Bronzo (lega): caratteristiche, composizione e proprietà

Il bronzo (lega) è un metallo che non si trova in natura: con questo nome sono infatti chiamate tutte le leghe composte da percentuali variabili di rame e stagno.

Il bronzo si presenta come un metallo dal caratteristico colore rossastro-arancione, gradazione che lo ha reso nella storia un materiale molto apprezzato per l’uso in arti decorative e oggetti ornamentali.

In questo articolo approfondiamo il “terzo gradino del podio”: della lega di bronzo qui trovi la composizione, gli usi e i vantaggi e tutte le sue caratteristiche specifiche.

Il diagramma di equilibrio rame-stagno, che descrive le varie fasi e trasformazioni che si verificano in funzione delle temperature e delle concentrazioni di stagno, è complesso e rivela come piccole variazioni nella composizione possano influire notevolmente sulle proprietà della lega.

Le caratteristiche del bronzo: colori e proprietà

Il bronzo è una lega le cui caratteristiche fisiche e chimiche variano sensibilmente a seconda della quantità di stagno presente. Questa variabilità nella composizione non solo influisce sulle proprietà meccaniche e sulla lavorabilità del materiale, ma determina anche variazioni notevoli nel colore della lega.

La lavorabilità del bronzo è strettamente legata alla percentuale di stagno presente. 

Quando la quantità di stagno è inferiore al 12%, il bronzo è facilmente lavorabile a freddo, mantenendo una buona duttilità e una certa resistenza alla corrosione. Questo lo rende adatto per la produzione di componenti e oggetti che richiedono una lavorazione precisa e dettagliata, come i manufatti artistici e i piccoli utensili.

Con un contenuto di stagno compreso tra il 12% e il 18%, il bronzo non può più essere lavorato a freddo e richiede lavorazione a caldo per essere modellato, con temperature di lavorazione che vanno dai 600°C agli 800°C. 

In questa fase, il bronzo inizia a perdere parte della sua malleabilità, rendendo più complessi i processi di deformazione, ma guadagna in resistenza meccanica e durezza.

Il colore del bronzo è uno degli indicatori più immediati della quantità di stagno nella lega. 

Quando la percentuale di stagno è inferiore al 5%, il bronzo mantiene un colore rosso-rame, molto simile a quello del rame puro. 

Aumentando la percentuale di stagno al di sopra del 5% ma mantenendola sotto il 10%, il bronzo conserva ancora un colore rossastro, ma con una sfumatura tendente al giallo-oro. 

Quando la quantità di stagno è superiore al 25%, il colore del bronzo può variare dal giallo al biancastro, a seconda degli altri elementi presenti nella lega.

Leghe di bronzo

Nonostante con il termine “bronzi” si intendono comunemente leghe di rame e stagno, è più corretto sapere che bronzo si ottiene tramite fusione di rame con altri metalli come alluminio, nichel, berillio o stagno.

Per migliorare le proprietà del bronzo (quando la sua lega è di stagno-rame), è pratica comune aggiungere altri elementi, tra cui:

Fosforo: viene aggiunto in quantità variabile tra lo 0,4% e lo 0,8% per agire come disossidante e aumentare la durezza del bronzo. Il fosforo migliora anche la resistenza all’usura, rendendo queste leghe ideali per componenti sottoposti a forte attrito.

Piombo: aggiunto in quantità comprese tra l’1% e il 5%, il piombo si concentra ai bordi dei grani della lega, migliorandone la lavorabilità con macchine utensili. Se la concentrazione di piombo aumenta tra il 10% e il 30%, la lega acquisisce proprietà antifrizione particolarmente adatte per la produzione di cuscinetti, dove la capacità di ridurre l’attrito è essenziale.

Zinco: utilizzato principalmente come disossidante, lo zinco contribuisce a migliorare la fluidità del bronzo durante la fusione, facilitando la produzione di pezzi complessi.

Berillio: aggiunto in piccole quantità per aumentare ulteriormente la durezza del bronzo, il berillio conferisce alla lega una maggiore resistenza all’usura e migliora le sue proprietà meccaniche.

Le proprietà e gli usi principali bronzo

Il rame fu uno dei primi metalli ad essere utilizzato dall’uomo, con i primi impieghi documentati risalenti al IV millennio a.C. in Oriente, in particolare nella Susiana e nell’Egitto. 

Inizialmente lavorato allo stato puro, divenne una componente essenziale del bronzo quando fu mescolato con stagno, aprendo la strada all’Età del Bronzo. Durante quest’era, il rame venne largamente utilizzato per fabbricare armi, utensili e oggetti rituali, diffondendosi dalla Mesopotamia e dall’Egitto fino all’Europa e all’Asia. Con la scoperta della metallurgia del ferro nel I millennio a.C., l’uso del rame si ridusse, ma rimase fondamentale per scopi artistici e decorativi.

Dall’inizio del ‘900, l’introduzione del silicio come principale legante del rame ha diffuso fino ai nostri giorni l’uso del bronzo per usi industriali e artistici.

Oggi il bronzo rimane un metallo largamente impiegato perché, rispetto alle singole proprietà di stagno e rame, garantisce una serie di caratteristiche fisico-chimiche e strutturali che lo rendono estremamente versatile in numerosi settori.

Resistenza e durabilità

Il bronzo si distingue per la sua eccellente resistenza e durabilità. Rispetto al rame puro, il bronzo offre una maggiore durezza e resistenza all’usura. 

Questa lega è particolarmente resistente alla corrosione, soprattutto in ambienti marini o soggetti a umidità, il che la rende perfetta per applicazioni nautiche e all’aperto.

Lavorabilità

Una delle caratteristiche distintive del bronzo è la sua eccellente lavorabilità. Il bronzo può essere facilmente fuso, forgiato, laminato e lavorato sia a caldo che a freddo. La versatilità del bronzo permette la creazione di componenti complessi con dettagli fini, senza compromettere la robustezza del materiale. Questa proprietà lo rende adatto alla produzione di oggetti sia funzionali che decorativi, nonché alla fabbricazione di strumenti artistici e musicali.

Versatilità e applicabilità

Il bronzo è noto per la sua adattabilità a numerosi settori industriali, grazie alla sua combinazione di proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e lavorabilità. Questa lega è impiegata in settori che spaziano dall’edilizia all’ingegneria meccanica, fino all’arte e all’arredamento. La capacità di resistere a condizioni ambientali avverse, insieme alla sua durezza, rende il bronzo un materiale privilegiato per applicazioni che richiedono longevità e affidabilità.

Applicazioni principali:

• Componenti meccanici (viti, ingranaggi)
• Rubinetteria e valvole
• Elementi architettonici e decorativi
• Strumenti di precisione

Sostenibilità ambientale

Il bronzo è un materiale altamente sostenibile grazie alla sua capacità di essere riciclato senza perdere le proprietà originarie. Il riciclaggio del bronzo riduce la necessità di estrarre nuove risorse, contribuendo a un’economia più circolare e a una minore impronta ecologica. Questa caratteristica è particolarmente importante in un contesto globale dove la sostenibilità e la riduzione dell’impatto ambientale sono sempre più al centro delle attenzioni.

Applicazioni principali:

• Produzione di nuove leghe a partire da bronzo riciclato
• Recupero e riutilizzo di scarti industriali
• Componenti per l’industria automobilistica e dei trasporti

Conducibilità

Il bronzo possiede buone proprietà di conducibilità termica ed elettrica, sebbene non al livello del rame puro. Queste caratteristiche lo rendono adatto per alcune applicazioni specialistiche dove la conduzione del calore è essenziale, come negli scambiatori di calore e nelle componenti elettroniche che richiedono una dissipazione efficace del calore.

Applicazioni principali:

• Scambiatori di calore
• Componenti per apparecchiature elettriche ed elettroniche
• Condotti e tubazioni per impianti di raffreddamento

Rapporto costi-benefici

Il bronzo offre un eccellente rapporto costi-benefici, specialmente in applicazioni dove la durabilità e la resistenza all’usura sono cruciali. Nonostante il costo iniziale possa essere superiore rispetto a materiali più comuni, la longevità del bronzo riduce i costi di manutenzione e sostituzione, rendendo l’investimento iniziale più vantaggioso nel lungo periodo.

Applicazioni principali:

• Strumenti industriali
• Componenti per macchinari pesanti
• Attrezzature per l’industria petrolchimica
• Elementi di decorazione duraturi

Proprietà estetiche

Il bronzo è apprezzato non solo per le sue qualità meccaniche ma anche per il suo aspetto estetico. La sua tonalità calda e dorata, che può variare dall’oro rossastro al verde patina nel tempo, lo rende un materiale prediletto per opere d’arte, sculture e oggetti decorativi. Inoltre, il bronzo può essere lavorato con grande precisione, permettendo la creazione di dettagli finemente cesellati.

Applicazioni principali:

• Sculture e monumenti
• Oggetti di design e arredamento
• Decorazioni architettoniche
• Gioielli e accessori di lusso

Proprietà antibatteriche

Analogamente al rame e a molte delle sue leghe (prima tra tutte l’ottone) il bronzo possiede proprietà antibatteriche che lo rendono ideale per applicazioni in cui l’igiene è fondamentale. Questa capacità di inibire la crescita di batteri fa del bronzo un metallo utile in ambienti sanitari e nella produzione di attrezzature per la lavorazione degli alimenti, dove la sicurezza e la pulizia sono di primaria importanza.

Applicazioni principali:

• Maniglie e superfici di contatto in ambienti sanitari
• Strumenti per la preparazione e manipolazione degli alimenti
• Componenti per attrezzature mediche e ospedaliere
• Elementi per arredi sanitari e igienici