Che differenza c’è tra bronzo e ottone?

Questa è la tipica domanda da interrogazione in merceologia. La risposta non è difficile come può sembrare. Anzi può essere formulata in maniere schematica.

Bronzo e ottone sono entrambi leghe, derivano quindi dalla fusione di più metalli

• il bronzo: è formato da rame e un altro metallo, come ad esempio lo stagno
• l’ottone: è formato da rame e zinco

Il bronzo, di colore poco più scuro dell’ottone, era usato in passato soprattutto per costruire statue, cannoni o campane. Ma oggi, decisamente, si usa molto di più l’ottone: per esempio per fare i rubinetti del bagno o gli strumenti musicali.

Bronzo e ottone sono diversi, ma hanno in comune il rame

In entrambe le leghe, infatti, un ruolo di primo piano è giocato dal rame, che non ha bisogno di grandi presentazioni… basta dire che è ad oggi, in Italia, il materiale più usato dopo il ferro. Lo si vede far la parte del leone in vari settori: elettrico, telefonico, automobilistico… la principale ragione per cui è tanto apprezzato è

• l’elevata conducibilità elettrica

ma non meno determinanti risultano:

• la resistenza alla corrosione,
• la facilità nella lavorazione,
• la buona conducibilità di calore.

Conosciuto fin dalla preistoria, è stato verosimilmente il primo metallo utilizzato per costruire armi, utensili e attrezzi rudimentali. Oggetti di rame sono stati ritrovati tra i resti di molte civiltà antiche, ad esempio in Egitto, in Asia, in Europa e in Grecia. I romani, che lo chiamarono cyprum, lo utilizzavano anche per la realizzazione di strumenti adibiti alle pratiche religiose.

Vista la bassa concentrazione di rame nei minerali da cui viene estratto, si rendono necessari più stadi di lavorazione. I minerali vengono frantumati e macinat, poi introdotti nella camera di flottazione. Qui il rame si separa dal resto dei frammenti, che precipitano. La polvere arricchita di rame passa nel forno a riverbero dove buona parte delle impurità viene rimossa sotto forma di gas.

Nella miscela ottenuta, la metallina, galleggiano delle scorie da eliminare , mentre il resto della fusione raggiunge un convertitore. Il rame fuso viene colato in stampi e ulteriormente purificato per elettrolisi prima di essere usato per produrre utensili o cavi elettrici.

Più durezza e resistenza: dal rame puro alle leghe

Quand’è puro, però, il rame è tropppo morbido per essere lavorato. Ecco perhé è conveniente unirlo ad altri materiali, dando vita alle leghe, che sono dure e resistenti, con elevata resistenza elettrica e di conseguenza non utilizzabili come materiale conduttore. Il rame viene legato con oro, argento e nichel, e figura pure tra i costituenti di leghe come il metallo Monel, il metallo per proiettili e l’argento tedesco.

Non c’è però il più piccolo dubbio sul fatto che le più importanti tra queste tante leghe sono:

• il bronzo, una lega di stagno,
• l’ottone, una lega di zinco.

Il bronzo si ottiene aggiungendo al rame una buona percentuale di stagno, quasi il 18-20%. Quando questa percentuale supera il 18%, la lega ottenuta è piuttosto dura e adatta alla produzione di cuscinetti. Bronzi speciali nascono quando a rame e stagno si aggiungono elementi come l’alluminio, il fosforo, il berillio.

Non mi sento ancora pronto però per pronti per ‘liquidare’ il bronzo. Il suo uso risale ad un’epoca molto più lontana di quella dell’ottone. Setvi suggerisco ‘Riace’, vi torna in mente qualche sopito ricordo? Certo, i più ‘esperti’ di noi ricordano quando, un giorno d’agosto del lontano 1972, il mare restituì alla terra due giganti in ottimo stato di conservazione (e in ottima forma fisica!). Fu un giovane sub dilettante romano, a ritrovare a 8 metri di profondità nei pressi di Riace Marina, in provincia di Reggio Calabria, i due manufatti, considerate tra i capolavori scultorei più significativi dell’arte greca, e tra le testimonianze dirette dei grandi maestri scultori dell’età classica. In ambito artistico, il bronzo è sempre prediletto dagli scultori, data la proprietà di espandersi lievemente poco prima di solidificare, riempiendo i “vuoti” anche minimi dello stampo, assicurando la perfetta resa di ogni minimo dettaglio del lavoro dell’artista.

Eppure, bisogna tornare ancora molto più indietro. Un altro piccolo sforzo di memoria: sui banchi di scuola abbiamo impararto che è esistita una “età del Bronzo”. E grazie a questa l’uomo s’è evoluto, procedendo a diverse produzioni via via che scopriva le leghe adatte: utensili e strumenti da lavoro che, per secoli, erano stati fabbricati in selce, in pietra levigata, in osso o in corno, vengono a poco a poco sostituiti da manufatti metallici molto più versatili e potenti. Asce, scalpelli, punteruoli, martelli e incudini, lame, coltelli, falci e roncole furono fusi in bronzo.

Oggi per numerose applicazioni, come monete e le medaglie, si usa il bronzo con un contenuto di stagno variabile tra il 3 e l’8%: entro questi margini la resistenza all’usura e alla corrosione si accompagnano ad una discreta coniabilità. Per la fabbricazione di ingranaggi ed organi di trasmissione si usano leghe con stagno dall’8 al 12%. E ancora, cuscinetti e boccole, ruote ad ingranaggi sollecitati a forti pressioni, necessitano di un tenore di stagno superiore al 14%, così come gli apparecchi idraulici per alte pressioni. Le leghe con il 20% e più di stagno sono preferite per parti sollecitate per attrito sotto forte pressione. Anche le campane hanno un alto contenuto di stagno (19-22%). Sopra il 30% di stagno la lega diventa fragile e non più interessante per l’industria.

E allora, qual è la differenza? Che l’ottone è una specialità Steelbetter!

Preso atto delle comuni ‘radici’, torno al blocco di partenza. Lo faccio in modo scherzoso ma la verità è che in SteelBetter trattiamo abitualmente l’ottone, lo conosciamo e possiamo annoiarti, come hai visto, raccontandoti perché è diverso dalle altre leghe di bronzo.

Dunque, l’ottone invece è una lega costituita per il 50% da rame e dalla restante parte da zinco. Protagonisti che a questo punto ci sono ben noti! E vogliamo dire che recitano abbastanza versatilmente? L’intervallo di solidificazione ristretto delle leghe binarie rame-zinco lo rende adatto:

• alle colate in getti, con minor pericolo di rotture a caldo e minor incidenza della porosità in fase di ritiro per solidificazione
• alla colata in sabbia e in conchiglia
• alla pressocolata, se indirizzata a getti di piccole e medie dimensioni.

Considerando gli ottoni primari, si parla di

• fase α quando il contenuto di Zn 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.
• fase α-β (dove la fase β è cubica a corpo centrato) quando il contenuto di Zn oscilla tra il 36 e il 45%; sono facilmente lavorabili a caldo.

Si dicono inoltre ottoni binari quelli costituiti cioè da rame e zinco, e ottoni ternari, quelli costituiti da rame zinco e un altro elemento.

Nell’ottone, il tenore dello zinco determina le proprietà come

• resistenza meccanica
• colore,
• lavorabilità all’utensile
• duttilità
• conduzione di elettricità e calore
• resistenza all’abrasione e alla corrosione.

Chiarendo subito che le leghe con percentuali di Zn superiori al 45% non hanno interesse pratico, va tenuto presente che a seconda del tenore di zinco presente, la lega mostra caratteristiche molto diverse. Ho pensato per comodità di fare un piccolo riassunto:

• Gli ottoni contenenti dal 10 al 20% di zinco, molto plastici, sono nominati, per via della loro colorazioni, similori. Vengono impiegati in bigiotteria.
• Gli ottoni con percentuali maggiori di zinco sopra il 25-30%, hanno caratteristiche meccaniche più elevate e vengono usati per parti di oggetti che necessitano resistenza, come illustrato nella tabella.

LEGA	APPLICAZIONI
• P-CuZn5	Varie: Medaglie, gettoni e monete, cinture di forzamento proiettili, targhe, placche, bigiotteria, articoli smaltati e dorati
• P-CuZn10	Edilizia: Accessori per vetrinette e finestre, griglie ed inferriate, guarnizioni per serramenti, angolari e profilati a freddo, oggetti stampati e decorativi. Meccanica: Cinture di forzamento proiettili, fili per filtri e setacci, rivetti e viti. Varie: Astucci portacosmetici, monete, medaglie, gettoni, articoli smaltati.
• P-CuZn15	Edilizia: Modanature, guarnizioni per serramenti, angolari e profilati a freddo, scarichi e sifoni. Meccanica: Placche bruciapelo per filati. Varie: Bigiotteria, insegne, vassoi, piatti decorativi, coppe, recipienti sbalzati, portasigarette, accendisigari, astucci portacosmetici, oggetti smaltati.
• P-CuZn20	Edilizia: Opere metalliche ornamentali, angolari, profilati e fregi formati a freddo. Rivestimenti di facciate di edifici. Meccanica: Scambiatori di calore, tubi flessibili, compensatori di dilatazione a soffietto. Varie: Astucci portacosmetici, bigiotteria, distintivi, coppe, articoli sportivi.
• P-CuZn28	Trasporti: Tubetti per radiatori auto.
• P-CuZn30	Varie: Munizionamento sportivo e militare.
• P-CuZn33	Edilizia: Griglie ed inferriate, serramenti ed infissi di finestre, rivestimenti di facciate, facciate continue, accessori per idrosanitaria, pilettame e sifoname. Meccanica: Corpi di pompe, componenti delle munizioni, elementi di fissaggio, finiture di serrature, rivettature, viti e molle. Industria elettrica: Virole portalampade, contatti elettrici, minuteria metallica tranciata.
• P-CuZn35 • P-CuZn37	Industria elettrica: Virole portalampade, tranciati vari. Edilizia: Accessori per idrosanitaria, pilettame e sifoname. Meccanica: Catene, articoli per occhialeria, articoli per scrittura, viti, rivetti, molle, cerniere lampo.
• P-CuZn40	Meccanica: Profilati estrusi, angolari, profilati e modanature. Pannelli e lastre di grosso spessore.

 

Spenderei ancora qualche parola per gli ottoni speciali:

• il CuZn28SnAs, detto anche ottone ammiragliato è utilizzato nelle applicazioni marine in generale, nei distillatori, condensatori, raccordi.
• 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.
• il CuAl5Zn5Sn (lega nordic Gold) lo maneggiamo perssoché ogni giorno nelle monete da 10, 20 e 50 centesimi di euro
• CuZn20Ni5 va a costituire la parte gialla delle monete da 1 e 2 euro.

Numerosissimi sono gli impieghi dell’ottone. Li abbiamo già visti nel dettaglio degli impieghi, ma voglio, per quanto possibile, riassumerli:

• 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)

Tantissimi impieghi, tantissimi prodotti… ma quando si tratta di migliorare le prestazioni del metallo, come siamo messi? Perché non farci una chiacchierata di persona? È vero che gli ottoni α non possano subire trasformazioni difase per variazioni di temperatura, e non sono quindi assoggettabili ai trattamenti di tempra: né alla tempra di fase, né alla tempra di soluzione.

Ma tranquillo che non ci arrendiamo qui!

Possiamo prendere in considerazione altre opportunità, è il nostro campo… vieni a parlare con noi della ricottura di ricristallizzazione sul materiale incrudito, per ripristinare la malleabilità a lamiere o barre lavorate a freddo al fine di poter ulteriormente procedere a lavorazioni di deformazione, o di poterle utilizzare detensionate. E non finisce qui. Perché, se per caso lo hai scordato, gli ottoni α-β mostrano un diagramma di stato che è un semaforo verde non solo per le ricottura, ma (sorpresa? posso spiegarti!) anche per la tempra.

Che altro dire? Ti aspetto, punto!