Ottone vs. Bronzo vs. Rame: Le loro principali differenze

Per secoli, il rame, l'ottone e il bronzo hanno svolto un ruolo importante nella storia dell'umanità. Vale la pena notare che tutti e tre i materiali sono altamente riciclabili, riducendo la necessità di estrazione e contribuendo alla sostenibilità ambientale. Questi metalli sono spesso raggruppati come "metalli rossi" a causa delle loro comuni tonalità rossastre, che possono generare confusione, soprattutto quando si distingue tra bronzo e rame.

Abbiamo quindi creato questo articolo per fare chiarezza su queste differenze. Il nostro obiettivo è quello di aiutarvi a comprendere le distinzioni tra questi metalli in modo chiaro e diretto. Esplorando le loro proprietà uniche, le loro applicazioni e i loro vantaggi comparativi, sarete meglio attrezzati per prendere decisioni informate sul progetto. Iniziamo quindi la nostra esplorazione di questi metalli preziosi e senza tempo.

Che cos'è l'ottone?

L'ottone è una lega non ferrosa costituita principalmente da rame e zinco. Anche altri elementi come alluminio, ferro, silicio, manganese, piombo, stagno, ecc. presentano varie proprietà in piccole proporzioni. Tuttavia, la maggiore concentrazione di zinco rende questa lega solida e duttile.

Che cos'è il rame?

A differenza dell'ottone e del bronzo, il rame è un metallo di transizione puro e non ferroso. È possibile utilizzarlo direttamente per la lavorazione nelle industrie. Tuttavia, le sue leghe possono essere formate mescolandolo con altri metalli raffinati. Tra le varie proprietà eccellenti del rame, la più importante è la sua capacità di combattere i batteri.

Che cos'è il bronzo?

Il bronzo è una lega di colore oro opaco composta da una quantità eccessiva di rame (88%) e stagno (12). Per questo motivo è noto anche come lega a base di rame. Il metallo di bronzo è utilizzato principalmente nelle costruzioni, nelle applicazioni industriali, nelle medaglie e negli strumenti musicali.

Ottone vs. Bronzo vs. Rame: Confronto approfondito

Composizione

L'ottone è una lega non ferrosa composta principalmente da rame e zinco. Possono essere presenti piombo, ferro, silicio, alluminio, manganese o altri elementi. Allo stesso tempo, il bronzo è una lega di rame grazie a quantità variabili di rame e stagno. Anche nichel, fosforo, alluminio e zinco possono far parte della lega di bronzo.

Tuttavia, il rame è un metallo presente in natura, a differenza dell'ottone e del bronzo, spesso presenti nella loro forma pura, quasi al 99,9%.

Colore

Un'altra distinzione tra ottone, bronzo e rame è il loro colore. In genere, il colore dell'ottone è giallo-oro, il che lo rende adatto alla rubinetteria. Allo stesso tempo, il bronzo presenta un colore quasi bruno-rossastro. Tuttavia, il colore del rame è molto simile a quello del bronzo. L'unica differenza sta nella tonalità, poiché quella del rame è particolare e relativamente fresca. In confronto, la tonalità del bronzo è relativamente opaca.

Confronto in base alle proprietà

Proprietà meccaniche

• Rigidità

Per quanto riguarda la rigidità, il bronzo presenta caratteristiche superiori a questi tre metalli. Il bronzo, grazie alla sua composizione di rame e stagno, è noto per la sua notevole rigidità e resistenza alla deformazione sotto sforzo meccanico. Il rame, pur essendo un materiale malleabile e duttile, non è rigido come il bronzo, il che lo rende meno adatto ad applicazioni che richiedono un'elevata rigidità. L'ottone, con la sua componente in lega di zinco, si colloca tra il rame e il bronzo in termini di rigidità.

• Durezza

Per differenziare la durezza di tre metalli, il punteggio della scala di durezza Brinell è il più adatto. Secondo questa scala, la durezza del rame è pari a 35, quella dell'ottone è compresa tra 55 e 73 e quella del bronzo tra 40 e 420. I valori determinano che il bronzo è il metallo più duro in assoluto. I valori determinano che il bronzo è il metallo più duro in assoluto. Di conseguenza, è più soggetto a fratture o crepe.

• La robustezza

In termini di tenacità, il rame, essendo un metallo altamente duttile e malleabile, ha una buona tenacità. Può deformarsi in modo significativo prima di fratturarsi. Ciò è vantaggioso in applicazioni come il cablaggio elettrico, dove la flessibilità e l'elasticità sono più importanti della durezza.

L'ottone, pur essendo meno malleabile del rame a causa dell'inclusione dello zinco, offre comunque una discreta tenacità. Può sopportare un certo grado di deformazione prima di rompersi, il che lo rende adatto ad applicazioni in cui è richiesto un equilibrio tra la tenacità e altre proprietà come la resistenza alla corrosione.

Il bronzo, grazie alla sua composizione in lega di rame e stagno, possiede spesso un elevato livello di tenacità. Può assorbire una notevole energia prima di fratturarsi, il che lo rende una scelta preferenziale nelle applicazioni in cui la resistenza e la tenacità sono fondamentali, come nella costruzione di cuscinetti, sculture e attrezzature marine.

• Resistenza o resistenza torsionale

La resistenza è un'altra proprietà chiave in cui rame, ottone e bronzo si differenziano. Il rame, sebbene sia apprezzato per la sua conducibilità elettrica, come abbiamo detto, è il meno resistente tra i tre. L'ottone, grazie alla sua componente in lega di zinco, presenta una maggiore resistenza alla trazione rispetto al rame puro. Tuttavia, il bronzo, con la sua composizione di rame e stagno, si distingue come il più forte del trio.

Ciò rende il bronzo la scelta preferita nelle applicazioni che richiedono una robusta resistenza, mentre l'ottone bilancia la resistenza con altre proprietà desiderabili. Il rame, pur essendo meno intenso, è comunque utile nelle applicazioni in cui la conducibilità elettrica e la flessibilità hanno la precedenza sulla forza grezza.

• Resistenza alla flessione

La resistenza alla flessione si riferisce alla capacità di un materiale di resistere alle forze che tentano di deformarlo per flessione. Tra l'ottone, il rame e il bronzo, il bronzo presenta in genere la maggiore resistenza alla flessione. L'aggiunta di stagno alla lega rame-stagno del bronzo ne aumenta la capacità di resistere alla deformazione quando è sottoposto a forze di flessione.

• Resistenza alla fatica

Quando si confrontano ottone, rame e bronzo per quanto riguarda la resistenza alla fatica, il bronzo dimostra spesso la resistenza alla fatica più elevata. Questa maggiore resistenza alla fatica può essere attribuita alla lega di rame e stagno presente nel bronzo. Il rame, a causa della sua intrinseca duttilità e malleabilità, presenta generalmente una resistenza a fatica inferiore.

• Resistenza alla compressione

La resistenza alla compressione si riferisce alla capacità di un materiale di resistere alle forze che tendono a comprimerlo o schiacciarlo. Anche in questo caso, il bronzo si distingue spesso come il materiale con la maggiore resistenza alla compressione tra i tre. Il rame, pur essendo moderatamente resistente alla compressione, ha in genere una resistenza alla compressione inferiore a quella del bronzo.

• Strisciante

La resistenza allo scorrimento è la capacità di un materiale di resistere alla deformazione sotto carico o sollecitazione costante, soprattutto a temperature elevate. Il bronzo offre una buona resistenza allo scorrimento. Il rame e l'ottone sono meno resistenti allo scorrimento, il che significa che sono più inclini alla deformazione graduale se sottoposti a sollecitazioni prolungate a temperature elevate.

• Resistenza alla trazione e allo snervamento

La resistenza alla trazione è necessaria quando un materiale supera il carico massimo senza subire fratture. A questo scopo, il bronzo è in grado di sopportare il carico massimo senza supporto, il che lo rende perfetto per i processi in cui è richiesta la resistenza del materiale. Può avere una resistenza alla trazione compresa tra 350 e 635 MPa.

Inoltre, l'ottone può sopportare una resistenza alla trazione compresa tra 338 e 469 MPa. Il rame, invece, ha la resistenza più bassa, pari a 210 MPa. Il punto massimo in cui si verifica la deformazione del materiale è la resistenza allo snervamento. Pertanto, il bronzo ha una resistenza massima allo snervamento di 125 e 800 MPa, superiore a quella del rame e dell'ottone. D'altra parte, il rame ha la resa più bassa, circa 33,3 MPa, mentre l'ottone può resistere da 95 a 124 MPa.

Proprietà fisiche

• Densità

Il rame, essendo un metallo elementare puro, ha una densità relativamente elevata. La sua densità è di circa 8,92 grammi per centimetro cubo (g/cm³). Ciò rende il rame un materiale relativamente pesante, che è essenziale considerare nelle applicazioni in cui il peso è un problema. La densità dell'ottone si colloca tra quella del rame e dello zinco. A seconda della composizione specifica dell'ottone, la sua densità varia in genere da 8,4 a 8,73 g/cm³. L'ottone si colloca quindi in una fascia intermedia in termini di densità. Anche il bronzo rientra in un intervallo di densità simile a quello dell'ottone, in genere tra 8,5 e 8,8 g/cm³. Condivide un profilo di densità simile a quello dell'ottone.

• Punto di fusione

Il punto di fusione dei metalli determina la loro formabilità. I materiali con un basso punto di fusione sono relativamente facili da formare. Tra ottone, bronzo e rame, il bronzo ha il punto di fusione più basso, il che lo rende il materiale più formabile.

• Punto di fusione del rame: 1085°C
• Punto di fusione dell'ottone: 927°C
• Punto di fusione del bronzo: 913°C

• Conduttività termica

La capacità del materiale di condurre il calore è nota come conduttività termica. Il bronzo ha la più alta conducibilità termica, compresa tra 229 e 1440 BTU/hr-ft²-°F. Il rame, invece, ha una conducibilità termica di 223 BTU/hr-ft²-°F. La conducibilità termica dell'ottone, invece, è di 64 BTU/hr-ft²-°F.

• Conducibilità elettrica

Il rame è uno dei tre materiali più conosciuti per quanto riguarda l'uso elettrico dei materiali nelle industrie. Il rame ha una conducibilità elettrica di quasi 100%, che lo rende l'opzione più affidabile per il cablaggio elettrico. Tuttavia, l'ottone ha una conducibilità di sole 28% rispetto al rame. Il bronzo ha una conducibilità elettrica di circa 15%, la più bassa.

• Espansione termica

L'espansione termica è una delle altre proprietà più importanti: il rame è noto per il suo coefficiente di espansione termica relativamente alto. Quando viene riscaldato, il rame si espande in modo significativo. L'ottone, una lega di rame e zinco, eredita alcune delle caratteristiche di espansione termica del rame.

Tuttavia, l'aggiunta di zinco riduce leggermente il coefficiente di espansione termica rispetto al rame puro. Il bronzo si colloca in una fascia simile a quella dell'ottone in termini di espansione termica. Anche il suo coefficiente di espansione termica è leggermente inferiore a quello del rame puro.

Proprietà chimiche

• Resistenza alla corrosione

Quando si confrontano i metalli, la resistenza alla corrosione è il parametro più critico. In genere, il bronzo è il metallo più resistente alla corrosione rispetto all'ottone e al rame. Questo perché si ossida quando è esposto all'aria e forma uno strato difensivo per resistere agli ambienti difficili, soprattutto all'acqua marina.

Come il bronzo, anche il rame forma uno strato schermante durante l'ossidazione, offrendo un'eccellente resistenza alla corrosione. Tuttavia, se il rame contenuto in entrambe le leghe (bronzo e rame) è esposto a composti di cloro, può subire una degradazione. Al contrario, l'ottone è la lega meno resistente alla corrosione. I tipi di ottone che contengono una buona quantità di manganese sono più resistenti alla corrosione di altri.

• Resistenza all'ossidazione

La resistenza all'ossidazione è la proprietà che può determinare differenze significative tra rame, ottone e bronzo. Il rame è soggetto all'ossidazione se esposto all'aria e all'umidità. Con il tempo si forma una patina verdastra che, pur offrendo una certa protezione, non lo rende altamente resistente all'ossidazione.

Se parliamo di corrosione dell'ottone, invece, incorpora nella sua composizione lo zinco, che ne aumenta la resistenza alla corrosione e all'appannamento. L'ottone è più resistente all'ossidazione del rame. Il bronzo tende a eccellere nella resistenza all'ossidazione, superando sia il rame che l'ottone. La presenza di stagno nel bronzo fornisce una solida protezione contro l'ossidazione e la corrosione, che lo rende un materiale preferito per le applicazioni esposte a condizioni ambientali difficili.

• Stabilità chimica

In termini di stabilità chimica, tutti e tre i materiali dimostrano un'ottima resistenza alle reazioni chimiche e alla corrosione in condizioni ambientali normali. Il rame presenta un'elevata stabilità chimica, mentre l'ottone e il bronzo, in quanto leghe di rame con zinco e stagno, ereditano una buona stabilità chimica.

• Stabilità termica

Per quanto riguarda la stabilità termica, il bronzo è il materiale più resistente al calore tra rame e ottone. Pur rimanendo termicamente stabili a temperature normali, il rame e l'ottone hanno punti di fusione inferiori rispetto al bronzo, che può sopportare temperature più elevate senza subire deformazioni o rammollimenti significativi.

Proprietà di elaborazione

• Prestazioni di casting

Le prestazioni di fusione, considerate una proprietà cruciale, variano tra queste tre leghe. Il rame, noto per la sua elevata conducibilità termica, consente di realizzare fusioni dettagliate e raffinate, rendendolo una scelta per applicazioni artistiche e decorative. L'ottone offre un equilibrio tra malleabilità e durata. Il bronzo, invece, con la sua composizione rame-stagno, eccelle nella fusione di componenti intricati e precisi.

• Prestazioni di forgiatura

La forgiatura è nota come la capacità di un metallo di resistere alla modellazione e alla formatura attraverso il calore e la pressione. Il rame possiede buone prestazioni di forgiatura. Può essere facilmente forgiato in una varietà di forme senza subire cricche o deformazioni significative, il che lo rende adatto ad applicazioni che richiedono un'ampia sagomatura.

Anche l'ottone offre discrete capacità di forgiatura, combinando la malleabilità del rame con la forza aggiuntiva dello zinco. Ma le prestazioni di forgiatura del bronzo sono eccellenti. La presenza di stagno aumenta la sua capacità di resistere al processo di forgiatura, consentendo di ottenere una modellatura precisa e dettagli intricati.

• Trattamenti termici

Il rame non è generalmente trattabile termicamente nel senso tradizionale del termine. Non risponde bene ai processi di trattamento termico e le sue proprietà rimangono invariate quando viene esposto al calore, mentre l'ottone non è anch'esso tipicamente trattabile termicamente.

Sebbene i singoli componenti, rame e zinco, possano essere trattati termicamente separatamente, la lega di ottone risultante non mostra cambiamenti significativi nelle sue proprietà attraverso il trattamento termico. Il bronzo, invece, presenta un certo livello di trattabilità termica, soprattutto quando sono coinvolti elementi di lega aggiuntivi o composizioni specifiche di bronzo.

• Formabilità

Grazie all'elevata flessibilità del rame, ha un'eccellente formabilità che non può essere danneggiata dalla deformazione plastica. Pertanto, con il rame è più facile realizzare fili di dimensioni micrometriche. Anche l'ottone presenta una buona formabilità. Tuttavia, il bronzo ha una formabilità estremamente bassa a causa della sua durezza.

• Saldabilità

La capacità di unire materiali diversi è definita saldabilità. Il rame, essendo privo di ossigeno, può essere facilmente saldato. Pertanto, ha un'elevata saldabilità rispetto all'ottone. Il rame può essere saldato utilizzando TIG o MIG tecniche di saldatura.

Tuttavia, per saldare le leghe di ottone si possono usare TIG, MIG e saldatura ad argento. Se la lega di ottone contiene meno di 20% di zinco, ha un'elevata saldabilità. Se invece contiene più di 20% di zinco, ha una bassa saldabilità.

Tra le altre leghe di bronzo, il bronzo al silicio è probabilmente il più facile da saldare, poiché ha circa 3% di silicio e 1% di manganese. Altrimenti, è difficile saldare il bronzo a causa della sua durezza.

• Lavorabilità

In lavorazioneÈ necessario un metallo in grado di resistere alle sollecitazioni e con una maggiore flessibilità. Per questo motivo, il rame è più flessibile dell'ottone e del bronzo. Può sopportare processi di lavorazione grazie alla sua flessibilità e all'elevata elasticità.

In confronto, l'ottone è meno flessibile, il che rende più difficile il processo di lavorazione. Inoltre, il bronzo è il metallo più duro e quindi meno lavorabile.

Ottone vs. Bronzo vs. Rame: Applicazioni

Senza parlare delle applicazioni significative di ciascun metallo, il confronto sarebbe incompleto. Vediamo quindi alcune di esse:

Ottone vs. bronzo vs. rame: Classificazione e gradi disponibili

L'ottone, il bronzo e il rame sono classificati nei seguenti gradi:

Considerazioni chiave per la scelta di una lega metallica adeguata

Dopo aver chiarito le differenze tra rame, ottone e bronzo, il passo successivo è la scelta. La scelta del materiale giusto garantisce risultati di alta qualità nella formazione dei pezzi. Le seguenti considerazioni possono essere utili per prendere una decisione ideale.

• Il budget è il fattore principale nella scelta del materiale per il vostro progetto. Il più costoso dei tre è il rame, mentre l'ottone è il più economico. Pertanto, l'ottone è un'opzione adatta se si è a corto di denaro.
• Prima di acquistarlo, è necessario verificare la lavorabilità del materiale. Il rame è il metallo più lavorabile, quindi potete sceglierlo per godere di un lavoro senza intoppi.
• Infine, bisogna considerare l'applicazione per la quale è necessario il materiale. Ad esempio, se l'esigenza è la conducibilità elettrica, il rame può essere la scelta migliore, mentre il bronzo è ideale per le applicazioni in acqua marina.

Una volta che si conoscono tutti gli aspetti e le caratteristiche di tutti e tre i metalli, cioè ottone, bronzo e rame, distinguere e scegliere tra loro diventa piuttosto facile. Nel complesso, il rame presenta le proprietà più favorevoli. Ma la scelta deve dipendere dall'uso o dall'applicazione. Per scegliere il metallo ideale per il proprio progetto, è necessario ricorrere alle considerazioni critiche riportate sopra.

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Domande frequenti

1. Quale metallo tra ottone, bronzo e rame è il più duro?

Il bronzo tende a essere più duro dell'ottone e del rame grazie alla resistenza aggiuntiva fornita dal suo contenuto di stagno; tuttavia, la durezza esatta varia a seconda della composizione della lega.

2. Perché i prodotti in ottone sono in genere preferiti a quelli in rame?

L'ottone ha sostituito sempre più spesso il rame perché offre una maggiore malleabilità, una maggiore facilità di lavorazione e punti di fusione più bassi rispetto alla sua controparte in rame, consentendo di fondere o modellare in varie forme con maggiore facilità. Inoltre, la sua resistenza alla corrosione e le sue qualità estetiche giocano un ruolo fondamentale.

3. Uno di questi metalli è magnetico: bronzo, ottone o rame?

Il bronzo, l'ottone e il rame sono metalli non ferrosi che non contengono ferro, l'elemento necessario per il comportamento magnetico.

4. Quale tra ottone, bronzo e rame è più conveniente?

L'ottone tende a essere più economico del bronzo e del rame; tuttavia, i prezzi possono variare a seconda delle condizioni di mercato e dei tipi di lega specifici. Il rame tende a essere più costoso a causa della sua maggiore richiesta nelle applicazioni elettriche e della sua superiore conduttività.

5. L'ottone ha senso per la mia applicazione o il rame o il bronzo sono opzioni migliori?

I materiali in ottone, bronzo e rame devono essere scelti in base alle esigenze specifiche delle applicazioni. L'ottone eccelle come raccordi e utensili, mentre il bronzo offre forza e resistenza alla corrosione in ambienti marini; il rame eccelle come materiale per componenti elettrici grazie alla sua elevata conduttività.

6. Il bronzo si crepa o arrugginisce facilmente? Come reagisce se esposto alla luce del sole?

Il bronzo è noto per la sua resistenza e resilienza: raramente si incrina sotto pressione o sviluppa crepe nel tempo. Sebbene il bronzo non arrugginisca come il ferro, l'esposizione prolungata al sole può accelerare lo sviluppo della patinatura, pur essendo innocua per la sua integrità strutturale.