Bronzo e rame: qual è la differenza?

Per migliaia di anni, il bronzo e il rame sono stati metalli utili, ancor prima dell'età dell'alluminio e dell'acciaio. Ancora oggi entrambi i metalli trovano ampia applicazione nell'industria manifatturiera moderna. Nel settore entrambi sono indicati come metalli rossi e, grazie alla loro esistenza millenaria, hanno rappresentato il punto di partenza per altri metalli sotto forma di leghe. Tuttavia, il bronzo è una lega di rame e può risultare in qualche modo difficile distinguerlo dal rame. A tal proposito, questo articolo esplorerà il rame e il bronzo per tracciare un confronto che consenta di differenziarli. L'articolo presenta in modo dettagliato le proprietà fisiche, chimiche e meccaniche del rame e del bronzo.

Innanzitutto, scopriamo che cosa sono il bronzo e il rame

Come accennato, questo articolo si propone di confrontare bronzo e rame utilizzando diverse proprietà. Ma prima di procedere a differenziare il bronzo dal rame, diamo uno sguardo approfondito al bronzo e al rame.

Che cos'è il bronzo?

In parole semplici, il bronzo è semplicemente il risultato dell'aggiunta di stagno al rame, sebbene contenga più del solo stagno. Il bronzo fu scoperto intorno al 3500 a.C., prima che venisse sviluppato l'esatto metodo chimico. Oggi il bronzo è definito come una lega di rame, definita in base alla specificazione degli elementi di lega e delle proprietà di lavorazione.

Il bronzo, come lega di rame, è costituito da elementi di lega oltre al rame e allo stagno, tra cui manganese, piombo, zinco, nichel, antimonio, silicio e altri. Questa composizione elementare del bronzo è responsabile del suo miglioramento e, di conseguenza, i progettisti del settore dispongono oggi di una vasta gamma di gradi di bronzo tra cui scegliere. Di conseguenza, un bronzo tipico è fragile e appare di colore rosso-bruno/dorato, con basso attrito quando è a contatto con altri metalli.

Che cos'è il rame?

Il rame è noto come metallo nativo e occasionalmente si trova in natura allo stato libero. Manufatti di questo metallo nativo furono scoperti per la prima volta in aree primitive, come presso gli Indiani del Pacifico nord-occidentale, noti fin dall'antichità, risalenti a circa il 5000 a.C. In quei tempi antichi il rame era utilizzato per realizzare armi e utensili ed era disponibile anche per applicazioni decorative.

Oggi il rame ha un'ampia varietà di applicazioni perché è tenero, duttile e malleabile, con una conduttività elettrica e termica molto elevata. Trova impiego nelle costruzioni edili, come conduttore di calore ed elettricità e come costituente per la produzione di altre leghe metalliche. Tali applicazioni come lega includono bronzo, ottone, cupronichel e molte altre. Un pezzo di rame appena esposto presenta una colorazione rosso-bruna.

Confrontiamo 17 differenze tra bronzo e rame

In questo capitolo ci concentriamo sul confronto utilizzando diverse proprietà individuali del bronzo e del rame.

Bronzo e rame: composizione elementare

Bronzo e rame possono essere differenziati confrontando la loro composizione elementare. A confronto, il rame è un metallo di transizione non ferroso che esiste allo stato puro. A differenza del bronzo, è un metallo presente in natura ed è direttamente idoneo alla lavorazione. Oltre alla sua presenza naturale, può esistere anche come elemento di lega in altri metalli, come il bronzo.

D'altra parte, il bronzo, che è una lega di rame, è costituito da rame (Cu) e stagno (Sn) come composizione elementare primaria. Oltre alla composizione primaria, contiene altri elementi a seconda della forma della lega, tra cui:

• Nichel (Ni)
• Piombo (Pb)
• Alluminio
• Fosforo (P)
• Antimonio
• Silicio (Si)
• Cobalto
• Zolfo (S)
• Zinco
• Cromo

Bronzo e rame: resistenza alla corrosione

Un modo per distinguere il bronzo dal rame è confrontarne il livello di resistenza alla corrosione. Il bronzo – una lega di rame – si ossida se esposto all'aria formando uno strato protettivo chiamato patina variegata. Questa reattività è dovuta al suo contenuto di rame e, di conseguenza, la superficie del bronzo viene protetta dalla corrosione. Ciò vale in particolare in ambiente salino, da cui il suo impiego in componenti marini e accessori per imbarcazioni. Tuttavia, ogni qualvolta il bronzo entra in contatto con composti del cloro, il suo contenuto di rame si degrada progressivamente nel tempo. Questo processo è noto come “malattia del bronzo”.

D'altra parte, anche il rame può ossidarsi formando una patina variegata che impedisce la corrosione. Poiché entrambi i metalli non contengono ferro, si ritiene che possiedano un'eccellente resistenza alla corrosione. In conclusione, il bronzo è naturalmente più resistente alla corrosione rispetto al rame.

Bronzo vs rame: conduttività elettrica

La conduttività elettrica di un metallo è la misura della quantità di corrente generata dalla superficie di un materiale. Soprattutto nell'industria manifatturiera, il rame è lo standard con cui vengono valutati i materiali elettrici. Ciò significa che la conduttività di questi materiali è espressa come misura relativa al rame. Il rame è considerato conduttivo al 100%, mentre le altre valutazioni di conduttività sono espresse secondo lo IACS – International Annealed Copper Standard.

D'altra parte, si ritiene che il bronzo abbia una conduttività pari al 15% di quella del rame. Il bronzo è costituito prevalentemente da rame, ma presenta una bassa conduttività elettrica, attribuibile alla presenza di altri elementi di lega.

Bronzo vs rame: conduttività termica

La conduttività termica è un'altra misura con cui si possono differenziare rame e bronzo. È la misura di come rame e bronzo possono essere impiegati nelle applicazioni termiche. Nel processo di misurazione della loro conduttività termica si determinano la quantità di energia e la velocità con cui questa può essere trasferita. In confronto, il bronzo è una lega di rame, mentre il rame è allo stato puro.

Le leghe hanno una conduttività termica che aumenta con la temperatura, mentre i metalli puri hanno una conduttività termica che rimane costante all'aumentare della temperatura. Il bronzo ha la conduttività termica più alta (229 – 1440 BTU-in/hr-ft²-°F), mentre il rame ha la più bassa (223 BTU-in/hr-ft²-°F).

Bronzo vs rame: punto di fusione

È molto importante considerare il punto di fusione di un materiale per un progetto. Questo perché, alla fusione, un materiale utilizzato come componente di una macchina può cedere. A quel punto, il materiale non può più svolgere la sua funzione, essendo passato dallo stato solido a quello liquido.

Inoltre, se i materiali sono considerati per la loro formabilità, il punto di fusione è un fattore molto importante. Questo perché più bassa è la temperatura, più il materiale è formabile. Il rame ha il punto di fusione più alto rispetto al bronzo. Il rame fonde a 1084 °C, mentre il punto di fusione del bronzo è compreso tra 315 e 1080 °C.

Bronzo vs rame: durezza

La durezza di un materiale è la sua resistenza alla deformazione plastica locale prodotta dall'impronta di una forza predeterminata su una superficie piana. La durezza di un materiale può essere misurata con la scala di durezza Brinell, uno dei test di durezza più comuni disponibili. Su questa scala, il rame ottiene un valore di 35, inferiore rispetto al bronzo, che presenta un valore compreso tra 40 e 420. Questo risultato dimostra che il bronzo è molto più duro del rame. Di conseguenza, è fragile, il che lo rende più soggetto alla frattura rispetto al rame.

Se la lavorabilità è un requisito del progetto, il rame è la scelta perfetta. Tuttavia, se la resistenza all'usura e la robustezza diventano requisiti più importanti della lavorabilità, si preferisce il bronzo al rame.

Bronzo vs rame: peso

Anche il confronto del peso è un fattore cruciale nella scelta tra bronzo e rame per un progetto. In una situazione in cui la leggerezza è un requisito importante per il successo di un progetto, il bronzo sembra essere la scelta perfetta. Questo si misura usando l'acqua come riferimento per il peso specifico – con valore pari a 1. In base al sistema metrico, il bronzo presenta una densità compresa tra 7400 e 8900 kg/m³, il che lo rende il più leggero dei due. D'altra parte, il rame presenta una densità di 8930 kg/m³, il che lo rende il più pesante.

Bronzo vs rame: durabilità

La durabilità di un materiale è determinata da una buona rigenerabilità, da una buona riparabilità e dalla manutenzione. Ogni materiale durevole deve essere in grado di adattarsi alle evoluzioni tecnologiche, tecniche e di design. Alla luce di ciò, il bronzo è un materiale metallico duro e robusto e non si flette facilmente. È altamente resistente alla corrosione grazie alla sua capacità di resistere all'acqua. D'altra parte, il rame presenta una grande flessibilità rispetto al bronzo. Pertanto, si può affermare che il bronzo sia un'alternativa molto più resistente e durevole rispetto al rame.

Bronzo vs rame: lavorabilità

La lavorabilità è un punteggio comparativo attribuito ai materiali metallici per stabilire come questi reagiscono allo stress di lavorazione. Tale stress può includere stampaggio, tornitura, fresatura e altro ancora. Confrontando la lavorabilità del bronzo e del rame, il rame ha mostrato una lavorabilità maggiore. Ciò può essere attribuito alla durezza del bronzo. Il bronzo è duro e robusto, non si flette facilmente rispetto al rame altamente flessibile.

Inoltre, le leghe di rame sono piuttosto duttili da lavorare. Se la lavorabilità è un obiettivo nella scelta tra bronzo e rame per un progetto, non vi è dubbio che il rame sia la scelta perfetta.

Bronzo vs rame: formabilità

La formabilità è definita come la capacità di un materiale di presentare deformazione plastica senza subire danni durante la formatura. A questo proposito, si dice che il rame abbia una formabilità eccezionale, evidente nella sua capacità di produrre filo di dimensioni micrometriche con il minimo numero di ricotture di addolcimento. Tuttavia, alcuni tipi di bronzo sono formabili, tra cui il bronzo fosforoso PB1, che può essere formato a freddo utilizzando tecniche di formatura in stampo.

Bronzo vs rame: saldabilità

Il bronzo e il rame sono saldabili nei rispettivi ambiti e possono anche essere uniti tra loro utilizzando apparecchiature MIG e saldatura al bronzo al silicio. Tra tutte le leghe di bronzo saldabili, il bronzo senza piombo mostra una saldabilità discreta, poiché tende a criccare in condizioni di sollecitazione. Ciò può essere evitato utilizzando la SMAW.

D'altra parte, il rame esente da ossigeno e il rame disossidato sono più facili da saldare. MIG e TIG sono i metodi di saldatura preferiti, mentre la saldatura MMA e ossiacetilenica possono essere utilizzate nella riparazione di componenti in rame tough pitch.

Bronzo vs rame: carico di snervamento

Il carico di snervamento di un materiale è definito come lo stress al quale si verifica una quantità predeterminata di deformazione permanente su tale materiale. In confronto, il bronzo presenta un carico di snervamento superiore rispetto al rame. A sostegno di questa affermazione, il bronzo ha il carico di snervamento più elevato, pari a 69,0 – 800 MPa (10000 – 116000 psi), mentre il rame presenta 33,3 MPa (4830 psi).

Bronzo vs rame: carico di rottura

Nell'industria odierna, molti produttori considerano la resistenza del materiale uno dei fattori cruciali per scegliere un materiale rispetto a un altro. Questo caso non fa eccezione, ed è una delle ragioni di questo confronto. Confrontando i due materiali, abbiamo scoperto che in una situazione in cui è richiesta resistenza, il bronzo è la scelta perfetta. Il bronzo presenta un carico di rottura compreso tra 350 MPa e 635 MPa, mentre il rame presenta un carico di rottura di 210 MPa.

Bronzo vs rame: resistenza al taglio

La resistenza al taglio di un metallo è la proprietà che descrive la resistenza di quel metallo a un carico di taglio prima che il componente ceda per taglio. La rottura per scorrimento o l'azione di taglio, come rappresentata dalla resistenza al taglio, si verifica normalmente parallelamente alla direzione della forza che agisce su un piano. In confronto, il bronzo presenta la resistenza al taglio più elevata, compresa tra 35000 psi e 47000 psi. D'altra parte, il rame presenta la resistenza al taglio più bassa (25000 psi).

Bronzo vs rame: colore

Può essere in qualche modo difficile determinare il colore del bronzo e del rame. Entrambi i metalli sono in qualche modo bruno-rossastri, ma possono essere differenziati. Il bruno-rossastro del bronzo è caratterizzato da un oro opaco, mentre il rame appena esposto è caratterizzato da un colore rosa-arancio.

Bronzo vs rame: prezzo

Poiché bronzo e rame possono esistere in diverse leghe, il loro prezzo può variare. Tuttavia, sebbene il prezzo di bronzo e rame possa variare in base alla lega, il rame è tipicamente il più costoso quando si confrontano pezzi di materiale identici. Il prezzo ridotto del bronzo può essere attribuito al minor contenuto di rame nella lega di rame.

Bronzo vs rame: applicazioni

Il bronzo è una lega di rame che esiste in una vastissima varietà di forme. Trova impiego in un'ampia gamma di applicazioni. Il bronzo è utilizzato in applicazioni quali strumenti musicali, contatti elettrici, eliche navali e cuscinetti sommersi. Alcuni cuscinetti specifici sono realizzati in bronzo grazie alla loro eccellente resistenza all'attrito, durezza e proprietà antiusura. Di conseguenza, vengono impiegati per molle, boccole, cuscinetti pilota delle trasmissioni automobilistiche, cuscinetti per piccoli motori elettrici e molto altro ancora.

Il bronzo è adatto alla realizzazione di martelli, mazze, chiavi inglesi e altri utensili durevoli, poiché, se colpiti contro una superficie dura, non generano scintille. Il bronzo è ampiamente utilizzato per la produzione di lana di bronzo per applicazioni nella lavorazione del legno. Un'altra applicazione comune del bronzo è la fusione di sculture in bronzo. Esse sono considerate la massima forma d'arte scultorea nell'Antica Grecia. Il bronzo esiste in diverse leghe e le loro proprietà sono descritte di seguito:

Questa tipologia di bronzo è comunemente utilizzata nel settore per la sua elevata resistenza e resistenza alla corrosione. Il bronzo al manganese 863 è una scelta ideale per applicazioni gravose grazie alla sua durabilità e longevità. Si trova principalmente in applicazioni quali macchinari per l'edilizia e l'agricoltura. È adatto alla produzione di quanto segue:

• Bronzo per ingranaggi
• Perni per ponti
• Guide e camme
• Cuscinetti di carico
• Componenti per cilindri idraulici
• Dadi a vite
• Valvole a stelo di grandi dimensioni

Questa lega di bronzo è molto nota per la sua qualità di resistenza alla corrosione e trova applicazione nell'esposizione all'acqua di mare. Sebbene il bronzo allo stagno 907 sia moderatamente lavorabile, offre prestazioni eccellenti in applicazioni soggette a usura e fatica. Questa tipologia di bronzo è adatta alla produzione di

• Bronzo per ingranaggi
• Cuscinetti
• Raccordi marini
• Boccole
• Componenti per pompe
• Fasce elastiche

Il bronzo allo stagno 917 è noto soprattutto per la sua capacità di sopportare carichi in condizioni di movimento lento e irregolare. Durante l'uso richiede un'adeguata lubrificazione ed è altamente resistente alla corrosione. Il bronzo allo stagno 917 si trova nelle seguenti applicazioni:

• Piattaforme girevoli per ponti
• Ruote in riduttori a vite senza fine
• Cuscinetti a bassa velocità e alto carico
• Ingranaggi
• Componenti per ponti mobili

Tra le leghe non ferrose più resistenti disponibili sul mercato vi è il bronzo all'alluminio 955. Offre una vasta gamma di vantaggi ai suoi utilizzatori, quali elevata durezza e allungamento, superiore resistenza alla compressione e allo snervamento, resistenza alla corrosione in acqua di mare, elevata resistenza termica e molto altro. Il bronzo all'alluminio 955 è uno dei bronzi saldabili e lavorabili più ricercati. Trova applicazione in quanto segue:

• Motori aeronautici (sedili, guide valvole)
• Boccole
• Agitatori
• Bronzo per ingranaggi
• Componenti del carrello di atterraggio
• Viti senza fine
• Decapaggio (cesti/ganci)

Questa tipologia di lega di bronzo è un grado estremamente resistente che presenta una superiore resistenza alla corrosione rispetto a tutti gli altri gradi. Di conseguenza, è oggi ampiamente conosciuta e utilizzata nel settore manifatturiero. Il bronzo all'alluminio 954 offre una maggiore saldabilità, elevata resistenza allo snervamento e alla trazione, resistenza alle temperature e molto altro. Il bronzo all'alluminio 954 si trova nelle seguenti applicazioni:

• Ingranaggi cilindrici
• Cuscinetti
• Decapaggio (cesti/ganci)
• Viti senza fine e ruote elicoidali (bassa velocità/elevata resistenza)
• Boccole
• Componenti per valvole

Il rame è per lo più utilizzato come metallo puro, ma quando la maggiore durezza è una priorità, viene trasformato in bronzo o ottone. Da oltre due secoli la vernice al rame è in uso sugli scafi delle imbarcazioni per controllare la crescita di vegetazione e molluschi. Inoltre, il rame è stato utilizzato, sebbene in piccole quantità, per integratori nutrizionali e fungicidi in agricoltura. Di seguito sono riportate le principali applicazioni del rame nel contesto manifatturiero:

Come detto nel capitolo due, nella sezione sulla conduttività elettrica, il rame è sempre utilizzato come standard nella misura della conduttività elettrica di altri materiali conduttivi. Possiede una conduttività del 100%, mentre gli altri materiali conduttivi sono misurati in relazione al rame.

Di conseguenza, il rame rimane il conduttore elettrico più preferito in questo ambito. Ciò si riscontra laddove il rame è utilizzato per il cablaggio elettrico, sebbene sia meno preferito per la trasmissione elettrica aerea. Il suo impiego si trova principalmente nella trasmissione, distribuzione, generazione di energia, telecomunicazioni, circuiti, trasformatori di potenza e in una vasta gamma di apparecchiature elettriche.

Il rame viene utilizzato in sostituzione dell'alluminio nei circuiti stampati e nelle schede a circuiti integrati grazie alla sua superiore conduttività. Il rame è impiegato anche in dissipatori di calore e scambiatori di calore perché presenta la superiore proprietà di dissipazione del calore. Può essere utilizzato in elettromagneti, tubi a raggi catodici, tubi a vuoto, magnetron per forni a microonde e molto altro.

Il rame è da sempre ricercato per la sua efficienza nei motori elettrici. Si è registrato un maggiore utilizzo del rame nella produzione delle bobine impiegate nei motori elettrici. Su tutto il consumo di elettricità, i motori e i sistemi azionati da motori assorbono dal 43% al 46%. Ciò significa che il rame è ampiamente utilizzato in questo settore.

Fin dalla scoperta del rame, questo metallo ha trovato applicazione in scossaline, volte, porte, tetti, grondaie, pluviali, porte, tetti, cupole, guglie e molto altro. Ciò perché il rame è un materiale architettonico durevole, resistente alla corrosione e alle intemperie.

Oggi il rame offre un vantaggio aggiuntivo, essendo utilizzato nel rivestimento di pareti interne ed esterne, nei giunti di dilatazione degli edifici, nella schermatura a radiofrequenza e molto altro. Nella progettazione architettonica il rame è impiegato in prodotti decorativi per interni, tra cui corrimano, elementi di fissaggio, piani di lavoro, bagni e molto altro.

Un altro impiego notevole del rame è quello antimicrobico. Può essere convertito in leghe che offrono attività antimicrobiche. Un esempio di una gamma di organismi che può contrastare è l'Escherichia Coli. I componenti realizzati con questa lega di rame sono ampiamente utilizzati nel settore della sanità pubblica per la produzione di tavolini da letto, attrezzature per palestre, sanitari, lavandini, maniglie dei carrelli della spesa e altro. Questa applicazione si ritrova in paesi come Regno Unito, Giappone, Stati Uniti, Cina, Corea, Australia, Brasile e molti altri.

Il rame trova applicazione nel prevenire la crescita di molte forme di vita, per cui si dice che sia biostatico. Grazie alla sua natura biostatica, il rame viene utilizzato per rivestire le parti delle navi a protezione da cirripedi e mitili. Il rame presenta un'impressionante attività antimicrobica e, di conseguenza, viene spesso impiegato per produrre materiali di rete atti a prevenire il biofouling.

Oggi il rame è utilizzato come mezzo di investimento grazie al suo crescente impiego nel settore manifatturiero. Alcuni investitori conservano ora il rame sotto forma di tondi e barre metalliche, mentre altri investono nel suo utilizzo per la produzione di pannelli solari, motori a turbina e altre fonti di energia rinnovabile.

Tabella riepilogativa

Come distinguere il bronzo dal rame?

Bronzo e rame possono essere distinti in base al rispettivo colore. Sebbene possa essere complicato, è possibile farlo rapidamente.

• Per distinguere il bronzo dal rame, innanzitutto pulite i due metalli, poiché entrambi possono sviluppare una patina verdastra sulla superficie.
• Dopo la pulizia, i metalli originali diventano visibili. Notate che, durante la pulizia, è più sicuro utilizzare prodotti commerciali per la pulizia del rame e del bronzo.
• Collocate i due metalli sotto una luce bianca o alla luce del sole. Ciò perché sia il bronzo sia il rame hanno una colorazione rosso-bruna, ma con tonalità diverse.
• Identificate i due metalli: se notate un colore rossastro caratterizzato da una tonalità oro opaco, allora si tratta di bronzo. Se invece il metallo rosso-bruno è caratterizzato da un colore rosa-arancio, allora il metallo è rame.

Bronzo vs rame: domande frequenti

Riepilogo: bronzo vs rame, quale è il migliore per il vostro progetto?

Saper distinguere il bronzo dal rame può aiutarvi a risparmiare ingenti quantità di capitale. Ciò perché utilizzare il metallo sbagliato per un progetto può essere disastroso. Tuttavia, il metallo migliore tra rame e bronzo dipende comunque dai requisiti del vostro progetto. Ciononostante, se non siete sicuri della linea d'azione perfetta, chiedete il parere di un esperto.

Grazie per aver letto fino a qui, crediamo che abbiate imparato molto. Continuate a seguirci per ulteriori informazioni tramite il nostro blog.