Appunti Materiali

PROPRIETÀ MECCANICHE DEBOLI

 INERZIA CHIMICA

 Bassa DENSITÀ -> leggerezza

 ISOLANTI termici ed elettrici

 Tm basse

LEZ. 2 ; pag. 110

METALLI

DEFINIZIONE

MATERIALI INORGANICI COMPOSTI DA da ELEMENTI METALLICI (o non in alcune leghe)

CARATTERISTICHE generali

Metalli puri su tavola periodica,

LEGAME METALLICO: cationi (ioni+) occupano posizioni fisse e ordinate nello spazio (STRUTTURA CRISTALLINA METALLICA COMPATTA) elettroni di valenza atomi messi in comune formano Nube elettronica -> duttilità, malleabilità e conducibilità

- Legame forte

- Adirezionale

Struttura cristallina può prendere i 3 RETICOLI+ COMPATTI tra i 14 del RETICOLO DI BRAVAIS:

- EC, Esagonale Compatto (CPH)

- CFC, Cubico a faccia centrata (FCC)

- CCC, cubico a corpo centrato (BCC)

Con diverse P e T i metalli possono cambiare struttura cristallina -> poliformismo o ALLOTROPIA

Es ferro

SOLIDIFICAZIONE

Metalli prodotti dal fuso raffreddato in 2 stadi:

1. Nuclei di solidificazione dispersi

2.

Cristalli -> struttura a grani cristallini -> ognuno con reticolo di orientamento DIVERSO, delimitati da BORDI DI GRANO (no unico cristallo)

Dimensioni grani:

• Fine (ca 0.4 μm)
• Intermedio (ca 4 μm)
• Grosso (ca 40 μm)

DIFETTI

• Puntiformi:
• Vacanze
• Atomi interstiziali (stesso metallo o diverso -> lega)
• Atomi Sostituzionali -> lega ma atomi DEVONO avere dimensioni simili (lega è elemento metallico o non, ospitato nel reticolo metallico -> SOLUZIOINE SOLIDA)
• Lineari:
• Dislocazioni: successioni di atomi in posizioni non reticolari -> piani atomici reticoli possono scorrere gli uni sugli altri -> deformabilità plastica -> DUTTILITÀ
• Di superficie:
• Bordi di grano: superficie di confine tra grani cristallini adiacenti

Fragili del cuore a T elevate, quindi materiale si frantuma lungo essi -> FRATTURA INTERCRISTALLINA

Fragili del cuore a T NON elevate, quindi materiale si frantuma attraverso grani stessi -> FRATTURA

TRANSCRISTALLINA

PROPRIETÀ GENERALI

DENSITÀ alta circa 2g/cm³

MECCANICHE

Elevate tra tutti i materiali per legami forti

DUTTILITÀ -> deformazione plastica

MALLEABILITÀ -> deformazione plastica

ELASTO-PLASTICI

Tratto elastico: solo deformazione del reticolo, NO alterazione della struttura del reticolo

Dopo il limite elastico (TYS) si ha deformazione permanente: scorrimento di parte del cristallo su un'altra tramite DISLOCAZIONI

E 30-200 GPa

FRAGILE: rottura a basse temperature

NON resistenti ad agenti atmosferici senza trattamenti -> corrosione

TERMICHE

Conduttori per la nuvola elettronica

ELETTRICHE

Conduttori per la nuvola elettronica

OTTICHE

OPACHI, LUCENTI per la nuvola elettronica

RAFFORZAMENTO METALLI

- INCRUDIMENTO: deformazione plastica a freddo, scorrimento delle dislocazioni e interazione tra di loro, ma limitato dal movimento e dalla dimensione dei cristalli -> resiste a un maggior sforzo di snervamento; diminuisce la duttilità

- TRATTAMENTI TERMICI:

- RICRISTALLIZZAZIONE: a caldo, temperature elevate per annullare l'incrudimento

Duttilità: Riarrangiamento struttura cristallina, grani alcuni più grandi di altri, dislocazioni.

Tempra: Riscaldamento ad alte temperature fino a convertire la struttura reticolare cristallina in un'altra con distorsione, successivo rapido raffreddamento per fissare la struttura -> fase non stabile martensite, dura e fragile.

Dopo viene eseguito il rinvenimento (riscaldamento) che riprende un po' di duttilità, diminuendo di poco le caratteristiche meccaniche - COMPROMESSO.

Precipitazione: Aggiunta a un metallo di un altro elemento solido nel reticolo cristallino - deformazione - alligazione.

Leghe: Creare con un metallo in quantità > 2 o più elementi metalli o non, come impurezze/atomie nel reticolo. Le leghe sono:

• Soluzioni solide interstiziali (es. acciaio)
• Soluzioni solide sostituzionali (es. ottone)
• Composti intermetallici con reticoli diversi da quelli degli elementi puri che lo compongono

Proprietà delle leghe: Progettate per avere qualità migliori rispetto al soluto che si oppone a...

scorrimento dislocazioni+RESI A CORROSIONE dei componenti+DURE dei componenti-CONDUTTORI dei puri<Tm del componente che fonde menoO MOLTO + O MOLTO – TENACI dei puri

TIPI FERROSE

• NON FERROSE
• FERROMetallico

POLIFORMO o ALLOTROPICO -> cambia struttura cristallina con T

FORME ALLONTROPICHE DEL FERRO

• A Tamb -> alpha c.c.c.
• A 912°C -> gamma c.f.c.
• A 1394°C -> delta torna a c.c.c.
• A 1539°C -> liquido

Da fase gamma a alpha raffreddamento varia x tempra(velocità diraffreddamento) e x elementi di lega che variano T trasformazione

LEGASEMPRE in con C + altri

ACCIAI C <2.06% di solito 0.2-1%

GHISE C >2.06% di solito 1.5-5.5%

Altri elementi:

• Si SILICIO -> +Resi, -saldabilità
• Cu RAME -> -corrosione
• Mn MANGANESE -> +durezza, -elasticità
• Cr CROMO -> -corrosione, +durezza ma NON -elasticità

ACCIAI , comuni “acciai al carbonio”*

CRYSTAL PALACE, grattacieli SCUOLA DI CHICAGO, ancora

Da metà 800, libertyoggi

RESISTENTE

proprietà, saldabilità: ca 450MPa

Qualità permette: < dimensioni, No finitura, < costi

Usare acciai di qualità microlegati al posto di quelli speciali, < costi

* acciai Cor-Ten: strato aderente ossido di ferro-> non serve verniciatura ozincatura

SPECIALI: Quasi solo C o debolmente legati

Tempra e rinvenimento -> +resistenza e tenacità

X componenti meccanici sotto elevate sollecitazioni

ACCIAI INOX

leghe Fe-C-Cr con altri elementi x migliorare Ni e Mo

Cr>12% -> PASSIVABILITÀ -> proprietà materiale di formare AUTONOMAMENTE con contatto con aria strato ossido sottilissimo e invisibile -> no corrosione

AUSTENITICI Ferro c.f.c. NON magnetico -> MIGLIORI RESISTENZE A CORROSIONE, o + costosi

FERRITICI Ferro c.c.c. MAGNETICO, no nichel

DUPLEX (austeno-ferritici) o MARTENSITICI reticolo cristallino distorto, no nelle strutture di Bravais, o MAGNETICO -> MIGLIORI CARATTERISTICHE MECCANICHE

NON sono immuni a corrosione, soprattutto con cloruri (acqua e

CLASSIFICAZIONE

In base a come è presente C:

• CEMENTITE Fe3C, + raro
• GHISA BIANCA: particelle di GRAFITE solo C
• GHISA GRIGIA: dipende da composizione, V di raffreddamento e trattamento termico con LAMINETTE di GRAFITE che si formano con Si+ utilizzata, < costo

PROS

• Fondono bene
• < costo
• Resi a corrosione atmosferica

CONS

• FRAGILI
• < caratteristiche meccaniche
• NO DEFORMABILI x def plastica, né freddo né caldo

METALLICI NON FERROSI

• >duttilità
• >lavorabilità
• >resi a corrosione
• >conducibilità
• <densità

ALLUMINIO Al

• 13<<<<DENSITÀ (1/3 Acciaio)
• >Estrudibilità
• >conducibilità
• RESI a corrosione atmosferica con film naturale che si riforma a contatto con atmosfera, ma corrosione in contesti molto acidi o molto alcalini
• RICICLABILE 100%

Es. Edilizia x serramenti e rivestimenti

CLASSIFICAZIONE

Con aluminium association 4 cifre x famiglia, varianti e sottofamiglia

purezzaSERIE 1000- Al puro

COMPATIBILE con alimenti

Riflettività, anti scintilla, non magnetico, saldabile

SERIE 4000 con Si->durezza

>fluidoresi a usura

Es. Getti, x alimentari

SERIE 7000 con Zn + Mg

CARATTERISTICHE MECCANICHE + ELEVATE TRA LE LEGHE

Sensibilità a tensocorrosione

SERIE 5000 e 6000 con Mg + <1% Si e Mn

Resi a corrosine

TITANIO, Ti, 224 elemento + abbondante su crosta terrestre

PROPRIETÀ>>costo sia lui che leghe; rapporto resi-peso medio-alto

BIOCOMPATIBILE

ATOSSICO>>RESI A CORROSIONE in moti ambienti x formazione spontanea FILM OSSIDO

PROTETTIVO TiO2

Puro resi > di leghe !!!!

CASO

Film: Spesso pochi nanometri

Idrofilo (Idrofilico): assorbire legare e trattenere acqua

Semiconduttore

Può assumere proprietà fotocatalitiche (purificare aria riducendo inquinamento)

Può essere aumentato con tecniche elettrochimiche fino a centinaia di nanometri che

migliora biocompatibilità e atossicità>>RESI A FATICA MA risente di intagli e spigoli vivi

Bassa espansione termale

Buona saldabilità

Effetto colore/arcobaleno:Dovuto a riflessione e rifrazione del raggio luminoso in spesso film di ossido->interferenza ottica -> titanio può assumere diverse colorazioni

STRUTTURA

e.c. fase alpha a T=885°C

c.c.c. fase beta fino a 1668°C

USI- usato con zirconia in ambito dentistico (proprietà ed espansione termalesimile)- + leggero di acciaio ma prestazioni meccaniche simili -> ruoli strutturali- Rivestimenti esterni *Guggenheim Bilbao- Articoli sportivi- Design: lampade, oggetti effetto cangiante

PRODUZIONE

Lavorabilità accettabile, processi complessi -> >>costo

Riduzione di tetracloruro di titanio con magnesio

LEGHE DI TITANIO

4 gradi in relazione a tenore di ossigeno