Caratteristiche del rame e leghe utilizzate in metallurgia

Fig. 1 - il rame

Il rame è il primo elemento del gruppo IB del sistema periodico. Ha numero atomico 29, peso atomico 63,546 uma e simbolo chimico Cu che deriva dal latino cuprum, a sua volta derivato dal nome dell'isola di Cipro (Cyprum) in cui, in epoca romana, veniva estrata la maggiorparte del materiale.
La sua struttura molecolare è cubica a facce centrate.

È stato il primo metallo adoperato dagli uomini e ha dato il nome ad un era preistorica che ha segnato il passaggio alla metallurgia, detta appunto età del rame. Questa viene indicata tra il V e il III millennio a.C., ma in Turchia sono stati rinvenuti manufatti in rame risalenti al 10000 a.C. In effetti, dallo studio dei reperti archeologici, emerge che l'evoluzione da un'era all'altra si è verificata in tempi notevolmente differenti tra zona e zona.

Estrazione del rame

Il rame è un elemento largamente diffuso in natura sottoforma di una larga gamma di minerali che ne contengono un tenore più o meno alto. Le due classi pincipali sono i minerali ossidati e i meno pregiati solfuri. I minerali ossidati, come la cuprite e la tenorite, hanno elevato tenore di rame, sono di facile lavorazione e possono essere ridotti direttamente a rame metallico per riscaldamento con carbone in forno. I solfuri, invece, come la calcopirite e la calcocite, contengono percentuali di rame inferiori allo 2% e necessitano di un processo di estrazione più complesso.

Proprietà fisiche

Il rame ha colore rossastro e lucentezza metallica. Fonde a circa 1083,5°C e bolle a 2567°C. Ha durezza pari a 3; caratteristiche di duttilità, malleabilità e buona conducibilità termica ed elettrica, rispetto alla quale è secondo solo all'argento.

Le leghe del rame

Il rame si mescola con facilità con molti elementi, con esso sono state formate più di 1000 leghe differenti, molte delle quali hanno riscontrato largo interesse tecnologico. La combinazione con altri elementi può modificare le caratteristiche di lavorabilità a caldo e a freddo del metallo, il suo carico di rottura a trazione, la resistenza alla fatica e la resistenza all'usura.
La lega più nota del rame è l'ottone, la cui composizione presenta, oltre al rame, percentuali di zinco variabili tra il 5 e il 40%. L'ottone possiede un elevato carico di rottura a trazzione, buone caratteristiche di durezza e resistenza all'usura. L'aggiunta di una quantità di piombo tra lo 0,5 e il 3% permette di ottenere un ottone speciale con caratteristiche di lavorabilità superiori. Mentre l'ottone che contiene il 30-40% di zinco e l'1% di stagno ha un'elevata resistenza alla corrosione.

L'argentone è un'altra lega largamente utilizzata come materia prima per articoli di bigiotteria, posateria e vasellame. È composta da rame (55-65%), nichel (10-18%) e zinco (17-27%).

Il bronzo fosforoso viene ottenuto aggiungendo a leghe di rame e stagno (fino al 10%), piccole quantità di fosforo (fino a 0,035%). Si ottiene una lega con elevata resilienza, durezza, resistenza a fatica e resistenza alla corrosione. Tali prorietà la rendono adatta all'uso per molle e diaframmi.

Il bronzo silicioso, la cui composizione prevede il 95-96% di rame, l'1-3% di silicio e piccole quantità di altri alliganti (piombo, stagno, zinco, manganese, ferro, nichel) è robusto come l'acciaio temprato e ha un 'elevata resistenza alla corrosione. Viene usato nella produzione di componenti di impianti chimici che debbono venire in contatto con elementi corrosivi.

I bronzi di alluminio e rame contengono il 5-12% di alluminio e, a volte zinco e silicio. Sono resistenti alla corrosione e hanno buone qualità di rubustezza, durezza e resistenza all'usura. Sono utilizzati per il trasporto di liquidi corrosivi come l'acqua calda salata negli impianti di raffineria del sale.

Le leghe al rame berillio, con il 2% di berillio, hanno un'elevata resistenza alla corrosione ed un elevato carico di rottura a trazzione, un elevta resistenza alla fatica e all'usura. Esse trovano larga applicazione nei casi in cui è necessrio un forte carico unitario e per la fabbricazione di attrezzi che non formino scintille.