Ottone (lega)
| Ottone | |
|---|---|
 Superficie dell'ottone al microscopio (ingrandimento: 400X). |
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| Caratteristiche generali | |
| Composizione | leghe costituita principalmente da rame e zinco |
| Aspetto | giallo-oro |
| Stato di aggregazione (in c.s.) | solido |
| Cristallinità | policristallino |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 8,4÷8,7 (8400-8700 kg/m3) |
| Temperatura di fusione (K) | 1188÷1228 (915÷955 °C)[1] |
| c0p,m(J·kg−1K−1) | 376 |
| Coefficiente di dilatazione termica lineare (K-1) | 20×10-6[1] |
| Conduttività termica (W/m·K) | 120[1] |
| Resistività elettrica (O·m) | 0,07×10-6 |
Gli ottoni sono leghe di rame (Cu) e zinco (Zn).
Innanzitutto bisogna distinguere tra ottoni binari, costituiti solo da rame e zinco, e ottoni ternari, in cui è presente un terzo elemento caratterizzante la lega o altri ottoni quaternari in cui sono presenti altri elementi chimici.
Considerando gli ottoni binari, si parla di fase α quando il contenuto di zinco è inferiore al 36% circa; la struttura cristallina della lega ricalca quella del rame, cioè cubica a facce centrate. Questi ottoni hanno eccellente lavorabilità a freddo (imbutitura e stampaggio) e buona a caldo.
Gli ottoni α-β (dove la fase β è cubica a corpo centrato) hanno un titolo di zinco oscillante tra il 36 e il 45%; sono facilmente lavorabili a caldo.
Le leghe con percentuali di Zn superiori al 45% non hanno interesse pratico.
La lavorabilità alle macchine utensili delle leghe binarie rame-zinco è buona, ma la tenacità provoca la formazione di trucioli molto lunghi; allora si aggiunge del piombo (Pb) che, insolubile ed estraneo alla struttura cristallina, si disperde ai bordi dei grani: così i trucioli diventano molto corti o addirittura polverosi e gli utensili subiscono un'usura e un riscaldamento minori, con conseguente miglioramento della qualità e della velocità della lavorazione. Gli ottoni al piombo sono denominati anche ottoni secchi.
Alla lega possono essere aggiunti altri elementi per ottenere determinate proprietà:
- il manganese e lo stagno aumentano la resistenza alla corrosione;
- il ferro aumenta il carico di rottura;
- l'alluminio aumenta la resistenza alla corrosione e all'abrasione;
- l'antimonio e l'arsenico inibiscono la dezincificazione.
- il nichel migliora le caratteristiche meccaniche e la resistenza alla corrosione;
- il silicio serve a disossidare e favorisce la creazione della fase β.
L'influenza degli elementi in lega può essere studiata attraverso i coefficienti di Guillet: cioè l'aggiunta di un terzo elemento in lega può essere considerata equivalente alla aggiunta o sottrazione di zinco. Per esempio, l'aggiunta di silicio (coeff. =10) equivale ad una quantità di zinco 10 volte maggiore: accade cosi che se ad un ottone binario Cu Zn 30 (a totale struttura α) viene aggiunto 1-2% di silicio, diventa a struttura totalmente β. Il nichel ha un coefficiente di equivalenza negativo, mentre quello del piombo è nullo, dal momento che, disponendosi ai bordi dei grani, non entra nel reticolo cristallino.
Indice |
Usi [modifica]
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L'ottone ha un campo di applicazioni talmente vasto che se ne può fare solo un elenco di massima.
I principali campi di utilizzo sono:[2]
- elettricità (apparecchiature elettriche, interruttori, contatti, portalampada)
- autotrasporti (radiatori, impianti elettrici)
- settore marino (scambiatori, piastre)
- munizioni (bossoli)
- idrosanitaria (rubinetti, valvole, radiatori, tubazioni)
- industria chimica (scambiatori)
- industria meccanica (bulloni, viti, ingranaggi, minuterie metalliche)
- edilizia e arredamento (cerniere, serramenti, elementi di mobili, maniglie)
- monetazione e simili (monete, targhe, medaglie, decorazioni)
- strumenti musicali (gli ottoni)
Gli ottoni contenenti dal 10 al 20% di zinco, molto plastici, sono nominati similori, per via della colorazione simile a quella dell'oro. Vengono impiegati in bigiotteria.
Gli ottoni che hanno percentuali maggiori di zinco, sopra il 25-30%, hanno caratteristiche meccaniche più elevate: vengono usati per parti di oggetti che necessitano resistenza. Quello al 28% viene usato per i bossoli dei cannoni e cartucceria; quello al 33%, ottimamente lavorabile, è raccomandato per i laminati destinati a pezzi imbutiti, molle e tubi.
L'ottone CuZn37 ha struttura α a freddo, β a caldo: offre pertanto una facile lavorabilità a freddo e a caldo ed è utilizzato per la preparazione di barre e laminati trafilati.
L'ottone CuZn40 (ottone Muntz) è utilizzato per i pezzi finiti a caldo: barre di grande diametro, piastre tubiere, pezzi stampati.
Gli ottoni al piombo (CuZn38Pb2, CuZn39Pb2 e CuZn40Pb2 i più usati) sono impiegati per i pezzi lavorabili al tornio, come valvole e rubinetti.
La lega CuZn36Pb3 (free-cutting brass) è utilizzata come riferimento per la lavorabilità ad asportazione di truciolo, con un indice convenzionalmente pari a 100; tutte le altre leghe di rame hanno valori inferiori.
Tra gli ottoni speciali ricordiamo il CuZn28Sn1As, detto anche ottone ammiragliato, utilizzato in distillatori, condensatori, raccordi e nelle applicazioni marine in generale.
Il CuZn22Al2As è utilizzato negli scambiatori marini, che necessitano di alta resistenza alla corrosione e che lavorano con alta velocità di flusso.
Il CuZn19Sn viene usato per la produzione di strumenti musicali (gli ottoni).
Le monete da 10, 20 e 50 centesimi di euro sono in CuAl5Zn5Sn1 (lega nordic Gold), mentre la parte gialla delle monete da 1 e 2 euro è in CuZn20Ni5.
Gli ottoni sono adatti per la colata in sabbia e in conchiglia e la pressocolata, che si applica a getti di piccole e medie dimensioni.
Le leghe binarie rame-zinco sono adatte anche per le colate in getti: hanno un intervallo di solidificazione ristretto, quindi vi è un pericolo minore di rotture a caldo e porosità durante il ritiro per solidificazione.
Proprietà [modifica]
L'ottone è un materiale duttile, malleabile e ha una buona resistenza alla corrosione.
Rispetto al rame presenta valori più elevati di durezza, resistenza e fusibilità.
Ha notevoli proprietà acustiche, non a caso viene impiegato nella produzione di svariati strumenti musicali (tuba, trombone..)
Produzione [modifica]
Nel 2008 l'Italia ha prodotto 572.200 tonnellate di semilavorati in leghe di rame, la stragrande maggioranza delle quali (564.400 t) in ottone.[3]
| Semilavorati (ottone) | tonnellate | % |
|---|---|---|
| Tubi | 6.150 | 1,1 |
| Lastre e nastri | 38.250 | 6,7 |
| Barre e profilati | 517.300 | 90,4 |
| Fili | 2.700 | 0,5 |
| Altre leghe | 7.800 | 1,4 |
Note [modifica]
- ^ a b c Callister, op. cit., p. 767
- ^ . Pe Giovanni, 23-04-2009. URL consultato in data 23-04-2009.
- ^ Fonte: Assomet
Bibliografia [modifica]
- William D. Callister, Material Science and Engineering: An Introduction, 5a ed. (in inglese), John Wiley & Sons Inc, 1999. ISBN 0-471-35243-8
Voci correlate [modifica]
- Bronzo
- Cupronichel
- Rame
- Taglio ad acqua Lavorazione di grossi spessori
Altri progetti [modifica]
Commons contiene immagini o altri file su Ottone (lega)
Collegamenti esterni [modifica]
- International Copper Institute
- European Copper Institute
- Istituto Italiano del Rame
- Brass site - Copper Development Association UK
- Università degli Studi di Trento, Gli ottoni
