I METALLI
DEFINIZIONI
I metalli sono una famiglia che comprende molti materiali (il 75% degli elementi presenti in natura). Quelli d’uso comune si dividono in:
LEGGERI alluminio, titanio, magnesio FERROSI ferro e le sue leghe: ghisa, acciaio MALLEABILI e ANTICORROSIONE rame, stagno, zinco, piombo
PREZIOSI oro, argento, platino
RICICLAGGIO DEI METALLI
RICICLO I metalli sono materiali di origine minerale. Come per il vetro, è possibile riciclare gli oggetti in metallo infinite volte.
VANTAGGI Il riciclaggio ci fa risparmiare energia e materie prime, tutela l’ambiente (meno cave e miniere), minor quantità di materiale a discarica, minor inquinamento e malattie per l’uomo.
RISORSA ROCCE DI DIVERSA ORIGINE (si estraggono da cave o miniere) MATERIA PRIMA METALLI
METALLURGIA complesso di tecnologie e procedimenti per l’estrazione, la produzione e la lavorazione dei metalli. L’industria che lavora i metalli si chiama Metallurgica.
SIDERURGIA complesso di tecnologie e procedimenti per l’estrazione, la produzione e la lavorazione del ferro. L’industria che lavora il ferro e le sue leghe si chiama Siderurgica.
LEGA unione due o più metalli (bronzo, ottone) o di un metallo e un non metallo (ghisa, acciaio). Si fa una lega per ottenere un materiale con caratteristiche migliori.
PROPRIETA’
FISICHE MECCANICHE TECNOLOGICHE
STATO IN NATURA solido, tranne il mercurio che si trova allo stato liquido
DUREZZA
i metalli di solito resistono bene alla scalfitura
FUSIBILITA’
i metalli si fondono con il calore e si possono colare in stampi COLORE
dal grigio chiaro al grigio scuro alluminio – bianco, oro – giallo, rame - rosso
RESILIENZA i metalli resistono bene agli urti
SALDABILITA’
due pezzi di metallo si possono unire riscaldandoli
LUCENTEZZA
è la capacità di riflettere la luce e nei metalli è molto elevata
BUONA RESISTENZA A:
compressione – trazione flessione – torsione
taglio – alla fatica
MALLEABILITA’
i metalli possono assumere la forma di sottili lamine
PESO SPECIFICO sono quasi tutti pesanti
pesantissimi > oro e uranio leggeri > alluminio, titanio,
magnesio
PLASTICITA’
i metalli si deformano con facilità, si modellano allo stato liquido e raffreddandosi mantengono la forma
DUTTILITA’
i metalli possono assumere la forma di fili sottili
TEMPERATURA DI FUSIONE è la temperatura del passaggio dallo stato solido a quello liquido del materiale; per ogni metallo è diversa
TEMPRABILITA’
i metalli caldi possono essere raffreddati in acqua, aumentandone la durezza
DILATAZIONE TERMICA
dipende dal coefficiente di dilatazione termica che è diverso per ogni metallo
CONDUTTIVITA’ ELETTRICA
è tipica dei metalli, soprattutto rame e alluminio
CONDUTTIVITA’ TERMICA
è propria dei metalli
RESISTENZA ALLA CORROSIONE
varia a seconda del metallo; è
buona nel rame e nello zinco.
Alcuni metalli tendono ad arrugginirsi.
LAVORAZIONI
I metodi di lavorazione dei metalli sfruttano due proprietà: la fusibilità e la plasticità
FUSIONE E COLATA IN STAMPO
il metallo fuso viene colato in uno stampo, dove poi si solidifica raffreddandosi.
Si possono ottenere così moltissimi pezzi tutti uguali.
Per questa lavorazione sono adatti ghisa, acciaio, bronzo, ottone, alluminio.
STAMPAGGIO
il metallo allo stato plastico viene compresso tra uno stampo e un controstampo per ottenere la forma voluta
FUCINATURA
il metallo viene riscaldato fino al colore rosso e poi deformato con presse o colpi di maglio (martello)
ESTRUSIONE il metallo riscaldato viene fatto passare attraverso uno stampo con apertura sagomata forata per profilati (tubi e barre)
TRAFILATURA un tondino metallico riscaldato viene fatto passare attraverso un’apertura sagomata dotata di fori (fili)
IMBUTITURA a freddo si dà la forma ad una lamiera metallica battendola a mano o con una pressa
LAMINAZIONE si può effettuare a caldo o a freddo, facendo passare il metallo tra una o più coppie di cilindri che ruotano in senso contrario, ottenendo lamiere o barre profilate
Il pezzo viene poi rifinito con apposite macchine utensili (tornio, limatrice,…).
ALLUMINIO Si ricava dalla bauxite.
E’ usato sia puro che in lega.
E’ un metallo che si produce da circa un secolo, perché il processo di estrazione richiede una grande quantità di energia elettrica. Per questo motivo è importante il suo riciclaggio.
PROPRIETA’ è uno dei metalli più leggeri
ha un’ottima conducibilità elettrica e termica
resiste alla corrosione
è atossico
è duttile e malleabile
USI nei trasporti (telai e carrozzerie)
nel settore edile (infissi, termosifoni)
nei cavi dell’alta tensione
nel settore alimentare: imballaggi alimentari (per esempio fogli per avvolgere gli alimenti, contenitori), lattine, pentole e coperchi, caffettiere
termosifoni
elementi di arredo e mobili
RAME In natura si trova sia puro sia in numerosi minerali; di facile estrazione, è il primo metallo usato dall’uomo.
Esposto all’aria si ricopre di uno strato di ossido che lo protegge (verderame), ma che è velenoso se ingerito.
PROPRIETA’ è di colore rossastro
ha un’ottima conducibilità elettrica e termica
resiste alla corrosione
è duttile e malleabile USI in cucina (pentole)
nel settore edile (canaline e discendenti)
nei cavi elettrici
nelle lampade e nei generatori di corrente
nella produzione di composti per le industrie chimiche
nell’agricoltura (fitofarmaci)
monete (di solito in lega con altri metalli)
LEGHE Bronzo (rame + stagno) è utilizzato per la produzione di oggetti artistici e statue, monete, nella meccanica, nelle costruzioni nautiche, nelle rubinetterie
Ottone (rame + zinco) è utilizzato per rubinetterie e tubi (è resistente alla corrosione), per parti meccaniche di precisione
LAVORAZIONE DEL FERRO
FERRO (Sideros)
Si ricava da cave (miniere a cielo aperto) e si lavora nelle industrie siderurgiche
E’ un metallo color grigio chiaro, lucente, pesante, che fonde a circa 1500° C, duttile, malleabile, saldabile a caldo, facilmente lavorabile
Non resiste alla corrosione e si ossida coprendosi di ruggine quando viene esposto all’aria
Allo stato puro non si usa quasi mai perché è fragile, ma unito al carbonio dà luogo a due leghe:
ghisa ed acciaio
GHISA
È una lega contenente tra il 96 e il 98 % di ferro e tra il 2 e il 4 % di carbonio
Ha un’ottima fusibilità (1200°C) e si può facilmente modellare, ma è fragile, non sopporta gli urti né le sollecitazioni
Si usa per fare basi di motori e macchine utensili, per gli arredi stradali (lampioni, panchine, fontanelle, tombini), per tubazioni, per termosifoni, per stufe
ACCIAIO
È una lega contenente circa il 99 % di ferro e tra lo 0,05 e il 2 % di carbonio
Resiste bene alle sollecitazioni e agli urti, si salda facilmente, ha buona fusibilità (1500°C), è duttile e malleabile
E’ un materiale usato per le strutture portanti
Esistono molti tipi di acciaio che si possono classificare in due categorie:
Acciai comuni: per costruzioni ed utensili
Acciai speciali: che hanno altri elementi in lega, per esempio gli acciai inossidabili (INOX), che contengono nichel e cromo e non arrugginiscono (pentole, posate, lavelli, piani cottura)
CENTRO SIDERURGICO
E’ l’industria dove dal ferro si ricavano la ghisa e l’acciaio. E’ formato da parco minerali (deposito materie prime), dall’altoforno (produzione ghisa), dall’acciaieria (dove la ghisa diventa acciaio) e dal laminatoio (dove si producono i similavorati in acciaio).
DEPOSITO MATERIE PRIME - Minerali ferrosi
- Carbon coke - Calcare (fondente)
ALTOFORNO
Forno ad alta temperatura dove i materiali fusi formano la ghisa e le scorie
GHISA GREGGIA (10%) GHISA LIQUIDA (90%)
ACCIAIERIA
La ghisa liquida viene messa nel convertitore, dove viene soffiato ossigeno che brucia il carbonio
producendo l’acciaio
LAMINATOIO
L’acciaio incandescente viene trasformato in semilavorati (lamiere, nastri, tondini, profilati, rotaie, tubi,…) FONDERIE
Viene colata in lingotti e fatta solidificare.
Poi viene portata alle fonderie dove si producono vari oggetti in ghisa.
PROF. GRAZIA D. FERRO
