Riassunto esame Materiali per il design, Prof. Pedeferri Maria Pia, libro consigliato Materiali per il design, Maria Pia Pedeferri, Claudia Marano

ACCIAI

In un acciaio sono sempre presenti anche altri elementi di lega in tenore non trascurabili. Il tenore di

carbonio non supera quasi mai l’1,2%. Normalmente è tra lo 0,06 e lo 0,4%. 9

Gli acciai quindi contengono: elementi aggiunti durante il processo di fabbricazione per migliorarne

le qualità del processo produttivo (ex silicio); elementi presenti come impurezze che non si possono

eliminare completamente (ex zolfo); elementi volutamente aggiunti per migliorare alcune proprietà

(ex nichel)

La produzione annua di acciaio nel mondo è stimata a circa 700 milioni di tonnellate ed è utilizzata in

varie applicazioni. Per questo possono essere classificati in in vari modi, connessi alla composizione

chimica, alle tecnologie di produzioni o alle Gli acciai da costruzione rappresentano

applicazioni→

circa 80% della produzione.

Gli acciai da costruzione di uso generale sono divisi in:

● Acciai di base: Sono prodotti con cicli tecnologici semplici, senza aggiunta di microleganti in

opera. Sono designati in base alle caratteristiche meccaniche o in base all'impiego quindi, in

base all'applicazione, sono ottimizzati in modo da migliorare le proprietà alle quali sono

Limite elastico = 300 MPa

destinate→

● Acciai di qualità: Sono acciai nei quali, attraverso l'aggiunta di micro eleganti o attraverso

l'introduzione di innovazioni nel ciclo produttivo si ottiene un miglioramento nelle seguenti

caratteristiche: sforzo di rottura e limite elastico; Saldabilità.; Tenacità.; limite

Stampabilità→

elastico= 450 MPa

Saldabilità: In una giunzione interessata da saldatura per fusione con o senza materiale d'apporto

possono essere individuate tre zone metallurgiche diverse.:

1. La zona di completa fusione.

2. La zona termicamente alterata: È quella in cui si concentrano i maggiori problemi che

possono essere evitati se: CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Si)/15<0,45

3. La zona di metallo base

→ Acciai speciali da costruzione: Sono acciaio al solo carbonio oppure legati con modeste

percentuali di elementi di lega destinati a essere posti in opera dopo il trattamento di tempra per

migliorare le proprietà di resistenza e tenacità. Il carbonio tende ad aumentare le caratteristiche

meccaniche mentre gli altri elementi migliorano la temprabilità e altre caratteristiche particolari.

Sotto a una certa temperatura gli acciai tendono a diventare fragili indipendentemente dallo sforzo di

snervamento=Temperatura di transizione duttile- fragile che al momento è di alcune di decine di

gradi sotto lo zero.

➢ ACCIAI INOSSIDABILI: sono leghe, ferro, carbonio, cromo, caratterizzate da un'ottima

resistenza, corrosione garantita dal tenore di cromo. Per studiare gli acciai inossidabili si

ricorre al diagramma di Schaeffler dal quale si può vedere come, scegliendo

opportunamente gli elementi di Lega si possono ottenere acciai con struttura.

- Austenica: ha maggior resistenza a corrosione e rappresentano più del 60% della

produzione di acciai inossidabili. Sono svariate le possibili modificazioni della

composizione chimica per migliorare specifici proprietà di resistenza.Non possono

essere effettuati i trattamenti termici di tempra per aumentare le caratteristiche

meccaniche, perché non sono soggette a trasformazione di fase durante un

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eventuale ciclo di riscaldamento e raffreddamento, possono però essere aumentate

solo mediante limite elastico=200 MPa a 800 MPa

incrudimento.→da

- Ferritica: Presentano il vantaggio di non contenere nichel che è un elemento

costoso--> limite elastico=300 MPa

- Martensitico: Hanno struttura composta per metà da austenite e metà ferrite. Sono

utilizzati nei casi in cui si richiedono elevate caratteristiche meccaniche resistenziali e

alla limite elastico=1000 MPa

corrosione→

GHISE

Sono leghe, ferro, carbonio con carbonio compreso tra 2,5 e il 4%.

Rispetto agli acciai: Prendono con maggiore facilità e possono essere colate anche in forme

complesse; hanno buona resistenza alla corrosione atmosferica; costano poco MA hanno basse

caratteristiche meccaniche e sono fragili e non possono in genere essere lavorate per la

deformazione plastica, ne ha freddo né a caldo. Le ghise sono materiali fragili che presentano

resistenza a compressione elevata

Vengono classificate in base alla loro struttura e morfologia: Ghise bianche (cementite); Ghise grigie

(Laminette di grafite) Ghise conchigliate, Ghise malleabili (Noduli di Grafite); Ghise sferoidali, Ghise

legate (con aggiunte di elementi di lega)

● Ghise grigie: Sono le ghise maggiormente utilizzate. La maggior parte o tutto il carbonio si

presenta sotto forma di laminette o noduli ramificati di grafite. Vengono poste in in opera

dopo semplice raffreddamento spontaneo. Lo sforzo di rottura varia tra i 100 e i 300 e

dipende dal tenore di carbonio e silicio, sempre aggiunto dalla velocità di raffreddamento e

dal trattamento termico.

RAME

Il rame ha densità di 8,96 g/cm3 e ha struttura cristallina, a temperatura ambiente centrale a facce

centrate. I materiali si distinguono in:

● Rame puro: Ha elevata conducibilità elettrica e termica; elevata deformabilità sia caldo che a

freddo.; buone caratteristiche meccaniche.; buona resistenza a corrosione in molti ambienti.;

facilità di giunzione per la saldatura.; disponibilità alle colorazioni.

Le proprietà meccaniche del rame sono relativamente basse con sforzo di rottura=235 MPa

sforzo di snervamento=76 MPa che possono essere aumentate solo con l' incrudimento per

deformazione plastica a freddo con valori massimi di sforzo di rottura=395 MPa e sforzo di

snervamento=365 MPa .

Le sue applicazioni sono legate alle sue proprietà, quindi sono utilizzati in ambito elettrico,

chimico, meccanico ed elettronico.

● Leghe di rame: Rispetto al rame puro, hanno migliori caratteristiche meccaniche, ottenibile

mediante rafforzamento per soluzioni solida e incrudimento per deformazione plastica a

freddo; Miglior colabilità; Migliore lavorabilità alle macchine utensili e migliore resistenza alla

corrosione, soprattutto in acqua Divise in:

Marina→

- Ottoni= Leghe, rame-zinco→Distinti per quantità di zinco: rossi (5-20%) che hanno

migliore lavorabilità alle macchine utensile, resistenza alla corrosione; gialli (30-35%)

con una buona resistenza meccanica e un'ottima duttilità.; +B (35-40%) con migliori

caratteristiche meccaniche. 11

- Bronzi= Leghe rame-stagno→ Contengono lo stagno in tenori fino al 12%. ma in

alcuni casi anche fino al 25%. Lo stagno incrementa la durezza e la resistenza

all'usura e alla corrosione

- Metalli bianchi= Leghe rame-nichel-zinco→ Hanno un'alta resistenza meccanica,

nettamente superiore a quelli degli ottoni e alta resistenza a corrosione, in

particolare in acqua di mare e alla corrosione sotto sforzo. Hanno una colorazione

bianca che assomigliano all'argento.

- Cupralluminio: leghe rame-alluminio→ L'alluminio è presente fino al 13%. Hanno

ottima resistenza alla corrosione, in particolare in acqua di mare e all'ossidazione a

caldo. Hanno elevate caratteristiche meccaniche e resistenza all'usura

- Cupronichel: Leghe rame nichel→ Hanno presenza di nichel fino al 50% e hanno

ottima resistenza alla corrosione in acqua di mare.

ALLUMINIO

Ha densità di 2,71 g/cm3 e struttura cristallina a temperatura ambiente cubica a facce centrate. Fa

parte dei metalli leggeri perché la sua densità è pari a 1/3 di quella dell'acciaio e resistente sia alla

corrosione atmosferica, e per questo applicata nel settore dell'edilizia, sia nei confronti di sostanze

alimentari ed e quindi utilizzata per la realizzazione di lattine.

● Alluminio puro: viene indicato con la sigla 10xx. Ha caratteristiche meccaniche relativamente

basse, che possono essere migliorate solo mediante sforzo a rottura pari a

incrudimento→

76 MPa può raggiungere 160 MPa .L'utilizzo dell'alluminio puro e conveniente rispetto alle

leghe nelle applicazioni che richiedono non elevate caratteristiche meccaniche. Ha elevata

resistenza a corrosione atmosferica; duttilità e malleabilità; conducibilità termica ed elettrica;

riflettività; proprietà non magnetiche ed è riciclabile.

● Leghe di alluminio: L'aggiunta di elementi di Lega modifica le proprietà dell'alluminio,

migliorando le caratteristiche meccaniche oppure rendendole più facilmente malleabili e più

resistenti alla corrosione o modificando altre proprietà. La maggior parte delle leghe di

alluminio vengono formate per deformazione plastica.

Un rivestimento di ossido di alluminio di maggiore spessore può essere formato con un trattamento

detto anodizzazione=Ossidazione chimica o elettrochimica in soluzione acquosa contenente acido

Questo processo produce un rivestimento duro e resistente all'abrasione e trasparente.

solforico→

Questo è alla base per coloranti organici depositati mediante elettroclorazione o in alternativa

l'alluminio può essere verniciato.

TITANIO

➢ Leghe di titanio: L'aggiunta di titanio influenza la temperatura della trasformazione che può

avvenire anche a temperature inferiori dell'ambiente: Sono leggere, resistenti alla

corrosione, con elevate proprietà meccaniche; biocompatibili ed amagnetiche.

MAGNESIO

Ha densità di 1,75 g/cm3Ha una struttura cristallina in peratura ambiente.Alla massima leggerezza

tra i metalli.E un'altro rapporto rigidezza peso e resistenza peso.A un'alta resistenza all'urto e

l'ammaccatura.I saldabilità. 12

ZINCO

Ha densità di 7,13 g/cm3 e punto di fusione a 419,5 °. Applicazioni negli ottoni e nei rivestimenti

produttivi dell'acciaio.

La principale causa di degrado dei materiali metallici è la corrosione=Particolare tipo di degrado

chimico che ha al luogo, quando un materiale si trasforma anche in parte in un'altro, per reazione

con una specie ossidante. I metalli in questo ambiente hanno la maggiore tendenza a interagire con

l'ossigeno. La reazione di corrosione dei metalli può avvenire solo in contemporanea presenza di:

ossigeno, acqua (ex acciaio che si arrugginisce), materiale metallico.

Non tutti i materiali si corrodono in condizioni atmosferiche e quelli che lo subiscono lo possono fare

con velocità diverse a seconda delle caratteristiche dei prodotti di corrosione che possono

contribuire a rallentare o bloccare il degrado del materiale metallico.

● Prodotti di corrosione solubili non hanno alcun effetto sulla velocità di corrosione.

● Prodotti di corrosione insolubili ma non protettivi (Composti solidi che non schermano

efficacemente la superficie metallica ex rug