rame e leghe di rame metallografia
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Corso AIM: Metallografia
ing. Vincenzo Loconsolo
Milano 23 settembre 2014
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Istituto Italiano del RameA Copper Alliance member
È un’associazione senza scopo di lucro per la
promozione tecnica del rame e delle sue leghe
e la divulgazione scientifica delle caratteristiche
tecnologiche.
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Il rame e le sue leghe
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Il rame e le sue leghe
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Idrometallurgia del rame
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Il rame e le sue leghe
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Il rame e le sue leghe
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Cavi elettrici
e telefonici
Filo di rame trafilato
Conduttori nudi Trolley
Il rame e le sue leghe
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Il rame e le sue leghe
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Il rame e le sue leghe
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Il rame e le sue leghe
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Il rame e le sue leghe
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Conduttività termica
Metallo o lega Conduttività Wm-1C-1 %
Argento 420 115
Rame 364 100
Oro 299 82
Alluminio 210 58
Bronzo 58 65 17
Ottone 70 116 1932
Zinco 110 30
Nickel 58 65 17
Stagno 64 18
Acciaio 29 105 829
Titanio 16 5
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Metallo o lega Resistività mm2 m-1 Conduttività %
Argento 0,0164 107
Rame 0,0173 0,0179 100
Oro 0,023 0,024 75
Alluminio 0,0276 0,033 58
Zinco 0,06 0,07 27
Ottone 0,06 0,08 25
Bronzo 0,05 0,1 23
Nickel 0,078 0,11 19
Stagno 0,11 0,12 15
Acciaio 0,10 0,25 10
Resistività elettrica
| Corso AIM: Metallografia14
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Potenziale elettrochimico:
Cu2+ + 2e- Cu 0,337 V
metallo “nobile”
OTTIMA RESISTENZA ALLA CORROSIONE
ATMOSFERICA, IN ACQUA DOLCE E CON
NUMEROSE ALTRE SOSTANZE
Resistenza alla corrosione
| Corso AIM: Metallografia15
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Plastica
• Stampaggio
• Imbutitura
• Forgiatura
• Tornitura a lastra
• Martellatura
Lavorabilità
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• Pressocolata
• Getti da colata
Lavorabilità
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Alle macchine utensili
• fresatura
• tornitura
• foratura
• alesatura
• rettifica
• …
Lavorabilità
| Corso AIM: Metallografia18
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• rame (leghe con Cu > 99,40 %)
• rame bassolegato
• ottoni binari (Cu - Zn)
• ottoni ternari (al Pb)
• ottoni speciali
• ottoni leghe Cu - Zn
Il rame e le sue leghe
| Corso AIM: Metallografia19
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• bronzi (Cu - Sn)
• bronzi all’alluminio
• bronzi al silicio
• cupronickel (Cu - Ni)
• alpacche (Cu - Ni - Zn)
Il rame e le sue leghe
| Corso AIM: Metallografia20
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Il rame e le sue leghe
| Corso AIM: Metallografia21
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Influenza degli elementi di lega
| Corso AIM: Metallografia22
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Influenza degli elementi di lega
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Influenza degli elementi di lega
| Corso AIM: Metallografia24
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Influenza degli elementi di lega
| Corso AIM: Metallografia25
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La metallografia in ambito industriale è utilizzata per prevedere il comportamento del materiale in lavorazioni successive e per valutare le caratteristiche dei prodotti finali
Occorre distinguere due differenti tipi di analisi:
• macrografica
• micrografica
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia26
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Macrografia:
si utilizza per analizzare grossolanamente la struttura cristallina di un getto.
Permette di valutare difetti quali porosità, criccature, inclusioni, ecc. che potrebbero danneggiare lavorazioni successive.
L’esame si esegue a vista senza particolari ingrandimenti
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia27
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Viene eseguito allo scopo di valutare il materiale destinato a successive lavorazioni come ad esempio le billette da estrudere o le placche da laminare, ecc.
Strutture cristalline indesiderate potrebbero ostacolare le lavorazioni.
In seguito ai sistemi di colata continua e semicontinua è diventata meno importante.
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia28
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Metallografia
| Corso AIM: Metallografia29
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Micrografia:
si utilizza per analizzare la struttura cristallina su materiali lavorati plasticamente o che hanno subito trattamenti termici.
Permette di evidenziare le differenti fasi metalliche
Si usa il microscopio metallografico con ingrandimenti da 50 a 200 (se necessario anche maggiori)
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia30
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Viene eseguita per valutare la struttura cristallina del materiale.
La struttura cristallina influenza tre aspetti:
• caratteristiche meccaniche del materiale;
• suscettibilità, in particolare per le leghe, a specifiche forme di corrosione;
• lavorabilità alle macchine utensili per gli ottoni “secchi”.
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia31
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MetallografiaCuZn20Ni5
| Corso AIM: Metallografia32
ricotto deformato a freddo
33% 66%
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• Distensione o normalizzazione
• Ricottura
• Omogeneizzazione
• Solubilizzazione
• Invecchiamento
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia33
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E’ un metallo puro.
I trattamenti hanno l’unica funzione di modificare la struttura cristallina e quindi le caratteristiche meccaniche
Necessari nei cicli di lavorazione a freddo
Stati fisici dei prodotti finiti
I trattamenti termici su rame
| Corso AIM: Metallografia34
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Modificare la struttura cristallina per modificare le
caratteristiche meccaniche
Evitare disuniformità di composizione chimica
Ottimizzare processi produttivi
Migliorare la resistenza alla corrosione
I trattamenti termici sulle leghe
| Corso AIM: Metallografia35
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Ottenere specifiche caratteristiche, in particolare
durezza superficiale e resistenza meccanica con
una limitatata riduzione della conduttività.
Esempi tipici:
• leghe rame – cromo per usi elettrici
• leghe rame – berillio per utensili antiscintillio
I trattamenti termici su leghe speciali
| Corso AIM: Metallografia36
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I trattamenti termici su rame
| Corso AIM: Metallografia37
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Distensione o normalizzazione:
ha la funzione di eliminare o ridurre le tensioni interne senza modificare in modo rilevante le caratteristiche meccaniche.
Le tensioni sono generalmente prodotte da:
- deformazioni plastiche a freddo,
- saldature
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia38
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Ricottura:
ha la funzione di ripristinare le caratteristiche di duttilità e malleabilità del metallo.
Ha anche la funzione di regolare le dimensioni del grado cristallino in funzione di particolari finiture superficiali (pulitura, lucidatura, ecc.).
E’ utilizzata all’interno dei cicli di lavorazione e per ottenere semilavorati indifferenti stati metallurgici.
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia39
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Omogeneizzazione:
ha la funzione di ridurre le segregazioni di elementi di lega o di fasi metallurgiche prodotte dal normale raffreddamento del ciclo produttivo.
E’ utilizzata soprattutto per migliorare la lavorabilità di billette o placche.
E’ talvolta utilizzata su getti per modificare la durezza superficiale o la duttilità
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia40
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Solubilizzazione:
E’ un trattamento “intermedio” per ottenere l’indurimento per precipitazione
Permette lavorazioni meccaniche impossibili o difficoltose dopo l’indurimento
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia41
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Invecchiamento:
Dopo la solubilizzazione, ed eventuali lavorazioni meccaniche, si riscalda nuovamente la lega.
L’invecchiamento, ed il conseguente indurimento, è provocato dal separarsi di un costituente della lega sotto forma di finissimi precipitati che impediscono o riducono lo scorrimento delle dislocazioni.
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia42
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Indurimento spinodale:
Nel corso del raffreddamento invece che formarsi precipitati si ha una segregazione chimica finissima che provoca a sua volta una rilevate variazione di miscibilità in soluzione solida
Tipicamente leghe CuNiSn
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia43
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Indurimento per riordino strutturale:
Si ha il riordino di una modesta entitò degli atomi di soluto nella matrice di rame, ciò impedisce il movimento delle dislocazioni.
Tipicamente su Bronzi all’alluminio e Ottoni all’alluminio.
I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia44
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia45
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia46
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia47
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia48
Imbutitura profonda:
cappuccio per penna
stilografica
Ottone CuZn30
ricotto
grano cristallino
0,015 – 0,020
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I trattamenti termici su rame
| Corso AIM: Metallografia49
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I trattamenti termici su leghe
| Corso AIM: Metallografia50
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I trattamenti termici su leghe
| Corso AIM: Metallografia51
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I trattamenti termici su leghe
Cu Zn| Corso AIM: Metallografia52
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I trattamenti termici su leghe
Struttura disordinata
Struttura ordinata
| Corso AIM: Metallografia53
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia54
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia55
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I trattamenti termici
| Corso AIM: Metallografia56
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I trattamenti termici su leghe
| Corso AIM: Metallografia57
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UNI EN ISO 2624. Rame e leghe di rame. Valutazione della dimensione dei grani.
Descrive 3 metodi:
metodo per confronto
metodo dell’intercetta
metodo planimetrico
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia58
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UNI EN ISO 2624. Metodo per confronto:
mediante confronto diretto dell’immagine di una micrografia di una provetta con una serie di immagini tipo.
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia59
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UNI EN ISO 2624. Metodo dell’intercetta:
mediante il conteggio del numero di grani intercettati da una o più linee rette sufficientemente lunghe da dar luogo ad almeno 10 intercette per linea e almeno 50 intercette per tutte le linee.
Per strutture non equiassiali le misure devono essere eseguite su sezioni longitudinali e trasversali.
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia60
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UNI EN ISO 2624. Metodo planimetrico:
mediante conteggio del numero di grani che vengono a trovarsi in una area nota (di solito 5.000 mm2) utilizzando un ingrandimento che permetta di contare almeno 50 grani
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia61
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Metallografia
| Corso AIM: Metallografia62
Ingrandimento 75X
Diametro medio del
grano: 0,200 mm
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Metallografia
| Corso AIM: Metallografia63
Diametro medio del
grano: 0,050 mm
Ingrandimento 75X
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Metallografia
| Corso AIM: Metallografia64
Diametro medio del
grano: 0,005 mm
Ingrandimento 75X
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L’aspetto corrosionistico è importante sia per una valutazione preventiva della resistenza della lega in particolari ambienti sia in caso di fenomeno avvenuto come accertamento della/e causa/e.
Metallografia
| Corso AIM: Metallografia65
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Le leghe di rame (con 20-40 % di Zn) con tensioni interne ne sono soggette in ambienti debolmente corrosivi (es. residui ammoniacali)
Anche ambienti con mercurio, nitriti e nitrati.
Elementi come P, As, Mg, Te, Sn, Be, Mn diminuiscono la suscettibilità
Season Cracking
| Corso AIM: Metallografia66
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Le tensioni possono essere applicate:
• per carichi esterni o per costruzione(rivettatura, bullonatura, saldatura)
• residue dopo lavorazioni plastiche (ad es. deformazioni disuniformi per piegatura a freddo)
• per sforzi indotti da ritiri differenziali nel raffreddamento di un pezzo sottoposto a trattamento termico.
Season Cracking
| Corso AIM: Metallografia67
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Season Cracking
| Corso AIM: Metallografia68
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Dezincificazione
La dezincificazione è una dissoluzione selettiva dell’ottone, che “perde” lo zinco.
Si verifica in acque ricche di ossigeno e CO2, se le acque sono calme o poco mosse.
Ottoni con meno del 15% di Zn esenti. Negli ottoni alfa+beta viene attaccata prima la fase beta (più ricca in Zn).
Elementi come P, As, Sb anche in tracce inibiscono la dezincificazione.
L’ottone ammiragliato è inibito con lo Sn (1%).
| Corso AIM: Metallografia69
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Leghe anti-dezincificazione
As
(min-max%)
P
(max %)
CuZn20AlAs 0,02-0,06 0,01
CuZn28Sn1As 0,02-0,06 0,01
CuZn30As 0,02-0,06 0,01
CuZn32Pb2AsFeSi 0,03-0,08 -
CuZn36PbAs 0,02-0,15 -
| Corso AIM: Metallografia70
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Dezincificazione
La determinazione della profondità di dezincificazione si esegue con le metodologie della EN ISO 6509.
| Corso AIM: Metallografia71
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Dezincificazione
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Dezincificazione
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Ottoni antidezincificazione
ottone
dezincificato
(? #*#!!!????)
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Ottoni al piombo
75
Pb non forma soluzioni solide con Cu-Zn, si
distribuisce ai bordi dei grani.
2-3% di Pb migliora la lavorabilità: i trucioli
sono corti o polverosi e non “impastano” le
macchine utensili, che sono anche meno
usurate.
Migliori operazioni di finitura
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Influenza del Pb sulla lavorabilità
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Influenza del Pb sulla lavorabilità
77
CuZn36Pb3
Billetta per
produzione di
barre
Scale Line
Length ~ 50
microns
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Influenza del truciolo
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Influenza del truciolo
79| Corso AIM: Metallografia
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La forma del truciolo
80
a spillo
CuZn39Pb3
a barrette
CuZn38Pb2
a riccioli-
barrette
CuZn36Pb3
elicoidali
CuZn37
a nastro
CuZn15
spiraliformi
CuZn37Pb0,5
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