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Il Rame
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IL RAME

Leghe

1 - TIPI DI RAME: Cu-DHP E Cu-ETP
2 - OTTONI
3 - BRONZI
4 - CUPRONICKEL
5 - CUPRALLUMINI
6 - DESIGNAZIONI DELLE LEGHE DI RAME
7 - Database delle leghe (COPPER KEY)

Il rame ha una spiccata capacità di legarsi agli altri metalli, che ne rafforzano le caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche.
Lo zinco e il rame formano la famiglia più numerosa e utilizzata: gli ottoni
Lo stagno e il rame danno origine ai bronzi, il cui uso più noto è quello artistico.
Il binomio rame-nickel forma il gruppo delle leghe denominate cupronickel, di particolare interesse per la loro resistenza alla corrosione.

TIPI DI RAME: Cu-DHP E Cu-ETP
Le tabelle del CEN Report 13388 designano una dozzina di tipi di rame pressoché puro, con purezza minima superiore al 99,90%. Ognuno di questi si distingue per la composizione di quel rimanente 0,10%, che a volte è responsabile di rilevanti variazioni di caratteristiche tecnologiche. Dal punto di vista dei quantitativi prodotti e consumati a livello mondiale, i tipi di rame più importanti sono indicati come Cu-ETP e Cu-DHP. 
Il rame Cu-ETP (Electrolytic Tough Pitch) è un rame ottenuto per raffinazione elettrolitica e trattato al tronco di pino; è caratterizzato dalla presenza di ossigeno e dall’assenza di fosforo.
Il rame Cu-DHP (Deoxidized High residual Phosphorus) è invece un rame totalmente privo di ossigeno, nel quale viene mantenuto, a garanzia della disossidazione, un tenore di fosforo relativamente alto, compreso tra lo 0,015 e lo 0,04%.

Tipo di rame Cu (+Ag) % O % P %
DHP 99,90 min. - 0,015-0,04
ETP 99,90 min. 0,04 (max) -

La presenza del fosforo permette di eliminare fenomeni di fragilità in ambiente riducente, migliorare la deformabilità plastica a freddo e soprattutto incrementare l’attitudine alla brasatura. Quest’ultimo è l’aspetto fondamentale: per le applicazioni di lattoneria sono necessarie giunzioni che devono essere meccanicamente stabili. Nelle operazioni di brasatura si usano i disossidanti proprio per evitare che la superficie di rame si ricopra di ossidi (formati dal calore) che impediscono la corretta compenetrazione della lega d’apporto. Analogamente, se il rame contenesse già in partenza dell’ossigeno, la forza della giunzione sarebbe comunque pregiudicata.
Pertanto il rame utilizzato per i laminati da impiegare per coperture e lattoneria, ma anche per la produzione di tubi per gli impianti di distribuzione dei fluidi è quindi il tipo Cu-DHP.

Il fosforo - al contrario dell’ossigeno- riduce notevolmente la conduttività elettrica: pertanto il rame destinato ad applicazioni elettriche ed elettrotecniche è il tipo Cu-ETP.

Le altre proprietà tecnologiche (per esempio il punto di fusione o la conduttività termica) non sono influenzate significativamente
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OTTONI
Gli ottoni, a seconda del tenore di zinco presente, offrono caratteristiche molto diverse.
Le tabelle riassumono le principali caratteristiche e applicazioni dei diversi tipi di ottoni binari, costituiti cioè da rame e zinco, e ternari, costituiti da rame zinco e un altro elemento
Considerando gli ottoni primari, si parla di fase a quando il contenuto di Zn 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 a-b (dove la fase b 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.

Tipo di ottone binario Caratteristiche e applicazioni
Cu Zn 10
Cu Zn 15
Cu Zn 20
Denominati similori per il loro aspetto simile a quello del metallo prezioso, sono usati per la bigiotteria
Cu Zn 30 Usati prevalentemente per la cartucceria
Cu Zn 33 Largamente utilizzati per la produzione di portalampade, rivetti molle, tubetti per radiatori auto. Offrono un’ottima lavorabilità.
Cu Zn 37 Utilizzati per la produzione di tranciati per strumentazione e contatteria, molle e rivetti.
Cu Zn 40 Utilizzati soprattutto per le lavorazioni a caldo, per la produzione, per la produzione di laminati per piastre tubiere, stampati.

Si noti che la lavorabilità alle macchine utensili è buona, ma la tenacità provoca la formazione di trucioli molto lunghi; allora si aggiunge del piombo 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. 
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.

Tipo di ottone ternario Composizione     Caratteristiche e applicazioni
Ottoni al piombo CuZn38Pb2
CuZn39Pb2
CuZn40Pb2
Utilizzati per stampaggio e lavorazione alle macchine utensili, in particolare per la produzione di rubinetteria e accessori vari per bagni, valvolame, viteria e bulloneria.
Ottone allo stagno CuZn28Sn1As Condensatori, scambiatori di calore, distillatori, raccordi, applicazioni marine in generale (ottone ammiragliato)
CuZn19Sn Strumenti musicali (ottoni)
Ottone all’alluminio CuZn20Al2As Vengono usati per tubi condensatori e scambiatori di calore; tubazioni e raccordi per acqua marina

Le leghe binarie rame-zinco sono adatte anche per le colate in getti: hanno un intervallo di solidificazione ristretto, quindi c’è un pericolo minore di rotture a caldo e porosità durante il ritiro per solidificazione.
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.
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BRONZI
Lo stagno, aggiunto in percentuale crescente fino a raggiungere il 9-10%, da origine a leghe che presentano ottima resistenza alla corrosione e buone caratteristiche meccaniche.
Queste leghe sono lavorabili plasticamente e si possono laminare, estrudere, forgiare, stampare e trafilare.
Aumentando la percentuale di stagno, si ricavano leghe con durezza maggiore, quindi minore malleabilità.
L’elevata resistenza alla corrosione dei bronzi spiega il larghissimo uso in costruzioni navali, o per materiali a contatto con liquidi o atmosfere corrosive.

Tipo di bronzo Composizione Applicazioni
Bronzi per semilavorati CuSn4
CuSn8P
Molle, interruttori, connettori, applicazioni chimiche.
CuSn4Pb4Zn4 Cuscinetti a manicotto, parti di valvole, ingranaggi
CuSn3Zn9 Applicazioni elettriche
Bronzi per getti CuSn10
CuSn11
Ingranaggi, bronzine, cuscinetti
CuSn11Pb2 Cuscinetti, bronzine, giranti di pompe
CuSn12 Cuscinetti e bronzine
CuSn12Ni2 Ingranaggi
CuSn5Zn5Pb5 Valvole, raccordi, flange, pompe

Anche se la denominazione bronzo dovrebbe riferirsi solo alle leghe rame-stagno, per comodità si è soliti chiamare bronzi anche quelle leghe caratterizzate dalla presenza di un altro metallo, anche se lo stagno non c’è oppure è componente minoritario.
Pertanto si parla di bronzi al silicio, al manganese, all’alluminio (detti anche cuprallumini), al berillio, al piombo e così via, mentre i bronzi propriamente detti sono chiamati bronzi comuni.
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CUPRONICKEL

Il nickel aggiunto al rame da luogo ad una famiglia di leghe destinate ad applicazioni speciali.
Sono caratterizzate da un’ottima resistenza alla corrosione in ambienti marini ( si usano in impianti di dissalazione e condensatori marini); notevole è la resistenza meccanica, in particolare la resistenza all’erosione. Si moti che basta un tenore del 20% per ottenere un colore grigio metallico.
Per questi motivi sono usate nella monetazione: la parte “bianca” delle monete da 1 e 2 euro sono costitute da un cupronickel 75-25.
Spesso il nickel viene accompagnato da altri elementi, per migliorare alcune proprietà della lega:
il ferro aumenta la resistenza alla corrosione e la resistenza meccanica;
il manganese viene usato per disossidare e desolforare; inoltre migliora la lavorabilità;
lo stagno aumenta l’elasticità.
Ulteriori informazioni e approfondimenti sono reperibili nel sito www.coppernickel.org

Nella pagina sono presenti dei documenti, per visualizzarli è necessario registrarsi nella pagina Download.

Tipo di Cu-Ni Proprietà Applicazioni
CuNi25 Resistenza all’usura, colore “argento” Monetazione, materiale per placcatura
CuNi9Sn2 Buona lavorabilità a freddo, ottima elasticità. Contatti a molla nei relè, interruttori e connettori
CuNi10Fe1Mn Resistenza a erosione, cavitazione e corrosione, soprattutto marina e buona saldabilità. Lamiere e tubi per scambiatori di calore, condensatori, caldaie a bassa pressione per acqua di alimentazione impianti, aria condizionata , tubi alettati, tubi per sistemi frenanti.
CuNi30Fe2Mn2 Come CuNi30Mn1Fe, con migliori proprietà meccaniche Tubi condensatori
CuNi30Mn1Fe Come CuNi10Fe1Mn, con migliori proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione Come CuNi10Fe1Mn, tubi marini e impianti di desalinizzazione

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CUPRALLUMINI
SI cuprallumini (più noti come bronzi all'alluminio) sono leghe di rame in cui l'alluminio è come elemento aggiuntivo principale . Le più diffuse contengono dal 5 al 12% di alluminio, spesso insieme con ferro, nickel, manganese. Sono note per la loro notevole resistenza meccanica e alla corrosione; sono impiegate anche in presenza di fluidi ad alta velocità. In alcune applicazioni possono sostituire leghe più costose, come i bronzi allo stagno.
La resistenza meccanica dipende innanzitutto dal contenuto di alluminio. Fino all'8% la lega è ancora duttile e lavorabile a freddo per ottenere tubi, lastre e fili. Tra l'8 e il 10% di alluminio la durezza permette le lavorazioni a caldo; oltre il 10% si hanno leghe speciali per applicazioni anti-usura.

Altri elementi modificano le caratteristiche della lega:
- il ferro aumenta il carico di rottura e agisce come raffinante del grano cristallino;
- il nickel migliora la resistenza alla corrosione, il limite di elasticità e ha un effetto stabilizzante sulla struttura cristallina;
- Il manganese funge anche lui da stabilizzante;

Sono da citare anche quelle leghe contenenti fino al 6% di alluminio e fino al 2% di silicio, che presentano ottima resistenza all'urto. 
Le leghe con alluminio fino all'8% e manganese al 13% circa (i bronzi al manganese) hanno un'ottima resistenza alla cavitazione e all'erosione dovuta alla velocità di flusso (impingment). Vengono usate per le eliche delle navi.
Le applicazioni dei cuprallumini sono molteplici: tra queste eliche, pompe e valvole a contatto con acqua di mare (es. impianti di raffreddamento a bordo di navi), tubi per piattaforme off-shore, giranti, fissaggi e barre di sostegno in edilizia, cuscinetti, stampi per imbutitura.
Per ulteriori informazioni, clicca qui.

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DESIGNAZIONI DELLE LEGHE DI RAME
L'importanza tecnologica del rame e delle sue leghe è ed è sempre stata riconosciuta in ogni angolo del mondo, ed ogni Paese aveva sviluppato un proprio sistema di classificazione: per esempio un comune ottone da rubinetteria aveva la sigla C36000 per gli americani, CZ124 per gli inglesi, 2.0375 per i tedeschi, C3601 per i giapponesi, Mässing 51 70-xx per gli svedesi e LS63-3 per i russi ed altri ex-sovietici, mentre da noi per gli stessi impieghi si utilizzavano leghe chiamate - tuttora nel linguaggio comune - OT57 e OT58...
Da qui è sorta l'esigenza di designare in maniera univoca le varie leghe di rame attraverso numeri, simboli e codici riconosciuti a livello internazionale.
La designazione ISO, applicata e approfondita dalla norma UNI EN 1412 (Rame e leghe di rame – Sistema europeo di designazione numerica) prevede una successione di sei caratteri, che sono numeri (0) e lettere maiuscole (X) piazzati secondo questo ordine: XX000X.
Nel caso delle leghe di rame la prima lettera è sempre una C.
La seconda lettera qualifica il materiale: ad es. la W indica i semilavorati e la C i getti.
Le tre cifre esprimono un numero che va da 000 a 999; se il materiale è unificato, cade tra 000 e 799, mentre se non lo è cade tra 800 e 999.
L'ultima lettera indica il gruppo il tipo di lega: A o B per il rame; L o M per le leghe rame-zinco; K per le rame -stagno; ecc...
Per esempio, una classica lamiera in rame puro al 99,90% ( per intenderci: come quelle usate in edilizia) è designata dal codice CW024A.

Un altro sistema internazionale è quello della ISO 1190-1, riportato anche nel CR 13388, il documento preparato dal CEN che raccoglie le composizioni delle leghe di rame.
La lega è designata da un codice di lunghezza variabile, che riporta gli elementi presenti sotto forma di simbolo chimico e la loro percentuale nominale sotto forma di numero intero. All’inizio di ogni sigla c'è sempre il simbolo “Cu“ ovvero il metallo base.
Per esempio, il comune ottone da rubinetteria contenente in media il 39% di zinco e il 3% di piombo è designato con CuZn39Pb3.
Se invece il rame è quasi puro (intorno al 99,90% minimo) si indica la composizione attraverso acronimi: così si ha il rame Cu-DHP (Deoxidized High residual Phosphor), il Cu-ETP (Electrolitic Tough Pitch), il Cu-OF (Oxygen Free), ecc.

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Database delle leghe (COPPER KEY)
Dal momento che le sigle nazionali sono ancora diffuse, riteniamo utile segnalare il COPPER-KEY, cioè il database messo in rete dal DKI (il corrispondente tedesco dell'Istituto Italiano del Rame) che permette di fare ricerche sulla composizione, le norme e le equivalenze tra le leghe di rame nel mondo.
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