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Corso AIM: Metallografia ing. Vincenzo Loconsolo Milano 23 settembre 2014
81

Rame e leghe di rame metallografia

Jan 19, 2017

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Page 1: 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

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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

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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

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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

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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

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Il rame e le sue leghe

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Influenza degli elementi di lega

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Influenza degli elementi di lega

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Influenza degli elementi di lega

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Influenza degli elementi di lega

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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

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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

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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

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Metallografia

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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

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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

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MetallografiaCuZn20Ni5

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ricotto deformato a freddo

33% 66%

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• Distensione o normalizzazione

• Ricottura

• Omogeneizzazione

• Solubilizzazione

• Invecchiamento

I trattamenti termici

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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

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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

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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

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I trattamenti termici su rame

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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I trattamenti termici

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I trattamenti termici

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I trattamenti termici

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I trattamenti termici su leghe

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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

| Corso AIM: Metallografia72

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Dezincificazione

| Corso AIM: Metallografia73

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Ottoni antidezincificazione

ottone

dezincificato

(? #*#!!!????)

| Corso AIM: Metallografia74

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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

| Corso AIM: Metallografia

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Influenza del Pb sulla lavorabilità

76| Corso AIM: Metallografia

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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

78| Corso AIM: Metallografia

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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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Page 81: Rame e leghe di rame   metallografia

Grazie per l’attenzione

[email protected]

Via dei Missaglia 97 - 20142 Milano. Tel.: 02 89 30 1330 – Fax: 02 89 30 1513