AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.G06: "Proprietà e Metallurgia del Rame" - Pagina 01

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2012, aggiornati il 21/04/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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Proprietà chimiche e fisiche del Rame

 

 

INDICE:

 

 

Generalità

 

E’ un metallo che si ricava dalla calcopirite, dalla calcosina o dalla cuprite. Oppure si trova allo stato puro sottoforma di rame nativo. La produzione con Cu al 99% avviene attraverso la fusione del minerale con l’aggiunta di reagenti chimici in modo successivo, finché il rame diventa molto affinato (99,7%- 99,9%). Il resto è costituito da ossigeno; resiste alla corrosione e rimane inalterato nel tempo. Può essere anche riutilizzato.

 

I principali stati di ossidazione sono +1 e +2. I potenziali standard sono positivi per tutte le coppie seguenti:

Il rame metallico è ossidato solo da energici ossidanti, come l'acido nitrico, e anche dall'acido solforico concentrato a caldo:

I sali rameosi sono generalmente instabili. In soluzione il rame (I) è in grado di esistere solo a basse concentrazioni, altrimenti dismuta a rame(0) o rame (II):

Per questo motivo esso è stabile solo in composti poco solubili o in complessi stabili, in molecole cioè che realizzano una bassa concentrazione di Cu + in soluzione.

I sali rameosi sono quasi tutti insolubili: CuCN, CuCl, CuI (tutti bianchi) CuBr, giallo chiaro e Cu2S nero.

A  pH = 3 precipita l'idrossido CuOH, giallo, che si trasforma rapidamente in Cu2O, giallo:

Forma molti complessi, soprattutto con ammoniaca, cianuri e cloruri.

Il catione rameico esiste libero in soluzione a pH < 5. E' di color azzurro tenue e precipita come Cu(OH)2 che si ridiscioglie solo a pH molto elevati con formazione di anioni di color blu del tipo [Cu(OH)4]2- o con strutture più complesse. I sali sono quasi tutti molto solubili. Tra i più insolubili si ricordano CuS, un altro solfossido, nero, e il complesso Cu2[Fe(CN)6], rosso scuro. Da ricordare anche il tetraamminorame(II), [Cu(NH3)4]2+, di color blu intenso.

Le più importanti reazioni analitiche si hanno:

- con H2S : precipita CuS, nero, solubile in acido nitrico 6 N;

- con ammoniaca: si ottiene una soluzione intensamente colorata in blu per la formazione di [Cu(NH3)4]2+;

- con K4[Fe(CN)6]: precipita Cu2[Fe(CN)6], rosso scuro.

Data la sua alta conducibilità elettrica il rame metallico trova un vastissimo uso come conduttore elettrico.

 

Importanti sue leghe sono i bronzi e gli ottoni. La Lega di Devarda, costituita dal 50% di rame, dal 45% di alluminio e dal 5% di zinco è facilmente polverizzabile e si usa nell'analisi qualitativa per la ricerca dei nitriti e dei nitrati, i quali vengono da essa ridotti ad ammoniaca in soluzione alcalina.

L’umidità dell’aria forma una patina superficiale, chiamata di "bronzo antico", di idrocarbonato di rame.

 

Se il rame viene riscaldato al contatto dell’aria, prima si ricopre di uno strato rosso, poi nero.

 

Molto plastico il rame si incrudisce rapidamente alla martellatura, divenendo fragile (incrudimento), per cui deve essere ricotto, cioè riscaldato al fine di ottenere la ricristallizzazione e la riduzione delle tensioni interne al materiale, annullando gli effetti dell’incrudimento.

 

INDICE

 

 

Proprietà fisiche del rame

Ha una buone malleabilità e duttilità può essere ben lavorato a freddo e ha un’ottima conducibilità elettrica. Molto utilizzato in elettronica ed elettrotecnica.

Simbolo chimico           

 Cu

Temperatura di fusione  

 1083°C

Massa volumica

  8900 Kg/m3   

 

Metallo rossastro della densità di 8,8 (8,790 alla fusione) e con un punto di fusione verso i 1100°. Punto di ebollizione 2100°.

 

Tuttavia piccole quantità di impurità esercitano una grandissima influenza sulla sua composizione finale e sulle sue proprietà.

Colato troppo caldo produce delle soffiature.

Per colarlo in lingotti e per evitare le soffiature si aggiunge, prima di colarlo, il 2% di magnesio metallico. Il magnesio (densità 1,75; punto di fusione 759°-800°) di tutti i metalli è quello che ha più affinità con l’ossigeno. E’ quindi il miglior riducente o diossidante nella fusione delle diverse leghe contenenti rame, nichel, stagno, alluminio, zinco, piombo, ecc.

 

Per uso fonderia con il rame conviene il magnesio in forma di bacchette. Questo agisce non solo quale riducente dell’ossidulo di rame, ma forma altresì dei composti con le impurità contenute nel rame stesso, che restano così eliminate sotto forma di scorie con miglioramento delle qualità meccaniche del metallo (resistenza, allungamento).

 

Già in antico si comprese che per migliorare le qualità del rame bisognava aggiungere degli elementi quali l’arsenico e il fosforo che non potevano essere isolati nell’antichità, è probabile quindi che si adoperassero minerali arsenicati (solfuro o arseniuro) o fosforosi.

 

INDICE

 

 

Tipi di rame

 

DESIGNAZIONE RAME

Designazione

UNI 5649

Composizione chimica

Tipo di rame

Cu+Ag

Cu+Ag+As

Bi

Pb

P

 

Cu-CATH

99,90

-

0,001

0,005

-

As

0,0015

Rame elettroilitico e sotto forma di catodi

Cu-OF

99,95

-

-

-

-

-

Colato nelle forme commerciali adatte alle successive lavorazioni

 

Ottenuto da Cu-CATH esente da ossidalo di rame

Cu-ETP

99,90

-

0,001

0,005

-

O2

0,04

Ottenuto da Cu-CATH

Obtained out of Cu-CATH

Cu-DLP

99,90

-

0,001

0,01

0,004

0,012

-

Basso

residuo di P

Disossidato, ottenuto da rame elettrolitico o termico

Cu-DHP

99,90

-

0,001

0,01

0,013

0,050

-

Alto residuo

di P

Cu-LSTP

99,90

-

0,001

0,005

-

Ag

0,02

0,12

Basso

Contenuto

di Ag

Ottenuto da Cu-CATH con aggiunta di Ag

Cu-HSTP

99,90

-

0,001

0,005

-

Ag

0,12

0,25

Alto

Contenuto

di Ag

Ottenuto per raffinazione termica

Cu-FRTP

99,80

-

0,002

0,01

0,05

-

Ottenuto per raffinazione termica

Cu-DPA

99,40

99,70

0,002

0,01

0,013

0,050

As

0,15

0,50

Ottenuto da rame elettrolitico con aggiunta di Ag

 

 

 

UNI 5649

APPLICAZIONI

Cu-CATH

Per semilavorati

Deve essere fuso in forma colata per le successive lavorazioni. Utilizzato nella produzione di conduttori elettrici e leghe pregiate.

Cu-OF

Per l’industria elettronica e per esigenze di massima lavorabilità plastica a freddo. Per conduttori elettrici e leghe pregiate.

Cu-ETP

Cu-DLP

Per semilavorati per i quali non vi sono esigenze di conduttività elettrica ma aventi buona lavorabilità plastica ed esenti da fenomeni di fragilità in ambiente riducente.

Cu-DHP

Cu-LSTP

Per semilavorati o getti

Per conduttori ove l’Ag eleva la temperatura di cristallizzazione (ricottura) del rame.

Cu-HSTP

Cu-FRTP

Senza esigenze di conduttività elettrica, buona deformabilità e saldabilità, non fragile in ambiente riducente se ossidato al fosforo.

Cu-DPA

Elevate temperature in ambiente ossidante. Piastre per focolari e in genere per parti di impianti termici, bruciatori, ecc.

 

 

 

DENOMINAZIONE E SIGLE

ISO

UNI

BS

AFNOR

DIN

ASTM

Cu-CATH

Cu-CATH 5649/3-88

Cu-CATH-2

 

KE-Cu

2.0050 1708

CATH

B 115-83

Cu-ETP

Cu-ETP

5649/1-88

Cu-ETP

C 101 6017 :1981

Cu-a1 51-50 1983

E-Cu 57 2.0060 1787

E-Cu 58 2.0065 1787

ETP

C 11000

Cu-FRHC

Cu-FRHC

5649/1-88

Cu-FRHC

C 102 6017 :1981

Cu-a2 51-50 1983

 

FRHC

C 11020

Cu-OFE

 

Cu-OFE

C 110 6017 :1981

Cu-c2 51-50 1983

 

OFE

C 10100 B 170-82

Cu-OF

1337 – 1980 (E)

Cu-OF 5649/1-88

Cu-OF

C 103 6017 :1981

Cu-c1 51-50 1983

OF-Cu

2.0040 1787

OF

C 10200 B 170-82

Cu-HCP

431 – 1981

Cu-HCP

5649/1-88

 

 

SE-Cu

2.0070 1787

OFXLP

C 10300 B 379-80

Cu-DLP

1337 – 1980 (E)

Cu-DLP

5649/1-88

 

Cu-b2 51-50 1983

SW-Cu

2.0076 1787

DLP

C 12000

Cu-DHP

1337 – 1980 (E)

Cu-DHP

5649/1-88

Cu-DHP

C 106 6017 :1981

Cu-b1 51-50 1983

SF-Cu

2.0090 1787

DHP

C 12200 B 379-80

 

Cu-Ag 0,05
5649/2-88

 

Cu-Ag 0,05

 

 

 

Cu-Ag 0,1

5649/2-88

 

Cu-Ag 0,1

Cu Ag 0,1

2.1203 17666

 

Cu-Ag 0,05 (OF)

1336 – 1980 (E)

Cu-Ag 0,05 (OF)

5649/2-88

 

Cu-Ag 0,05 (OF)

 

 

Cu-Ag 0,1 (OF)

1336 – 1980 (E)

Cu-Ag 0,1 (OF)

5649/2-88

 

Cu-Ag 0,1 (OF)

 

 

Cu-Ag 0,05 (P)

1336 – 1980 (E)

Cu-Ag 0,05 (P)

5649/2-88

 

Cu-Ag 0,05 (P)

 

 

Cu-Ag 0,1 (P)

1336 – 1980 (E)

Cu-Ag 0,1 (P)

5649/2-88

 

Cu-Ag 0,1 (P)

Cu Ag 0,1 P

2.1191 17666

 

 

Cu Cd 0,5

5649/2-88

C 108

 

 

C 16200

 

Cu Cd 1

5649/2-88

 

 

 

 

 

Cu As (P)

5649/2-88

C 107

 

 

DPA

C 14200 B 379-80

 

Cu S (P 0,01)

5649/2-88

C 111

Cu-S (P 0,01)

Cu S P

2.1498 17666

 

 

Cu S (P 0,03)

5649/2-88

 

Cu-S (P 0,03)

 

C 14710

 

Cu Te (OF)

5649/2-88

 

 

 

 

 

Cu Te (P)

5649/2-88

C 109

Cu-Te (P)

Cu Te

P 2.1546 17666

DPTE

C 14500

 

 

 

CARATTERISTICHE ELETTRICHE DEL RAME

RAME UNI 5649-1

RESISTIVITÀ DI MASSA

W x g/m2

max.

RESISTIVITÀ DI VOLUME

W x g/m2

max.

CONDUTTIVITÀ

m/Ohm x mm2

IACS

% min

Cu-ETP

0,15328

0,017241

58,00

100

Cu-FRHC

0.15328

0,01241

58,00

100

Cu-OF

0,15328

0,017241

58,00

100

Cu-HCP

0,15614

0,017565

56,93

98,16

Cu-DLP

0,158 »

0,0178 »

56 »

97 »

Cu-DHP

0,222 »

0,025 »

40 »

69 »

N.B. I valori riportati sono riferiti allo stato fisico ricotto.

 

 

 

 

CARATTERISTICHE MECCANICHE DEL RAME

Stato fisico

Sezione (barre poligonali)

mm2

Dimensione

(barre tonde)

mm

Carico di rottura

N/mm2

Carico di

snervamento

N/mm2

Allungamento

% min

Durezza Brinell

HB

Estruso grezzo

Tutte

Tutte

> 195

 

30

< 50

Trafilato ricotto

Tutte

Tutte

195÷245

 

40

40÷60

Trafilato semicrudo

< 1200

< 50

245÷295

 

12

70÷90

> 1200

> 50

> 230

 

15

> 65

Trafilato crudo

< 200

< 14

295÷365

> 255

7

90÷110

200 < s < 600

-----------------

600 < s < 1200

14 < d < 24

24 < d < 60

60 < d < 95

> 295

> 285

> 275

> 255

> 215

> 205

10

12

12

85÷100

80��95

70÷90

> 1200

> 95

> 225

> 165

15

70÷90

 

 

INDICE

 

 


Bibliografia


Bib-TS-010 - M. Cavallini, F. Iacoviello - Materiali Metallici - Francesco Ciolfi Editore, via E. De Nicola, Cassino
Bib-TS-011 - W. Nicodemi - Metallurgia - Masson, Milano
Bib-TS-012 - A. Cigada - Struttura e proprietà dei materiali metallici - Città Studi, Milano
Bib-TS-092 - L. Mugnani - Manuale pratico di fonderia - Milano, 1928
Bib-TS-093 - Dispense di Chimica - A.A. 1992/1993 - Facoltà di Ingegneria Edile / Architettura - Pavia

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