Materiali ferrosi e non ferrosi

MATERIALI FERROSI E NON FERROSI

L’acciaio è uno dei materiali metallici ferrosi. I materiali ferrosi si dividono in:

1. acciaio: contengono fino al 2,10% di carbonio. Il suo peso va tra il 7500-7800

2. ghisa: contengono fino al 4% di carbonio

Acciaio e ghisa hanno lo stesso processo di produzione ma si differenziano per una

lavorazione successiva.

L’acciaio, a sua volta, si divide in:

acciai comuni

 acciai speciali

 - con elementi leganti

- con trattamenti termici

In natura il Ferro si trova solo all’interno di minerali, da cui viene estratto con

procedimenti metallurgici. Esempi di questi minerali sono:

magnetite

 hematite

 siderite

 pyrite

 limonite: è il minerale ferroso più diffuso, per il 35% è composta da ferro



Poiché il ferro non presenta particolari caratteristiche meccaniche, viene più spesso

utilizzato per realizzare delle leghe. Le leghe di ferro, ghisa e acciaio, sono fasi

successive di uno stesso processo che si suddivide in due fasi:

1. una prima fase all’interno dell’altoforno i minerali di ferro si uniscono al carbonio

e formano la ghisa

2. nella seconda fase la ghisa prodotta viene introdotta ad altri forni per ridurne la

percentuale di carbonio e ricavare l’acciaio

I materiali non ferrosi si dividono in:

pesanti

 - piombo

- rame

- zinco

- stagno

leggeri

 - alluminio

- titanio

- magnesio

altri metalli

 - nichel

- cromo

- manganese

- tungsteno

- litio

- platino

Le leghe metalliche sono materiali composti da due o più elementi chimici nei quali

l’elemento in quantità maggiore è sempre un metallo

Alcuni esempi di leghe metalliche sono:

- ghisa: ferro + carbonio

- acciaio: ferro + carbonio

- bronzo: rame + stagno

- ottone: rame + zinco

- leghe leggere: alluminio + rame + magnesio

Le leghe metalliche presentano particolari caratteristiche che i metalli puri non hanno.

Pertanto è possibile ottenere la lega più adatta per qualsiasi applicazione, dosando

opportunamente i componenti e scegliendo in modo ottimale il trattamento termico

cui sottoposta.

La composizione delle leghe e la temperatura in cui vengono prodotte donano:

notevole resistenza meccanica

 notevole resistenza alla corrosione

 maggiore lavorabilità

 migliore saldabilità: fa sì che i collegamenti tra gli elementi diventino

 naturalmente rigide

Le leghe si distinguono secondo la struttura:

1. leghe monofasiche: con struttura di unico tipo

2. leghe polifasiche: con struttura di diversi tipi

- LEGHE FERRO-CARBONIO

Le leghe ferro-carbonio sono leghe polifasiche poiché in rapporto alla percentuale di

carbonio ed alle temperature, si hanno diverse strutture compresenti.

La differenza tra acciaio e ghisa sta nella percentuale di carbonio presente nella lega

In funzione della temperatura, la struttura della lega assume le forme della ferrite e

cementite e della austenite.

Nell’acciaio tali fasi sono compresenti e in base alle modalità con cui l’acciaio è stato

raffreddato queste diverse forme prendono il nome di:

perlite: si produce negli acciai raffreddati lentamente. Questa fase ha una bassa

 durezza, un basso carico di rottura e una grande plasticità

bainite: si forma in acciai raffreddati rapidamente. Generalmente questa fase è

 più duttile e èiù dura della perlite

mertensite: si produce in acciai raffreddati molto rapidamente. La durezza e la

 resistenza meccanica di questa fase dipendono dal contenuto di carbonio e

aumentano con esso

Le leghe ferro-carbonio sono, quindi:

1. ghisa: la ghisa presenta una percentuale di carbonio che va dal 2% al 4%. Viene

impiegata in edilizia per realizzare elementi prodotti per colata o stampaggio

2. acciaio extra-duro: l’acciaio extra-duro presenta una percentuale di carbonio

uguale al 0,75%. Questo viene impiegato in edilizia per la realizzazione trefoli

nel calcestruzzo armato precompresso e cavi per tensostrutture

3. acciaio duro: l’acciaio duro presenta una percentuale di carbonio che va dal

0,51% allo 0,75%. Esso viene usato per la realizzazione di elementi in

calcestruzzo armato e in calcestruzzo armato precompresso

4. acciaio semiduro: l’acciaio semiduro presenta una percentuale che va dallo

0,26% allo 0,50%. Esso viene usato per la realizzazione di elementi in

calcestruzzo armato e in calcestruzzo armato precompresso

5. acciaio dolce: l’acciaio dolce presenta una percentuale che va dallo 0,16% allo

0,25%. Esso viene utilizzato per la realizzazione di profilati, di lamiere e di

elementi per calcestruzzo armato

6. acciaio semidolce: l’acciaio semidolce presenta tracce di carbonio fino a una

percentuale dello 0,15%. Esso viene utilizzato per la realizzazione di profilati, di

lamiere e di elementi per calcestruzzo armato

Le caratteristiche della ghisa sono:

- colabilità, lavorabilità, formabilità

- buona resistenza alla corrosione

- resistenza meccanica inferiore alle leghe di acciaio, buona a compressione e

scarsa a trazione

- impossibilità di subire lavorazione plastiche sia a caldo che a freddo

Le caratteristiche dell’acciaio sono:

- isotropo a struttura compatta

- duro

- resistente

- duttile

- elevata resistenza a trazione

- elevata resistenza a compressione

- elevata resistenza a sforzi longitudinale

- non modifica le caratteristiche nel tempo

- buon conduttore elettrico e termico

- saldabile e lavorabile

LA GHISA

La ghisa è una lega ferro-carbonio con elevato contenuto di ferro e notevole quantità

di carbonio, che determina la presenza di cementite e l’abbassamento dal punto di

fusione

Essa presenta caratteristiche meccaniche inferiori all’acciaio ma hanno un’ottima

fusibilità

Le ghise comuni sono:

1. le ghise grigie: il carbonio è sotto forma di grafite lamellare

2. le ghise bianche: il carbonio è sotto forma di cementite

Le ghise speciali sono:

1. le ghise malleabili

2. le ghise sferoidali: il carbonio è sotto forma di grafite sferoidale

La ghisa grigia solidifica in una struttura costituita da lamelle di grafite. Essa deriva il

suo nome dal caratteristico colore delle superfici di frattura. La ghisa grigia è quella

più utilizzata industrialmente poiché molto economica. Essa è comunemente fragile e

di media durezza. Le caratteristiche della ghisa grigia sono:

- una buona conducibilità termica

- un’ottima resistenza a compressione

- una buona resistenza all’usura e basso attrito

Il nome ghisa bianca deriva dalla presenza di cementite che provoca superfici con

fratture riflettenti. …..

Il processo produttivo della ghisa avviene in 5 fasi:

1. l’altoforno viene caricato dall’alto con una miscela di coke, minerali di ferro e

calcare

2. il calore sviluppato dalla combustione del coke, favorita dall’alta temperatura di

un getto d’aria calda che investe dal basso e attraverso la carica, innesca una

reazione chimica fra il carbonio del coke e l’ossigeno degli ossidi di ferro che

costituiscono i minerali

3. il ferro, liberatosi dai minerali, si lega con una parte di carbonio a forma di ghisa

fusa, che cola verso il basso

4. periodicamente la ghisa viene estratta dal fondo, mentre un diverso canale di

scolo permette di recuperare le scorie per avviarle a fasi successive del ciclo

siderurgico

5. il ferro liquido viene raccolto nel crogiolo e convogliato in canaletti refrattari o

raccolto in siviere per essere poi trasformato in lingotti oppure inviato

all’impianto per la produzione acciaio