Confronto tra ottone, bronzo e rame: Capire le differenze

La panoramica del rame

I gradi del rame

Il rame è un metallo noto per la sua conduttività e versatilità ed è disponibile in diverse qualità. Queste gamme di rame vengono comunemente scelte in base alla loro idoneità alle varie esigenze ingegneristiche, che possono spaziare da semplici parti a sistemi complicati. Ecco alcune leghe di rame che vengono utilizzate più spesso:

• Lega 101: l’assenza di ossigeno di questo grado ne aumenta la conducibilità elettrica e la flessibilità, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono queste caratteristiche, come l’elettronica avanzata e i lavori di ingegneria di precisione.
• Lega 110 (rame elettrolitico): Presenta le più elevate conducibilità elettriche e termiche tra i tipi di rame e un’impressionante formabilità e duttilità. Viene spesso impiegata nei sistemi elettrici in cui è necessario mantenere l’efficienza.
• Lega 122: questa lega presenta molte analogie con la Lega 110, ma si differenzia per la maggiore lavorabilità, saldabilità e malleabilità. Queste proprietà la rendono ideale per i raccordi idraulici e le applicazioni industriali in cui è essenziale una facile lavorazione.
• Lega 145 (rame al tellurio): Con un contenuto di tellurio dello 0,7% circa, questa lega di rame è nota per la sua eccellente lavorabilità e per il miglioramento della conducibilità termica ed elettrica nei casi in cui è richiesta un’elevata conduttività ma operazioni di lavorazione complesse.

Le applicazioni del rame

Grazie alle sue eccezionali qualità meccaniche, il rame trova impiego in molti settori, tra cui quelli che richiedono durata, resistenza alla corrosione o capacità di conduzione. Alcuni settori chiave che fanno uso di questo metallo includono;

• Dissipatori di calore e scambiatori di calore: La superiore conducibilità termica del rame lo rende una scelta privilegiata per i dissipatori di calore o gli scambiatori. Componenti essenziali delle unità centrali di elaborazione (CPU) dei computer, fino ai grandi impianti che richiedono sistemi di raffreddamento o riscaldamento, aumentano l’efficienza evitando il surriscaldamento.
• Componenti architettonici: Per i costruttori e gli architetti, il fascino naturale e la lunga durata del rame sono incantevoli. È ampiamente utilizzato in coperture, facciate ed elementi decorativi per fornire ulteriore estetica e integrità strutturale.
• Motori elettrici: Il rame è migliore di altri metalli nella produzione di motori elettrici grazie alla sua elevata conducibilità elettrica. Ciò significa che i motori funzionano in modo efficiente con una minima perdita di energia.
• Componenti per le telecomunicazioni: Nel settore delle telecomunicazioni, il rame produce cavi, fili e altri componenti vitali che trasmettono segnali in modo affidabile.
• Componenti anti-biofouling nei sottomarini: Il rame ha proprietà antibatteriche che lo rendono ideale per i componenti sottomarini in cui si verifica il biofouling. Contribuisce a preservare la funzionalità e l’operatività di tali componenti anche quando sono sottoposti a condizioni marine difficili.

La panoramica del bronzo

I gradi del bronzo

Le diverse composizioni determinano la classificazione delle leghe di bronzo in gradi di varia versatilità e resistenza. Due tipi di bronzo comunemente utilizzati sono;

• Lega 932: Questo bronzo allo stagno ad alto tenore di piombo è utilizzato principalmente per fabbricare boccole e rondelle. Ha una composizione studiata per facilitare la lavorazione e la durata.
• Lega 954: Chiamata bronzo di alluminio, questa lega possiede alluminio, che le conferisce una forte resistenza. Grazie alla sua resistenza, viene comunemente applicata per requisiti di supporto robusti, come le installazioni di macchinari e attrezzature industriali.

Applicazioni per il bronzo

Le proprietà che accompagnano le leghe consentono al bronzo di essere applicabile in diversi campi. Ecco alcune applicazioni tipiche del bronzo:

• Cuscinetti e boccole: Questo è uno degli impieghi più diffusi del bronzo. Grazie alla sua superiore resistenza all’usura e all’immunità dalla corrosione, il bronzo è spesso utilizzato per produrre cuscinetti e boccole presenti nelle automobili e nei macchinari industriali.
• Attrezzature marine: Grazie alle proprietà del materiale, il bronzo è adatto alla produzione di attrezzature marine, come raccordi per navi, eliche, piattaforme offshore, ecc.
• Arte della scultura: Gli artisti usano più spesso il bronzo per creare sculture, perché si può modellare facilmente e non si rompe facilmente. Alcune famose sculture storiche sono state realizzate in bronzo.
• Apparecchiature petrolchimiche: Nell’industria petrolifera e chimica, varie apparecchiature come valvole, pompe o sistemi di tubazioni richiedono buone proprietà meccaniche e strisce di rame rivestite di alluminio/acciaio o fili intrecciati da bronzi fosforosi stagnati, ecc. utilizzati dai produttori di connettori/molle, una maggiore resistenza alla corrosione che i bronzi ad alta resistenza possono fornire.
• Connettori elettrici: I materiali conduttori elettrici comprendono il rame berillio rivestito di titanio/stagno/argento, le strisce o i fili di rame rivestiti di alluminio/acciaio intrecciati con bronzi fosforosi stagnati, ecc.
• Componenti dei veicoli di trasporto”: I cuscinetti per le trasmissioni sono stati realizzati con bronzi resistenti al calore/anticorrosivi/altamente durevoli, proprio come molti altri componenti critici di aerei e automobili.

La panoramica dell’ottone

Gradi di ottone

L’ottone, una lega metallica composta principalmente da rame e zinco, è noto per la sua versatilità ed è raggruppato in vari tipi in base alla composizione percentuale degli elementi costitutivi. Questi diversi gradi modificano le proprietà di questa lega per adattarsi a usi specifici, in particolare nella meccanica di precisione, nell’edilizia e nella nautica.

• Lega 260 (ottone per cartucce): La lega 260 presenta eccellenti caratteristiche di lavorazione a freddo, oltre ad essere ampiamente utilizzata nella produzione di componenti automobilistici, elementi di fissaggio e munizioni. Offre resistenza alla lavorazione di prototipi CNC e alla produzione di pezzi.
• Lega 272 (ottone giallo): Con un contenuto di zinco pari a circa il 33%, la lega 272 favorisce la saldabilità, rendendola molto preziosa nella produzione industriale dove sono fondamentali saldature forti e affidabili.
• Lega 330: Contiene bassi livelli di piombo; pertanto, è facilmente lavorabile e più adatta alle applicazioni di lavorazione a freddo. Per la sua adattabilità e resistenza alla corrosione, viene utilizzata principalmente come materiale per impianti idraulici o tubazioni.
• Lega 360 (ottone a taglio libero): La lega di ottone più utilizzata, la lega 360 ha un’eccezionale malleabilità e lavorabilità, che la rende adatta a lavori delicati durante le operazioni di saldatura o brasatura. È comunemente utilizzata per la produzione di piccoli pezzi complessi come raccordi, elementi di fissaggio e valvole.
• Lega 385 (ottone architettonico): L’elevato rapporto resistenza/peso la rende adatta a componenti costruttivi di strutture architettoniche in cui la bellezza e la durata sono fattori cruciali.
• Lega 464 (ottone navale): Progettata principalmente per le condizioni difficili degli ambienti marini, questa lega di ottone resistente alla corrosione è apprezzata perché è in grado di sopportare gli sbalzi di temperatura e di essere compatibile con vari metodi come la saldatura, la brasatura o la piegatura durante i lavori in metallo. Per questo motivo, l’hardware navale, come la costruzione di navi, ne richiede l’uso.
• Lega 353 (ottone per orologi): Conosciuta come un eccellente materiale lavorabile, è tipicamente impiegata dall’industria orologiera per la costruzione di elementi di orologi che devono essere precisi e affidabili.

Applicazioni per l’ottone

L’ottone è una lega metallica molto versatile, apprezzata per le sue qualità estetiche e le sue caratteristiche funzionali che la rendono adatta a molteplici applicazioni personalizzate. L’esclusiva tonalità dorata di questo materiale, che ricorda l’oro, lo rende più attraente per scopi decorativi. Per contro, può essere facilmente lavorato e lavorato, il che lo rende ideale per compiti di precisione. Di seguito sono riportate alcune aree significative in cui l’ottone trova applicazione:

• Strumenti musicali: L’ottone è preferito perché le sue proprietà sonore danno note ricche e risonanti.
• Gioielli: Ha l’aspetto dell’oro, per cui è molto utilizzato per realizzare vari tipi di gioielli più economici ma comunque di bell’aspetto.
• Raccordi idraulici: Le proprietà di forza e resistenza alla corrosione dell’ottone sono caratteristiche perfette per i raccordi idraulici, che conferiscono durata e affidabilità ai sistemi di approvvigionamento idrico.
• Elettronica e terminali elettrici: Ad esempio, nell’industria elettronica, dove è necessaria un’elevata conduttività, l’ottone è comunemente impiegato nei terminali e nei connettori elettrici.
• Rivestimento delle porte – Per le applicazioni architettoniche, come i rivestimenti delle porte o altri dispositivi che richiedono resistenza ed estetica, l’ottone si rivela utile.

Ottone vs. bronzo vs. rame: confronto e analisi dei materiali

Composizione degli elementi

Tra i tre, il rame si distingue come unico metallo naturale. È un elemento che si presenta naturalmente come metallo (non ferroso) e può essere applicato direttamente a molte tecniche di produzione. Al contrario, l’ottone e il bronzo sono leghe, non metalli puri.

L’ottone è una lega di rame e zinco, mentre il bronzo è composto da rame e stagno, evidenziando le loro composizioni distinte. Per specifiche applicazioni industriali, l’ottone può essere arricchito con l’aggiunta di composizioni quali piombo, manganese, ferro, silicio e alluminio. Per quanto riguarda il bronzo, al fine di aggiungere resistenza o durata, può anche avere diversi costituenti, tra cui fosforo, alluminio, nichel o zinco.

Le composizioni elementari di questi metalli sottolineano i loro usi e le loro caratteristiche uniche; pertanto, sono utili in modi diversi a seconda della loro natura. In altre parole, mentre il rame è direttamente utilizzabile in varie forme perché è presente in natura, le leghe di ottone e bronzo possono conferire proprietà su misura necessarie per diverse applicazioni nei vari settori.

Resistenza alla corrosione

L’ottone ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto al rame e al bronzo. Questo lo rende ideale per gli ambienti marini con alti tassi di corrosione da acqua salata. Il rame viene dopo, avendo una buona resistenza alla corrosione grazie ai suoi rivestimenti protettivi, mentre il bronzo tende a essere meno efficace in condizioni marine severe.

L’ottone ha una resistenza alla corrosione inferiore a quella del bronzo o del rame quando è esposto ad ambienti salini o umidi.

In sintesi, il bronzo offre il più alto livello di resistenza alla corrosione, seguito dal rame, mentre l’ottone si colloca al livello più basso.

Peso

La differenza di peso tra ottone, bronzo e rame ne determina in larga misura l’idoneità. Confrontando i pesi del bronzo e dell’ottone si nota che questi due metalli pesano all’incirca allo stesso modo, anche se in alcuni casi si può scegliere l’uno piuttosto che l’altro perché pesa meno.

La densità dell’ottone è di 8720 kg/cu.m, più leggera di quella di tutti gli altri metalli di questo gruppo. Il bronzo ha una densità di 7400-8900 kg/mc, mentre il rame, dal canto suo, pesa 8930 kg/mc.

La gerarchia dei pesi: Rame> Bronzo> Ottone è significativa per la selezione dei materiali in base ai requisiti strutturali e all’economicità.

Durezza

L’ottone ha una durezza Brinell compresa tra 55 e 73; ciò lo rende una buona scelta per le applicazioni meccaniche, compresi gli strumenti musicali, grazie alle sue proprietà sonore. Questo è un altro modo per dire che l’ottone può presentare composizioni diverse per variare la durezza.

La durezza del rame è di circa 35 nella parte inferiore e beneficia di questa morbidezza nei settori elettrico e idraulico, dove sono richieste malleabilità e conduttività. È importante notare che il rame ha una durezza di circa 35 nella parte inferiore, che lo rende abbastanza morbido per i collegamenti elettrici o le tubature.

Di questi metalli, il bronzo può essere considerato il materiale più complesso, con valori compresi tra 40 e 420 sulla scala Brinell. È fragile e durevole, quindi è ideale come materiale strutturale, ma è comunque soggetto a fratture.

Lavorabilità

La lavorabilità del bronzo e del rame tende a essere di livello diverso rispetto a quella dell’ottone. Le operazioni di lavorazione eseguite sul rame presentano una migliore lavorabilità e quindi una maggiore flessibilità, che consente il regolare svolgimento delle normali operazioni di produzione. Per molti processi industriali diversi, l’adattabilità è essenziale.

Al contrario, il bronzo è più rigido e riduce la sua idoneità a varie lavorazioni. Anche se temprato, si verificano alcune complicazioni nella lavorazione, con conseguente usura degli utensili e inefficienza operativa. Tuttavia, la lavorazione dell’ottone è difficile rispetto a quella del bronzo o del rame e lo rende il meno lavorabile. Non essendo abbastanza flessibile e non piegandosi sotto sforzo, l’ottone necessita di tecniche o strumenti speciali per essere gestito efficacemente nelle lavorazioni meccaniche.

Weldability

Esistono variazioni tra rame, bronzo e ottone per quanto riguarda la saldabilità. Il rame privo di ossigeno o disossidato dimostra un’eccellente saldabilità con i metodi TIG-MIG.

Le leghe di ottone più morbide con un basso contenuto di zinco sono più saldabili. Queste includono le tecniche MIG, TIG e la saldatura ad argento.

Soprattutto con il piombo, il bronzo può rappresentare una sfida perché tende a fessurarsi sotto pressione. Per saldare i gradi di bronzo senza piombo è meglio utilizzare la tecnica SWAM per ridurre la possibilità di cricche.

Durability

Tra il rame e l’ottone, il bronzo è considerato il più durevole grazie al suo basso tasso di corrosione e alla trascurabile capacità di piegatura. La sua resistenza e longevità lo distinguono dagli altri metalli.

Anche il rame dura a lungo, ma è più flessibile del bronzo e quindi non presenta piccole crepe o graffi. È costruito per durare nel tempo, ma è facile da usare.

L’ottone, tuttavia, presenta molti punti di fessurazione e si erode rapidamente, a differenza di qualsiasi altro materiale. In termini di durata, bronzo> rame> ottone.

Punto di fusione

L’ottone, uno dei metalli più morbidi in assoluto, fonde a circa 927 ºC. Questa caratteristica eccezionale rende l’ottone adatto a lavori dettagliati di carpenteria metallica. Al contrario, la facilità di fusione di sculture e componenti intricati è un vantaggio del punto di fusione leggermente inferiore (circa 913 ºC) del bronzo.

Con un punto di fusione di circa 1085 ºC, il rame non è malleabile e garantisce una maggiore conducibilità elettrica e flessibilità nell’uso industriale. Il punto di fusione più alto del rame garantisce durata ed efficienza, soprattutto nei cavi elettrici e negli utensili di alta gamma per la cucina. Il rame è quindi indispensabile nelle pratiche industriali e culinarie.

Resistenza (snervamento e trazione)

Per quanto riguarda la resistenza del metallo tra Ottone e Bronzo e Rame, ci sono differenze significative nelle resistenze allo snervamento e alla trazione mostrate da ciascun materiale, qui rappresentate dai loro valori di resistenza allo snervamento: B=125-800 MPa Cu=95-124 MPa e C3=33 MPa, rispettivamente, il che dovrebbe indicare chiaramente che questo materiale è molto resistente. Allo stesso tempo, B segue a ruota, poiché Cu ha il valore più trascurabile.

Il bronzo ha un punteggio di oltre 350-635 MPa, che lo rende adatto a combattere la fatica del metallo. L’ottone ha un carico di rottura di 338-469 MPa e il rame di 210 MPa. Ogni materiale ha i suoi vantaggi per i diversi progetti che richiedono resistenze particolari.

Conduttività termica ed elettrica

Per quanto riguarda la conduttanza elettrica, il rame è in testa con un punteggio perfetto del 100%, l’ottone segue con circa il 28% e il bronzo con circa il 15%. Il rame è al primo posto per il suo contenuto più elevato; di conseguenza, le applicazioni elettriche seguono questo ordine: rame>ottone>bronzo.

La sequenza è Bronzo>Rame>Ottone per quanto riguarda la conducibilità termica, poiché il bronzo si comporta meglio degli altri in questo parametro, con una gamma che va da 229 a 1440 BTU/hr-ft²-ºf; il rame ha un solo valore, 223 BTU/hr-ft²-ºf. L’ottone, invece, si colloca in fondo alla classifica con un solo valore, pari a 64 BTU/ora-ft²-ºf. Questo aiuta gli utenti a selezionare i materiali per le applicazioni termiche perché alcune proprietà sono associate ad essi.

Come scegliere il materiale adatto per le vostre parti di lavorazione

Uso generale

L’ottone è malleabile e conveniente, il che lo rende la scelta giusta per oggetti come pomelli e strumenti musicali, poiché ha un basso coefficiente di attrito. Questi usi possono essere funzionali o decorativi.

La resistenza alla corrosione dell’acqua salata è il motivo principale per cui il bronzo è eccellente nelle applicazioni marine. Ciò significa che le parti esposte a condizioni marine difficili dovrebbero essere realizzate in bronzo.

Il rame viene scelto per le fiaschette e i riscaldatori per alimenti grazie alle sue proprietà antibatteriche che garantiscono la sicurezza nelle applicazioni alimentari.

La scelta dell’ottone, del bronzo o del rame per la lavorazione dei pezzi implica quindi la valutazione di aspetti specifici come la resistenza all’ambiente, la sicurezza per la salute e la manipolazione frequente. Ogni materiale soddisfa questi requisiti con vantaggi diversi.

Grado di flessibilità

Nella scelta dei materiali per la lavorazione dei pezzi, è fondamentale conoscere le peculiarità di ottone, bronzo e rame. Il rame ha un’elevata flessibilità, conduttanza ed elasticità, che lo rendono adatto ad applicazioni elettriche e termiche. L’ottone e il bronzo sono altamente lavorabili. Ad esempio, dall’ottone (lega rame-zinco) si possono produrre componenti resistenti alla corrosione. Allo stesso modo, parti durevoli come cuscinetti e boccole richiedono metalli come il bronzo, noti per la loro forza e resistenza all’usura. In base a queste caratteristiche, scegliete il materiale più appropriato per il vostro progetto.

Costo

Quando si scelgono i materiali adatti alla lavorazione dei pezzi, si considerano il costo e le proprietà dell’ottone e del bronzo; la notevole quantità di zinco lo rende meno costoso, rendendolo ideale per progetti con una buona lavorabilità e resistenza alla corrosione, così come il rame.

La notevole quantità di zinco lo rende meno costoso e ideale per progetti con una buona lavorabilità e resistenza alla corrosione, come connettori elettrici o oggetti di fantasia.

Il bronzo costa di più a causa della sua incredibile robustezza e della sua superiore resistenza alla corrosione, che lo rendono abbastanza applicabile nelle eliche delle navi, compresi i cuscinetti sommersi.

Il rame più costoso ha un’eccellente conducibilità elettrica e termica, che rende questo elemento ideale in vari settori, come il cablaggio elettrico o gli apparecchi elettronici, le cui prestazioni devono essere sempre ottimali.

Pertanto, ognuno di essi offre vantaggi unici quando si tratta di lavorare pezzi in modo da poter abbinare il materiale specifico alle esigenze del progetto.

Conclusione

La comprensione degli attributi unici di rame, ottone e bronzo aiuta a selezionare il materiale più adatto per applicazioni specifiche, migliorando la durata e l’efficienza.

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