I tipi di rame costituiscono uno dei principali gruppi di metalli commerciali, apprezzati per la loro eccellente conduttività elettrica e termica, la resistenza alla corrosione e la facilità di lavorazione. Sono non magnetici e possono essere facilmente uniti mediante saldatura a stagno e saldatura forte, mentre molti tipi di rame possono essere saldati anche utilizzando vari metodi a gas, ad arco e a resistenza. Comprendere come questi tipi siano raggruppati e designati è il punto di partenza per selezionare il materiale giusto per un determinato lavoro.
I tipi di rame si suddividono in sei famiglie: rame, leghe di rame diluite, ottoni, bronzi, leghe di rame-nichel e leghe di argento-nichel. Ciascuna famiglia è definita dai propri elementi di lega principali e occupa un intervallo ben distinto all’interno del Sistema di Numerazione Unificato (UNS).
Figura 1: Panoramica delle sei famiglie di tipi di rame
La prima famiglia, quella dei rame, è costituita essenzialmente da rame commercialmente puro. Questo materiale è normalmente morbido e duttile e contiene meno dello 0,7% circa di impurità totali. I tipi di rame commercialmente puro sono identificati dai numeri UNS da C10100 a C13000.
All’interno di questa famiglia, il rame elettrolitico a pasta dura (C11000) è ottenuto dal rame catodico, ovvero dal rame raffinato elettroliticamente. È il più comune tra tutti i gradi di rame per applicazioni elettriche e offre un'elevata conduttività elettrica superiore al 100% IACS. Sebbene il C11000 abbia lo stesso contenuto di ossigeno del C12500, differisce per il contenuto di zolfo e per la purezza complessiva, contenendo meno di 50 ppm di impurità metalliche totali, compreso lo zolfo.
Anche i tipi di rame privo di ossigeno C10100 e C10200 appartengono a questa famiglia. Sono prodotti mediante fusione a induzione di rame catodico di prima qualità in condizioni non ossidanti, ottenute grazie a un bagno di grafite granulata e a un’atmosfera riducente protettiva a basso contenuto di idrogeno. La loro elevata purezza li rende particolarmente adatti ad applicazioni elettriche ed elettroniche esigenti.
La seconda famiglia, quella delle leghe di rame diluite, contiene piccole quantità di vari elementi di lega aggiunti per modificare una o più proprietà fondamentali del rame. Queste aggiunte sono mantenute a livelli bassi in modo che il materiale conservi gran parte della conduttività e della lavorabilità del rame puro, ottenendo al contempo miglioramenti quali una maggiore resistenza, durezza o resistenza all'ammorbidimento.
Gli ottoni costituiscono la terza famiglia e sono leghe di rame in cui lo zinco è l’elemento legante principale. Variando il contenuto di zinco e aggiungendo piccole quantità di elementi quali piombo, stagno o alluminio, si ottiene un’ampia gamma di colori, resistenze e livelli di formabilità e lavorabilità. Come gruppo, gli ottoni lavorati occupano la gamma UNS a partire dal C20500. Sono tra le leghe di rame più utilizzate e si trovano in raccordi idraulici, elementi di fissaggio, ferramenta decorativa e componenti elettrici.
La quarta famiglia, quella dei bronzi, era tradizionalmente costituita da leghe di rame e stagno, ma oggi il termine comprende diversi gruppi definiti in base al loro principale elemento di lega. Tra questi figurano i bronzi allo stagno (detti anche bronzi al fosforo), i bronzi all’alluminio, i bronzi al silicio e altri. I bronzi offrono generalmente una resistenza meccanica superiore rispetto ai ramati e agli ottoni, oltre a una buona resistenza alla corrosione e all’usura, il che li rende particolarmente adatti per cuscinetti, boccole, molle e componenti navali. Come gruppo, i bronzi occupano le gamme UNS da C50000 a C69999.
La quinta famiglia, quella delle leghe di rame-nichel, è nota anche come “rame-nichel” o “cupro-nichel”. Queste leghe contengono dal 1,5% al 45% di nichel come principale elemento di lega. Secondo la classificazione UNS, le leghe di rame-nichel lavorate sono designate con numeri compresi tra C70000 e C73499. Queste leghe sono ampiamente utilizzate per la produzione di monete, apparecchiature a contatto con l’acqua di mare, evaporatori, tubi per scambiatori di calore e sistemi idraulici e di raffreddamento per autoveicoli, soprattutto grazie alla loro elevata resistenza alla corrosione causata dall’acqua di mare.
La sesta famiglia è quella dell’argento nickelato. Nonostante il nome, l’argento nickelato non contiene argento e può essere considerato un ottone a cui è stato aggiunto nichel. Il contenuto di nichel varia notevolmente, ma solitamente si attesta tra il 9% e il 30% a seconda dell'applicazione. Il contenuto di rame tende a rimanere piuttosto costante, tra il 60% e il 65% circa, mentre il contenuto di zinco si riduce all'aumentare di quello di nichel. Un contenuto di nichel più elevato conferisce un colore più bianco e una maggiore resistenza alla corrosione, sebbene riduca anche la duttilità.
L'argento-nichel è apprezzato per la sua resistenza alla corrosione, il colore attraente e le buone proprietà di formatura a freddo. I prodotti tipici spaziano dai radiatori per auto, alle penne a sfera e ai tasti degli strumenti musicali, fino agli involucri dei transistor, ai contatti elettrici, alla ferramenta per l'architettura e alle posate. Secondo la classificazione UNS, i leghe di alpacca lavorate sono contrassegnate con numeri compresi tra C73500 e C79999.
Questo articolo classifica il rame in base alle sue sei famiglie di leghe. Le guide correlate della serie “Rame” trattano gli argomenti che ti serviranno come complemento a questo articolo. La guida “Proprietà del rame” descrive in dettaglio la conduttività, la resistenza alla corrosione e la resistenza meccanica che distinguono una famiglia dall’altra. La sezione "Specifiche del rame" illustra i sistemi di designazione utilizzati per definire con precisione ciascun grado, mentre la sezione "Standard del rame" definisce i quadri normativi che regolano tali designazioni nelle diverse regioni. Insieme, questi documenti collegano la classificazione dei gradi alle proprietà, alle designazioni e agli standard che ne stanno alla base.
Le qualità di rame si suddividono in rame puro, leghe di rame a bassa concentrazione, ottoni, bronzi, leghe di rame-nichel e leghe di nichel-argento. Ciascuna famiglia presenta un equilibrio specifico tra conduttività, resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e lavorabilità.
Il rame commercialmente puro (da UNS C10100 a C13000) è morbido, duttile e contiene meno dello 0,7% circa di impurità totali. Le leghe di rame diluite contengono piccole aggiunte deliberate di elementi di lega che modificano una o più proprietà fondamentali del rame, pur conservandone gran parte della conduttività e della lavorabilità.
L'ottone è una lega di rame in cui lo zinco è l'elemento legante principale, mentre il bronzo era tradizionalmente una lega di rame e stagno. Oggi il termine "bronzo" comprende anche i bronzi di alluminio, i bronzi al silicio e leghe simili. I bronzi offrono in genere una maggiore resistenza meccanica e una migliore resistenza all'usura, mentre gli ottoni sono apprezzati per la loro lavorabilità, la loro lavorabilità meccanica e il loro aspetto.
Il rame elettrolitico a pasta dura (C11000) è la qualità di rame elettrico più diffusa e offre un’elevata conduttività elettrica superiore al 100% IACS. Le qualità prive di ossigeno C10100 e C10200 vengono utilizzate nei casi in cui sia richiesta una purezza ancora maggiore.
Le leghe di rame-nichel, che contengono dall'1,5% al 45% di nichel, vengono utilizzate per la produzione di monete, apparecchiature a contatto con l'acqua di mare, evaporatori, tubi per scambiatori di calore e sistemi idraulici e di raffreddamento per autoveicoli, soprattutto grazie alla loro elevata resistenza alla corrosione causata dall'acqua di mare.