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Raccordi in ottone: la scelta della lega

Cos’è l’ottone?

L’ottone è una lega metallica che ha come componenti principali Rame (Cu) e Zinco (Zn). All’interno della famiglia è possibile distinguere ottoni binari, composti solamente da rame e zinco, e ottoni ternari, che presentano un altro elemento in lega oltre ai due principali. La percentuale di zinco influenza la struttura dell’ottone che si riesce ad ottenere:
- Zn < 36% -> fase α: la struttura è cubica a facce centrate, come quella del rame. Risulta eccellente la lavorabilità a freddo e buona la lavorabilità a caldo.
- 36% < Zn < 45% -> fase α-β: la fase α mantiene la struttura cristallina cubica a facce centrate mentre la fase β presenta una struttura cubica a corpo centrato. Questa tipologia di ottoni risulta lavorabile principalmente a caldo.
- Zn > 45%: questa lega è raramente usata perché presenta uno scarso interesse pratico.

I raccordi in ottone rappresentano un prodotto molto diffuso a livello mondiale e sono centrali all’interno della produzione di Gnali Bocia sia per quanto riguarda i raccordi per gas che per quanto riguarda i fluidi incomprimibili come l’acqua. L’utilizzo dell’ottone per la realizzazione di questi componenti è motivato dalle sue caratteristiche meccaniche (resistenza, duttilità, malleabilità), dalla resistenza alla corrosione, dalla resistenza all’abrasione e da una caratteristica importante quale l’antibattericità. Rispetto al rame puro presenta migliori caratteristiche di durezza, resilienza e fusibiltà.


L’aggiunta del piombo nei raccordi in ottone

Per la realizzazione di raccordi in ottone, si devono utilizzare alcune tecniche di lavorazione per asportazione di truciolo, quali la tornitura e la fresatura. La lavorabilità delle leghe rame-zinco è buona, ma la tenacità porta alla formazione di un truciolo molto lungo e questo può risultare problematico durante la lavorazione, in quanto non ne risulta semplice l’evacuazione. Per migliorare questo aspetto, si provvede all’aggiunta di una quantità di Piombo (Pb) tra il 2% e il 4%. Questo elemento, insolubile ed estraneo alla struttura cristallina della lega, tenda a disporsi a bordo grano. In questo modo il truciolo diventa molto corto e quasi polveroso, ottenendo contemporaneamente un duplice vantaggio:
1. Aumenta la facilità di allontanamento del truciolo durante la lavorazione;
2. Minore usura delle testine degli utensili, in quanto la lega risulta complessivamente più tenera e facilmente lavorabile.
Bisogna prestare attenzione all’aggiunta del piombo poiché l’eccesso nella quantità di questo elemento determina l’ottenimento di una lega troppo tenera.

Altri elementi in lega per l’ottone

Oltre all’aggiunta di piombo, i raccordi in ottone necessitano di altri elementi in lega per ottenere delle proprietà fondamentali per il loro funzionamento:
- Manganese (Mn) e Stagno (Sn): servono per aumentare la resistenza a corrosione, una caratteristica importante per la raccorderia;
- Ferro (Fe): aumenta il carico di rottura e, quindi, la resistenza, in quanto funziona da affinante del grano cristallino. Non presenta un miglioramento della resistenza a corrosione;
- Alluminio (Al): aumenta la resistenza alla corrosione e all’abrasione;
- Antimonio (Sb) e Arsenico (As): servono ad inibire la dezincificazione, un problema comune nell’ottone;
- Nichel (Ni): migliora le proprietà meccaniche e la resistenza a corrosione;
- Silicio (Si): funziona da disossidante e favorisce la formazione di fase β. Le limitazioni su questo elemento derivano dall’effetto che esso ha sulla struttura, poiché tende a modificarla;
L’aggiunta di un terzo elemento alle leghe Cu-Zn può essere considerata equivalente, agli effetti di un’eventuale modificazione strutturale, all’aggiunta (o sottrazione di zinco) in quantità proporzionale a quella dell’elemento stesso. La costante di proporzionalità è detta coefficiente di equivalenza e varia da un elemento all’altro. Tali coefficienti sono anche detti di Guillet, dal nome di colui che li ha ricavati. I coefficienti di equivalenza per gli elementi sopra citati sono:
- Manganese (Mn) => 0,5;
- Ferro (Fe) => 0,9;
- Stagno (Sn) => 2;
- Alluminio (Al) => 6;
- Silicio (Si) => 10;
- Piombo (Pb) => 0;
- Nichel (Ni) => da -1,1 a -1,7.
Il silicio viene aggiunto in piccole quantità (massimo 1-2%) perché presenta un coefficiente di equivalenza elevato e determina, quindi, un cambiamento eccessivo di struttura. Infatti, un’aggiunta del 2%, essendo il coefficiente uguale a 10, equivale ad un aumento del 20 % di zinco nella lega. Il nichel presenta un coefficiente negativo: la sua aggiunta equivale allo spostamento verso tenori di rame maggiori. Il piombo presenta un coefficiente nullo perché si dispone a bordo grano e non entra nel reticolo.


Leghe classiche per la realizzazione di raccordi in ottone

Come già detto nella parte iniziale, l’ottone risulta una lega ottima per la realizzazione degli elementi di raccorderia principalmente per le sue proprietà resistenziali dal punto di vista meccanico e tribologico, oltre ad avere un’ottima lavorabilità alle macchine utensili. Tra le leghe più usate ci sono la CW614N e CW617N, entrambe con un contenuto medio di rame del 58%.
Nel caso sia presente un processo di tornitura per la realizzazione dei raccordi in ottone, si utilizza la lega CW614N. Questa scelta deriva dalla forma di fornitura di questa lega che, solitamente, consiste in barre piene o forate. Viceversa, partendo da un pezzo grezzo, si tende ad usare la lega CW617N che risulta meglio lavorabile in quanto la percentuale di piombo è leggermente superiore rispetto alla lega precedente.

La nichelatura: il trattamento superficiale dei raccordi in ottone

Oltre ad una scelta corretta della lega di ottone con gli elementi desiderati, risulta fondamentale anche la scelta di un trattamento superficiale per ricoprire il raccordo. La nichelatura, ottimo sostituto della cromatura (tecnica vietata in molti stati, viste le applicazioni alimentari di certi raccordi), costituisce un’eccellente metodologia. Con questa tecnica si va a depositare uno strato superficiale che permette di proteggere il componente dall’usura e anche dalla corrosione a cui è possibile andare incontro in ambiente umido.





22/03/2019


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