BRONZO

BRONZO (VII, p. 928)

I bronzi si possono distinguere in: bronzi tipici, costituiti esclusivamente di rame e stagno, e in bronzi speciali che contengono pure altri metalli in quantità anche notevoli.

Per i bronzi tipici il diagramma termico d'equilibrio è dovuto a Bauer e Vollenbruck (Zeitschrift Metallkunde, XV, 195, 1923; vedi la riproduzione parziale nell'articolo leghe, XX, p. 770, fig. 32).

Secondo tale diagramma i bronzi contenenti da 0 a 13,9% di stagno sono costituiti, dopo adatto rinvenimento, da una soluzione solida, α. Maggiore quantità di stagno dà origine alle altre soluzioni solide, β, γ, che però, al disotto di 520°, si scindono in soluzione solida α e in altra, δ, molto dura (un tempo ritenuta un composto, Cu₄ Sn, con 31,5% di Sn); tale soluzione solida ha un campo di esistenza da 13,9 a 38% di Sn. Al disopra di questo contenuto di stagno le leghe non hanno importanza pratica. Per rapido raffreddamento da oltre 520° le trasformazioni di β e γ possono essere parzialmente impedite, cosicché i bronzi oltre 13,9% di Sn hanno proprietà molto diverse a seconda del trattamento. Un rapido raffreddamento dallo stato liquido può provocare anche in bronzi con piccolo contenuto di stagno la presenza di soluzione solida δ, che può dare inconvenienti per la sua durezza: si può eliminarla con un'adatta ricottura della lega.

L'introduzione dello stagno nel rame ne aumenta la resistenza e la durezza, e ne diminuisce l'allungamento: ad es., l'introduzione di 1% di Sn (metallo raffreddato lentamente) porta il carico di rottura da 22,8 a 27 kg./mm.², l'allungamento da 46,6 a 42,2%, la durezza Brinell da 63 a 87 kg./mm.². La durezza cresce rapidamente fino alla comparsa della soluzione solida δ, indi meno rapidamente fino al 38% di Sn (2,8 di quella del rame), per poi diminuire gradatamente. La resistenza meccanica dipende moltissimo dal trattamento termico: il carico di rottura dei bronzi colati cresce fino al 20% di Sn, l'allungamento diminuisce fino ad essere piccolissimo a 13% e oltre; il limite elastico cresce più rapidamente del carico di rottura, in modo che essi sono circa eguali a circa 20% di Sn. Un bronzo colato a 10% di Sn ha carico di rottura intorno a 30 kg./mm.² e un allungamento di 12% greggio di colata, e fino a 35% dopo ricottura a 500° e raffreddamento in acqua. La lavorazione a freddo aumenta notevolmente la resistenza (fili con 6% di Sn raggiungono 105 kg./mm.²).

Nelle colate sono facili le segregazioni, con separazione dapprima, verso l'esterno, di lega molto ricca in rame: il fenomeno è tanto più sensibile quanto più lento è il raffreddamento. Perciò si deve curare la rapidità di questo: la temperatura di colata è 1500°-1600° in forme di ferro, 1300°-1400° in forme di sabbia. La segregazione è diminuita da un contenuto di zinco, è aumentata se sono presenti ferro, nichelio, manganese o piombo. Durante il raffreddamento si ha dapprima una dilatazione (fino alla fine della solidificazione), poi una contrazione, che è maggiore che per il rame; la contrazione è minore se si ha un certo contenuto di zinco. Il forte valore di essa provoca nei bronzi porosità diffuse, che li rendono poco adatti per oggetti sottoposti a pressione di liquido o di gas.

Se durante la fusione non si ha sufficiente cura di evitare l'azione dell'ossigeno dell'aria, o mancano agenti deossidanti, porzione dello stagno si ossida, e le inclusioni di ossido diminuiscono sia la resistenza meccanica sia la resistenza alla corrosione. Per questa ragione la fusione dei bronzi va fatta in forni chiusi (assai adatti speciali tipi di forni elettrici). Per liberare il bronzo dall'ossigeno si fanno aggiunte di appositi agenti deossidanti, ad es., il fosforo, il silicio o il manganese, sotto forma di leghe di rame ricche, e i bronzi prendono allora il nome dal deossidante (bronzo fosforoso, bronzo al manganese) anche se nel prodotto finito si hanno quantità piccolissime (ad es., 0,1%) dell'elemento aggiunto.

Bisogna anzi curare, in un bronzo fosforoso, che il fosforo non superi 0,3%, perché quantità troppo grandi rendono il metallo fragile e duro. Il bronzo fosforoso tipico contiene 10% di Sn (tolleranza = 1,0%); deve essere assente lo zinco, perché già 0,01-0,02% ha influenza dannosa sul getto. Il bronzo fosforoso si usa specialmente per parti di macchine sottoposte ad urti e a forti attriti. Fili di bronzo fosforoso e silicioso sono impiegati in elettrotecnica per trasmissioni telegrafiche e telefoniche, e anche per trasporto di energia. La conducibilità elettrica diminuisce rapidamente col crescere del contenuto di stagno, ed è circa 1/12 di quella del rame nel bronzo a 10% di Sn. Nei fili usati la resistenza meccanica è, a seconda della composizione, da 45 a 82 kg./mm.², mentre corrispondentemente la conducibilità è fra il 98% e il 30% di quella del rame: ad es. il bronzo con 2% di Sn ha un carico di rottura di 75 kg./mm.² e una conducibilità 35% di quella del rame.

I bronzi speciali possono contenere, oltre ai già indicati P, Mn e Si, soprattutto zinco e piombo; ma anche nichelio, ferro, cobalto, tungsteno, bismuto.

Bronzi al piombo sono impiegati per supporti ordinarî (di motori, ecc., Sn 10, Pb 4%), o per supporti soggetti a forti pressioni specifiche (laminatoi, Sn 8, Pb 13%); inoltre la maggior parte delle leghe per fusioni artistiche contiene percentuali variabili di piombo, che rende più fluida e più fusibile la massa. Il piombo eleva la fragilità e diminuisce la resistenza meccanica. I bronzi contenenti zinco sono facilmente lavorabili alle macchine utensili, e hanno notevole resistenza meccanica: siano citati i bronzi dell'ammiragliato inglese (tipo B delle Ferrovie dello stato) con 10% Sn e 2% Zn, e le diverse leghe che vanno sotto il nome tedesco di Rotguss (Sn 10, Zn 4 per costruzione di macchine; Sn 4, Zn 3, per flange); sono comuni anche le leghe quaternarie con Sn, Zn, Pb, nelle quali il piombo aumenta la facilità di colata e la lavorabilità.

Oltre che per la loro resistenza meccanica i bronzi sono impiegati spesso per la loro buona resistenza alla corrosione. All'aria umida contenente anidride carbonica il bronzo si ricopre con il tempo di una patina di vario aspetto a seconda anche della sua composizione; la resistenza ad ulteriore corrosione è però in genere molto buona. Il bronzo nelle industrie è comunemente impiegato, ad es., a contatto con soluzioni di anidride solforosa per organi di impianti per la fabbricazione dell'aceto (spesso però stagnato per prescrizioni sanitarie), per le parti metalliche delle olandesi di sbianca della cellulosa, per panieri di idroestrattori, per pompe, per acido solforico diluito, per essiccatoi nell'industria della carta. Resiste inoltre bene ai carburanti, all'acqua, e al vapore al disotto di 300°.

Bibl.: P. Reinglass, Chemische Technologie der Legierungen, Lipsia 1926, pp. 238-309; E. Rabald, Werkstoffe, physik. Eigenschaften u. Korrosion, I, ivi 1931, pp. 728-744; Werkstoff Handbuch Nichteisenmetall, Berlino 1927, sez. F. Si veda un diagramma alquanto differente di quello dovuto a Bauer e Vollenbruck in: Verö, in Z. anorg. allg. Chem., CCXVIII, 112 (1934).