo stagno viene ricavato principalmente dalla cassiterite (SnOg). È malleabile (stagnola) e può essere ridotto in fogli sottilissimi. l'immersione in un bagno fuso di Sn di pezzi di acciaio, rame e ottone ne provoca il rivestimento protettivo con uno strato sottile molto aderente. Si può anche attuare il rivestimento per elettrolisi, ottenendo strati più sottili e risparmio di materiale. In commercio si trova sotto forma di verghe, lastre e fili.
La stagnatura costituisce un rivestimento protettivo del ferro (latta), del rame, dell'ottone, dell'acciaio. Lo stagno è anche usato, nell'industria elettronica, per l'esecuzione delle saldature nelle connessioni dei circuiti. È anche componente del bronzo (Cu + Sn) e di leghe antifrizione (Sn +Sb; Sri + Pb; Sn +Zn).
Zinco (Zn)
- Metallo di colore bianco azzurrognolo, cristallino.
- Punto di fusione 420 °C
- Massa volumica 7,2 kg/dm3
- Carico di rottura 130-250 N/mm2
Lo zinco viene ricavato dalla blenda (ZnS) o da altri minerali. Possiede modeste caratteristiche meccaniche; e duttile, malleabile e facilmente intaccabile dagli acidi. L’immersione in un bagno fuso di Zn di pezzi di acciaio ne provoca il rivestimento protettivo con uno strato aderente (zincatura). ln commercio si trova sotto forma di verghe e lastre.
E molto usato come rivestimento antiruggine (zincatura) dell'acciaio; infatti, sotto l'azione dell'atmosfera, forma strati ricoprenti di carbonato di zinco, molto aderenti alla superficie metallica. Viene usato anche in lastre per la riproduzione di fotografie a stampa. E’ usato anche come componente delle leghe di ottone (Cu +Zn).
Piombo (Pb)
- Metallo di colore azzurrognolo.
- Punto di fusione 327 °C
- Massa volumica 11,34 kg/dm3
- Carico di rottura 20-30 N/mm2
- Durezza Brinell 5-7 HB
È il più tenero dei metalli pesanti industriali. ll piombo viene ricavato dalla galena (PbS) separazione dell'argento, previa dello zinco e del rame, che vi possono essere contenuti in piccolissime percentuali.
È un metallo pesante, poco tenace, facilmente scalfibile, resistente alla corrosione, malleabile e facilmente fusibile. ln commercio si trova sotto forma di lastre, tubi, fili.
Il piombo è il metallo tipico per i caratteri da stampa e per le piastre degli accumulatori. Si trova come componente in moltissime leghe metalliche. Nelle leghe degli acciai svolge la funzione di renderli più facilmente lavorabili alle macchine utensili (più truciolabili).
Leghe del rame
Bronzi
I bronzi sono leghe metalliche costituite da rame e stagno (Sn fino al 25% - 30%), miscelati in varie percentuali. Il colore varia dal rosso rame (Sn meno del 5%), al giallo oro (Sri 5% - 10%), al giallo chiaro (Sn 10% - 25%) ed infine al bianco (Sn più del 25%). Nell'industria meccanica si adoperano bronzi con tenore di Sn dal 6% al 16 %. ll punto di fusione (1080- 900 °C) e la massa volumica (8,8-8 kg/dm3) variano a seconda della composizione.
Una caratteristica fondamentale dei bronzi è la loro maggior durezza e resistenza rispetto al rame. Le caratteristiche meccaniche variano notevolmente in funzione del tenore di Sn e di altri componenti. l bronzi sono suscettibili di tempra e di ricottura.
ll bronzo si ottiene per fusione e successivo raffreddamento dei metalli costituenti (Cu, Sn, Zn, Pb). È una lega molto fusibile. Quando lo stagno è costituito tutto o in parte da altri metalli (eccettuato lo zinco), si hanno bronzi speciali, quali: bronzo con stagno, con nickel, con berillio, con ferro, con alluminio, con fosforo, ecc. Per bronzo fosforoso si intende invece bronzo allo stagno, molto ben disossidato con fosforo, che però deve poi essere eliminato, altrimenti nuoce alla tenacità. ln commercio, il bronzo si trova sotto forma di pani, barre, lastre, nastri, fili, semilavorati ottenuti da lavorazione plastica, rottami.
Le denominazioni commerciali dei bronzi con stagno sono svariate, ad esempio: bronzo navale, per ,rubinetteria, per oggetti comuni, da ingranaggi, da ingranaggi duri, per cuscinetti a strisciamento (bronzine), per campane, d'arte, per monete, ecc.
Tra i bronzi speciali si hanno, ad esempio:
- bronzo con cadmio, per conduttori elettrici;
- bronzo al cobalto, molto resistente alla corrosione;
- bronzo alla grafite, autolubrificante per supporti;
- bronzo al manganese a “più componenti, con contenuto in Mn fino al 30 %, unitamente a Ni, Al, Fe, Si. Trova impiego sotto forma di fili per resistori elettrici;
- bronzo al piombo, per cuscinetti sottoposti a forti sollecitazioni;
- bronzo al silicio, resistente a forti sollecitazioni e alla corrosione;
- bronzi d`alluminio (Al fino al 14 %) con altri additivi (Cupralluminio), usati nell'industria chimica ed elettrotecnica, per motori a combustione interna (sedi di valvole), alberi di eliche, ingranaggi.
Ottoni
Gli ottoni sono leghe metalliche costituite da rame e zinco (Zn fino a circa il 50%). Possono contenere anche altri metalli. Il colore degli ottoni comuni varia da un rosso rame (basso tenore di zinco), ad un giallo oro caldo (medio tenore di zinco), ad un giallo oro freddo (alto tenore di zinco). L'ottone contenente oltre il 67% di Cu si chiama spesso tombacco (ottone rosso) o similoro. Il punto dì fusione (1070-900 °C) e la massa volumica (8,50-8,20 kg/dm3) variano a seconda della composizione. Le caratteristiche meccaniche variano a seconda della composizione. Gli ottoni possono subire il trattamento della ricottura.
L'ottone si ottiene per fusione e successivo raffreddamento dei metalli costituenti (Cu, Zn, Pb fino al 3%, eventuali tracce di Sn). ll piombo viene aggiunto per migliorare la truciolabilità (ottone al piombo) nelle lavorazioni con macchine automatiche. Gli ottoni speciali sono quelli ottenuti aggiungendo metalli additivi, in percentuali in genere non molto elevate, allo scopo di migliorarne le caratteristiche meccaniche. Gli ottoni speciali richiedono un trattamento di fusione più accurato degli ottoni normali.
Gli ottoni sono in parte induribili e possono presentare un comportamento simile a quello degli acciai. ln commercio, l’ottone si trova sotto forma di pani, getti, lastre, lamiere, nastri, bandelle, semilavorati ottenuti da lavorazione plastica, tubi senza saldatura, fili, molle, rottami.
Le denominazioni commerciali dei bronzi con stagno sono svariate, ad esempio: bronzo navale, per ,rubinetteria, per oggetti comuni, da ingranaggi, da ingranaggi duri, per cuscinetti a strisciamento (bronzine), per campane, d'arte, per monete, ecc.
Gli ottoni speciali hanno denominazioni del tipo: ottone per eliche marine, Delta, Muntz, ecc.
La «Lega Ammiragliato›› (Cu 70%, Sn 1 %, Zn il resto) ha forte resistenza alla corrosione e viene usata per condensatori navali.
L'ottone all'alluminio (Cu 76 %, Al 2 %, Zn il resto) ha una resistenza alla corrosione e allerosione ancora maggiori, con ottime proprietà meccaniche, sia cotto che incrudito. È usato per condensatori sottoposti a corrosione.
L'ottone al piombo (Cu 56-61 %, Pb fino al 2°/0, Fe 0,5%, Mn 1,5%, Zn il resto) è molto usato per lavorazione con macchine automatiche e per parti stampate a caldo.
Designazione UNI per le leghe a base di rame
L'UNI prevede una nuova classificazione delle leghe a base di rame, che vengono suddivise in:
L'ottone si ottiene per fusione e successivo raffreddamento dei metalli costituenti (Cu, Zn, Pb fino al 3%, eventuali tracce di Sn). ll piombo viene aggiunto per migliorare la truciolabilità (ottone al piombo) nelle lavorazioni con macchine automatiche. Gli ottoni speciali sono quelli ottenuti aggiungendo metalli additivi, in percentuali in genere non molto elevate, allo scopo di migliorarne le caratteristiche meccaniche. Gli ottoni speciali richiedono un trattamento di fusione più accurato degli ottoni normali.
- leghe per lavorazione plastica
- leghe per fonderia
La lettera P anteposta alla sigla staper lavorazione plastica, La lettera G sta per getti o pani.
Per alcuni dei tipi di bronzo sopra elencati, si avrà ad esempio:
- P Cu Sn8 (UNI 2527) Bronzo comune per lavorazione plastica con 8% di stagno.
- BS CD 0,6 1 (UNI 2527) Bronzo speciale con 0,6% di Cadmio.
- P cu Aia (uNi 2512) Bronzo da lavorazione plastica con 4% di alluminio (cupralluminio).
- G Cu Sn8 Pb15 (UNI 7013) Bronzo in getti con 8% di stagno e 15 % di piombo.
Per alcuni dei tipi di ottoni sopra elencati si avrà ad esempio:
- G Cu Zn 36 (UNI 5039) Ottone in pani con 63% di rame.
- P Cu Zn 21 Al 2 (UNI 6401) Ottone all'alluminio con 21 % di Zn e 2% di Al. La vecchia designazione era: OTS 76 (UNI 2021)
- P cu Aia (uNi 2512) Bronzo da lavorazione plastica con 4% di alluminio (cupralluminio).
- P cu zn 4o Pb 2 (UNI 5705-68) Ottone da lavorazione plastica al piombo, con 40% di Zn e 2% di Pb. La vecchia designazione dello stesso ottone era OT 58 Pb (UNI 2021).
Leghe antifrizione a base di stagno
Le leghe antifrizione sono leghe a base di stagno, con aggiunta di antimonio (Sb), piombo, rame e zinco. ll loro punto di fusione è molto basso, intorno ai 200-300 °C; inoltre hanno un basso coefficiente d'attrito e buona resistenza alla corrosione. Le leghe antifrizione a base di stagno prendono anche il nome di metalli bianchi.
Le leghe antifrizione servono per rivestire quelle parti di macchine sottoposte a continuo sfregamento, come ad esempio i cuscinetti di sfregamento.
ln caso di surriscaldamento o per disfunzione della lubrificazione, le leghe antifrizione fondono, salvando gli organi meccanici dalla inevitabile rottura.
Trovano perciò applicazione soprattutto nell'industria automobilistica e nei motori Diesel, nei supporti degli alberi,ecc. L'uso di queste leghe presenta notevoli vantaggi anche nei confronti del bronzo, per garantire minore attrito e maggiore adattabilità al perno.
Alcuni esempi di leghe (metalli bianchi) antifrizione secondo la designazione UNI: Sn Sb 6,5 Cu 3,5 (UNI 4515) Lega in cui, oltre allo zinco sono presenti il 6,5% di antimonio e il 3,5% di rame. Sn Pb 23 Sb13 Cu4 (UNI 4516) Lega in cui, oltre allo zinco, sono presenti il 23% di piombo, il 13% di antimonio e il 4% di rame.
