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Schemi: Appunti di Scienza dei materiali Appunti scolastici Premium

Schemi completi (elenchi puntati) per l'esame di Scienza dei materiali di Simonetta Lucia Pagliolico, che riassumono slides di Simonetta Lucia Pagliolico e studio autonomo e riassunti in modo da trattare tutti gli argomenti d'esame ma ridotti all'essenziale. Gli argomenti trattati sono i seguenti: introduzione; legami chimici; elasticità dei materiali; difetti nei solidi cristallini; proprietà... Vedi di più

Esame di Scienza dei materiali docente Prof. S. Pagliolico

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ESTRATTO DOCUMENTO

Composizione: dipende da prestazioni richieste (lavorabilità, resistenza meccanica,

o permeabilità) e materie prime disponibili.

Prestazioni richieste

o Spessore del copriferro

o Classe di consistenza

o Tempo di stagionatura → t = t + t t : tempo di stagionatura minimo

o s p d s

t : tempo minimo per la protezione del cls t : tempo di disarmo

p d

Mix design (progettazione della composizione): dipende da prestazioni richieste (lavorabilità,

 resistenza meccanica, permeabilità) e materie prime disponibili.

Tipologia strutturale: normale/armata/precompressa. In base ad essa si sceglie la

o Rck(resistenza minima caratteristica) prevista

A partire dalla Rck si calcola la resistenza media a 28 giorni → Rm = Rck + 1.64s

o s: scarto quadratico medio

Partendo dal tipo di cemento e dalla eventuale presenza di additivo si sceglie a/c

o Partendo dalla classe di esposizione si verifica a/c (cautelativamente si sceglie l’a/c

o massimo convenzionale + basso di quello di partenza) e si verifica che la Rck scelta in

precedenza rientri nei parametri richiesti

Partendo da Rck si sceglie la classe di resistenza

DISPENSA 11 – IL VETRO

Vetro: tetraedro silicico (1 atomo silicio + 4 ossigeno). Legame covalente (forte). Al variare di θ varia

 la forza del legame, quindi la temperatura di fusione.

Solido amorfo: liquido ad altissima viscosità. Temperatura di fusione non ben definita, processo

 graduale.

VISCOSITÀ η: resistenza allo scorrimento ε a seguito di sollecitazione τ applicata parallelamente alla

 superficie. Deriva dall’attrito. U.d.m. Poise. Il vetro fuso si comporta come fluido newtoniano quindi

vale → Τ = ηε

TEMPERATURE caratteristiche della fusione:

 4

Punto di lavorazione → η=10 Poise. Inizio lavorazione vetro

o 7.6

Punto di rammollimento → η=10 Poise. Mantiene forma ma è molle

o 13

Punto di ricottura → η=10 Poise. Riduzione tensione di raffreddamento

o 14.5

Punto di tensione → η=10 Poise. Raffreddamento

o

COMPOSIZIONE: silice (SiO ) + altri ossidi

 2

Formatori di reticolo/liquidi vetrogeni: ossidi che formano struttura vetrosa

o  Sabbia quarzosa

 Borace

 Anidride fosforica

Fondenti/modificatori di reticolo: ossidi che spezzano il reticolo abbassando temperatura

o di fusione

 Solidi di metalli alcalini o alcalino-terrosi

Ossidi intermedi: contribuiscono in piccola parte a formare struttura vetrosa

o Stabilizzanti: rendono il vetro meno alterabile chimicamente

o

Tipi di vetro:

 Vetri sodico-calcici o Float Glass: i vetri comunemente applicati in edilizia

o Vetro di Boemia o cristallo: ha potassa invece che soda. + resistente, + lavorabile,

o brillantissimo

COLORAZIONE: per aggiunta di ioni metallici o altre sostanze (x es oro x tinta rubino)

 OPACIZZAZIONE: con sostanze finemente disperse che diffondono i raggi luminosi (light sputtering)

 FABBRICAZIONE:

 Fusione: materie prime scaldate in forni refrattari a T >1100° x eliminare scorie e gas e x

o indurre reazioni chimiche

Omogeneizzazione: con agitatori o con insufflazione di gas x ottenere densità e viscosità

o omogenee

Affinaggio: con sostanze affinanti x espellere gas ed evitare bolle e difetti.

o Formatura: inizialmente a T e poi a T . Metodi:

o lavorazione rammollimento

 Soffiatura: vetro artistico, canne, tubi. Insufflaggio di aria in vetro che si gonfia x

adattarsi a stampi

 Pressatura: contenitori semplici

 Filatura: fibre di vetro

 Stiramento meccanico: lastre. inserimento nel bagno di asta refrattaria trascinata

verso l’alto.

 Laminazione: lastre. Colata continua tra 2 rulli controrotanti

 Processo Float: lastre. Laminazione con pulitura a fuoco su letto di stagno fuso e

ricottura

Ricottura: raffreddamento controllato in forni di raffreddamento che elimina tensioni

o dovute a differente velocità di raffreddamento tra cuore e superficie. A questo punto il

vetro è opaco

Abrasione: con polveri dure e sempre + fini x rendere il vetro lucido e brillante

o Finitura:

o  Molatura: lavorazione di spigoli e fili delle lastre con nastri abrasivi e mole

 Smerigliatura: x vetri traslucidi rigati o disegnati

Smerigliatura meccanica o sabbiatura: getto di aria compressa con sabbia

 finissima

Smerigliatura chimica o satinatura: attacco superficiale con acido

 fluoridrico gassoso o immersione in bagno di fluoruri

 Stampa: incisione di un negativo su cilindri di laminazione x ottenere textures o

motivi

 Serigrafia: tramite tessuto che fa penetrare smalto solo in zone specifiche + cottura

 Smaltatura: smalti (pigmenti ceramici minerali) applicati + cottura o tempratura

 Laccatura: no cottura ma fissaggio meno stabile

Tempra: aumenta resistenza all’urto

o  Termica: vetro scaldato fino a T e raffreddato rapidamente con getti d’aria. Si

ricottura

ottiene vetro resistente a trazione(cuore) e compressione(superficie) che si

frantuma in minuscoli pezzi sferoidali. Adatto a vetri di sicurezza

 Chimica: vetro immerso in bagno di sali di potassio fusi a 350°. Non adatto a vetri di

sicurezza

PROPRIETÀ DEL VETRO

 Proprietà termiche:

o  Conducibilità termica (k): capacità di trasmettere calore da caldo a freddo.

NB: Per realizzare VETRI Bassa: 1.16 W/m°C

ISOLANTI è inutile Trasmittanza (U ): trasmissione attraverso parte centrale del vetro x irraggiamento,

g

aumentare lo spessore, conduzione e convezione.

si ricorre invece al vetro Resistenza termica → R = 1/U = ΔT/Q

g g

camera: doppi vetri con Resistenza conduttiva → R = s/k aumentando spessore aumenta R ma non R !

v v g

intercapedine d’aria o perché in R entrano in gioco altre resistenze convettive + determinanti

g

gas nobili, che hanno

bassa conducibilità

VETRI ASSORBENTI: colorati, assorbono alcune radiazioni e ne

riflettono altre. Il migliore è verde, assorbe tanto e dà visibilità

RIVESTIMENTI BASSO-  Fattore solare: energia trasmessa/energia incidente →

tot

EMISSIVI: film di fattore solare = (Φ + φ )/Φ Φ : energia trasmessa φ : energia assorbita e

t i i t i

ossidi metallici posti ritrasmessa Φ : energia incidente

i

all’interno della  Emissività (e): capacità di un corpo di emettere energia → e = E/E 0<e<1

grigio

vetrocamera E: radiazione In vetro e=0.84

 Resistenza agli sbalzi termici: temperatura max a cui il vetro, immerso in acqua a

0°C, non si rompe. In vetro è ca.50°C

Proprietà ottiche:

o  Trasparenza: capacità di trasmettere radiazioni visibili

 Trasmissione della luce:

Fattore di assorbimento: Φ = Φ α

 a i v

Fattore di riflessione: Φ = Φ ρ

 r i v

Fattore di trasmissione: Φ = Φ τ α , ρ , τ : fattori spettrali

 t i v v v v

 Indice di rifrazione → n = c/v c: velocità luce in aria v: velocità luce in vetro

Proprietà acustiche: per ottenere isolamento acustico si possono usare vetricamera o vetri

o stratificati con film plastici interposti che smorzano le vibrazioni

Proprietà meccaniche: il vetro è viscoelastico

o  Se T<T → comportamento elas co (fragile) → segue legge di Hooke: σ = Eε

g

 Se T>T → comportamento viscoso → dipende dal tempo

g

 Se T≈T → comportamento viscoelas co

g

 Resistenza a rottura: è influenzata dal tipo di trattamento subito dal vetro

DISPENSA 12 – MATERIALI CERAMICI TRADIZIONALI

Ottenuti x lavorazione e cottura di impasto a base di argilla

 MICROSTRUTTURA: elementi metallici e non metallici legati da legami forti: covalenti e ionici

 Classificazioni:

 X porosità:

o  Pasta porosa

 Pasta compatta: vuoti riempiti da fase vetrosa (prodotto di cottura)

X colore del supporto:

o  Prodotti colorati

 Prodotti a pasta bianca

X rivestimento:

o  Opaco → smalto

 Trasparente → vetrina

COMPOSIZIONE:

 Argille →

o  Plastificanti: fillosilicati (foglietti sovrapposti di silicoalluminato idrato. es. caolinite,

montmorillonite, illite) + ossidi idrati + composti organici (humus)

 Inerti: sabbia quarzifera + miche e feldspati + carbonato di calcio e magnesio + altri

minerali Come smagrante si possono usare

Sabbia silicea (quarzo): smagrante (evita ritiri), inerte

o cocci di laterizi polverizzati e chamotte

Calcare (carbonati, poroso) o feldspati (compatti) → fondenti

o X porcellane pregiate: caolino +

GRANULOMETRIA della terra:

 sabbia quarzosissima + feldspati

Ghiaia: 5÷100 mm. Funzione: scheletro

o Sabbia: 0.08÷5 mm. Elevato attrito, coesione se bagnata (tensione superficiale). Se ce n’è

o troppa l’impasto si sgretola a causa della bassa coesione

Limo: 0.002÷0.08 mm. Basso attrito, coesione se bagnata, variazioni dimensionali al variare

o di umidità

Argilla: <0.002 mm (2 microns). Basso attrito, coesione se bagnata, variazioni dimensionali

o al variare di umidità. Se ce n’è troppa l’impasto si sgretola a causa dell’instabilità di volume

Tensione superficiale → acqua forma pon capillari (menischi) tra par celle di argilla, si crea quindi

 un legante x la sabbia (lo scheletro)

Ciclo di FABBRICAZIONE:

 Formatura: conferisce forma all’impasto tramite pressione che lo deforma plasticamente e

o stabilmente. Metodi:

 Pressatura

 Estrusione

 Colaggio: con forza centrifuga

Cottura:

o  120° argilla perde acqua assorbita e plasticità

 200° argilla perde acqua adsorbita

 600-700° perdita completa di plasticità

 800-900° si forma mullite (composto cristallino)

 900-1100° si forma fase fusa che fa da filler e che agevola formazione di mullite

 T >1100° la fase fusa aumenta e la viscosità diminuisce

 Al termine si ha una frazione cristallina (mullite e quarzo) inglobata in matrice

vetrosa

PROPRIETÀ:

 Fragilità, bassa tenacità

o Scarsa resistenza a trazione

o Buona resistenza a compressione (grazie a porosità)

o Ottima resistenza chimica (grazie a legami chimici forti)

o Bassa conducibilità termica (grazie a porosità e a legami covalenti e ionici con elettroni

o vincolati)

Soggetti a shock termici (a causa di bassa conducibilità e fragilità)

o Refrattarietà: resistenza ad alte temperature

o Durabilità: dipende da porosità (minore è meglio è)

o

DEGRADO:

 Cause:

o  Calce viva: si forma se il calcare non è ben macinato. Idratandosi dopo cottura

espande e provoca fatturazioni

 Abrasione

 Corrosione di inserti metallici

 Acqua nella muratura: grazie a cicli di gelo disgelo e a presenza di sali o acidi

provoca:

Efflorescenze e sub florescenze (x evaporazione e deposito di calcare)

 Ettringite e thaumasite (x reazione col legante)

 Dilavamento di intonaco e malta di allettamento

 Presenza di materiale organico → cuore nero

Tipi di materiali ceramici:

 Laterizi: pasta porosa.

o  In base a densità:

Low density (LD): usati x murature protette

 High density (HD): x murature non protette (paramano, facciavista)

 Tipi di mattoni:

Albasi: basso modulo elastico, permeabili, più traspiranti, degradano

 Ferrioli: fragili, si deformano meno, impermeabili, non degradano

Grès: pasta compatta, fondenti feldspatici

o  Grès comuni: argille già contenenti il fondente → piastrelle, tubature

 Grès fini: feldspato + argilla (caolino) → sanitari

Porcellane: pasta bianca compatta e vetrificata. Caolino + quarzo + feldspati

o  Porcellane tenere: prevale fase vetrosa, traslucide

 Porcellane dure: prevale fase cristallina, resistenza chimica, meccanica, elettrica,

refrattarietà

Piastrelle: x pressatura o estrusione. Monocottura: pasta greificata e smaltata

o Sanitari: pasta compatta. Colaggio, smaltatura, monocottura

o  Porcellana sanitaria: maggior fase vetrosa, maggior ritiro → piccoli pezzi (bidet,

lavandini)

 Grès porcellanato: minor ritiro → grandi pezzi (vasche da bagno)

Grès rosso: vetrificato non smaltato → pavimentazione terrazzi e ambien industriali

o Clinker: pasta compatta. Argille eterogenee + coloranti + fondenti + chamotte →

o pavimentazioni

DISPENSA 13 – MATERIALI LAPIDEI NATURALI

Usati come:

 Materiale portante strutturale

o Rivestimenti

o Materie prime x altri materiali (cls, vetro)

o

Minerale: composto solido e inorganico, chimicamente omogeneo, con struttura cristallina

 caratteristica e proprietà chimico-fisiche omogenee

Roccia: aggregato di uno o più minerali

 Struttura: dovuta a forme e dimensioni dei minerali e al loro modo di aggregarsi. Es. calcare e

 marmo → entrambi carbonato di calcio(CaCO ) ma calcare→stru ura ooli ca, marmo→stru ura

3

granoblastica

Tessitura: disposizione su larga scala dei minerali e loro orientamento

 Classificazione: in base a:

 Genesi:

o  Eruttive/magmatiche/ignee: formate in seguito alla solidificazione di magmi

Effusive: solidificate in superficie → basiche → basal

 Intrusive: solidificate nella crosta terrestre → acide → grani

 Sedimentarie: in base al meccanismo di deposizione:

Clastiche: formate da clasti, frammenti di rocce preesistenti

 Organogene: materiali organici (gusci, scheletri) mineralizzati (trasformati

 in calcare)

Chimiche: da sali + evaporazione o abbassamento temperatura

 Metamorfiche: rocce a cui è stata modificata la struttura x variazioni di pressione e

temperatura (es. marmi)

Composizione (struttura e tessitura):

o  Silicatiche: costituite da silicati (quarzo, feldspati)

 Calcaree: costituite da carbonati (calcite, dolonite)

Ciclo di vita: estrazione → lavorazione(taglio e finitura)

 Estrazione: da cave o corsi d’acqua mediante:

 Escavazione

o Frantumazione di grossi blocchi estratti da cave

o Taglio con esplosivo

o Perforazione continua

o Cunei meccanici o idraulici

o Taglio con filo diamantato

o

Taglio: per ottenere forme regolari mediante:

 Segagione

o Water jet

o

Rifinitura superficiale → superfici di finitura:

 A spacco

o A piano di sega

o Sabbiate, martellinate, bocciardate

o A spacco termico

o Levigate o lucidate (mediante mole abrasive)

o

Proprietà:

 Porosità: bassa in graniti, marmi, calcari compatti / alta in calcari teneri, tufi

o 3

Densità: da 1000 a 2500 kg/m

o Resistenza a compressione: compatte >100 MPa porose <10 MPa

o Resistenza a usura: ricche di silice→dure sedimentarie→poco dure

o Conducibilità termica: bassa, dipende da porosità (maggiore è meglio è), tessitura e

o presenza di acqua -6 -1 -6 -1

Dilatazione termica lineare: quarzo→8*10 °C calcite→5*10 °C

o

Degrado:

 Fisico → dovuto a:

o  Gelività → porosità e umidità

 Efflorescenze e sub efflorescenze

 Dissoluzione e ricristallizzazione

Chimico → dovuto a:

o  Attacco piogge acide (dissoluzione, dilavamento, erosione → composizione

mineralogica, porosità, umidità)

 Croste nere: acido solforico provocato dallo smog attacca la calcite trasformandola

in gesso. Il particolato carbonioso si deposita sul gesso e forma la crosta nera, che

tende a dilatare e staccarsi dal gesso portandosi via materiale lapideo

Biologico: formazione di muschi e licheni

o

DISPENSA 14 – IL LEGNO

Gli alberi producono legno per rispondere a 2 esigenze fisiologiche: sostegno meccanico e

 conduzione d’acqua

DEFINIZIONE TOPOGRAFICA: è la parte del tronco e dei rami che si trova al di sotto dello strato

 corticale

DEFINIZIONE ISTOCHIMICA: è l’insieme degli elementi cellulari lignificati

 STRATI DEL TRONCO:

 Corteccia: insieme di cellule morte che protegge gli strati sottostanti dall’aggressione di

o parassiti e agenti esterni ed evita la perdita di umidità

Floema: insieme di cellule vive che trasporta verso il basso la linfa prodotta dalla chioma x

o attività clorofilliana, necessaria x la crescita dell’albero

Cambio: strato di cellule vive che durante la stagione vegetativa si riproducono x

o suddivisione, generando verso l’interno legno e verso l’esterno floema

Legno o xilema: strato di cellule generate dal cambio, ormai lignificate e morte, mentre

o cellule vive sono presenti nello strato più vicino al cambio, che svolge funzioni di sostegno

meccanico e conduzione x ascesa di linfa grezza dal terreno alla chioma

 Alburno: legno giovane. Ha funzione di sostegno, conduzione x ascesa di linfa

grezza dal terreno alla chioma e accumulo di amido (nelle sue cellule)

 Durame: costituito da cellule morte e lignificate, con pareti ispessite e impregnate

di lignina, originatesi x invecchiamento dell’alburno (duramificazione)

Midollo: costituito da parenchima primario, ossia cellule vive che garantiscono l’accumulo

o di amido

Sezioni anatomiche

 Il fusto ha forma di paraboloide: rastremazione

 Anelli di accrescimento: l’albero è soggetto a stagionalità. Cellule primaverili: ampie con parete

 sottile, funzione di conduzione. Cellule invernali: piccole con parete spessa, funzione di sostegno

Tessuti dello xilema:

 Tessuto di sostegno: cellule allungate (fibre) orientate parallelamente all’asse del fusto che

o danno resistenza meccanica

Tessuto conduttore: cellule allungate a lume ampio, orientate parallelamente all’asse del

o fusto che formano vasi (trachee)

Tessuti parenchimatici o di riserva: cellule vive contenenti amido necessario

o all’accrescimento dell’albero

Tessuto secretore di resina: cellule tubiformi disposte verticalmente e orizzontalmente

o

Legno di conifera: possiede fibre in stragrande maggioranza, perciò è utilizzato a fini strutturali

 Legno di latifoglia: possiede numerose cellule parenchimatiche e resinifere perciò non è utilizzato a

 fini strutturali ma x falegnameria

Fibratura: andamento direzionale delle cellule. Può essere diritta o inclinata rispetto all’asse o del

 fusto o dell’elemento prodotto. È importante x le caratteristiche meccaniche degli elementi

strutturali

FOTOSINTESI: 6 CO + 6 H O → C H O + 6 O il glucosio viene disciolto in acqua e la linfa così

 2 2 6 12 6 2

prodotta viene trasportata al cambio x essere trasformata in cellulosa

MICROSTRUTTURA: 2 molecole di glucosio = cellobiosio, unità di base che forma le catene

 glucaniche. Catene glucaniche si legano con ponti idrogeno e formano microfibrille di cellulosa, che

formano le pareti cellulari.

Pareti cellulari: composte da cellulosa, lignina e emicellulose

 PROPRIETÀ del legno:

 Specifiche:

o  Variabilità:

Interspecifica: tra diverse specie

 Intraspecifica: tra individui della stessa specie

 Igroscopicità: all’aumentare dell’umidità aumenta il volume del legno. È dovuta ai

gruppi OH della cellulosa che mediante ponti idrogeno permettono l’adsorbimento

di acqua. Umidità relativa percentuale→ u(%)= 100(Pu-Po)/Po

Pu: peso campione Po: peso campione secco valore normativo=12%

essiccazione totale→0% saturazione totale→30%

 Anisotropia: dovuta a fibre e trachee

 Biodegradabilità → dovuta a:

Batteri

 Insetti: attaccano l’alburno o il durame indifferenziato in tutta la sua

 lunghezza. Diminuzione di resistenza proporzionale a diminuzione di

sezione Coleotteri: larve scavano gallerie e mangiano cellulosa e amido ,

o poi escono e lasciano foro di sfarfallamento. Possono depositare

uova

Isotteri (termiti): rimangono nel legno tranne una specie. Danni

o molto gravi

Organismi marini

 Funghi: attaccano alburno e durame in zone umide, diminuzione di

 resistenza solo in zone attaccate. Azzurramento non provoca danni

meccanici

Carie bruna: asporto di cellulosa, legno scurito e frammentato in

o cubetti

Carie bianca: degradazione di lignina, aspetto biancastro e

o filamentoso

Fisiche:

o  Termiche: buon isolante termico (alta conducibilità, basso calore specifico)

 Acustiche: ideale: pareti pluristrato con CDM (materiale smorzante di sughero e

gomma) con intercapedine riempita con materiale assorbente

Meccaniche:

o  Resistente a compressione se parallelo alla fibratura, non resistente se

perpendicolare

DIFETTI del legno: (a) eccentricità del midollo; (b) cretti; (c) cretti o fessurazioni da ritiro; (d) nodo

 ellittico; (e) nodo a baffo

Le SPECIE principalmente USATE IN EDILIZIA sono pochissime:

 Conifere: abete bianco e rosso, pino, larice, douglasia

o Latifoglie: castagno, pioppo, rovere

o

Produzione:

 Segagione :

o Sfogliatura

o Tranciatura

o Cippatura

o Incollaggio

o Trattamenti superficiali protettivi

o

Prodotti:

 Prodotti per impieghi strutturali:

o  Legno massiccio

 Legno lamellare: strutturale x grandi costruzioni. Selezione e incollaggio di tavole

ad alta prestazione (prive di difetti)

 Pannelli a base di legno:

Pannelli di legno massicci

 Pannelli di legno compensato e multistrati: costituiti da almeno 3 sfogliati

 incollati tra loro con orientamento incrociato di fibre. Se + di 5

sfogliati→mul strato (legni diversi)

Pannelli listellari: listelli incollati tra loro ricoperti da strati di sfogliato

 Pannelli di particelle (truciolari): realizzati attraverso pressatura in

 continuo, isotropi

Pannelli tamburati: telaio in legno massello unito da traverse e riempito da

 ossatura a nido d’ape in cartone, rivestito con fogli di compensato

 Engineering wood products (EWP): prodotti legnosi + adesivi

GLULAM: EWP prefabbricati di grandi dimensioni

 Pannelli di fibre (MDF): formati combinando ad alte temperatura e

 pressione fibre, cera e una resina legante

Pannelli di scaglie orientate (OSB): formati da stratificazione di scaglie di

 legno con orientamenti specifici. Superficie grezza

I-Joists: travetti composti da sottili blocchi di legno piatto collegati da una

 sottile striscia di OSB.

Pannelli sandwich per isolamento termoacustico

Prodotti complementari:

o  Materiali isolanti:

Pannelli di fibra di legno

 Pannelli di sughero

 Cellulosa soffiata

 Rivestimenti:

Tavolato orizzontale

 Tavolato verticale e diagonale

 Pavimentazioni

 Serramenti

DISPENSA 15.1 – ACCIAIO (DEFINIZIONI CENNI STORICI)

Acciai da costruzione → des nazione:

 Per profilati

o Per calcestruzzo armato

o Per calcestruzzo armato precompresso

o

Classificazione:

 Di base

o Di qualità

o

Ferro: metallo allo stato puro (99.9%) con tenore di carbonio <0.1%

 Proprietà: resistenza a compressione, plasticità, durezza, malleabilità, ridotta resistenza a

o trazione e flessione

Ghisa: lega ferro-carbonio ad alto tenore di carbonio >2.06%

 Proprietà: durezza, fragilità, difficoltà di lavorazione, può essere gettata in stampi

o

Ferro battuto: lega ferro-carbonio a bassissimo tenore di carbonio con inclusioni vetrose. Era

 prodotto martellando la ghisa riscaldata su un incudine, in tal modo si ossidava il carbonio e il ferro

a bassissimo tenore di C era altamente duttile e lavorabile

Acciaio: lega ferro-carbonio a tenore di carbonio 0.1÷2.06%

 Acciaio al carbonio: tenore di carbonio <1%

o Acciaio legato: acciaio speciale contenente altri elementi chimici:

o  Acciai inossidabili → Ni e Cr

 Acciai di qualità → Al, Nb, N, V, Ti con tenore <0.1%

Ciclo produttivo dell’acciaio:

 Materia prima → ema te: minerale cos tuito da ossido ferrico (Fe O )

o 2 3

Preparazione della ghisa:

o  Cottura in altoforno di ematite con eccesso di carbonio + carbone coke e

calcare/calce(fondenti: reagiscono con impurità e formano scorie vetrose con bassa

T di fusione che galleggia sulla ghisa più pesante) → Reazione: Fe O + 3C → 2Fe +

2 3

3CO. Si forma soluzione liquida di carbonio e ferro.

 Solidificazione → soluzione ferro-carbonio + cementite (Fe C) + grafite (C)

3

Affinazione in convertitore ad ossigeno:

o  Carbonio + ossido di ferro → monossido di carbonio → dras ca riduzione di

carbonio

 Prima della reazione con ossigeno si aggiungono addensanti di scorie

 Reazione con ossigeno → ossidazione delle scorie (C, Mn, Si, S, P)

 Controllo della composizione (prelievo e analisi di un campione)

In passato:

 Acciaio a pacchetto (ferro-ghisa-ferro-ghisa martellati a caldo)

o Puddellaggio (1784) : mescolamento + fiamma ossidante. Limiti: resistenza meccanica non

o alta

Convertitore Bessemer (1856): ad ossigeno. Limiti: non eliminava zolfo e fosforo, no

o rottami di ferro. Eliminazione zolfo risolta con metodo Mushet: aggiunta di ghisa speculare

il cui manganese reagisce con zolfo → solfuro di manganese in grado di scorificare

Forno Martin-Siemens (1864): refrattari + preriscaldamento riciclato → anche ro ami di

o ferro

Convertitore Thomas (1877) → refra ario resistente all’ambiente fosforoso

o

Ora: forni elettrici → alimenta con ro ame di acciaio riciclato x produrre acciai speciali di qualità

 Ciclo produttivo dei manufatti in acciaio:

 Metallurgia/siderurgia primaria e secondaria → metallo allo stato grezzo

o Lavorazioni da fonderia: per deformazione plastica a caldo e a freddo → semilavora

o  Colata in lingottiera:

Acciaio colato in lingotti

 Strippaggio: estrazione

 Trasformazione in semilavorati a caldo in laminatoi (treni sbozzatori)

 Colata continua: trasformazione diretta in semilavorati

Passaggio da siviera a paniera

 Passaggio da paniera a lingottiera senza fondo a rulli raffreddata ad acqua

 Taglio

 Deformazioni plastiche:

Operazioni di finitura: giunzioni, trattamenti termici, controlli

o

Microstruttura: la presenza di difetti nei metalli puri conferisce loro duttilità

 Reticolo cristallino del ferro α: cella cubica a facce centrate

o Reticolo cristallino del ferro γ: cella cubica a corpo centrato

o

Difetti: sostituzionali, interstiziali, auto-interstiziali, vacanze, dislocazioni (a spigolo, a vite)

DISPENSA 15.2 – ACCIAIO (MECCANISMI DI RAFFORZAMENTO)

Diagrammi di stato: danno indicazioni su sistemi plurifasici a seconda di composizione, temperatura

 e pressione. In genere: ascissa composizione, ordinata temperatura

Componente: corpo puro chimicamente definito (atomo o molecola)

 Fase: parte di materia omogenea. Separata da altre fasi tramite superfici (interfacce)

 Soluzione: miscela omogenea di soluto(% minore) e solvente(% maggiore). Solida o liquida

 Diagramma Fe-C: ascissa %C, ordinata T → sopra T corrispondente al punto 2 c’è solo

 austenite(Feγ), abbassando la temperatura aumenta %carbonio (e quindi la cementite) e il Feγ si

trasforma in Feα(ferrite, con %C max= 0.02%), scendendo a una T=727°C detta eutettoide (punto

4) non si ha più austenite e la combinazione tra ferrite e cementite forma perlite. Al di sotto

dell’eutettoide si hanno acciai ferriticoperlitici con C<0.76% (ipoeutettoidici), alla temperatura di

eutettoide acciai perlitici con C≈0.76% (eutettoidici)

Ferrite: Feα (Cubico Corpo Centrato)

 Austenite: Feγ (Cubico Faccia Centrata)

 Lacune interstiziali

 In austenite → lacune o aedriche

o In ferrite → lacune o aedriche e tetraedriche

o

Cementite: Fe C, composto semimetallico duro e fragile

 3

Perlite: a T<727° → trasformazione eute oidica: γ→α+Fe C → perlite. Serie alternata di lamelle di

 3

ferrite e cementite

Martensite: raffreddando l’austenite con una tempra a velocità elevate (50 k/s)

 l’austenite si trasforma in una fase instabile: la martensite γ→M. fragile ma

durissima. Tetragonale Corpo Centrato

Meccanismi di rafforzamento dell’acciaio: è possibile aumentare la tensione di snervamento

 introducendo nel reticolo cristallino elementi, difetti o fasi che ostacolino il movimento delle

dislocazioni:

Soluzione solida: introduzione di elementi (manganese, rame) nelle celle di ferrite che

o legandosi alle dislocazioni ne ostacolano il moto.

Affinamento del grano cristallino: si aumenta la superficie dei bordi di grano di ferrite

o rimpicciolendo i grani tramite normalizzazione o trattamenti termo-meccanici

Deformazione plastica preventiva (non desiderabile in quanto toglie duttilità): si deforma

o l’acciaio oltre il limite elastico prima della messa in opera, creando moltissime dislocazioni

che si ostacolano a vicenda e non permettono ulteriore deformazione

Precipitazione di seconde fasi: per ottenere nitruri e carburi (impenetrabili dalle

o dislocazioni) si precipitano in soluzione Niobio, Titanio e Vanadio

Transizione duttile-fragile: duttile→sicuro, fragile→pericoloso. Generalmente avviene a -80°C

 alcuni elementi possono alzare la temperatura di transizione → pericoloso! Indesidera !

o  Aumento di %C

 Fosforo

 Deformazione plastica preventiva

 Precipitazione di Niobio, Titanio, Vanadio aumenta leggermente Ttransizione,

perciò va controbilanciato con diminuzione di %C

Altri la abbassano → bene!

o  Manganese e Rame

 Affinamento del grano

Trattamenti termici: modificano fasi, loro %, loro morfologia, loro distribuzione nel metallo

 Ricottura completa: riporta l’acciaio alle condizioni originali di equilibrio come da

o diagramma Fe-C.

 Riscaldamento in forno al di sopra del punto 2(solo austenite)

 Permanenza a T corrispondente al punto 2 x 1-2 minuti per ogni millimetro di

spessore del pezzo

 Raffreddamento lento in forno

Normalizzazione: riporta l’acciaio alle condizioni originali di equilibrio, dà duttilità e

o resistenza grazie all’affinamento dei grani

 Riscaldamento in forno al di sopra del punto 2(solo austenite)

 Permanenza a T corrispondente al punto 2 x 1-2 minuti per ogni millimetro di

spessore del pezzo

 Raffreddamento relativamente veloce in aria calma

Tempra: forma martensite violando condizioni di equilibrio del diagramma Fe-C. Dà

o resistenza ma toglie duttilità → non va bene in ambito archite onico!

 Riscaldamento in forno al di sopra del punto 2(solo austenite)

 Permanenza a T corrispondente al punto 2 x 1-2 minuti per ogni millimetro di

spessore del pezzo

 Raffreddamento molto veloce in olio o acqua

Bonifica: riscaldamento poco al di sotto dell’eutettoide → si formano cemen te e ferrite

o ma con dimensioni e distribuzione diverse: elevate resistenza e duttilità

Ricottura di distensione: aumenta la tenacità (duttilità) dell’acciaio. Utile dopo saldatura (la

o saldatura produce martensite) e deformazione plastica preventiva, quindi in condizioni di

fragilità


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DESCRIZIONE APPUNTO

Schemi completi (elenchi puntati) per l'esame di Scienza dei materiali di Simonetta Lucia Pagliolico, che riassumono slides di Simonetta Lucia Pagliolico e studio autonomo e riassunti in modo da trattare tutti gli argomenti d'esame ma ridotti all'essenziale. Gli argomenti trattati sono i seguenti: introduzione; legami chimici; elasticità dei materiali; difetti nei solidi cristallini; proprietà meccaniche dei materiali; proprietà fisiche dei materiali; leganti; calcestruzzo-costituenti; il cls fresco; il cls indurito; il vetro; materiali ceramici tradizionali; materiali lapidei naturali; il legno; l'acciaio; altri materiali metallici; .


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in architettura (I Facoltà di Architettura e II Facoltà di Architettura)
SSD:

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher novian di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Scienza dei materiali e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Torino - Polito o del prof Pagliolico Simonetta Lucia.

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