Riassunto esame Scienza e tecnologia dei materiali, Prof. Borgioli Francesca, libro consigliato Materiali per il design, Barbara del Curto

CORROSIONE DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI

Li acciai inossidabili sono così denominati grazie alla loro caratteristica resistenza alla corrosione, dovuta alla formazione di un film protettivo passivante legato alla presenza del Cr. Diversi sono i parametri che influenzano la resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili:

• Acidità del mezzo aggressivo (pH);
• Tenore di ioni alogenuri (essenzialmente Cl-);
• Potere ossidante della soluzione aggressiva;
• Temperatura.

Questi acciai hanno una buona resistenza alla corrosione generalizzata, dipendente dalla loro composizione chimica, ma risultano sensibili ad alcune forme di corrosione localizzata:

• Vaiolatura (pitting);
• Corrosione cavernosa;
• Corrosione sotto sforzo;
• Corrosione intergranulare.

VAIOLATURA

Perché si possa avere vaiolatura si devono verificare contemporaneamente le 3 seguenti condizioni:

• Ambiente ossidante
• Presenza di ioni alogenuri (ad esempio Cl-)
• Metallo passivabile

(ad esempio acciaio inossidabile)

• Caso tipico è quello di strutture in acciaio austenitico immerse in acque di mare (ambiente ossidante contenete ioni Cl-).

CORROSIONE CAVERNOSA

Attacco corrosivo localizzato in cui fenomeni di idrolisi, diminuzione del pH e la presenza degli ioni Cl- giocano un ruolo importante.

CORROSIONE SOTTO SFORZO

La corrosione sotto sforzo avviene ogni qual volta si hanno degli sforzi (esterni, residui post-saldatura, dovuti a trattamenti meccanici o termici,.....) In presenza di ambienti clorurati. Gli acciai inossidabili austenitici subiscono in queste condizioni una fessurazione transgranulare piuttosto importante, mentre gli acciai inossidabili ferritici sembrano essere meno sensibili a questo tipo di corrosione.

COME PREVENIRE LA CORROSIONE: SCELTA DELLA FORMA

• Favorire forme per il drenaggio dell'acqua;
• Preferire forme con fori di drenaggio nei punti di ristagno dell'acqua;
• Inclinazione per consentire ai

liquidi di scorrere. Evitare saldature discontinue

Il buon "design" deve anche considerare tutta la vita del pezzo: dalle operazioni necessarie alla sua produzione, alla applicazione di un rivestimento, all'assemblaggio e posizione di altri componenti, alle future ispezioni e manutenzioni.

LEGNO

Uno dei primi materiali impiegati nelle costruzioni sin dai tempi più antichi. Veniva impiegato e lavorato con tecniche di compressione, trazione e soprattutto pressione. Il legno è un materiale di origine ORGANICA, formato da cellulosa. Il legno oggi suscita un notevole interesse grazie anche alla sostenibilità -> adesso è possibile realizzare tanti manufatti in legno che presentano diverse resistenze.

Sotto riportate le norme per la realizzazione di elementi in legno, soprattutto manufatti curvi. Le norme UNI di riferimento per gli elementi curvi sono di seguito specificate:

UNI EN 14080 MARCATURA CE

UNI EN 1194 CLASSE DI RESISTENZA

UNI EN 386:2003

DIMENSIONI LAMELLE UNI EN 387:2003 GIUNTI A DITA

UNI EN 390 TOLLERANZE DIMENSIONALI

Il legno è sostenibile poiché con la sua produzione vi è una bassissima emissione di Co2.

PECULIARITÀ DEL LEGNO E DEI PRODOTTI LEGNOSI

• Peso volumico ridotto (densità), i cui valori, variando da 0,1 a 1,3 risultano tra i più bassi riscontrabili nell'ambito dei materiali con potenzialità strutturali, ovvero sono in grado di svolgere una funzione portante.
• Fortissima anisotropia, (prerogativa tipica dei materiali compositi brosi artificiali), che si traduce nella presenza di una direzione preferenziale lungo cui si registra una correlazione elevata tra la densità del materiale e le sue caratteristiche di resistenza meccanica.
• Struttura cellulare, che appare porosa ad un primo livello di osservazione macro e microscopica e brosa se si considera la sua ultrastruttura.
• Forte igroscopicità, dovuta alla natura chimica dei componenti.

fi fi fi fi fl• Natura biodegradabile, che si manifesta tramite l'azione di molti organismi del regno vegetale (batteri e funghi) ed animale (insetti e molluschi), mentre i comuni agenti abiotici (sole, pioggia, vento, fuoco, gelo, ...) della corrosione dei metalli non determinano, in genere, un' influenza particolarmente negativa.• Composizione chimica di base, costituita essenzialmente da carbonio, idrogeno e ossigeno (nella proporzione del 40-50% di carbonio, 5-6% di idrogeno e 40-46% di ossigeno) riuniti a formare vari polimeri organici, che rende il legno una materia prima fondamentale per la produzione di cellulosa, nonché un buon combustibile.• Caratteristiche estetiche particolari, legate ad alcuni aspetti cromatici e morfologici dei tessuti, per cui il legno di molte specie presenta ampie varietà di colore, venatura, tessitura, ecc.VANTAGGI E SVANTAGGI• Resistenza meccanica a diversi tipi di sollecitazione;• Facilmente reperibile, nonserve importarlo;

• Notevole leggerezza;
• Buona lavorabilità;
• Anisotropia;
• Instabilità dimensionale al variare dell'umidità;
• Inamabile;
• Bassa resistenza agli attacchi biologici.

Struttura del legno

Le cellule sono caratterizzate da struttura cava con canali di trasporto

Alburno: corona periferica attiva

Durame: cuore duro e pesante, dove le cellule parenchimatiche non sono più attive

Midollo: parte centrale con aspetto spugnoso

Anelli di accrescimento: dati dalle diversità strutturali derivanti dai cicli stagionali

La cellulosa è un polimero, infatti la sua struttura chimica è simile a quella dello zucchero.

CARATTERISTICHE ESTETICHE

Le qualità estetiche del legno, i requisiti di aspetto, risultano definite da parametri quali:

• Colore
• Fibra
• Tessitura
• Tipo di venatura
• Metodo di taglio
• Direzione rispetto le bre

Il legno è un materiale biologico e come

Tale può presentare dei difetti che talvolta ne rendono difficile l'utilizzo tecnologico:

• Alterazioni degradative: modificazioni indotte da agenti biologici che causano cambiamenti nella composizione chimica delle pareti cellulari o portando alla demolizione delle stesse;
• Insetti: Per azione di agenti atmosferici (sole, pioggia, vento) e sismici (fuoco, gelo). Determinano fortescadimento delle proprietà meccaniche. Trattamenti protettivi: trattamento del legno con calce o oli minerali pesanti. Eliminazione degli insetti iniettando nelle gallerie sostanze tossiche (carburo di calcio, solfuro di calcio);
• Batteri: Causano degradazione chimico-fisiche nelle pareti cellulari tramite fenomeni di ossidazione e fermentazione determinando alterazioni profonde nei tessuti. Trattamenti protettivi: trattamenti superficiali con antisettici;
• Funghi: Possono causare da semplici

alterazioni cromatiche amutamenti strutturali e di composizione chimica nelle pareti cellulari. Determinano scadimento di proprietà meccaniche del materiale. Trattamenti protettivi: trattamenti superficiali con antisettici e contenimento dell'umidità del legno. COMPORTAMENTO AL FUOCO: COMBUSTIONE DEL LEGNO Combustione: caso reale e schema del processo Durante la combustione si possono distinguere 3 zone: - Zona esterna carbonizzata; - Zona intermedia di pirolisi, dove, arrivando ossigeno, avviene la combustione; - Zona interna inalterata. CARATTERISTICHE FISICHE: RUOLO DELL'UMIDITÀ Il peso specifico del legno massiccio varia secondo l'essenza ed il contenuto di umidità. A umidità pari al 15%, il peso specifico può variare da 350-1000 Kg/m³ (pioppo-ulivo). Il legno tende, oltre al ritiro che occorre nel periodo della stagionatura, a contrazioni e dilatazioni a causa delle variazioni di umidità che si verificano al suo interno. Tali

variazioni possono essere causa di sviluppo di pericolosi funghi e colture batteriche. Possiede reazioni al fuoco elevate, incendiandosi solo in presenza di sorgenti di calore molto elevate e persistenti comprese tra i 260°C-280°C. Per la determinazione del grado di resistenza al fuoco esiste una norma di riferimento per la corretta valutazione ed è la norma UNI 9504/89.

PROPRIETÀ MECCANICHE

Le caratteristiche di resistenza meccanica del legno sono dovute all’insieme dei suoi componenti chimici. La cellulosa, ad esempio, è responsabile della sua elevatissima resistenza a trazione assiale per via delle sue molecole cateniformi e della disposizione longitudinale, cioè parallela all’asse del fusto delle micro brille che compongono lo strato della parete secondaria. L’emicellulosa e la lignina legano insieme le varie cellule e sostengono l’ossatura cellulosica contribuendo alla rigidezza e resistenza a compressione del legno.

legno.CARATTERISTICHE MECCANICHE

La densità del legno è direttamente correlata alla sua resistenza meccanica perché correlata allo spessore della parete cellulare.

L'effetto della percentuale di acqua, in un tipico legno, sulla resistenza alla compressione parallela alla venatura

Classi di servizio relativa all'ambiente, parametri ambientali (temperatura e umidità relativa dell'aria) e conseguente previsione dell'umidità del legno U, definite dall'Eurocodice 5.

Classe Descrizione T amb. U.R. aria U Temp. di 20°C e umidità relativa dell'aria

Classe di servizio 1 inferiore a 65% per poche settimane 20°C max 65% < 12% l'anno

Temp. di 20°C e umidità relativa dell'aria

Classe di servizio 2 superiore a 85% per poche settimane 20°C max 85% 12÷20% l'anno

Umidità relativa dell'aria superiore a

Classe di servizio 3 Non specificata > 85% >20% classe 2fi.

Proprietà meccaniche delle specie legnose più rilevanti (misurate al 12% di umidità relativa). A = assiale, R = vradiale, T = vtangenziale).

Essenza	Resistenza a trazione assiale (MPa)	Resistenza a compressione radiale (MPa)	Resistenza a compressione tangenziale (MPa)	Durezza Brinell (MPa)
Abete (rosso)	3858	4	70	2,2
Acero	108	45	7	120
Betulla	60	39	3	60
Castagno	90	53	5	112
Ciliegio	-	49	5	106
Faggio	86	52	7	105
Larice	112	53	7	96

ANISOTROPIA Quando il legno è caricato in direzione assiale nella stessa direzione delle fibre.