Rame

Leghe di rame

Il rame e' un importante metallo perche' di ottime e molteplici caratteristiche, sia allo stato puro sia combinato in lega con altri metalli.

Il rame puro ha gia' di per se' una straordinaria compresenza di proprieta' per applicazioni industriali, quali:

Alta conducibilita' elettrica
Elevata conducibilita' termica
Buona resistenza alla corrosione
Facilita' di lavorazione
Medio carico di rottura
Ricottura controllabile
Buone caratteristiche di saldabilita' e di giunzione.

Naturalmente con aggiunta di opportuni metalli si ottengono una serie di leghe, quali ottoni (rame-zinco) e bronzi (rame-stagno) , con caratteristiche meccaniche ancora migliori ed indispensabili per molte applicazioni tecnologiche.

Riguardo invece alla grande conducibilita' del rame, piu' e' puro e piu' e' buon conduttore di corrente elettrica; ecco perche', ad esempio, l'anima dei cavi elettrici ad alta tensione, pur se favorita da una alta resistenza meccanica alle sollecitazioni di trazione, non puo' essere realizzata in lega di rame, bensi' in rame puro, poiche' si guadagnerebbe certo in robustezza ma la resistenza elettrica sarebbe troppo alta. Solo l'argento e l'oro presentano conducibilita' elettrica migliore.

Classificazione delle leghe di rame

La classificazione piu' utilizzata per il rame e le sue leghe e' quella americana della Copper Development Association (CDA).

In questo sistema i numeri che vanno:

da C10100 a C79900 designano le leghe per deformazione plastica

da C80000 a C99900 designano le leghe per getti

La tabella qui sotto mostra gli elementi di lega di ogni classe principale:

Leghe lavorate
C1xxxx	Rame⁽¹⁾ e leghe ad alto tenore di rame⁽²⁾
C2xxxx	Leghe rame-zinco (OTTONI)
C3xxxx	Leghe rame-zinco-piombo (OTTONI AL PIOMBO)
C4xxxx	Leghe rame-zinco-stagno (OTTONI ALLO STAGNO)
C5xxxx	Leghe rame-stagno (BRONZI ALLO STAGNO)
C6xxxx	Leghe rame-alluminio (BRONZI ALL'ALLUMINIO)
	Leghe rame-silicio (BRONZI AL SILICIO)
	altre leghe rame-zinco
C7xxxx	Leghe rame-nichel e rame-nichel-zinco (ALPACCHE)
Leghe in getto
C8xxxx	Rame in getto, leghe in getto ad alto tenore di rame, ottoni in getto di vario tipo, leghe bronzo-manganese in getto e leghe rame-zinco-silicio in getto.
C9xxxx	Leghe rame-stagno in getto, leghe rame-stagno-piombo, leghe rame-stagno-nichel, lehe rame-alluminio-ferro e leghe rame-nichel-ferro e rame-nichel-zinco.

Il rame ha un tenore minimo del 99,3% o maggiore.
Le leghe ad alto tenore di rame hanno un tenore compreso tra il 96% e il 99,3%.
Il bronzo statuario contiene in genere il 10 - 20 % di Sn 1% di Zn ed il restante di Cu

Produzione ed impurezze del rame non legato

Produzione del rame

La maggior parte del rame prodotto viene estratto da minerali che contengono solfuri di rame e ferro. Il solfuri vengono fusi in un forno per produrre una metallina, che e' un insieme di solfuri di rame e di ferro, dalla quale il solfuro di ferro viene ossidato per primo e rimosso come scoria.

Il solfuro di rame rimasto viene quindi convertito chimicamente in rame grezzo (con tenore superiore al 98%), da cui saranno rimosse la maggior parte delle impurezze presenti introducendolo in un forno di raffinazione.

Il rame raffinato alla fiamma e' chiamato rame "tough pitch" e, benche' possa essere usato per molte applicazioni, la maggior parte di esso sara' ulteriormente raffinato per via elettrolitica, per ottenere un rame raffinato elettrolitico (al 99,95%).

Rame non legato

Il rame non legato e' un importante metallo e, grazie alla sua alta conducibilita' elettrica, e' largamente usato nell'industria elettrica. Fra i vari tipi di rame non legato, il rame raffinato e' il meno costoso ed il piu' usato, sotto forma di barre, fili, lamiere e nastri.

Il rame raffinato ha un contenuto nominale di ossigeno dello 0,04%; l'ossigeno nel rame raffinato e' quasi insolubile e forma un ossido (Cu₂O) durante la colata del rame. Per la maggior parte delle applicazioni, l'ossido di rame presente nel rame raffinato e' un'impurezza trascurabile, tuttavia, se il rame raffinato viene riscaldato a temperatura superiore a circa 400°C in un'atmosfera contenente idrogeno, l'idrogeno puo' diffondere nel rame solido e reagire con il Cu₂O disperso internamente per formare vapore secondo la reazione:

Cu₂O + H_{2 disciolto nel Cu} ----> 2Cu + H₂O_vapore

Le grosse molecole di acqua formate dalla reazione non diffondono prontamente e formano delle cavita' interne, in particolare al bordo di grano che rendono fragile il rame.

Per evitare l'infragilimento da idrogeno causato dal Cu₂O, l'ossigeno si fa reagire con fosforo per formare pentossido fosforoso P₂O₅ (lega C12200). Un altro modo per evitare l'infragilimento da idrogeno e' l'eliminazione dell'ossigeno dal rame, fondendo il rame raffinato in un'atmosfera riducente controllata; il rame prodotto con questo metodo e' detto rame esente da ossigeno ad alta conducibilita' (la lega C10200).

Alcune leghe di rame

Designazione⁽¹⁾	Composizione chimica % in peso	Condizione	Carico di rottura MPa	Carico di snervamento MPa	Allungamento su 50 mm, %	Applicazioni tipiche
*Leghe semilavorate*
C10100	99.99 Cu	Ricotto incrudito	220 345	69 310	45 6	Conduttori elettrici, guide d'onda, conduttori cavi, fili di antenne e anodi per tubi a vuoto, tenute a vuoto, componenti di transistor, guarnizioni vetro-metalli, cavi e tubi coassiali, klystron, tubi per micro-onde, raddrizzatori.
C11000 (ETP)	99.9 Cu, 0.04 O	Ricotto incrudito	220 345	69 310	45 6	Grondaie, tetti, guarnizioni, radiatori di automobili, barre collettrici, chiodi, rulli da stampa, rivetti, parti di radio.
C26000	70 Cu, 30 Zn	Ricotto incrudito	325 525	105 435	62 8	Nuclei e serbatoi di radiatori, parabole di flash, boccole di lampadine, elementi di fissaggio, serrature, cerniere, componenti di munizioni, componenti di impianti idraulici, perni.
C28000	60 Cu, 40 Zn	Ricotto Incrudito	370 485	145 345	45 10	Applicazioni architettoniche, grandi dadi e bulloni, piastre di condensatori, tubature per scambiatori di calore e condensatori, forgiati a caldo.
C17000	99.5 Cu, 1.7 Be 0.20 Co	TS⁽²⁾ TS, I, IP⁽³⁾	410 1240	190 1070	60 4	Soffietti, manometri a molla tubolare, diaframmi, contatti a molla per fusibili, elementi di fissaggio, ranelle di bloccaggio, molle, parti di interruttori, perni cilindrici, valvole, strumenti di saldatura.
C61400	95 Cu, 7 Al, 2 Fe	Ricotto incrudito	550 615	275 415	40 32	Dadi, bulloni, elementi venati e filettati, contenitori e serbatoi resistenti alla corrosione, componenti strutturali, parti di motori, sistemi di condensatori tubolari, rivestimenti ed elementi di fissaggio protettivi per impieghi marini.
C71500	70 Cu, 30 Ni	Ricotto incrudito	380 580	125 545	36 3	Relay di comunicazione, condensatori, piastre di condensatori, molle per impieghi elettrici, evaporatori e tubi per scambiatori di calore, ghiere, resistori.
*Leghe in getto*
C80500	99.75 Cu	Getto	172	62	40	Conduttori elettrici e termici, applicazioni che richiedono resistenza alla corrosione e all'ossidazione.
C82400	96.4 Cu, 1.70 Be 0.25 Co	Getto trattato termicamente	497 1035	255 966	20 1	Utensili di sicurezza, stampi per componenti plastici, camme, bronzine, cuscinetti, valvole, parti di pompe, ingranaggi.
C83600	85 Cu, 5 Sn, 5 Pb, 5 Zn	Getto	255	117	30	Valvole, flange, raccordi per tubazioni, prodotti idraulici, getti per pompe, giranti e casse di pompe per acqua, oggetti ornamentali, piccoli ingranaggi.
C87200	89 Cu, 4 Si	Getto	379	172	30	Cuscinetti, cinghie, componenti di giranti, pompe e valvole, raccorderia marina, getti resistenti alla corrosione.
C90300	93 Cu, 8 Sn, 4 Zn	Getto	310	145	30	Cuscinetti, bronzine, giranti di pompe, fasce elastiche, anelli di guarnizione, ingranaggi, componenti di valvole.
C95400	85 Cu, 4 Fe, 11 Al	Getto trattato termicamente	586 725	242 373	18 8	Cuscinetti, ingranaggi, viti senza fine, bronzine, sedi e guide di valvole, ganci.
C96400	69 Cu, 30 Ni, 0.9 Fe	Getto	469	255	28	Valvole, corpi di pompe, flange, raccorderia a gomito resistente alla corrosione marina

Classificazione delle leghe di rame
Dopo tempo di soluzione, incrudito.
Indurito per precipitazione.