Appunti di Materiali Metallici

MATERIALI METALLICI

Si studiano i fenomeni, i meccanismi e i problemi connessi alla solidificazione dei metalli, si studia la maggior parte dei processi di trasformazione e il conseguimento allo stato fuso.

CICLO DI FABBRICAZIONE

Successione di operazioni che consentono di trasformare uno o più materie in prodotti finiti o semilavorati.

• estrazione dei minerali
• estrazione dei metalli allo stato nativo in cui sono abbondanti

METALLURGIA PRIMARIA

• estrazione dei metalli dai loro minerali
• blenda, rosa circos, tetraedrite, cassiterite, separazione naturale

METALLURGIA SECONDARIA

• raffinatura di metalli per ottenere nuova materia prima
• utilizzata per reazioni e lavorazioni, spesso anche centralizzato rispetto alla quantità fornita dalla natura

Ossidrilfici e silicati

TRATTAMENTI DI PREPARAZIONE

Sono dei procedimenti sotto disposizione del punto di vista energetico che hanno lo scopo di aumentare la superficie di contatto tra minerale e ambiente al fine di facilitare le operazioni successive.

1. Frantumazione
2. Macchinazione
3. Vaglio → per selezione particelle più o meno equidimensionale
4. Arricchimento → per la separazione dalla ganga

L’arricchimento ha lo scopo di “arrivare” in rimozione della parte più consistente alla ganga, in modo da rendere più semplice le passaggi sucessivi.

• Per via magnetica → utilizzata per minerali ferromagnetici (es. ferro, magnetite, wolframite, piirotite)
• Per flottazione → operazioni vasto per i solfuri, tratta il minerale preventivato con una schiumogeno (agente flottante), le particelle del minerale salgono avento colpite bolle schiumogeno mantenute in superficie mentre la ganga si bagna e affonda.
• Per separazione elettrostatica → sfrutta le differenti conducibilità elettrica dei minerali (es. solfuri soffure).

TRATTAMENTI ESTRATTIVI PRELIMINARI

Si tratta di trattamenti chimico-fisici non sempre effettuati, atti a preservare l'elettrolusione ed incrementare la fasi di estrazione del minerale.

• CARBONATI e SOLFATI → calcinazione
• SOLFURI → aroastmento
  • ossidante
  • autogeno
  • solfato
  • clorurante

PROCESSI DI ESTRAZIONE

Sono processi che servono a separare il minerale dalla ganga. A causa delle grandi quantità in gioco e della generalità del processo non è possibile una separazione diretta, quindi si mette in atto un lavoro di attrici.

La decisione dipende dal calore della purezza e per la fose delle rimangenzadi del metallo ed altre perome chiamato trafiaciancos.

Poiché in natura l'intonazione dei minerali si basa sulla stadio di maggiore stabilità chimica, dai coinvolti che li controreggono. Per esporre un determinato elvuetà nei metalli è diritto una energia e secondo il principale processi:

1. PIROMETALLURGICI → utilizzo dell'energia termica
2. IDROMETALLURGICI → utilizzo di energia chimica
3. ELETTROMETALLURGICI → utilizzo di energia elettrica

PROCESSI DI RAFFINAZIONE

Dopo i processi di estrazione il metallo ruci è mai pure, per questo si ricorre alla raffinazione.

PRODUZIONE DI GHISA E ACCIAIO

I minerali principali utilizzati sono:

• ossidi
  • ematite Fe₂O₃ con 72,4% di Fe
  • amagnetite Fe₃O₄ con 69.9% di Fe

• ossidi idrati
  • limonite Fe₂O₃.nH₂O con 60.67% di Fe
  • pirite FeS₂ con 46.67% di Fe
  • pirrotite con 60% di Fe
  • marcasite
  • sesosfrite

• CARBONATI
  • la sidento FeCO₃ con 48.31% di Fe

Il cambio di comportamento fra frattura fragile/duttile avviene in un intervallo di transizione provocato da misure variabili, la più importante la temperatura.

Fatica

• Comportamento caratteristico dei metalli
• Sottoposti a carichi superiori al carico di snervamento se questi sono ripetuti nel tempo.
• Meccanica una sollecitazione periodica.
  • Isolvente considerata minuscola.

Si utilizzano diagrammi di Wöhler.

"Il limite di fatica è la fatica sotto il quale un materiale non cede per un numero molto elevato di cicli"

"Il limite di fatica è correlato alla tensione di rottura Rm che pare sulla linea rossa"

• Dimensione della grana: fine=RM alto e grossolana=RM basso
• Tipi di cristalli: acc[column] bias blocchi romboidali e globulari=RM più elevato
• Inclusioni: nei monotalli abbassano RM
• Geometria del pezzo, disposizione superficie, temperatura, umidità, corrosione riducono il limite di fatica

Prove Meccaniche

Per valutare le caratteristiche di resistenza dei pezzi.

• Le sezioni ad afferire il dimensionamento dei pezzi
• Risparmio di materiale (costo)
• Riduzione del peso
• Tecnologiche - misurano la fattibilità e specificità lavorazioni
• Meccaniche - misurano proprietà di resistenza, elasticità e duttilità.

Tipi di prove

• Statiche: sollecitazioni applicate gradualmente (secondi o minuti)
• Dinamiche: sollecitazioni applicate repentinamente (millisecondi)
• Periodiche (di fatica): sollecitazioni applicate ciclicamente
• di scorrimento viscoso: ess. applicate ad alte temperature per periodi lunghi.

PROVE NON DISTRUTTIVE

ricerca di difetti senza danneggiare il pezzo

• qualità della produzione
• uniformità delle prove e dei risultati
• riduzione dei costi di produzione dato che i pezzi difettosi vengono scartati subito
• prevenzione degli incidenti nelle applicazioni aerospaziali
• agevolazione della fase di progettazione

RADIOGRAFIA

Raggi X (Röntgen, t)

• emissione da atomi eccitati da fasci di elettroni applicati
• l'intensità t è regolabile a piacere
• raggi «duris»
• tenera tenuti per poco tempo
• buon contrasto: molte parti dell'oggetto (oggetti spessi, in acciaio, lamine e bronzi)
• raggi «molli»
• tenga tenuti per lungo tempo
• alto contrasto: poche parti dell'oggetto (oggetti sottili, leghe leggere, materie plastiche)

GAMMAGRAFIA

Raggi γ (Curie, Ci)

• generati opportunamente da alcuni materiali (cobalto, iridio, cesio)
• intensità ferma e, se decade nel tempo, per cui la fonte dovrà essere sostituita periodicamente

ULTRASUONI

onde elastiche di natura meccanica con frequenza > 20 kHz

Per i controlli sui materiali metallici, si usano onde a 0,5 < f < 10 MHz.

• riflessione (eco)
• le onde che rimbalzano sul difetto vengono captate
• si appoggia il trasduttore sulla superficie del pezzo bagnata e accoppiata ad onde emesse
• i difetti sono evidenziati da un picco di ritorno (eco) che anticipa quella della parete del pezzo
• propiaftà ed entità del difetto
• trasmissione
• le onde che attraversano il pezzo vengono captate
• trasduttore da una parte e ricevitore dall'altra
• difetti evidenti perché causano una diminuzione del picco in arrivo al ricevitore
• non si desume la propriaftà del difetto