Ingegneria lega del rame ottone

Gli ottoni sono leghe rame (Cu) -zinco (Zn) .Innanzitutto bisogna distinguere tra ottoni binari, costituiti solo da rame e zinco, e ottoni ternari, in cui è presente un terzo elemento caratterizzante la lega o altri ottoni quaternari in cui sono presenti altri elementi chimici.Considerando gli ottoni binari, 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 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 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; allora si aggiunge del piombo (Pb) 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. 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.

Ottoni binari
Leghe Cu-Zn, di corrente uso industriale. A seconda del contenuto in Zn gli ottoni si dividono strutturalmente in:

• Ottoni monofasici a, che contengono dal 4 al 33% Zn; essi hanno struttura f.c.c., sono facilmente deformabili a freddo e meno facilmente deformabili a caldo, specialmente se contengono impurezze.
• Ottoni bifasici a+b o ottoni misti, che contengono dal 34 al 46% Zn; la struttura è di tipo b.c.c., sono facilmente deformabili a caldo e meno facilmente a freddo. E’ da tenere presente che gli ottoni misti, quando contengono un massimo di 37% Zn, con adatto trattamento termico (lento raffreddamento da temperature di 800°C) possono essere trasformati totalmente nella struttura a. Gli ottoni misti per la presenza di due fasi, sono più soggetti a fenomeni di corrosione elettrochimica rispetto agli ottoni monofasici a.
• Ottoni binari per torneria, sono leghe Cu-Zn aggiunte di Pb, che rende la lega capace di essere lavorata alle macchine utensili, a causa della formazione di un truciolo molto corto. Le composizioni di tali ottoni sono entro i seguenti limiti: Cu 63¸56%, Pb 1,5¸4%, Zn il resto. Essi sono generalmente utilizzati per torneria e per stampaggio (la presenza della fase beta permette una favorevole lavorazione a caldo).
• Ottoni speciali, sono ottoni contenenti altri elementi aggiunti alla lega binaria Cu-Zn, i quali elevano notevolmente alcune caratteristiche degli ottoni binari. Hanno assunto così notevole importanza ad esempio gli ottoni allo Sn, gli ottoni al Al e gli ottoni al Si per applicazioni speciali.

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:

• elettricità (apparecchiature elettriche, interruttori, contatti, portalampada)
• autotrasporti (radiatori, impianti elettrici)
• settore marino (scambiatori, piastre)
• munizionamento (bossoli)
• idrosanitaria (rubinetti, valvole, radiatori, tubazioni)
• industria chimica (scambiatori)
• industria meccanica (bulloni, viti, ingranaggi, minuterie metalliche)
• edilizia e arredamento (cerniere, serramenti, elementi di mobili, maniglie)
• monetazione e simili (monete, targhe, medaglie, decorazioni)
• strumenti musicali (gli ottoni)

Gli ottoni contenenti dal 10 al 20% di zinco, molto plastici, sono nominati similori, per via della colorazione simile a quella dell'oro. Vengono impiegati in bigiotteria.Gli ottoni che hanno percentuali maggiori di zinco, sopra il 25-30%, hanno caratteristiche meccaniche più elevate: vengono usati per parti di oggetti che necessitano resistenza. Quello al 28% viene usato per i bossoli dei cannoni e cartuccieria; 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, β a caldo: offre pertanto una facile lavorabilità a freddo e a caldo ed è utilizzato per la preparazione di barre e laminati trafilati.L'ottone Muntz è utilizzato per i pezzi finiti a caldo: barre di grande diametro, piastre tubiere, pezzi stampati.Gli ottoni al piombo 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 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.
Ottoni binari
Leghe Cu-Zn, di corrente uso industriale. A seconda del contenuto in Zn gli ottoni si dividono strutturalmente in:Ottoni monofasici a, che contengono dal 4 al 33% Zn; essi hanno struttura f.c.c., sono facilmente deformabili a freddo e meno facilmente deformabili a caldo, specialmente se contengono impurezze.Ottoni bifasici a+b o ottoni misti, che contengono dal 34 al 46% Zn; la struttura è di tipo b.c.c., sono facilmente deformabili a caldo e meno facilmente a freddo. E’ da tenere presente che gli ottoni misti, quando contengono un massimo di 37% Zn, con adatto trattamento termico (lento raffreddamento da temperature di 800°C) possono essere trasformati totalmente nella struttura a. Gli ottoni misti per la presenza di due fasi, sono più soggetti a fenomeni di corrosione elettrochimica rispetto agli ottoni monofasici a.Ottoni binari per torneria, sono leghe Cu-Zn aggiunte di Pb, che rende la lega capace di essere lavorata alle macchine utensili, a causa della formazione di un truciolo molto corto. Le composizioni di tali ottoni sono entro i seguenti limiti: Cu 63¸56%, Pb 1,5¸4%, Zn il resto. Essi sono generalmente utilizzati per torneria e per stampaggio (la presenza della fase beta permette una favorevole lavorazione a caldo).Ottoni speciali, sono ottoni contenenti altri elementi aggiunti alla lega binaria Cu-Zn, i quali elevano notevolmente alcune caratteristiche degli ottoni binari. Hanno assunto così notevole importanza ad esempio gli ottoni allo Sn, gli ottoni al Al e gli ottoni al Si per applicazioni speciali.