Proprietà dei materiali

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  • 1. LE PROPRIETA’DEI MATERIALI METALLICI
  • 2. Si suddividono in :• proprietà chimico-strutturali; strutturali• proprietà fisiche; fisiche• proprietà meccaniche; meccaniche• proprietà tecnologiche. tecnologiche
  • 3. Le proprietà chimico-strutturali riguardano la composizione chimica dei metalli e la loro struttura interna, dalle quali derivano tutte le proprietà meccaniche e tecnologiche.
  • 4. Nella fase di solidificazione, gli atomi dei metalli, che derivano dalla miscelazione dei varielementi chimici allo stato liquido,si dispongono con un certo ordine, formando un reticolo cristallino in forma ripetitiva, nelle tre dimensioni dello spazio.
  • 5. La struttura e le proprietà che ne derivano, dipendono principalmente dalla natura dei legami esistenti tra gli atomi. Esistono in natura quattro tipi dilegami chimici: ionico, covalente, di Van der Waals e metallico. Quello di nostro interesse, è il Legame metallico.
  • 6. Il cristallografo franceseAuguste Bravais nel1848, mostrò cheesistono 14 modi dicristallizzazione.Tuttavia, quasi il 90%degli elementi metallici,durante lasolidificazione,cristallizza secondo tresole strutture cristalline
  • 7. - Reticolo cristallinoCubico a Corpo Centrato ( CCC )- Reticolo cristallino Cubicoa Facce Centrate ( CFC )-Reticolo cristallinoEsagonale Compatto( EC )
  • 8. Poiché gli atomi tendono ad avvicinarsi quanto più possibile a causa delle notevoli forze interatomiche, è possibile considerare gli atomi, come sfereincomprimibili a contatto tra di loro, in un ordinato reticolo.
  • 9. Impacchettamento atomico
  • 10. Nella trasformazione liquido-solido, siverificano due stati distinti: la Nucleazione, Nucleazione che porta alla comparsa di piccolissimi germi cristallini nel liquido; nel secondo si osserva l’Accrescimento dei nucleiprecedentemente formatisi, fino a diventare dei cristalli che formano il solido cristallino
  • 11. Levigando a specchio lasuperficie di rottura di unmetallo, e osservandola almicroscopio ( dopoopportuni trattamentisuperficiali con liquidiappropriati ), si osserveràche il metallo è costituito dagrani, o cristalli, aderenti gliuni agli altri, ma separati dalinee sottili e irregolari, dettigiunti.
  • 12. Per le proprietà Fisiche, possono Fisicheessere prese in esame :- massa volumica-densità;- dilatazione termica;- calore specifico;- temperatura di fusione;- dilatazione termica;- calore latente di fusione;- conduttività termica;- conduttività elettrica;
  • 13. Massa volumicaSi definisce massa volumica ρ ( rho ),il rapporto tra la massa di un corpo,ed il suo volume massa ρ =------------- [ kg/m3 ] volume
  • 14. La DensitàLa densità δ (delta) , si intende il rapportotra la massa volumica di una sostanza equella di riferimento, che normalmente èl’acqua distillata a 4°C. ρ sostanza δ =--------------------- ρ acqua a 4°C
  • 15. Dilatazione termicaPer effetto del riscaldamento di un corpo, dovutoa somministrazione di calore, il movimento dellemolecole al suo interno, aumenta. Questo aumentamovimento comporterà una agitazione chetenderà a occupare sempre più spazio, e a livellomacroscopico, si noterà una variazione delledimensioni del corpo riscaldato.L’aumento di temperatura di un corpo, comportauna dilatazione lineare, superficiale e cubica, aseconda che il corpo sia sviluppato in una, due, otre direzioni.
  • 16. ∆L = α · ∆T · Li [mm] ∆L = Lf – Li ∆T = Tf – Tiα = Coefficiente di dilatazione termica lineare in [ 1 /°C]
  • 17. Differenza tra calore e temperaturaCalore e temperatura, esprimono fenomeni fisicidiversi.Il Calore è una forma di energia trasferita da uncorpo ad un altro di temperatura differente.La Temperatura è una grandezza fisica chedefinisce il livello, o intensità, del caloreposseduto da un corpo
  • 18. Più precisamente, la Temperatura rappresenta l’indice del grado di agitazione termica delleparticelle ( atomi molecole o ioni ), costituenti un corpo.
  • 19. Calore Specifico o Capacità termica Massica Il calore specifico Cs, è la quantità dicalore che si deve somministrare alla massa unitaria di un corpo, affinchéquesto aumenti la propria temperatura di 1 K, oppure di 1°C. Q Cs = ------------------- [ J / kg · K] ∆T · m
  • 20. Temperatura di fusioneRiscaldando progressivamente unasostanza, aumenta l’ampiezza dioscillazione molecolare. A un certo punto leforze di legame del reticolo cristallino, nonsono più in grado di resistere all’aumento diampiezza di oscillazione, e da questoistante, la sostanza passa lentamente dallostato solido a quello liquido.Quindi la temperatura per la quale si verificail passaggio dallo stato solido a quelloliquido, si chiama Temperatura di fusione
  • 21. Calore latente di fusioneIl calore che si devesomministrare, affinché cisia il completo passaggiodallo stato solido a quelloliquido di un kg disostanza, si chiama CaloreLatente di Fusione,espresso in kJ/kg
  • 22. Conduttività termicaSe riscaldiamo una delle due estremità di barre didiverso metallo, noteremo dopo breve tempoall’altra estremità, delle diverse temperatura. Ciò edovuto al fatto che i materiali hanno una diversaconduttività termica, cioè una diversa capacità dicondurre il calore.Si definisce pertanto che la Conduttività termica, termicaè la quantità di calore in J, che nel tempo di 1 sriesce a passare perpendicolarmente da unafaccia a quella opposta, del solido considerato.Si indica con λ, e si misura in W/m·° C
  • 23. Legge di FourierCiò che esprime il passaggio dicalore Q, da una parete disuperficie A e spessore S , è laseguente Legge di Fourier ; A · ( T1 – T2 ) Q = λ · -------------------- [ W ] S
  • 24. Conducibilità elettricaFacendo passare dellacorrente elettrica, su due fili didiverso materiale, esuccessivamente misurata laloro intensità, si noteranno duecorrenti di valore diverso .L’intensità di corrente saràmaggiore, nel filo di materialeche ha maggiore conduttivitàelettrica.
  • 25. Resistenza elettricaNel conduttore dove circola minore corrente elettrica, èpiù elevata la sua resistenza elettrica.I materiali, che presentano un basso valore dellaresistenza, sono dei buoni conduttori elettrici.La resistenza R di un materiale, di lunghezza L esezione S, si ricava dalla formula seguente: L R = ρ · ------ [ ] ( Ohm ) SDove ρ è la Resistività, ovvero una caratteristica propriadel materiale, che si misura in · mm2/m
  • 26. Le Proprietà MeccanicheLe proprietà meccanicheriguardano le capacità deimateriali di resistere allesollecitazioni dovute all’azione diforze applicate dall’esterno, chetendono a modificare la forma ele dimensioni.
  • 27. Forze StaticheSono quelle la cui applicazione è graduale econtinua ( o soggette a lente variazioni ).Il comportamento del materiale a questesollecitazioni viene definito come resistenzaalle deformazioni.In base alla direzione di applicazione, questeforze possono indurre a sollecitazioni di :compressione, trazione, flessione, torsione etaglio.
  • 28. Forze dinamicheLe forze dinamiche sonoquelle che vengonoapplicate per periodibrevissimi, dell’ordine digrandezza del decimo disecondo.La resistenza dei materialialle forze dinamiche, detteanche Urti, viene definitaResilienza
  • 29. Forze PeriodicheLe forze Periodiche sonoquelle che agiscono inmodo discontinuo, confrequenza che può esserecostante o irregolare. Ilcomportamento delmateriale a questesollecitazioni, vienedefinito come resistenza afatica.
  • 30. Forze ConcentrateSi dicono forze concentrate, quelle forzeche vengono applicate in zone ristrettedell’oggetto.La resistenza che i materiali oppongonoa questo tipo di forze applicate in zoneristrette o puntiformi, è detta Durezza. Durezza
  • 31. Forze di attritoLe forze di attrito sono quelle che simanifestano tra due superfici a contatto inmovimento reciproco. Se il moto reciproco èdi scorrimento, l’attrito si chiama radente, seinvece è di rotazione, l’attrito è volvente.Il comportamento del materiale a questesollecitazioni, viene definito come resistenzaall’usura.
  • 32. Le Proprietà TecnologicheLe Proprietà Tecnologicheriguardano l’attitudine deimateriali a subire diversi tipi dilavorazioni meccaniche.
  • 33. MalleabilitàLa Malleabilità è l’attitudine delmateriale a essere trasformato inlamine mediante lavorazioni acaldo o a freddo, senza cheavvengano screpolature o rotture.I materiali malleabili, vengonospesso sottoposti a Laminazionee fucinatura, hanno elevatoallungamento, bassa durezza,bassa resistenza a trazione
  • 34. DuttilitàLa duttilità è l’attitudine dei materialied essere trasformati, tramite ilprocesso di trafilatura, in fili.Questi materiali vengono tiratiattraverso un foro calibrato, in talmodo da ottenere fili di vari diametri.Questi materiali devono avereelevato allungamento, altaresistenza a trazione e bassadurezza.
  • 35. ImbutibilitàL’imbutibilità è l’attitudine di unmateriale a essere deformato afreddo attraverso unostampaggio profondo, senzascrepolarsi o rompersi.I materiali imbutibili, sono anchemalleabili, e caratterizzati daelevato allungamento
  • 36. EstrudibilitàE’ l’attitudine di unmateriale che, tramite ilprocesso di estrusioine,tende ad acquisiredeterminate forme, quandoviene spinto attraverso unforo sagomato.
  • 37. Piegabilità E’ l’attitudine dei materiali asubire notevoli deformazionitramite piegatura, senza cheessi manifestino screpolature ocedimenti.I materiali piegabili, sono ingenere quelli che sono anchemalleabili.
  • 38. FusibilitàE’ l’attitudine di un materiale aprendere una forma ben precisa,mediante fusione, ottenendo unprodotto chiamato Getto.Un materiale ben Fusibile riesce,allo stato liquido, a riempire tuttele cavità dello stampo, e deveavere un basso ritiro nelpassaggio dallo stato liquido aquello solido, affinché non siverifichino le soffiature
  • 39. SaldabilitàE’ l’attitudine di un materiale aunirsi per fusione con un altromateriale. Il materiale per essere bensaldabile, è necessario chepassi dallo stato solido a quelloliquido in modo graduale,attraverso uno stato pastoso.Generalmente questi materiali,non sono colabili.
  • 40. TruciolabilitàE’ l’attitudine del materiale a subirelavorazioni, lasciandosi tagliare perasportazione di truciolo allemacchine utensili.L’asportazione del materiale sottoforma di truciolo, avviene permezzo di un utensile appositamenteaffilato, costituito da materiale chepresenta una elevata durezza.
  • 41. Temprabilità E’ l’attitudine di un materiale amodificare la propria strutturainterna con un trattamentotermico, composto da cicli diriscaldamento e raffreddamentoopportuni.Quanto più facilmente la temprasi spinge sino al nucleo centraledel materiale, tanto più si diceche il materiale e temprabile.