Appunti esame Materiali e componenti per il design

⇒I

generalmente resistenti e brillanti, e soprattutto sono buoni conduttori di calore ed elettricità.

maggior parte è opaca, che significa che non ci si può guardare attraverso, e a

⇒La

temperatura ambiente è solida.

l'espressione materiale metallico si fa riferimento ad un materiale che contiene metalli

⇒Con

o leghe.

Metallurgia e siderurgia, cosa sono?

La metallurgia è il complesso dei trattamenti che devono essere eseguiti sui minerali dopo

fino alla preparazione dei metalli e delle leghe che hanno interesse

l’estrazione dalle miniere

nelle diverse applicazioni.

La siderurgia L’insieme delle tecniche che hanno per scopo la produzione e la prima

⇒ fino alla produzione di

lavorazione del ferro, della ghisa, dell’acciaio e delle ferroleghe,

semilavorati quali lingotti, billette, lamiere, ecc.

Metalli, non metalli e semimetalli

I metalli sono solidi a temperatura ordinaria (ad esclusione del mercurio) e hanno un

●​ aspetto lucente; sono buoni conduttori di calore e di elettricità; sono duttili e malleabili

fili e lamine).

(possono essere ridotti in

I non metalli sono cattivi conduttori di calore e di elettricità; possono essere gassosi

●​ (idrogeno e azoto), liquidi (bromo), solidi (carbonio); non sono né malleabili ne duttili.

I semimetalli sono un gruppo limitato di elementi che hanno un comportamento

●​ metallico e non metallico insieme.

Metalli ferrosi e non ferrosi

I metalli ferrosi sono principalmente utilizzati per la loro resistenza alla trazione e durata.

Come suggerito dal nome, essi contengono ferro.

metalli non ferrosi non contengono ferro e sono molto più malleabili dei metalli ferrosi.

⇒I

Sono anche molto più leggeri e hanno una maggiore resistenza alla ruggine e alla corrosione.

Nelle tabelle vengono riportati alcuni esempi Nota: L’asterisco (*) affianco al nome del

materiale indica una lega metallica.

Le leghe metalliche

Le leghe metalliche sono materiali composti da due o più elementi chimici nei quali

l’elemento in quantità maggiore è sempre un metallo.

materiali mantengono le caratteristiche proprie dei metalli: lavorabilità, elevata

⇒Questi

conducibilità elettrica e termica.

Inoltre possiedono alcune caratteristiche, tra cui la principale è la resistenza meccanica,

⇒

che gli elementi metallici spesso non hanno.

esempi di leghe metalliche:

⇒⇒Alcuni

Ghisa e acciaio (ferro + carbonio)

●​ Bronzo (rame + stagno) • Ottone (rame + zinco)

●​ Leghe leggere (alluminio + rame + magnesio)

●​

Alcuni esempi di leghe

LEGA FERRO-CARBONIO

Le leghe binarie ferro-carbonio comprendono gli acciai ordinari e le ghise.

struttura cristallina delle leghe Fe-C varia anche dopo la solidificazione, secondo la

⇒La

temperatura e la velocità di raffreddamento.

è una lega ferrosa composta principalmente da ferro e carbonio, quest'ultimo in

⇒L'acciaio

percentuale non superiore al 2,06%; oltre tale limite, le proprietà del materiale cambiano e la

lega assume la denominazione di ghisa.

base al tenore di carbonio gli acciai si dividono in: extra dolci: carbonio compreso tra lo

⇒In

0,05% e lo 0,15%; dolci: carbonio compreso tra lo 0,15% e lo 0,25% (i più comuni e i meno

pregiati); semiduri, duri, durissimi, extraduri

Il ferro

Il ferro è più usato di tutti i metalli, formando il 95% di tutto il metallo prodotto universalmente.

combinazione di basso costo ed alta resistenza lo rendono indispensabile: le sue

⇒La

applicazioni vanno da contenitori alimentati a automobili familiari, dai cacciaviti alle lavatrici,

per la carta.

dalle navi da carico alle graffette

produzione mondiale di ferro nuovo è pari a oltre 500 milioni di tonnellate all’anno e di

⇒La

ferro riciclato aggiunge altre 300 milioni tonnellate.

la Tour Eiffel è stata costruita interamente in ferro e non in acciaio per una

⇒⇒Curiosità:

questione economica. Il ferro infatti è molto più economico.

Esempio: padella in ferro

Il ferro è molto apprezzato anche nel campo culinario, soprattutto per quanto riguarda la

preparazione di carne e fritti. L’impegno del ferro è consigliato in tutti i casi in cui si devono

raggiungere nella cottura temperature elevate.

La ghisa

La ghisa è una lega di ferro e carbonio, contenente molto ferro (96-98%) e abbastanza

carbonio (dal 2 al 4% circa).

caratteristiche meccaniche inferiori all’acciaio ma ha un’ottima fusibilità.

⇒Ha

E’ il materiale ideale per fare oggetti complicati con funzioni “statiche” come la fontanella

⇒

stradale. nel 1860 i vigili urbani di Milano venivano soprannominati «ghisa», un nome che

⇒⇒Curiosità:

venne attribuito al corpo di polizia a causa del cappello a cilindro alto e grigio che veniva

indossato all’epoca e che ricordava i tubi di ghisa di certe stufe.

Esempio: padella in ghisa

La ghisa risulta essere un materiale perfetto sia per la cottura alla piastra, sia per zuppe e

stufati, perché accumulando calore permette cotture lunghe a fuoco basso.

molti utensili in ghisa sono messi in commercio rivestiti con materiale

⇒⇒Attualmente

anti-aderente, quindi più comodo da pulire.

pulizia è proprio il lato debole delle pentole in ghisa: è necessario aspettare che si

⇒⇒La

raffreddi, prima di lavarla, perché si rischia la rottura.

pentole in ghisa che non hanno il rivestimento protettivo contro la corrosione, vanno

⇒Le

periodicamente scaldate e strofinate con olio.

L’acciaio

L’acciaio si ottiene dalla conversione della ghisa negli altiforni, additivata di materiali

(calce e calcare) necessari per ottenere una scoria di determinata composizione,

scorificanti

in funzione del processo voluto.

Vengono definiti acciai le leghe ottenute dalla fusione di minerali di ferro, carbonio e

⇒

altri elementi importanti per l'elevata resistenza meccanica.

Il tenore del carbonio determina le proprietà dei diversi acciai.

⇒ di carbonio forma una soluzione solida che è:

⇒L'aggiunta

GHISA se contiene dal 2 al 6% di carbonio e altre impurità,

●​ ACCIAIO quando il carbonio è contenuto tra lo 0,3 e l'1,7%.

●​

L’acciaio (gli acciai)

Alla lega di ferro e carbonio possono essere aggiunti altri elementi:

silicio, conferisce un‘elevata resistenza ma riduce la saldabilità;

●​ rame, ostacola la corrosione;

●​ manganese, aumenta la durezza ma diminuisce l'elasticità;

●​ cromo, aumenta la durezza e non riduce l'elasticità

●​

Di acciaio inox non ne esiste uno solo: la prima distinzione a cui occorre fare attenzione è

quella che separa gli acciai austenitici da quelli ferritici e martensitici.

Gli acciai austenitici sono i più utilizzati al mondo perché hanno una maggiore

●​ resistenza e sono più versatili da impiegare. Inoltre gli acciai ferritici sono magnetici,

mentre i martensitici sono i più fragili.

All’interno della categoria degli Austenitici, gli acciai vengono classificati

●​ ulteriormente in base alla quantità percentuale di Nichel e Cromo che contengono.

Le varie tipologie di acciaio inox vengono classificate secondo la nomenclatura AISI,

●​ che sta per American Iron and Steel Institute, l’ente specializzato.

La loro denominazione è costituita da una cifra numerica a tre cifre. AISI 304 (è il

●​ 18/10)

Esempio: padella in acciaio

Gli acciai impiegati nelle padelle e nelle pentole sono solitamente acciai inossidabili, in

particolar modo austenitici (Acciai inossidabili che – oltre alla necessaria percentuale di

Cromo – contengono una buona parte di Nichel e, possibilmente Molibdeno).

sono essenzialmente leghe al cromo-nichel con eventuale aggiunta di altri elementi

⇒Essi

quali il molibdeno, il titanio etc. che influiscono essenzialmente sulle loro proprietà di

resistenza alla corrosione.

acciai inossidabili austenitici sono dotati di una notevole duttilità e ciò li rende

⇒⇒Gli

particolarmente adatto a lavorazioni di stampaggio profondo.

degli acciai maggiormente impiegato è L’AISI 304 conosciuto anche con il nome di inox

⇒Uno

18/8 o inox 18/10 che nominalmente contiene il 18% di Cromo e l’8-10% di nichel.

Alluminio

Si tratta di un metallo duttile color argento.

si estrae principalmente dai minerali di bauxite ed è notevole la sua morbidezza,

⇒L’alluminio

la sua leggerezza e la sua resistenza all’ossidazione, dovuta alla formazione di un

sottilissimo strato di ossido, impedisce all’ossigeno di corrodere il metallo sottostante.

grezzo viene lavorato tramite diversi processi di produzione industriale, quali

⇒⇒L’alluminio

ad esempio la fusione, la forgiatura o lo stampaggio.

Da dove si ricava l’alluminio?

L’alluminio si ricava da un minerale detto bauxite, di aspetto terroso e colore rosso mattone.

L’estrazione del metallo è complessa e necessita di una grande quantità di energia.

Dalla lavorazione della bauxite si ottengono due tipi di prodotto: l’alluminio metallico e

⇒

l’alluminio elettrolitico utilizzato per i cavi elettrici e telefonici.

Esempio: padella in alluminio

Le doti principali delle pentole e dei tegami da cottura in alluminio sono la leggerezza e

l’elevata conducibilità termica.

alle abrasioni e alla corrosione, le padelle in alluminio sono 100% riciclabili e a

⇒Resistenti

contatto con gli alimenti, non influenzano il gusto ed il sapore di quest’ultimi.

tenere in considerazione che l'alluminio reagisce con il cibo acido per cui il metallo

⇒Da

tende a penetrare nel cibo.

questo motivo, la maggior parte delle pentole in alluminio disponibili è rivestita con

⇒Per

uno strato antiaderente o è anodizzata (sottoporre un metallo a un processo che forma sulla

sua superficie un sottile strato protettivo di ossido)

Il rame

Il rame è un materiale facilmente lavorabile, estremamente duttile, ma non è idoneo a

lavorazioni con asportazione di truciolo, perché ha una consistenza piuttosto pastosa.

tratta di un materiale molto importante perché viene usato come base per produrre altre

⇒Si

leghe come, ad esempio il bronzo e l’ottone.

anche molto malleabile, molto resistente alla corrosione (per via di una patina aderente

⇒È e non è magnetico.

che si forma spontaneamente sulla superficie)

Esempio: padella in rame