Secondo l'uso corrente, si dicono
o. le leghe di rame e di zinco
contenenti non meno del 50% di rame, con o senza aggiunta di altri elementi;
quando questi sono presenti la loro percentuale deve essere sempre minore di
quella dello zinco e quindi anche del rame. La nomenclatura corrente distingue
poi gli
o. binari, cioè le leghe di solo rame e zinco, dagli
o.
speciali, che contengono oltre a questi due elementi anche altre aggiunte di
metalli, quali soprattutto alluminio, piombo, stagno, ferro e manganese. Gli
o. binari o
o. comuni si distinguono poi, a seconda della loro
struttura cristallina, in
o. α,
o. β e
o. misti.
Gli
o. costituiscono una serie molto vasta di leghe di impiego
diffusissimo; il secondo uso del rame (dopo l'elettrotecnica, che ne assorbe
circa la metà della quantità prodotta nel mondo) è la
fabbricazione di leghe, soprattutto di
o. ║
Struttura
cristallina: esaminando il diagramma di stato rame-zinco (figura 1) si
può osservare che tutti gli
o. (che interessano solo la parte a
sinistra di tale diagramma, fino al 50% in peso circa di zinco) sono da
considerare
soluzioni solide dello zinco nel rame. Tali soluzioni sono
del tipo
sostituzionale, cioè con gli atomi di zinco che si
sostituiscono a quelli di rame nel reticolo cristallino. La struttura
cristallina del rame puro è cubica a facce centrate; quella dello zinco
esagonale compatta. Esaminando il sistema in base alla legge di Hume-Rothery,
che regola la formazione di leghe, osserviamo che i due elementi interessati
hanno i seguenti parametri:
|
rame
|
zinco
|
Raggio atomico (Å)
|
1,28
|
1,38
|
Elettroneg. di Pauling
|
1,9
|
1,6
|
Valenza (positiva)
|
1-2
|
2
|
La differenza di raggio atomico è quindi pari a (1,38-1,28)
· 100/1,28 = 7,8% circa, mentre in base alla legge citata la formazione di
leghe si può avere fino a una differenza del 13÷14% circa. Anche le
elettronegatività non sono molto diverse, e questa condizione è
pure favorevole. Per quanto riguarda la valenza, si sa che il metallo a valenza
più bassa scioglie meglio quello a valenza più alta di quanto non
succeda per l'inverso; infatti lo zinco è molto solubile nel rame, mentre
quest'ultimo lo è poco nello zinco. Riesaminando il diagramma, osserviamo
che la parte a sinistra è occupata dalla
soluzione solida α:
questa ha una struttura cubica a facce centrate, esattamente come il rame, dato
che gli atomi di zinco sono inseriti nel reticolo del rame pari pari, in
sostituzione di atomi di rame. Questo provoca però una deformazione del
reticolo del rame, dato che il raggio atomico dello zinco è maggiore; ad
esempio mentre la cella della fase α a 0% di zinco è di 3,608
Å, al 37,5% di zinco è di 3,693 Å (valori misurati a
temperatura ambiente). Se la percentuale di zinco è maggiore del
35÷38% (in funzione della velocità di raffreddamento), le
deformazioni della cella del rame per l'introduzione di atomi di zinco sono
eccessive e l'energia interna della fase α sarebbe troppo grande: si ha
allora una variazione di struttura, con comparsa di una nuova fase, detta fase
ß, che ha una struttura cubica a corpo centrato. Se la percentuale di
zinco è compresa fra il 35 e il 45% circa, si ha presenza contemporanea
di fase α e fase ß; se è maggiore del 45% circa, si ha la fase
ß da sola. La struttura cristallina di questa, che si è detta
cubica a corpo centrato, è ordinata in modo da formare un
super-reticolo: in ogni cella cubica si ha un atomo di zinco al centro e
8 atomi di rame ai vertici. In questo modo, anche gli atomi di zinco sono
ordinati a formare un reticolo cubico compenetrato a quello del rame, mentre la
maggior parte degli atomi di zinco è circondata da atomi di rame e
viceversa. In questo modo la fase minimizza la sua energia interna, in quanto le
interazioni Cu-Cu e Zn-Zn sono inferiori per forza alle Cu-Zn; la minore energia
si ha quando esiste il massimo numero di interazioni Cu-Zn e il minimo delle
altre. Si può dimostrare che la struttura della fase ß soddisfa
appunto a questa condizione. Naturalmente il super-reticolo non è
perfetto, ma esiste solo per zone anche perché in generale la
composizione non è mai quella di 1:1 in atomi, come sarebbe necessario
per avere un super-reticolo perfetto. Inoltre, tale ordine in super-reticolo
esiste solo sotto una certa temperatura, detta
temperatura di transizione
ordine-disordine, che nel caso della fase ß è di 454°C.
Sul diagramma la linea di transizione ordine-disordine è indicata
tratteggiata; la fase ß ordinata a super-reticolo è chiamata fase
ß' per distinguerla da quella disordinata. Riassumendo avremo, quindi, per
gli
o. le tre possibilità di esistenza in fase α, fase
ß e fasi α + ß. In corrispondenza si avranno gli
o.
α, gli
o. ß e gli
o. α + ß o
o.
misti. Pertanto, gli
o. α contengono dallo 0 al 37% circa di
zinco e sono composti dalla sola fase α; gli
o. misti contengono dal
37 al 45% circa di zinco e sono composti da una intima miscela meccanica di
cristalli di fase α e cristalli di fase ß; gli
o. ß
contengono dal 45 al 50% circa di zinco, e sono composti dalla sola fase
ß. Come si vede dal diagramma, questa distinzione è valida solo a
temperatura inferiore ai 200°C; a temperature più elevate le
percentuali dette variano sensibilmente. Così un
o. al 40% circa
di zinco è allo stato liquido fino a poco meno di 900°C;
raffreddandolo solidifica in fase ß e resta tale fino a circa 770°C;
a questo punto, continuando il raffreddamento, si ha la formazione di una fase
α accanto alla ß; a temperatura bassa (sotto i 200°C) è
composto per lo più da cristalli di fase α. Naturalmente, questo
succede solo se il raffreddamento è molto lento, in modo da dar luogo
alla fase ß (già solida) di poter espellere una fase α; in
caso di raffreddamento veloce si può conservare la fase ß anche a
temperatura ambiente. La trasformazione:
fase α

fase ß
avviene infatti allo stato solido, ed è
quindi una reazione alquanto lenta. Le altre fasi che compaiono sul diagramma
(la γ, la ε, la δ e la η) hanno poca importanza pratica in
quanto sono fuori dal campo di composizioni che interessano gli
o.
║
Struttura degli o. speciali: sebbene non sia corretto effettuare
uno studio semplice degli
o. speciali, in quanto il diagramma di stato
rame-zinco vale ovviamente solo per gli
o. binari, tuttavia è
possibile ragionare ancora sul diagramma visto almeno in prima approssimazione,
in quanto l'aggiunta di altri elementi alla lega rame-zinco equivale a
un'aggiunta di zinco, più o meno forte, a seconda della natura
dell'elemento aggiunto. Si definisce un
coefficiente di equivalenza in
zinco per ogni elemento, che esprime l'entità dell'effetto
dell'aggiunta di tale elemento alla variazione della struttura dell'
o. Ad
esempio, all'alluminio viene attribuito un coefficiente di equivalenza 6; questo
significa che l'aggiunta di una parte di alluminio ha lo stesso effetto sulla
variazione di struttura dell'
o. dell'aggiunta di 6 parti di zinco.
Pertanto l'
o. al 76% di Cu, 22% di Zn e 2% di Al, detto comunemente
o.
all'alluminio, avrà una struttura uguale a quella di un
o.
caratterizzato dal rapporto 76/(22 + 2 · 6) = 76/34 fra rame e zinco,
cioè al [34/(76 + 34)] · 100 = 31% circa di zinco. Si può
anche vedere che un'aggiunta di qualche percentuale di alluminio a un
o.
al 33÷36% di zinco (che è a struttura α) basta per farlo
diventare decisamente a struttura ß. Un comportamento diverso da quasi
tutti i metalli è presentato dal piombo. Gli
o. al piombo, che
contengono dall'1 al 3% di questo elemento, possono essere ancora considerati
o. binari. Infatti, il piombo non è solubile né nella fase
α né nella fase ß, e resta disperso nella matrice in forma di
piccoli globuli collocati fra i cristalli della lega. Gli
o. al piombo
sono spesso utilizzati, in quanto la presenza di questo elemento rende molto
facile la rottura del truciolo e quindi presentano un'ottima lavorabilità
alla macchina utensile. In Italia sono detti anche
o. secchi o
o. per
torneria; in inglese si dicono
free cutting brass o
leaded
brass. La loro lavorabilità all'utensile (in condizioni
standardizzate) assunta uguale a 100 viene presa come indice per la
lavorabilità delle altre leghe di rame. In generale, questi
o.
sono a struttura mista, con forti quantità di fase ß. ║
Proprietà degli o.: il comportamento degli
o. è
sensibilmente diverso da quello del rame a causa dell'aggiunta di zinco; questa
differenza è, naturalmente, tanto più evidente quanto maggiore
è il tenore di questo elemento. Anzitutto, occorre distinguere le
proprietà in due classi: a variazione regolare e a variazione irregolare.
Le prime presentano un andamento abbastanza regolare alla variazione del tenore
di zinco. Appartengono a questa classe, ad esempio, le conducibilità
elettrica e termica, che hanno un andamento decrescente su tutto il campo, a
partire dal rame puro fin quasi allo zinco puro. Così (figura 2) assunta
uguale a 100 la conducibilità del campione internazionale di rame ricotto
(detto anche IACS) questa scende al 60% in un
o. al 5% di Zn, al 40% per
un
o. al 15% di zinco e al 23% circa per un
o. al 40% di zinco.
Una variazione più o meno uguale è presentata dalla
conducibilità termica, sempre assumendo uguale a 100 quella del rame puro
ricotto. Le proprietà meccaniche hanno invece un comportamento alquanto
irregolare al variare della composizione. Le caratteristiche meccaniche sono
molto sensibili, sia al processo di fabbricazione delle parti (estrusione,
stampaggio, colata in sabbia, colata in conchiglia, ecc.), sia ai trattamenti
termici. Peraltro è possibile dare una regola generale molto importante
sulla lavorabilità degli
o., distinguendoli secondo la loro
struttura metallografica:
o. α (caratterizzati da una grandissima
duttilità e malleabilità, sono adatti alla lavorazione plastica a
freddo);
o. ß (difficilmente lavorabili a freddo e facilmente
lavorabili a caldo);
o. misti (le loro proprietà sono intermedie
fra quelle dei due tipi visti in precedenza; tendono di più a quelle
dell'uno o dell'altro tipo, a seconda che prevalga la fase α o la fase
ß);
o. Cu-Zn 37 (contiene il 237% circa di zinco, ed è
caratterizzato dal fatto che presenta ad alta temperatura - 800°C circa -
la fase ß e a bassa temperatura la fase α; si può quindi
lavorare bene sia a caldo, sia a freddo, dato che presenta in ogni condizione la
struttura migliore per essere lavorato). Come si può intuire si ha
un'ampia possibilità di scelta, in funzione del pezzo da produrre e della
tecnologia da impiegare. Anche il colore degli
o. varia con il contenuto
di zinco. Aggiunte fino al 20% di zinco al rame conferiscono all'
o. un
colore molto vicino a quello dell'oro; queste leghe sono impiegate in
bigiotteria o per pezzi decorativi con il nome di
similori. Dal 20 al 30%
di zinco il colore passa al giallo verdastro, mentre, per tenori superiori, si
passa al giallo rosato (40÷45% di zinco) e poi al bianco-grigio (oltre il
45% di zinco). ║
Resistenza alla corrosione: gli
o.
resistono generalmente bene alla corrosione, anche in ambienti molto aggressivi.
Vi sono, tuttavia, due fenomeni caratteristici di attacco, che ne rendono
pericoloso l'impiego incauto in certi ambienti: la
dezincificazione e le
crepe di stagionatura (
season cracking). La dezincificazione
è un fenomeno di corrosione localizzata in cui una zona di
o.
viene sostituita da una massa spugnosa di rame. Il meccanismo di questa
corrosione non è ancora ben chiaro; secondo le teorie più
accreditate si ha dissoluzione dell'
o. nelle zone in cui è
anodico, con passaggio nella soluzione di ioni rame e ioni zinco. Quindi, lo
zinco delle parti dell'
o. non corrose esercita un'azione di cementazione
sopra il rame, che si rideposita in forma spugnosa e incoerente. Esteriormente,
queste zone corrose appaiono arrossate per tale rame cementato. Il fenomeno
è favorito dalla presenza, nella soluzione, di agenti in grado di
attaccare l'
o., come pure dalla grana cristallina e da tensioni interne:
è esaltato notevolmente nei casi in cui alla corrosione si accompagna
anche l'erosione (caso della corrosione-erosione, detta in inglese
fretting
corrosion) come, ad esempio, nei tubi degli scambiatori di calore. La
dezincificazione nelle condizioni più gravi può proseguire fino
alla perforazione completa della parete in
o. Per prevenirla, il mezzo
più comunemente adottato è l'aggiunta all'
o., che deve
lavorare in condizioni di possibile dezincificazione, di un
agente
inibitore, che di solito è un metalloide o un semimetallo (fosforo,
arsenico o antimonio), in piccolissime percentuali (0,02÷0,2%). Questi
o. particolari sono ancora considerati binari, ma di solito vengono
chiamati
o. inibiti; il loro impiego è diffuso specialmente
nell'industria chimica. Le crepe di stagionatura sono un fenomeno di corrosione
sotto sforzo (
stress corrosion), che si manifesta con la comparsa di
microcricche che possono portare il pezzo in
o. a rottura, senza
corrosione macroscopicamente evidente. L'analisi micrografica di tali rotture
mette in evidenza che si tratta di una
corrosione intercristallina, tanto
più facile quanto più è grossolana la
grana
(cioè la dimensione media dei cristalli) del materiale. Essa pare dovuta
al fatto che, al bordo dei grani, esistono delle zone fortemente deformate, che
hanno una nobiltà molto minore dei cristalli e, quindi, un comportamento
anodico nei loro confronti. Vari fattori esaltano il
season cracking; in
particolare, l'esistenza di tensioni interne, la presenza di particolari
ambienti aggressivi, la composizione dell'
o. e la microstruttura. La
presenza di tensioni interne dovute a lavorazioni plastiche, oppure createsi nel
raffreddamento di un pezzo colato, hanno un effetto esaltante sul fenomeno
descritto; per ovviare a questo inconveniente si fa subire al pezzo un
trattamento di
distensione o
normalizzazione, scaldandolo a
200÷300 °C per un certo tempo e raffreddandolo lentamente. Questo non
provoca ricristallizzazione (quindi il pezzo non perde il suo grado di
indurimento e le proprietà meccaniche desiderate) e ridistende le
tensioni interne uniformandole su tutta la massa, che resta più omogenea
da questo punto di vista. La presenza di un particolare
ambiente
corrosivo è indispensabile affinché si manifesti il
season
cracking. Non tutti gli ambienti sono però equivalenti da questo
punto di vista; molto pericolosi sono l'ammoniaca e la maggior parte dei suoi
composti; meno pericolosi sono invece il mercurio, i suoi sali, l'ossigeno e
l'anidride carbonica. La composizione dell'
o. ha pure molta importanza:
il fenomeno si manifesta più facilmente con alte percentuali di zinco; se
questo è sotto il 20% non si ha praticamente questa corrosione mentre dal
20% in su la suscettibilità al
season cracking aumenta. Sembra che
l'aggiunta di altri elementi di lega quali silicio, stagno, berillio, manganese,
fosforo, arsenico abbia un effetto di inibizione o almeno di rallentamento
riguardo le crepe di stagionatura. La microstruttura, come si è detto, ha
pure la sua importanza; si tende quindi ad avere la grana più fine
possibile controllando la velocità di raffreddamento durante una
cristallizzazione o ricristallizzazione. Un altro rimedio contro questa
corrosione è la protezione dell'
o. dall'ambiente corrosivo a mezzo
di un rivestimento opportuno (ramatura e nichelatura, nichelatura da sola,
rivestimenti organici, ecc.). Questa soluzione, tuttavia, risulta costosa e non
viene adottata a meno che non sia giustificata da altri motivi (ad esempio
estetici). La soluzione generalmente adottata consiste nel non impiegare
l'
o. a contatto con ambienti che possono dare il
season cracking,
oppure nell'impiegare quei tipi che, opportunamente trattati, danno sufficienti
garanzie dopo una sperimentazione. ║
Preparazione degli o: gli
o. sono preparati per fusione diretta di rame e zinco, caricati in forno
in rapporto opportuno. Come forni da impiegare, sono ancora molto diffusi i
forni a combustibile, sconsigliati, tuttavia, per produzioni di qualità
elevata, per l'inquinamento che possono determinare l'ossidazione del rame e
soprattutto dello zinco. Per ottenere la composizione voluta si deve tenere
conto della perdita di zinco, sia per evaporazione (lo zinco fonde a 420 °C
e bolle a 906 °C), sia per ossidazione; infatti, se la fusione avviene in
presenza di aria, una parte dello zinco che evapora viene ossidata ad ossido di
zinco, che ricade in forma di neve bianca (
neve di zinco). Questo fatto
comporta gravi problemi di ordine sanitario, in quanto i vapori di zinco sono
tossici; inoltre, si ha una perdita di metallo e una variazione della
composizione della carica durante la fusione. Sono invece più adatti a
questo lavoro i forni elettrici ad induzione (tipo Aiax) che limitano, sia
l'inquinamento da gas o da residui carboniosi, sia la perdita e l'ossidazione di
zinco. Anche la colata in lingotti o barre è un'operazione delicata; i
migliori risultati si ottengono con una colata verticale con un raffreddamento
fatto in modo da avere uniformità di grana sulla sezione e da lasciar
liberi i gas disciolti di svolgersi (un impianto che realizza queste condizioni
è quello di colata semicontinua Vereinigte Leichtmetall-Werke).
Ugualmente importanti per le caratteristiche del manufatto finito sono tutte le
altre lavorazioni plastiche, sia a caldo, sia a freddo (laminazione,
trafilatura, estrusione, stampaggio, imbutitura, ecc.). Gli stati di impiego
dell'
o. possono essere diversi, secondo il trattamento che ha subito
durante la lavorazione. Si parla comunemente di
o. ricotto, se dopo
l'ultima lavorazione plastica a freddo il metallo è stato sottoposto a un
processo di ricottura;
o. 1/4 duro se dopo l'ultima ricottura esso
è stato lavorato a freddo con una deformazione del 10% circa (riduzione
dello spessore di una lamiera da 1,13 mm a 1 mm);
o. 1/2 duro se dopo
l'ultima ricottura ha avuto una lavorazione a freddo del 20% circa;
o. 3/4
duro se dopo l'ultima ricottura ha avuto una deformazione a freddo del 30%
circa;
o. duro, se dopo l'ultima ricottura è stato lavorato a
freddo con una deformazione del 30% circa (riduzione di una lamiera dallo
spessore di 1,59 mm allo spessore 1 mm circa);
o. extraduro o
durissimo per molle se la deformazione plastica avuta a freddo dopo
l'ultima ricottura è di entità tale che il suo carico di
snervamento non può più essere elevato con una ulteriore
deformazione plastica; questo materiale è quindi
fortemente
incrudito nel senso che gli scorrimenti relativi dei piani cristallini sono
ormai impossibili senza che si giunga a rottura. ║
O. binari
unificati: come si è detto è possibile avere una serie quasi
infiniti di
o., partendo da quelli con pochissimo zinco, fino a quelli
con quasi il 50% di questo elemento. Naturalmente, due leghe aventi composizione
chimica molto prossima sono anche molto simili come proprietà; gli Enti
Unificatori nazionali ed internazionali hanno quindi definito un certo numero di
o. aventi diversa composizione, che coprono tutto il campo delle
composizioni chimiche e quindi anche delle proprietà chimico-fisiche e
tecnologiche. In Italia si fa per questo riferimento alle
Tabelle UNI e
precisamente alla tabella n. 1.694-1.695 (
o. in pani da fonderia),
1.696-1.697 (
o. in getti) e 2.012 (
o. per semilavorati la
lavorazione plastica). In Francia si fa riferimento alla classificazione della
AFNOR (Association Française de Normalisation), in Germania alle norme
DIN (Deutsche Industrie Normen), negli Stati Uniti alle norme ASTM (American
Society for Testing of Materials), ecc. Si deve tuttavia notare che vengono
anche prodotti degli
o. non unificati, adatti a particolari impieghi.
Vediamo qui di seguito i principali tipi di
o. unificati e non unificati;
la sigla adottata è la
Cu-Zn X, dove al posto della
X vi
è un numero che esprime in % il contenuto nominale di zinco. Per gli
o. unificati dalla tabella UNI 2.012 è riportata anche la sigla
OT X, dove
X ha il significato di % nominale di rame. In molti
casi poi si indica anche tra parentesi la denominazione corrente nella
nomenclatura inglese, dato che questa ricorre molto spesso nei trattati tecnici.
1)
Cu-Zn 4: è un
o. non unificato, prodotto per impieghi,
in cui deve essere smaltato (bigiotteria). Gli
o. a più alto
tenore di zinco non permettono infatti l'aderenza degli smalti. 2)
Cu-Zn
5 (
gilding metal): è una lega che non presenta ottime
caratteristiche meccaniche ma caratterizzata da un'elevata conducibilità
elettrica (56% circa dello IACS); è utilizzata in elettrotecnica
(capicorda), per monete, medaglie, articoli di bigiotteria da dorare. 3)
Cu-En 10, ovvero
OT 90 (
commercial bronze): è una
lega avente caratteristiche meccaniche non eccezionali, ma tali da consentirne
una buona lavorazione plastica, specialmente per imbutitura profonda. È
utilizzata per viti, bulloni, rivetti, cartucce, occhielli, scatolette, articoli
di bigiotteria. 4)
Cu-Zn 15, ovvero
OT 85 (
red brass):
è una lega che presenta caratteristiche simili alla precedente e ha,
più o meno, gli stessi impieghi. Viene usata anche per radiatori di
automobili, zoccoli per elettrotecnica, tubi, raccordi, ecc. 5)
Cu-Zn 20,
ovvero
OT 80 (
low brass): è una lega abbastanza usata per
gli stessi scopi dell'OT 85. Rispetto a questo, ha un allungamento a rottura un
po' maggiore; per questo motivo è adatto a una lavorazione plastica
più profonda. È il più diffusamente usato in campo
industriale fra gli
o. a basso tenore di zinco. 6)
Cu-Zn 28,
ovvero
OT 72: vale quanto detto sotto per il Cu-Zn 30. 7)
Cu-Zn
30, ovvero
OT 70 (
cartridge brass): è una lega
caratterizzata da ottime proprietà meccaniche, unite a una grandissima
lavorabilità a freddo. È diffusamente impiegata per pezzi
destinati a un'imbutitura profonda; oltre agli impieghi industriali già
citati (viti, bulloni, rivetti, ecc.) è utilizzato per pezzi
profondamente imbutiti, come le cartucce per munizioni di fucili e cannoni di
piccolo calibro. 8)
Cu-Zn 33, ovvero
OT 67: è la lega
più ricca di zinco che sia ancora a struttura α, sia a caldo, sia a
freddo. Gli usi sono gli stessi dello OT 70. 9)
Cu-Zn 35 ovvero
OT
65 (
yellow brass): si presenta in forma α a temperatura ambiente
e in forma α + ß a temperature prossime alla fusione. È adatto
per pezzi destinati all'imbutitura profonda, ma anche per parti lavorate a caldo
e finite a freddo. Trova impiego, sia in elettrotecnica, sia nel campo delle
costruzioni. Se il raffreddamento dalla temperatura di 750°C circa fino a
quella ambiente non è abbastanza lento può conservare una parte di
struttura ß che ne migliora leggermente le caratteristiche meccaniche, ma
ne riduce notevolmente la lavorabilità a freddo. 10)
Cu-Zn 37,
ovvero
OT 63: è la lega che a temperatura ordinaria (se
raffreddata con sufficiente lentezza) si presenta con struttura tutta α,
mentre a temperatura elevata si presenta come α + ß, oppure tutta
ß. Presenta quindi, in ogni condizione, la struttura migliore per
lavorabilità: è adatta per pezzi formati a caldo e finiti a
freddo. Viene utilizzata per tubi, lamiere per tranciatura, vergelle,
cioè tutti quei semilavorati da cui si ricavano prodotti finiti per
lavorazione meccanica all'utensile o per deformazione plastica. È la lega
di più vasta diffusione per pezzi tranciati. Anche qui il raffreddamento
deve essere abbastanza lento, altrimenti si ha presenza di fase ß (anche
in quantità preminente) in condizioni ambiente. 11)
Cu-Zn 40,
ovvero
OT 60 (
muntz metal): indipendentemente dal raffreddamento,
è sempre un
o. misto α + ß, con prevalenza dell'una o
dell'altra fase. Ad alta temperatura è completamente ß. È
adatto per tutte quelle applicazioni pesanti, in cui avviene una lavorazione a
caldo fin quasi al prodotto finito. Tipiche applicazioni sono: condensatori
(soprattutto piastre) per navi, caldaie e impianti chimici, corpi di grandi
valvole, bulloni, dadi e viti di grandi dimensioni, ecc. Le sue caratteristiche
meccaniche sono migliori di quelle degli
o. fin qui citati, per la
presenza di una forte quantità di fase ß. 12)
O. al piombo:
si è già detto dell'effetto di questo elemento sul miglioramento
della lavorabilità all'utensile. Queste leghe sono praticamente le sole
che si prestino a una lavorazione profonda all'utensile, soprattutto per la
meccanica fine e di precisione (ingranaggi, viti, pezzi vari di strumenti,
orologi, ecc.). La loro caratteristica di non formare bava nella lavorazione li
fa spesso preferire in tutti quei casi (ad esempio nella fabbricazione di
rubinetterie e simili), in cui si fa uno stampaggio a caldo e una successiva
lavorazione all'utensile, spesso con macchine automatiche ad elevata produzione.
Nel caso di pezzi strutturali di valore anche estetico (rubinetti e articoli
vari per bagni e cucine, maniglie) vengono molto spesso nichelati e cromati. Fra
questi
o. ricordiamo solo i principali: il
Cu-Zn 9,25 Pb 1,25 (in
inglese
leaded commercial bronze) non è molto usato; il
Cu-Zn
35 Pb 0,5 (
low leaded brass) presenta anche una certa
lavorabilità per deformazione plastica; il
Cu-Zn 32,5 Pb 0,5
è simile al precedente; il
Cu-Zn 34,5 Pb 1,0 (
medium-leaded
brass) non è molto diffuso; il
Cu-Zn 35,75 Pb 1,75 (
high
leaded brass) è il tipico
o. per meccanica fine, in
particolare per lavori di orologeria; il
Cu-Zn 35 Pb 2,5 (
extra high
leaded brass) è simile al precedente, ma si lavora meglio alle alte
velocità; il
Cu-Zn 35,5 Pb 3,0 (
free cutting brass)
è molto indicato per la lavorazione su macchine utensili automatiche ad
alta velocità; il
Cu-Zn 40 Pb 3,0 (
architectural bronze
ovvero
bronzo architettonico) non è affatto un bronzo, ma un
o. adatto per ogni genere di pezzi forgiati o stampati. ║
O.
speciali: non consideriamo in questa classe gli
o. al piombo in
quanto, come si è già detto, questo elemento non entra a far parte
della lega. Anche fra gli
o. speciali ci limitiamo a citare brevemente i
più diffusi. 1)
O. allo stagno: questa classe di leghe è
caratterizzata dalla presenza di stagno in ragione dello 0,5÷3%, e si
distingue per una miglior resistenza alla corrosione; lo stagno inoltre ha un
effetto inibitore sulla dezincificazione. Fra questi
o. speciali citiamo
solo i più noti. Il
Cu-Zn 28 Sn 1 o
Cu-Zn 28 Sn 1 o
o.
ammiragliato (
admiralty brass) contiene il 70÷71% di rame, lo
1,0÷1,1 di stagno e il resto di zinco; è una lega di buona
resistenza meccanica e alla corrosione. Il suo nome deriva dal vasto uso che ne
è stato fatto per condensatori di navi militari; oggi è molto
usato anche per tubi e piastre di condensatori, evaporatori e scambiatori di
calore per l'industria chimica. Il
Cu-Zn 39 Sn 1 o
o. navale
(
naval brass) contiene il 59÷61% di rame, lo 0,5÷1,0% di stagno
e il resto di zinco. È utilizzato per la sua resistenza alla corrosione
dalle acque di mare in numerose applicazioni navali (donde il suo nome) come
alberi, eliche, valvole, condensatori e così via. Ne esiste anche un tipo
al piombo. 2)
O. all'alluminio: sono leghe molto resistenti alla
corrosione e alla corrosione-erosione. Citiamo il
Cu-Zn 22 Al 2, detto
comunemente
o. all'alluminio per antonomasia, molto usato per tubi di
scambiatori di calore, soprattutto per navi militari e nell'industria chimica,
quando si devono trattare liquidi con sospensioni solide. 3)
Bronzi al
manganese: impropriamente detti bronzi, sono degli
o. complessi,
contenenti stagno, ferro e manganese oltre a rame e zinco. Hanno un'ottima
resistenza alla corrosione, accoppiata a un'alta resistenza meccanica; la
lavorazione è fatta per lo più a caldo. Citiamo fra questi il
Cu-Zn 39 Fe 1,4 Sn 1 Mn 0,1, utilizzato per applicazioni quali alberi di
pompe, valvole per vapore, dischi a pressione ed elettrodi per saldatura.
║
Saldatura degli o.: quasi tutti i sistemi di saldatura sono
applicabili agli
o., purché si abbiano delle semplici avvertenze,
a seconda dei casi. La
saldatura ad arco è applicabile
purché si tenga conto che lo zinco vaporizza facilmente alla temperatura
di fusione della lega; si raccomanda di operare sotto atmosfera inerte (ad
esempio di argo) con forti correnti; si devono preferire elettrodi metallici (in
particolare bronzi al 5% di stagno) agli elettrodi a carbone. La
saldatura
autogena è consigliata, purché si utilizzino come materiali di
apporto degli
o. senza piombo e più ricchi in zinco del 2÷3%
rispetto al metallo base e si operi velocemente per evitare eccessiva
evaporazione di zinco. È consigliata anche una fiamma fortemente
ossidante, che fa formare sulla superficie del pezzo uno strato di ossido di
zinco, molto efficace contro l'evaporazione. Lo stesso effetto si ottiene
utilizzando come materiale d'apporto
o. contenente un po' di silicio.
Operando senza materiale d'apporto la saldatura deve essere eseguita da un
saldatore provetto. Sono inoltre applicabili senza difficoltà la
saldatura con lega di stagno-piombo (operazione quanto mai comune nell'industria
elettrotecnica ed elettronica) e con leghe stagno-argento e simili; questo tipo
di saldatura è detto anche
brasatura dolce per distinguerla dalla
brasatura forte in cui si utilizza una lega a base di rame; anche questa
tecnica è applicabile senza difficoltà. Inoltre, si può
applicare la
saldatura a resistenza (tenendo conto della
conducibilità), la
saldatura per attrito e la
saldatura per
pressione a freddo; le ultime due tecniche sono, tuttavia, utilizzate
raramente. ║
Rivestimenti protettivi e decorativi: gli
o. si
prestano assai bene alle operazioni di finitura, sia galvaniche (ramatura +
nichelatura + cromatura, nichelatura + cromatura; sola nichelatura, nichelatura
chimica, stagnatura, doratura), sia a base di vernici o smalti. Occorre,
tuttavia, avere alcune avvertenze. Ad esempio, è sconsigliata la doratura
diretta su
o., in quanto con il tempo una parte dell'oro viene assorbita
dal rame sottostante e si ha comparsa di chiazze biancastre; si consiglia quindi
di far precedere alla doratura una nichelatura, oppure di utilizzare per parti
che vanno dorate un
o. a composizione opportuna (ad esempio 10÷20%
di zinco), avente colore simile all'oro. Gli smalti vetrosi hanno scarsa
aderenza sugli
o., eccetto quelli a basso tenore di zinco (10% o meno).
Infine, sono possibili sui vari
o. dei trattamenti di
brunatura
per immersione, che fanno loro assumere colorazioni esteticamente pregevoli
(color bronzo scuro, bronzo antico, bronzo lucido, neroazzurro, ecc.); questi
trattamenti hanno, tuttavia, un effetto protettivo molto limitato. ║
Produzione ed usi: l'Italia è fra i Paesi ad alto grado di
industrializzazione, uno di quelli che fa proporzionalmente meno uso
dell'
o., sostituito in molti casi con altri metalli o leghe (in
particolare alluminio). I consumi di
o. nel nostro Paese sono, tuttavia,
in rapido sviluppo per l'espansione delle industrie chimica, elettrotecnica,
elettronica, sanitaria, meccanica. Molte applicazioni degli
o. sono state
già citate a proposito delle singole leghe. Ci limitiamo quindi qui a
ricordare le maggiori industrie consumatrici di
o. e le applicazioni
più tipiche. Le industrie elettrotecnica ed elettronica lo utilizzano per
realizzare parti di interruttori, connessioni, capicorda, zoccoli per lampadine,
prese di corrente, parti di centrali telefoniche, rivetti, tubi di condensatori
e scambiatori di calore, tubi di trasformatori. L'industria meccanica usa tutta
la gamma degli
o. per applicazioni e parti varie, quali viti, bulloni,
dadi, rivetti, ingranaggi, molle. L'industria automobilistica, in particolare,
impiega molto
o. per diverse parti quali radiatori, carburatori,
maniglie, parti elettriche ed in generale quelle parti complesse non molto
sollecitate che richiedono lunga lavorazione all'utensile. L'industria navale
utilizza
o. per i condensatori, gli scambiatori di calore e gli impianti
idrosanitari di bordo. L'industria chimica impiega molto
o. per
condensatori, scambiatori di calore, ebollitori, colonne di processo, valvole,
tubazioni, raccordi. L'industria idrosanitaria fa grande uso di
o. per
rubinetterie, raccordi, valvole. L'industria dell'arredamento utilizza
l'
o. per maniglie, serrature, cerniere di mobili, profilati, lampadari.
Anche l'industria dell'abbigliamento fa uso di
o. per bigiotteria varia,
cerniere lampo, scatolette.