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L’ottone (lega) si presenta come un metallo brillante e lucido, dal colore dorato o giallo-marrone.
Questo è il risultato della fusione di rame e zinco (rispettivamente bruno-rossastro e blu-biancastro) e della loro proporzione all’interno della lega.
Simile all’oro ma decisamente più lavorabile ed economico: questa è la fortuna dell’ottone, una lega che impariamo a conoscere in questo articolo.
Ottone (lega): la sua composizione
L’ottone è una lega metallica ossidabile composta principalmente da rame (Cu) e zinco (Zn), ma può contenere anche altri metalli in quantità minori, come il piombo, l’alluminio o il nichel.
La proporzione di rame e zinco nella lega può variare notevolmente, determinando le caratteristiche specifiche dell’ottone.
Le leghe di ottoni si distinguono in ottoni comuni (o binari) contenenti fino al 45-50% di zinco e speciali, con percentuali compositive variabili in relazione alla lavorabilità e inalterabilità agli agenti atmosferici desiderate.
Ottone (lega): caratteristiche e proprietà
| Composizione | Leghe di rame e zinco |
| Aspetto | giallo-oro |
| Stato di aggregazione | solido |
| Densità | 8400-8700 kg/m3 |
| Temperatura di fusione | 1015 °C |
| Coeff. dilatazione termica lineare | 1,9 x 10-5 |
| Conduttività termica | 120 W/m·K |
| Resistività elettrica | 0,07× 10-6 Ω·m |
In generale, gli ottoni che contengono meno del 36% di zinco sono eccellenti da lavorare a freddo, mentre quelli con una percentuale di zinco tra il 36% e il 45% sono perfettamente lavorabili a caldo.
Un’alta percentuale di zinco rende l’ottone più duttile e facilmente lavorabile, mentre una maggiore quantità di rame può conferire una maggiore resistenza meccanica e una tonalità più calda al materiale.
Si tratta di una lega che assicura una vasta gamma di applicazioni grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche, fisiche e estetiche.
Ottoni binari, ternari e quaternari
Gli ottoni binari, ternari e quaternari sono leghe di ottone che differiscono nella composizione chimica e nelle proprietà risultanti.
Questi termini si riferiscono al numero di metalli diversi presenti nella lega.
Ottone binario: lega di ottone composta principalmente da rame e zinco, i due metalli base. Questa è la forma più comune di ottone e viene utilizzata in una vasta gamma di applicazioni. La proporzione di rame e zinco può variare a seconda delle specifiche richieste per l’applicazione finale.
Es.CuZn
Ottone ternario: lega di ottone che contiene tre metalli diversi. Oltre al rame e allo zinco, può includere un terzo elemento aggiuntivo, come il piombo, l’alluminio, il nichel o altri metalli. L’aggiunta di un terzo elemento può modificare le proprietà dell’ottone, come la resistenza meccanica, la lavorabilità o la resistenza alla corrosione, per adattarle alle esigenze specifiche dell’applicazione.
Es. CuZnAl
Ottone quaternario: lega di ottone che contiene quattro metalli diversi. Oltre al rame e allo zinco, include due altri elementi aggiuntivi. Questa lega può essere progettata per avere proprietà specifiche che non possono essere ottenute con un ottone binario o ternario, come una maggiore resistenza alla corrosione in ambienti particolarmente aggressivi o una migliore lavorabilità per applicazioni specializzate.
Es. CuZnPbNi
Gli ottone binari, ternari e quaternari offrono una flessibilità di progettazione significativa, consentendo agli ingegneri di adattare le proprietà della lega alle esigenze specifiche dell’applicazione. La scelta della composizione chimica dipende da una serie di fattori, tra cui le proprietà meccaniche desiderate, la resistenza alla corrosione, la lavorabilità e il costo.
Fase alfa (𝝰) e fase beta (𝝱)
Nelle leghe di ottone, le “fasi” si riferiscono alle diverse strutture cristalline che si formano quando il materiale solidifica. Queste fasi cristalline possono essere influenzate dalla composizione chimica della lega e dalle condizioni di raffreddamento durante il processo di produzione. Le due fasi principali nelle leghe di ottone sono generalmente denominate fase alfa (𝝰) e fase beta (𝝱).
La fase 𝝰 è ricca di rame e si forma quando la lega si raffredda a temperature più basse. È caratterizzata da una maggiore duttilità e lavorabilità, rendendo l’ottone più facile da plasmare e deformare.
D’altra parte, la fase 𝝱 è ricca di zinco e si forma quando la lega si raffredda a temperature più elevate. Questa fase è generalmente più dura e resistente, ma anche più fragile e meno lavorabile rispetto alla fase alfa.
La proporzione di queste due fasi nella lega di ottone può influenzare le sue proprietà meccaniche, termiche e chimiche. Gli ingegneri e i metallurghi lavorano per controllare accuratamente questa proporzione al fine di ottenere le caratteristiche desiderate nell’ottone per diverse applicazioni industriali e artistiche.
Continua qui per Lavorazioni a caldo e a freddo dei metalli
Leghe di ottone
Per migliorare le proprietà dell’ottone, è pratica comune aggiungere altri elementi alla lega originaria di rame e zinco. Questa pratica consente di ottenere una gamma più ampia di caratteristiche desiderate per diverse applicazioni industriali e artistiche.
- Il piombo viene utilizzato per migliorare la lavorabilità dell’ottone, riducendo l’usura e il surriscaldamento degli utensili durante la lavorazione. Ciò permette di ottenere lavorazioni di alta qualità in tempi più brevi.
- Il ferro aumenta il carico di rottura dell’ottone, mentre l’alluminio conferisce maggiore resistenza alla corrosione e all’abrasione. Antimonio e arsenico sono utilizzati per prevenire la dezincificazione, un fenomeno di corrosione che può verificarsi nelle leghe di ottone.
- Il nichel è noto per migliorare le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione dell’ottone, mentre il silicio favorisce la formazione della fase β, contribuendo alla resistenza e alla lavorabilità dell’ottone.
L’influenza di questi elementi aggiuntivi può essere studiata attraverso i coefficienti di Guillet, che indicano l’equivalenza di un terzo elemento rispetto alla quantità di zinco presente nella lega.
- L’aggiunta di silicio, ad esempio, equivale ad aumentare la quantità di zinco in lega, portando l’ottone a una struttura completamente β.
Leghe di ottone: tabella riassuntiva
In questa tabella sono riportate le principali leghe di ottone, le composizioni e le proprietà specifiche.
| Nome Lega | Nome commerciale | Composizione | Proprietà |
|---|---|---|---|
| CuZn30 | OT 70 | 70% rame, 30% zinco | Buona lavorabilità, adatto per parti soggette a lavorazione a freddo come viti e bulloni |
| CuZn33 | OT 67 | 63% rame, 37% zinco | Resistenza meccanica più elevata rispetto a CuZn30, usato per componenti di precisione |
| CuZn35Pb2 | 65-70% rame, 2% piombo | Buona lavorabilità e resistenza all’usura, utilizzato per parti che richiedono alta resistenza meccanica e auto-lubrificanti | |
| CuZn36Pb2 | 64-68% rame, 2% piombo | Eccellente lavorabilità, adatto per componenti di precisione e parti che richiedono resistenza all’usura | |
| CuZn37 | OT 63 | 63% rame, 37% zinco | Buona lavorabilità, usato per componenti stampati, ingranaggi, valvole, raccordi |
| CuZn39Pb1 | 59-63% rame, 1% piombo | Buona lavorabilità e resistenza all’usura, utilizzato per parti soggette a carichi leggeri e medi | |
| CuZn39Pb2 | OT 59 | 57-60% rame, 1-2% piombo | Eccellente lavorabilità, resistenza all’usura e al calore, utilizzato per parti soggette a elevata pressione e a vibrazioni |
| CuZn39Pb3 | OT 58 | 57-60% rame, 2-4% piombo | Buona lavorabilità e resistenza all’usura, utilizzato per parti soggette a carichi elevati |
| CuZn39Al1 | 58-60% rame, 1% alluminio | Elevata resistenza alla corrosione, usato per componenti in ambiente marino e in applicazioni a temperature elevate | |
| CuZn39Al1Fe1Mn1 | 57-60% rame, 1% alluminio, 1% ferro, 1% manganese | Elevata resistenza alla corrosione e alla temperatura, adatto per parti esposte a condizioni ambientali estreme | |
| CuZn40 | OT 60 | 60% rame, 40% zinco | Buona resistenza alla corrosione, usato per parti esposte all’ambiente marino |
| CuZn40Mn1Pb1 | 57-59% rame, 1% manganese, 1% piombo | Elevata resistenza meccanica e all’usura, utilizzato per parti soggette a carichi elevati e a vibrazioni | |
| CuZn40Mn2Fe1 | 56-60% rame, 2% manganese, 1% ferro | Elevata resistenza meccanica e alla corrosione, adatto per parti soggette a carichi pesanti | |
| CuZn40Pb2 | OT 58 | 56-60% rame, 2% piombo | Eccellente lavorabilità e resistenza all’usura, utilizzato per parti soggette a carichi elevati e a vibrazioni |
| CuZn40Pb2Sn | 55-58% rame, 2% piombo, 1% stagno | Elevata resistenza all’usura e al calore, adatto per parti che richiedono elevata resistenza alla corrosione | |
| CuZn42 | 58-62% rame, 37-40% zinco | Buona resistenza alla corrosione, utilizzato per parti esposte all’ambiente marino e in applicazioni strutturali |
Le proprietà e gli usi principali dell’ottone
L’ottone si caratterizza per una serie di proprietà fisico-chimiche e strutturali che lo rendono un materiale estremamente versatile e apprezzato in numerosi settori industriali e commerciali.
Resistenza e Durabilità
Rispetto al rame puro, l’ottone presenta una durezza superiore, garantendo una maggiore resistenza all’usura e alle sollecitazioni meccaniche. Questa caratteristica lo rende ideale per applicazioni soggette a stress e abrasione, mentre la sua resistenza all’azione dell’aria umida e all’acqua salata lo rende adatto per utilizzi in ambienti esterni e marini.
- Componenti meccanici e di ingegneria (viti, bulloni, ingranaggi, minuterie metalliche
- Strumenti e utensili
- Accessori per l’edilizia e l’architettura
- Componenti marini e navali (scambiatori, piastre, eliche)
Lavorabilità
Una delle caratteristiche distintive dell’ottone è la sua straordinaria lavorabilità. Grazie alla sua grande malleabilità e deformabilità, l’ottone può essere lavorato in una varietà di modi, inclusi processi di fusione e deformazione plastica sia a caldo che a freddo. Questa proprietà consente la produzione di una vasta gamma di componenti e manufatti, dai piccoli utensili agli elementi architettonici di grandi dimensioni.
- Componenti elettronici e elettromeccanici (apparecchiature elettriche, interruttori, contatti, portalampada)
- Manufatti artistici e decorativi
- Strumenti musicali (trombe o “ottoni”)
- Componenti per la gioielleria e l’oreficeria
- Settore delle munizioni (bossoli)
Versatilità e Applicabilità
Sebbene comunemente associato all’uso in applicazioni architettoniche per il suo caratteristico colore dorato, l’ottone trova impiego in una vasta gamma di settori industriali. Dall’edilizia all’industria automobilistica, dall’elettromeccanica alla produzione di componenti idraulici, l’ottone si distingue per la sua versatilità e adattabilità a molteplici contesti.
- Autotrasporti (radiatori, impianti elettrici)
- Idrosanitario(rubinetti, valvole, collettori di distribuzione acqua, radiatori, tubazioni)
- Edilizia, arredamento e design degli interni (cerniere, serramenti, elementi di mobili, maniglie(
- Industria chimica (scambiatori)
Sostenibilità Ambientale
Un aspetto importante dell’ottone è la sua riciclabilità. Il materiale può essere completamente riutilizzato senza perdere le sue proprietà originali, contribuendo così alla riduzione degli sprechi e alla sostenibilità ambientale. Questo è particolarmente significativo in un contesto in cui l’attenzione all’ecologia e alla riduzione dell’impatto ambientale è sempre più alta.
- Componenti per l’industria automobilistica e dei trasporti
- Tubazioni e sistemi di riscaldamento e raffreddamento
- Contenitori e recipienti per alimenti e bevande
Conducibilità
L’ottone si distingue anche per la sua eccellente conducibilità, sia termica che elettrica. Questa proprietà lo rende adatto per una vasta gamma di applicazioni, dalle tubazioni per scambiatori di calore alle componenti elettriche e elettroniche.
- Componenti elettrici ed elettronici
- Contatti elettrici e connettori
- Elementi di trasmissione di corrente elettrica
Rapporto Costi-Benefici
Nonostante il suo costo iniziale possa essere leggermente più elevato rispetto ad altri materiali, l’ottone offre un notevole rapporto costi-benefici. L’investimento iniziale è ampiamente compensato dalla durabilità e dalla resistenza dell’ottone, che si traducono in minori costi di manutenzione e sostituzione nel lungo periodo.
- Componenti per l’industria farmaceutica e medicale
- Attrezzature per la produzione alimentare
- Strumenti e accessori per l’agricoltura e la lavorazione dei metalli
- Monetazione e simili: monete, targhe, medaglie, decorazioni
Proprietà estetiche
La tonalità dorata dell’ottone, unita alla sua capacità di essere modellato con precisione e lavorato con dettagli fini, lo rendono un materiale ideale per creare ornamenti artistici e elementi decorativi.
Proprietà antibatteriche
L’ottone possiede notevoli proprietà antibatteriche che gli permettono di eliminare una vasta gamma di microrganismi patogeni sulla sua superficie, rendendolo ideale per applicazioni dove l’igiene è cruciale, come nel settore sanitario e alimentare. Questa caratteristica deriva dalla capacità dell’ottone di interferire con il metabolismo e la membrana cellulare dei batteri, riducendo significativamente il rischio di contaminazione e diffusione di infezioni.
- Maniglie e superfici di contatto in ambienti sanitari
- Apparecchiature per la pulizia e la disinfezione
- Accessori per l’igiene personale e professionale
