Tecnologie industriali, parte 1 - Introduzione e diagramma di fase ferro carbonio

1-INTRODUZIONE

1.1-PROPRIETA’ DEI MATERIALI

Tra le proprietà dei materiali dis nguiamo:

PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE

 Temperatura di Fusione

Il punto di fusione di una sostanza è definito come il valore di temperatura e

pressione a cui coesistono la fase solida e la fase liquida in equilibrio

termodinamico.

 Peso specifico

Si tra a del peso (in di un campione di materiale rapportato al suo volume:

[])

= =

=

 Densità

Si tra a del rapporto tra la massa e il volume di un corpo

= =

 Resistenza alla corrosione ed ossidazione

Resistenza ad un processo naturale ed irreversibile di consumazione lenta e

con nua di un materiale. Le conseguenze sono il peggioramento delle cara eris che

fisiche del materiale inizialmente coinvolto. Un pezzo ossidato o arrugginito sarà

meno performante dal punto di vista meccanico.

PROPRIETA’ MECCANICHE

 Durezza

La Durezza è definibile metallurgicamente come la resistenza di un materiale alla

penetrazione di un corpo più duro

 Resistenza Meccanica (o Tensione di Ro ura)

Si tra a di una proprietà meccanica che indica il massimo sforzo che un generico

materiale, so o forma di provino, è in grado di sopportare prima che sopraggiunga

la sua ro ura

 Elas cità

Proprietà di un materiale in grado di deformarsi so o l’azione di una sollecitazione

imposta e di riacquistare poi la sua forma originale, quando tale sollecitazione cessa

 Plas cità

Capacità di un solido di subire grandi cambiamen irreversibili di forma in risposta

alle forze applicate

PROPRIETA’ TECNOLOGICHE

 Malleabilità

A tudine del materiale a ridursi in lamine so li (lamiere)

Normalmente i metalli sono più malleabili a caldo che a freddo.

 Du lità

Capacità di un materiale di deformarsi plas camente so o carico prima di giungere

a ro ura, cioè la capacità di sopportare deformazioni plas che (il materiale può

ridursi in fili so li)

 Fusibilità

Proprietà di un materiale di fondere a determinate temperature

 Temprabilità

A tudine di un materiale ad aumentare la propria durezza per effe o di apposi

tra amen

 Saldabilità

Proprietà che ha un materiale in grado di unirsi in un solo pezzo con un altro, uguale

o diverso.

1.2-FORZE, TENSIONI E DEFORMAZIONI

La Forza è una grandezza ve oriale che si misura in e dis nguiamo tre pologie

[]

principali che interesseranno le tra azioni successive:

 TRAZIONE

La Forza di Trazione è la forza per la quale il componente viene allungato e quindi la

forza è ortogonale alla superficie a cui è applicata.

Sia la lunghezza iniziale; alla Forza di Trazione corrisponde un Allungamento e

∆

il corpo subisce una Deformazione : ∆ NB

[−]

= = [−] ≔Adimensionale

Si genera anche una Tensione sul materiale:

= = =

 COMPRESSIONE

La Forza di Compressione è la forza per la quale il componente viene compresso e

quindi la forza è sempre ortogonale alla superficie a cui è applicata.

Sia la lunghezza iniziale; alla Forza di Compressione corrisponde un Allungamento

e il corpo subisce una Deformazione

∆ :

∆ NB

[−]

= = [−] ≔Adimensionale

Si genera anche una Tensione sul materiale:

= = =

 TAGLIO

La Forza di Taglio è una forza che agisce ortogonalmente/di taglio all’asse di una

stru ura (del nostro provino)

Viene generata come deformazione uno Scorrimento: i piani non si allontanano o

avvicinano ma scorrono uno rispe o all’altro:

∆

= = [−]

Il Taglio genera delle Tensioni Tangenziali, che vanno a fare scorrere i piani

[]

= =

Il Taglio va a generare un Momento Fle ente, che va ad infle ere la stru ura.

1.3-MOMENTO FLETTENTE E MOMENTO TORCENTE

 MOMENTO FLETTENTE

Un corpo è sollecitato a flessione quando le forze applicate perpendicolarmente al

suo asse tendono a curvarlo:

Il Momento Fle ente sollecita la sezione in maniera non uniforme.

La parte superiore sarà sogge a a compressione (parte che tende ad essere

schiacciata), quella inferiore a trazione (parte che tende ad essere allungata. Si parla

quindi di Fibre Tese e Fibre Compresse:

Il Momento Fle ente può generare allungamen e accorciamen (che hanno sempre

la stessa espressione anali ca) e genera delle Tensioni ±

 MOMENTO TORCENTE

Il Momento Torcente tende a far ruotare due sezioni l’una rispe o all’altra.

Genererà quindi uno scorrimento e delle tensioni tangenziali

2-I METALLI

2.1-CLASSIFICAZIONE DEI METALLI

Mol elemen presen in natura (e quindi presen nella tavola periodica) fanno parte dei

metalli.

I materiali metallici, a loro volta, vengono classifica in:

METALLI FERROSI

Sono i metalli più usa e sono estremamente importan dal punto di vista ingegneris co.

() () () () ()

METALLI LEGGERI

Sono cara erizza da una buona Resistenza Specifica:

/

= → (ù )

à

Sono, in genere, difficilmente lavorabili: bisogna avere delle accortezze nella scelta dei

parametri di lavorazione.

() () ()

METALLI MOLTO MALLEABILI (E ANTICORROSIONE)

Sono metalli molto malleabili (cioè si lasciano trasformare in fogli di spessore molto so le).

Sono facilmente lavorabili e resisten alla corrosione.

() () () ()

METALLI PREZIOSI

Sono molto rari e di conseguenza costosi

() () ()

In realtà, più che classificare i metalli, per essere più specifici si dovrebbe parlare di

classificazione di Leghe Metalliche…

2.2-LEGHE METALLICHE

In lavorazioni industriali difficilmente si ha a che fare con metalli puri: il metallo viene quasi

sempre unito con altri elemen , che prendono il nome di elemen alligan , e forma una

Lega Metallica.

Gli elemen alligan hanno come scopo quello di migliorare le performance meccaniche e

le proprietà tecnologiche del metallo.

Per esempio, considerando come metallo il Rame (), materiale molto du le e di elevata

conducibilità, andiamo ad iden ficare le principali Leghe di Rame, che data la presenza di

Rame (al di là della percentuale di elemento alligante principale), saranno leghe molto

malleabili e du li:

 OTTONI

Si tra a di Leghe di Rame in cui il Rame viene rinforzato con lo Zinco.

Ci sono diverse pologie di o oni, come gli o oni al piombo (per i quali oltre a rame

e zinco, sarà presente anche il piombo).

 BRONZI

Sono Leghe di Rame per le quali il Rame si va a legare con alcuni materiali specifici

come Alluminio, Berillio o Stagno.

2.3-LEGHE FERROSE

Le Leghe Ferrose (Leghe Ferro-Carbonio) vedono il ferro legarsi con l’alligante principale del

Carbonio: all’aumentare della percentuale di carbonio, aumenta la difficoltà nella

lavorazione del materiale (minore du lità) e aumenta la durezza.

In generale, il Ferro è l’elemento du le (l’elemento facilmente deformabile della lega),

mentre il Carbonio si aggiunge al ferro per farlo diventare più forte e resistente (alla

ro ura/snervamento).

A causa dell’elevata densità sono note come leghe pesan .

Possono essere classificate in:

 ACCIAI (0 < % < 2,1%)

 GHISE (2,1% < % < 4,5%)

Bassolegati: oltre a e hanno

una bassa percentuale di elementi

secondari

Altolegati: oltre a e hanno

una alta percentuale di elementi

secondari

GHISE

Sono designate con la le era G seguita da un numero che indica il carico di ro ura a

trazione garan to in /10.

Sono dure e fragili e resistono bene alla compressione e alla corrosione, mentre resistono

poco alla trazione e alla flessione;

Non possono subire lavorazioni plas che in quanto non sono malleabili, né a caldo né a

freddo; possiedono un’o ma fusibilità, fondendo a temperature non molto elevate (tra

1150°C e 1300°C).

A causa delle ul me due cara eris che elencate, ossia la mancata malleabilità e l’o ma

fusibilità, le ghise sono lavorate per colata (fusione).

Ghise sferoidali: sono chiamate così in quanto il carbonio è presente so o forma di piccole

sfere, la cui formazione è provocata dall’aggiunta di magnesio come elemento alligante;

possiedono cara eris che simili a quelle degli acciai (sono leggermente più deformabili

rispe o alle altre ghise) e vengono u lizzate per ingranaggi, ruote ecc.

Ghise aciculari:sono così chiamate per la stru ura ad aghi e sono estremamente dure e

fragili; contengono anche silicio,