AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.G10: "Proprietà e Metallurgia del Bronzo"" - Pagina 02

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2008, aggiornati il 21/04/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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Proprietà chimiche e tipologie di Bronzo

 

 

INDICE:

 

Bronzi a base di stagno

 

Questo tipo di bronzi è il più classico e il più antico.

L’aggiunta di stagno, in percentuale crescente, forma leghe che presentano un incremento di durezza e buone caratteristiche meccaniche.

Queste leghe sono lavorabili plasticamente e si possono laminare, estrudere, forgiare, stampare e trafilare.

 

Diagramma di fase della lega rame stagno:

 

 

Aumentando la percentuale di stagno si ricavano leghe con durezza maggiore e, quindi, minore malleabilità.

Fino al 6% di stagno, si ha un bronzo malleabile, dal 6 al 18% di stagno si ha una lega molto resistente tipica per costruire armature e cuscinetti. Solitamente si riscontra, come limite di malleabilità a caldo o a freddo, il 15% di stagno in lega.

Percentuali maggiori rendono infatti processi impieganti tale tipo di lavorazione proibitivi.

Le leghe con percentuali attestate attorno al 22% sono comunemente impiegate per fusi quali campane e, fino a non molte decadi fa, cannoni.

Leghe con il 33% di stagno formano una lega durissima impiegata in ambienti di nicchia per apparecchi di uso specifico data la sua elevata fragilità.

Le leghe bronzee hanno una colorazione che varia a seconda della percentuale di stagno apparendo rosso dorato in forte presenza di Rame. Colore che sbiadisce verso pallidi gialli argentati all’aumentare delle percentuali del metallo alligante.

Andamenti delle proprietà principali del bronzo classico al variare delle percentuali di Stagno presente:

 

 

Variazione di TS e Allungamento% contro percentuale Sn in Cu

 

 

Durezza Vickers contro percentuale Sn in Cu

 

 

Velocità di rilassamento sforzi contro percentuale di Sn in Cu

 

 

Conduttività elettrica contro percentuale di Sn in Cu

 

    La lega binaria rame stagno è solitamente rara e non infrequentemente sono presenti in lega anche altri metalli quali zinco piombo e fosforo a coadiuvare lo stagno per portare, alla lega, le seguenti proprietà:

 

- Il Piombo abbassa la temperatura di fusione del metallo, lo rende più colante allo stato fuso e più malleabile a freddo; il piombo facilita anche il lavoro di ritocco durante la fase di rifinitura.

- Lo Zinco riduce la ritenzione dei gas che si formano, nella massa metallica, durante la fusione. Ne risulta così una materia più compatto e pulita da impurità gassose che possono portare ad infragilimento dovuto a locale amplificazione degli sforzi .

- Il Fosforo aggiunto sotto forma di fosforo di rame, viene utilizzato come disossidante del metallo in fusione. Quando la percentuale risulta poi compresa tra lo 0.1 e lo 0.2 se ne ricava un aumento della durezza della lega.

 

    Le leghe bronzee manifestano un’elevata resistenza alla corrosione e questo ne spiega il larghissimo uso in ambienti che presentano atmosfere fortemente aggressive e corrosive.

    Un altro tipico impiego dei bronzi è, indubbiamente, la costruzione di bronzine e cuscinetti. Tale scelta viene motivata dal basso coefficiente d’attrito che si instaura, solitamente, tra questa lega e i normali acciai meccanici.

 

INDICE

 

Bronzi classici

 

    Vengono definiti bronzi classici i bronzi costituiti solo da rame e stagno. Di seguito le leghe commerciali con le tipiche applicazioni.

 

 

 

B 10 UNI 1701

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

90 10 - - - 25 12 15 60

 

 

Con questa tipologia di lega viene solitamente impiegata nella costruzione di parti di macchinario quali boccole, ingranaggi, ruote dentate ecc. Usata per valvolame e altri manufatti di ambito navale e petrolchimico. Bronzo impiegabile anche in apparecchiature elettriche.

    Tale tipologia di bronzo, risulta essere piuttosto morbida rispetto alle leghe seguenti e quindi le sue applicazioni risiedono tutte in manufatti che non debbono sopportare forti carichi di esercizio o particolari impieghi meccanici.

    La specifica di tale lega è la B 10 UNI 1701.

 

 

INDICE

 

B 14 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

86 14 - - - 18 13 3 85

 

    Con tale lega vengono costruite parti soggette a forte attrito ed usura quali boccole e cuscinetti (senza rivestimento) fortemente caricati, ingranaggi a strisciamento, viti senza fine ed elementi di raccorderia.

    Uso frequente anche per apparecchi idraulici per alte pressioni.

    La specifica di tale lega è la B 14 UNI 1701.

 

 

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 B 20 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

80 20 - - - 15     150

 

   L’elevata durezza presentata rende questa lega particolarmente interessante per manufatti sottoposti a forte attrito come settori per cuscinetti di spinta, fasce elettriche per pompe, piastre sottoposte a sfregamento, pattini, ecc.

    La specifica di tale lega è la B 20 UNI 1701.

 

 

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 G-Cu Sn 10 UNI 7013

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

80 9-11 0,5 0,8-1 0,7 24-28 12-15 12-17 60-75

 

    Lega utilizzabile per manufatti senza particolari proprietà meccaniche. Impiego di tipo generale (boccole, ingranaggi, ecc)

    La specifica di tale lega è la G-Cu Sn 10 UNI 7013.

 

 

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G-Cu Sn 12 UNI 7013

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

88 11-13 0,5 1 0,7 27-32 15-17 5-10 90-100

 

    Lega utilizzabile in parti soggette a forte attrito ed usura e manufatti sottoposti  a forte caricamento.

    La specifica di tale lega è la G-Cu Sn 12 UNI 7013

 

 

 

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Bronzi allo zinco

 

    Come gia accennato una percentuale elevata di zinco nella produzione del bronzo garantisce un materiale degasato e privo di bolle che ne potrebbero inificiare le proprietà meccaniche.

 

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B Zn 8 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

81 7 8 4 - 15 - 6 70

 

    Tale lega ad elevate percentuali di zinco è indicata per accessori, guarniture e altri manufatti a cui sia richiesta una superficie lucida a fine lavorazione. La specifica di tale lega è la B Zn 8 UNI 1701.

 

 

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B Zn 7 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

84 6 7 3 - 16 8 10 60

 

    Tale lega viene impiegata per valvolame che lavora, in esercizio, a temperature fino a 120°C; Impiegabile anche in parti di pompe e di condensatori e cuscinetti poco sollecitati (in quanto la durezza risulta essere modesta).

    In ambiente nautico tale tipologia di lega viene utilizzata per costruire camicie di alberi portaeliche.

    La specifica di tale lega è la B Zn 7 UNI 1701.

 

 

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B Zn 2 UNI 7013 

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

88 8.5-11 1-3 1.3-1.5 1 27-30 14-17 7-10 80-90

 

    Utilizzato per Flange per tubi - Parti da saldare

    La specifica di tale lega è la B Zn 2 UNI 7013.

 

 

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B Zn 4 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

86 10 4 - - 20 10 10 65

 

    Tale lega conosce un grande impiego per costruzioni meccaniche ed apparecchiature elettriche in generale; parti a pareti sottili e complicate come, ad esempio, casse di pompe e recipienti soggetti a pressione di vapore saturo (fino a 225°C).

    Utile anche per valvole e saracinesche, accessori per tubazioni e altri conodotti per fluidi caldi (fino a 225°C) e camicie di alberi.

    La specifica di tale lega è la B Zn 4 UNI 1701. 

 

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Bronzi al Piombo

   

 L’aggiunta di piombo si rende necessaria quando si ha bisogno di un fluido con elevata fluidità.

 

 

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B Pb 5 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

85 5 5 5 - 15-30 8-12 14-21 65-80

 

    Lega particolarmente adatta per boccolame di vario genere e per elementi fortemente caricati (bussole e supporti, impiegati nei laminatoi a freddo).

    La specifica di tale lega è la B Pb 5 UNI 1701.

 

 

INDICE

 

 B Pb 12 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

80 8 - 12 - 15 - 8 60

 

    Cuscinetti adatti per alte pressioni superficiali (ad es.: laminatoi a freddo).

    La specifica di tale lega è la B Pb 12 UNI 1701.

 

 

INDICE

 

B Pb 4 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

86 10 - 4 - 18 - 15 70

 

    Lega utilizzata per cuscinetti per laminatoi a caldo. Impiegabile anche macchine elettriche. La specifica di tale lega è la B Pb 4 UNI 1701.

 

 

INDICE

 

Bs Pb 15 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

76 8 - 15 1 15 - 5 60

 

    Bronzo impiegato per la realizzazione di cuscinetti adatti per velocità e sollecitazioni elevate.

    La specifica di tale lega è la BS Pb 15 UNI 1701.

 

 

 

INDICE

 

Bs Pb 8 UNI 1701

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

84 7 - 8 1 19 - 6 65

 

    Lega bronzea per impieghi classici quali parti di macchinario (boccole ed ingranaggi).

La specifica di tale lega è la Bs Pb 8 UNI 1701.

 

 

 

Composizione chimica caratteristica Prove di trazione

Durezza Brinnel

Hb

 

Cu% Sn% Zn% Pb% Ni%

Carico di rottura a trazione

R kg/mm2

Carico di snervamento

Rs kg/mm2

Allungamento

A minimo %

80 10 - 7 3 20 - 6 80

 

    Cuscinetti adatti per velocità e sollecitazioni elevate.

 

INDICE

 

 

Bronzi nell’industria galvanica

 

    Ecco ora un esempio di particolare lega bronzea detta “Bronzo bianco”.

 

    La recente messa al bando, da parte della Comunità Europea, di oggettistica il cui rilascio di nichel è superiore a 0,5 mg/cm2 settimana (quantitativo capace di far insorgere forti reazioni allergiche in soggetti predisposti) ha provocato la necessità di trovare un'alternativa a questo metallo nei rivestimenti.

 

    Il nickel, infatti, depositato per via galvanica produce superfici estremamente lucenti e gradevoli alla vista e, per tale motivo, era largamente utilizzato in ambiente orafo come metallo atto a simularne altri ben più preziosi. Tale impedimento ha generato non pochi scompensi alle aziende galvaniche in quanto non si trova un metallo che, come il nichel, sia in grado di produrre depositi di grande brillantezza e notevole capacità di livellamento a prezzo contenuto.

 

    Si tratta quindi di trovare un processo in grado di realizzare un deposito elettrochimico esente da nickel ma che deve possedere, possibilmente, la stessa brillantezza e capacità di livellamento. La soluzione è stata trovata grazie al deposito di una lega quaternaria di rame-zinco-stagno-piombo in grado di produrre depositi sia di colore giallo-oro sia di colore bianco brillante come il palladio.

    Tale particolare tipologia di lega è detta, appunto, bronzo bianco e viene depositata per via elettrochimica ottenendo superfici compatte con densità da 8.0 a 8.5 g/cm3 e durezza pari a 500 HV. Gli indubbi vantaggi della bronzatura sono:

 

 

L’impiego del bronzo bianco in questo particolare settore, tuttavia, non è esente da problematiche quali:

INDICE

 


Bibliografia


Bib-TS-014 - Aldigheri P. Le leghe bronzee e le loro applicazioni, Università di Trento, 2003
Bib-TS-076 - Mark Pollard and Carl Heron,  Archaeological Chemistry. The Royal Society of Chemistry (1996)
Bib-TS-079 - Mauro Matteini e Arcangelo Moles, La Chimica del Restauro. Nardini Editore (1989)
Bib-TS-080 - J.B.Lambert Traces of the Past. Helix Book (1997)

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