Riassunto esame Scienze e tecnologia dei materiali, Prof. Montanaro Laura, libro consigliato Introduzione ai materiali per l'architettura, Luca Bertolini, Matteo Gastaldi

S

comportamento duttile (ricongiungendo le due parti la forma iniziale è perduta a causa della deformazione) sia fragile

(ricongiungendo le due parti si ritrova la forma iniziale)

variare della temperatura e della velocità di applicazione del carico si osserva una variazione nelle

Prova di resilienza: al

proprietà meccaniche di quasi tutti i materiali metallici – La prova di resilienza è utilizzata per valutare la quantità di

energia assorbita da un provino standardizzato quando viene colpito da un maglio in caduta libera e individuare la

temperatura di transizione duttile-fragile (anche se può essere individuata osservando le superfici di frattura dopo la

prova) durezza: effettuata con strumenti chiamati durometri che pongono sulla superficie del materiale metallico un

Prova di

penetratore e applicano una determinata forza per un certo tempo – Il penetratore deforma localmente il materiale,

lasciando un’impronta sulla superficie: costituisce l’indicazione sulla durezza (grandezza legata alla resistenza del

materiale e alla deformazione plastica)

Comportamento a fatica: nelle applicazioni in cui il materiale è soggetto a sollecitazioni variabili nel tempo, si possono

instaurare fenomeni di fatica, i quali possono portare il materiale a rottura per fatica

7.4) Durabilità

I materiali metallici a contatto con ambienti aggressivi subiscono corrosione, in quanto tendono a combinarsi con

elementi presenti nell’ambiente: corrosione a secco (quando i materiali metallici operano ad alta temperatura) e

corrosione a umido (quando i materiali metallici vengono a contatto con soluzioni acquose)

- Corrosione

La corrosione che ha luogo sulla superficie dei metalli a contatto con ambienti umidi è prodotta da due processi

elettrochimici che avvengono simultaneamente: processo anodico (processo di ossidazione del metallo che dà luogo

alla formazione di prodotti di corrosione ed elimina elettroni nel metallo) e processo catodico (processo che riduce una

specie chimica presente nell’ambiente e consuma gli elettroni prodotti dal processo anodico, tramite riduzione

dell’ossigeno e sviluppo di idrogeno) – Le reazioni anodica e catodica sono complementari, in quanto il numero di

elettroni che la reazione anodica rende disponibili nella fase metallica e quello degli elettroni che vengono consumati

dalla reazione catodica devono essere uguali (velocità di corrosione)

Condizioni di corrosione: è necessario innanzitutto sapere se il materiale metallico può o non può essere soggetto a

corrosioni in un determinato ambiente, ed è necessario conoscere il potenziale di equilibrio di processi anodico e

catodico, in quanto la corrosione di un metallo può avvenire solo se il potenziale di equilibrio del processo catodico è

maggiore di quello del processo anodico, se ciò non avviene ci si trova in condizioni di immunità

corrosione può a volte risultare nulla se il metallo si ricopre di un film protettivo superficiale che si oppone

Passività: la

al prodursi dei processi anodico e catodico, detto film di passività

presenza di disuniformità nella struttura metallica o nell’ambiente può essere causa di

Disuniformità e corrosione: la

corrosione - Ad esempio quando due metalli con diversi potenziali di equilibrio immersi in una soluzione acquosa

sono posti a contatto fra loro, si riscontra un incremento della velocità di corrosione del metallo con potenziale minore

e una diminuzione della velocità dell’attacco di quello con potenziale maggiore (corrosione per contatto galvanico) –

Può succedere che la superficie del metallo a contatto con zone caratterizzate da un diverso contenuto di ossigeno

subisca corrosione per aereazione differenziale

materiali soggetti a corrosione possono subire diverse forme di attacco, tra le quali

Forme di corrosione: i

assottigliamento (forma di attacco più diffusa, anche se la sua velocità di penetrazione è in genere contenuta), attacchi

selettivi (attacco che colpisce solo alcuni costituenti del materiale metallico, provocandone la dissoluzione), forature

(l’attacco corrosivo può sfumare carattere localizzato o penetrare provocando perforazione di tubazioni o

apparecchiature anche in termini molto brevi, detto pitting) o cricche (in genere prodotte da un attacco localizzato

detto corrosione sotto sforzo, sono orientate in direzione perpendicolare a quella di sollecitazione e di trazione e

possono avanzare con velocità molto elevata – gli acciai ad elevata resistenza sono soggetti a questo tipo di attacco in

tutte le soluzioni e condizioni che possano dar luogo a sviluppo di idrogeno, detto infragilimento da idrogeno)

- Corrosione atmosferica

La corrosione atmosferica si produce solo in presenza di un film di elettrolita sulla superficie metallica: non avviene

quindi in ambienti asciutti – I fattori ambientali più importanti sono la frequenza delle precipitazioni i cicli di

compensazione l’umidità relativa, le temperature, le condizioni di esposizione, la presenza di inquinanti, sali o polveri

– L’aggressività può variare anche all’interno della stessa zona climatica: conta quindi il microclima – Alcuni materiali

metallici presentano un buon comportamento alla corrosione atmosferica, almeno in atmosfere non eccessivamente

aggressive – La resistenza alla corrosione atmosferica dell’acciaio aumenta se questo contiene cromo, rame e nichel in

bassi tenori, in quanto questi acciai si ricoprono nel tempo di una patina protettiva (acciai patinabili) – Altri metalli

sono protetti da un sottile film che si può forma spontaneamente, come gli acciai inossidabili, le leghe di alluminio, lo

zinco, il rame e le sue leghe

- Metodi di protezione

La prevenzione o il controllo della corrosione sono necessari per il raggiungimento delle vite nominali definite in sede

di progetto

Pitture: le pitture sono sistemi eterogenei costituiti da un insieme di pigmenti dispersi in un composto filmogeno

(legante) portate alla viscosità di applicazione desiderata con l’aggiunta di solventi – Applicati allo stato fluido sulla

superficie metallica formano una pellicola solida e aderente, e proteggono il metallo tramite due meccanismi: effetto

barriera (formazione di strati con permeabilità all’acqua molto bassa e che ostacolano la diffusione di ossigeno) ed

effetto elettrochimico (azione protettiva di pigmenti attivi eventualmente inseriti nel film che possono rallentare o

arrestare il processo di corrosione) – Un film per rimanere protettivo nel tempo deve avere una buona resistenza

chimica nelle condizioni ambientali in cui si trova pertanto si ricorre a cicli protettivi basati su diverse strade con

caratteristiche differenti: una mano di fondo (primer), una mano di finitura (copertura) e una intermedia – Quando la

pittura non è più in grado di esplicitare la protezione richiesta, deve essere rimossa e sostituita con un nuovo ciclo di

pitturazione caso dei rivestimenti metallici, la superficie del metallo di base è protetta dalla

Rivestimenti metallici/zincatura: nel

corrosione attraverso la realizzazione di un sottile strato di un opportuno metallo o lega – Se il rivestimento non

presenta difetti, la protezione nei confronti della base risulta completa poiché l’attacco corrosivo interessa solo il

materiale che costituisce il rivestimento, mentre nel caso contrario si formano accoppiamenti galvanici tra il

rivestimento e le aree scoperte della base – I rivestimenti di zinco sono di gran lunga i più utilizzati per la protezione

dell’acciaio, in particolare per la protezione in superficie esposta all’atmosfera, proprio perché, essendo anodici rispetto

alla base, la proteggono anche in presenza di difetti

ottiene mediante un processo elettrochimico e consiste nel far funzionare da anodo il metallo per

Anodizzazione: si

formare uno strato di ossido molto più spesso e più stabile rispetto al film di passività

protezione catodica è una protezione di tipo elettrolitico che si può applicare ai materiali

Protezione catodica: la

metallici posti in acque naturali e nei terreni – Si attua rendendo più negativo il potenziale della struttura da

proteggere, in modo da annullare o rendere trascurabile la velocità di corrosione, e così facendo la struttura viene

quindi a funzionare da catodo

7.5) Principali materiali metallici impiegati nelle costruzioni

Gli acciai sono i materiali metallici più utilizzati per le applicazioni strutturali grazie soprattutto alle loro

caratteristiche meccaniche

- Acciai

Come sono dentro la ferro si suddividono in acciaio e ghisa non funziona del tenore di carbonio – Gli acciai sono i

materiali metallici largamente più utilizzati al mondo

Microstruttura: la microstruttura degli acciai varia al variare del contenuto di carbonio

Classificazione e designazione degli acciai: criteri standardizzati di classificazione che consentono di raggrupparli in

classi omogenee – In base ai requisiti qualitativi: acciai di base, acciai di qualità e acciai speciali – In base alla

composizione chimica: acciai al carbonio, acciai basso-legati, acciai legati – In base alle applicazioni: acciai da

costruzione di uso generale, acciai speciali da costruzione, acciaio inossidabili, acciai da utensili, acciai per usi

particolari circa l’80% della produzione di acciaio, e vengono posti in opera allo stato grezzo

Acciai da costruzione: rappresentano

oppure dopo trattamenti termici o meccanici – È richiesto che l’acciaio sia saldabile in edilizia – Suddivisi in acciai di

base e acciai di qualità

gli acciai prodotti con cicli tecnologici di tipo semplice senza aggiunta di elementi in lega in

Acciai di base: sono

piccole quantità caratteristiche migliori rispetto agli acciai di base per quanto riguarda il carico di rottura e

Acciai di qualità: presentano

di snervamento, la tenacità, la saldabilità o la resistenza a corrosione – Ottenuti con processi produttivi innovativi

parte degli acciai di qualità e vengono utilizzati per i prodotti lunghi o piani – Per aumentare

Acciai patinabili: fanno

la resistenza alla corrosione atmosferica si aggiungono rame, cromo, fosforo e nichel – Dopo diversi mesi su questi

acciacchi si forma una patina di ossido aderente e di alto spessore che rallenta la velocità di corrosione dell’acciaio

sottostante oggi fanno parte degli acciai di qualità, vengono utilizzati per le armature per il

Acciai per calcestruzzo armato: ad

calcestruzzo armato ed hanno vincoli sulla duttilità per garantire un adeguato comportamento delle armature in caso di

eventi sismici leghe ferro-carbonio-cromo e possiedono una maggiore resistenza alla corrosione in ambienti

Acciai inossidabili: sono

anche con eleva