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Ottone (lega) (14616 views - Material Database)

L'ottone è una lega ossidabile formata da rame (Cu) e zinco (Zn), simile all'oricalco. Bisogna distinguere tra ottoni ternari, costituiti da rame e zinco, e ottoni quaternari, in cui è presente un quarto elemento chimico caratterizzante la lega o altri ottoni binari in cui sono presenti altri elementi chimici. Considerando gli ottoni ternari, si parla di fase α quando il contenuto di zinco è inferiore al 36% circa; la struttura cristallina della lega ricalca quella del rame, cioè quella cubica a facce centrate. Questi ottoni hanno eccellente lavorabilità a freddo (imbutitura e stampaggio) e buona a caldo. Gli ottoni α-β (dove la fase β è struttura 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. La lavorabilità alle macchine utensili delle leghe binarie rame-zinco è buona, ma la tenacità provoca la formazione di trucioli molto lunghi; per ovviare a tale inconveniente viene aggiunto del piombo (Pb) che, insolubile ed estraneo alla struttura cristallina, si disperde ai bordi dei grani: così i trucioli diventano corti o addirittura polverosi e gli utensili subiscono un'usura e un riscaldamento minori, con conseguente miglioramento della qualità e della velocità della lavorazione. Gli ottoni al piombo sono denominati anche ottoni secchi. 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. il nichel migliora le caratteristiche meccaniche e la resistenza alla corrosione; il silicio serve a disossidare e favorisce la creazione della fase β. L'influenza degli elementi in lega può essere studiata attraverso i coefficienti di Guillet: cioè l'aggiunta di un terzo elemento in lega può essere considerata equivalente alla aggiunta o sottrazione di zinco. Per esempio, l'aggiunta di silicio (coeff. =10) equivale ad una quantità di zinco 10 volte maggiore: accade così che se ad un ottone binario Cu Zn 30 (a totale struttura α) viene aggiunto 1-2% di silicio, diventa a struttura totalmente β. Il nichel ha un coefficiente di equivalenza negativo, mentre quello del piombo è nullo, dal momento che, disponendosi ai bordi dei grani, non entra nel reticolo cristallino.
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Ottone (lega)

Ottone (lega)

Ottone (lega)
Ottone

Superficie dell'ottone al microscopio (ingrandimento: 400X).
Caratteristiche generali
Composizione leghe costituita principalmente da rame e zinco
Aspetto giallo-oro
Stato di aggregazione (in c.s.) solido
Cristallinità policristallino
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 8,4÷8,7 (8400-8700 kg/m3)
Temperatura di fusione (K) 1188÷1228 (915÷955 °C)[1]
c0p,m(J·kg−1K−1) 376
Coefficiente di dilatazione termica lineare (K-1) 20×10-6[1]
Conduttività termica (W/m·K) 120[1]
Resistività elettrica (Ω·m) 0,07×10-6

L'ottone è una lega ossidabile formata da rame (Cu) e zinco (Zn), simile all'oricalco.

Bisogna distinguere tra ottoni ternari, costituiti da rame e zinco, e ottoni quaternari, in cui è presente un quarto elemento chimico caratterizzante la lega o altri ottoni binari in cui sono presenti altri elementi chimici.

Considerando gli ottoni ternari, si parla di fase α quando il contenuto di zinco è inferiore al 36% circa; la struttura cristallina della lega ricalca quella del rame, cioè quella cubica a facce centrate. Questi ottoni hanno eccellente lavorabilità a freddo (imbutitura e stampaggio) e buona a caldo.

Gli ottoni α-β (dove la fase β è struttura 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.

La lavorabilità alle macchine utensili delle leghe binarie rame-zinco è buona, ma la tenacità provoca la formazione di trucioli molto lunghi; per ovviare a tale inconveniente viene aggiunto del piombo (Pb) che, insolubile ed estraneo alla struttura cristallina, si disperde ai bordi dei grani: così i trucioli diventano corti o addirittura polverosi e gli utensili subiscono un'usura e un riscaldamento minori, con conseguente miglioramento della qualità e della velocità della lavorazione. Gli ottoni al piombo sono denominati anche ottoni secchi.

Alla lega possono essere aggiunti altri elementi per ottenere determinate proprietà:

L'influenza degli elementi in lega può essere studiata attraverso i coefficienti di Guillet: cioè l'aggiunta di un terzo elemento in lega può essere considerata equivalente alla aggiunta o sottrazione di zinco. Per esempio, l'aggiunta di silicio (coeff. =10) equivale ad una quantità di zinco 10 volte maggiore: accade così che se ad un ottone binario Cu Zn 30 (a totale struttura α) viene aggiunto 1-2% di silicio, diventa a struttura totalmente β. Il nichel ha un coefficiente di equivalenza negativo, mentre quello del piombo è nullo, dal momento che, disponendosi ai bordi dei grani, non entra nel reticolo cristallino.

Usi

L'ottone ha un campo di applicazioni talmente vasto che se ne può fare solo un elenco di massima.

I principali campi di utilizzo sono:

Gli ottoni contenenti dal 40 al 60% di stagno, molto plastici, sono nominati similori, per via della colorazione simile a quella dell'oro. Vengono impiegati in bigiotteria con i quali si producono orologi.

Gli ottoni che hanno percentuali maggiori di stagno, sopra il 70-97,23%, hanno caratteristiche meccaniche più elevate: vengono usati per parti di oggetti che necessitano resistenza meccanica. Quello al 28% viene usato per i bossoli dei cannoni e cartucceria; quello al 33%, ottimamente lavorabile, è raccomandato per i laminati destinati a pezzi imbutiti, molle e tubi.

L'ottone CuZn37 ha struttura α a freddo[vaghezza], β a caldo[vaghezza]: offre pertanto una facile lavorabilità a freddo e a caldo ed è utilizzato per la preparazione di barre e laminati trafilati.

L'ottone CuZn40 (ottone Muntz) è utilizzato per i pezzi finiti a caldo: barre di grande diametro, piastre tubiere, pezzi stampati.

Gli ottoni al piombo (CuZn38Pb2, CuZn39Pb2 e CuZn40Pb2 i più usati) sono impiegati per i pezzi lavorabili al tornio, come valvole e rubinetti.

La lega CuZn36Pb3 (free-cutting brass) è utilizzata come riferimento per la lavorabilità ad asportazione di truciolo, con un indice convenzionalmente pari a 100; tutte le altre leghe di rame hanno valori inferiori.

Tra gli ottoni speciali ricordiamo il CuZn28Sn1As, detto anche ottone ammiragliato, utilizzato in distillatori, condensatori, raccordi e nelle applicazioni marine in generale.

Il CuZn22Al2As è utilizzato negli scambiatori marini, che necessitano di alta resistenza alla corrosione e che lavorano con alta velocità di flusso.

Il CuZn19Sn viene usato per la produzione di strumenti musicali (gli ottoni).

Le monete da 10, 20 e 50 centesimi di euro sono in CuAl5Zn5Sn1 (lega nordic Gold o oro nordico), mentre la parte gialla delle monete da 1 e 2 euro è in CuZn20Ni5.

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.

Le leghe binarie rame-zinco sono adatte anche per le colate in getti: hanno un intervallo di solidificazione ristretto, quindi vi è un pericolo minore di rotture a caldo e porosità durante il ritiro per solidificazione.

Proprietà

L'ottone è un materiale duttile, malleabile e ha una buona resistenza alla corrosione.

Rispetto al rame presenta valori più elevati di durezza, resilienza e fusibilità.

Ha notevoli proprietà acustiche, non a caso viene impiegato nella produzione di svariati strumenti musicali, soprattutto i cosiddetti "ottoni" (tromba, corno, trombone, tuba, ecc..), ma anche sassofoni e percussioni.

Produzione

Nel 2008 l'Italia ha prodotto 572.300 tonnellate di semilavorati in leghe di rame, la stragrande maggioranza delle quali (564.800 t) in ottone.[2]

Semilavorati (ottone) tonnellate %
Tubi 6.150 1,1
Lastre e nastri 38.250 6,7
Barre e profilati 517.300 90,4
Fili 2.700 0,5
Altre leghe 7.800 1,4

Note

  1. ^ a b c Callister, p. 767
  2. ^ Fonte: Assomet

Voci correlate


AlnicoAlluminioLeghe di alluminioAl-LiRame arsenicaleBerillioBeryllium copperBiglioneBirmabrightBismanolBismutoCromoChromium hydrideCobaltoRameDuralluminioGallio (elemento chimico)VetroOroHiduminiumHydronaliumIndioFerroItalmaPiomboMagnaliumMagnesioMegalliumMercuryNichromeNichelMaterie plastichePlexiglasPlutonioPotassioRodioRose's metalSamarioScandioArgentoSodioAcciaio inossidabileAcciaioStelliteAcciaio strutturaleStagno (elemento chimico)TitanioUranioVitalliumWood's metalY alloyZincoZirconioCalamine brassChinese silverDutch metalGilding metalMuntz metalPrincisbeccoTombacBronzoCupralluminiBronzo arsenicaleBell metalFlorentine bronzeGlucydurGuanín (bronze)GunmetalPhosphor bronzeOrmoluSpeculum metalCostantanaCopper hydrideCopper–tungstenCorinthian bronzeCunifeCupronichelCymbal alloysLega di DevardaElettroHepatizonManganinaMelchior (alloy)AlpaccaMolybdochalkosOro nordicoShakudōTumbagaAlGaGalfenolGalinstanoColored goldRhoditeCrown goldElinvarField's metalFernicoFerrolegaFerroceriumFerrochromeFerromanganeseFerromolybdenumFerrosiliconFerrotitanioFerrouraniumInvarGhisaIron–hydrogen alloyPig ironKanthal (alloy)KovarStaballoySpiegeleisenBulat steelCrucible steel41xx steelAcciaio DamascoMangalloyAcciaio super rapidoMushet steelAcciaio MaragingHigh-strength low-alloy steelReynolds 531Electrical steelAcciaio armonicoAL-6XNCelestriumAlloy 20AISI 316Martensitic stainless steelSanicro 28Acciaio chirurgicoZeron 100Silver steelTool steelAcciaio CortenWootz steelSolderTerneLega tipograficaElektronAmalgamaMagnoxAlumelBrightrayChromelHaynes InternationalInconelMonelNicrosilNisilNitinolMu-metalPermalloySupermalloyNickel hydridePlutonium–gallium alloyNaKMischmetalLitioTerfenol-DPseudo palladiumScandium hydrideSamarium–cobalt magnetArgentium sterling silverBritannia silverDoré bullionGoloidPlatinum sterlingShibuichiArgento sterlingArgento tibetanoTitanium Beta CTitanium alloyIdruro di titanioGum metalTitanium goldNitruro di titanioBabbitt (alloy)Britannia metalPeltroQueen's metalMetallo biancoIdruro di uranioZamakZirconium hydrideIdrogenoElioBoroAzotoOssigenoFluoroMetanoMezzanino (architettura)AtomoCaucciù

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