TMPP - STRUTTURA CRISTALLINA E PROPRIETA' MATERIALI
Petrioli Flavio
08/02/2024
CATEGORIZZAZIONE DEGLI ACCIAI
Secondo la composizione chimica, gli acciai sono designati in 4 gruppi
Acciai al carbonio
Acciai rapidi
Acciai fortemente legati
Acciai debolmente legati
NON trattati
- Tipo di acciai che, oltre al Fe e C, contengono altre sostanze come cromo (Cr) e molibdeno (Mo).
Tipo di acciai composti per gran parte da ferro + altre sostanze che contribuiscono a:
- Migliorare il materiale rendendolo più resistente agli agenti chimici esterni
- Garantire una maggiore durabilità
- Sono quasi totalmente composti da ferro (Fe) e carbonio (C).
- Hanno il prefisso "C".
Manuale di meccanica, tabella F34
Esempio: C40
(40/100) di carbonio (0,4%), il restante 99,6% circa è ferro.
Manuale di meccanica, tabella F40
50CrMo4
ESEMPIO
50
Cr
Mo
(RESTANTE!!) Fe
50/100 di C = 0,5% di Carbonio
Sulla tabella F30 del Manuale di Meccanica va trovato il fattore. Quest' ultimo deve essere poi diviso per la quantità di cromo nella sostanza (che è 4)
Non si dispone di un numero nella formula che indica la quantità nella sostanza. Quindi molto poco Molibdeno
Parto da 100 e sottraggo i restanti
Fe = (100-(0,5+1+x)) =
Cr = 4/4 (Fattore/quantità sostanza) = 1% di Cromo
"x" poiché non si conosce quanto vale Mo
98,5%-x di Ferro
Questi "upgrade" hanno un impatto anche sul costo del materiale, che sarà maggiore
ESEMPIO
X2 CrNiMo 18-14-3
- C (2/100) = 0,02% di Carbonio
- Cr = quantità di sostanza indicata nel primo numero || 18% di Cromo
- Ni = quantità di sostanza indicata nel secondo numero || 14% di Nickel
- Mo = quantità di sostanza indicata nel terzo numero || 3% di Molibdeno
35%
(RESTANTE!!) Fe
- Fe = 100-(0,02+35) = 64,98% di Ferro
CATEGORIZZAZIONE DEI MATERIALI
I materiali si dividono principalmente in metalli, non metalli e materiali corposi.
METALLI
NON METALLI
MATERIALI CORPOSI
Caratteristiche
Hanno una buona resistenza meccanica a trazione
Sono buoni conduttori di elettricità e calore
Metalli ferrosi
Metalli non ferrosi
- Grande conducibilità termica ed elettrica
- Alta resistenza alla corrosione
Costituiti da acciai e ghise
- Grande resistenza alla trazione
- Bassa resistenza alla corrosione
Costituiti da
- Rame
- Zinco
- Piombo
- Magnesio
- Alluminio
- Titanio
Più leggeri quindi con massa volumica bassa
Più pesanti quindi con massa volumica alta
Caratteristiche
Tendenzialmente cattivi conduttori di elettricità e corrente
Metalli naturali
- Rame
- Zinco
- Piombo
Si trovano in natura
Metalli naturali
- Plastiche
- Vetro
- Ceramica
Sono creati in laboratorio e uniti mediante lavorazione
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PROPRIETA' DEI MATERIALI
Fusibilità
Proprietà tecnologiche
Capacità del materiale a subire lavorazioni differenti
Saldabilità
Malleabilità
Duttilità
Temprabilità
Capacità del materiale di fondere e fare dei pezzi senza alcun difetto o alterazione
Capacità del materiale di unirsi in un unico pezzo con un altro (uguale o diverso)
Capacità del materiale di ridursi ad una lamina sottile
Capacità del materiale di ridursi a fili sottili
Capacità del materiale di aumentare la propria durezza (con trattamenti termici)
Materiali poco fusibili
- Acciaio, rame
Materiali fusibili
- ghisa, bronzo
Proprietà fisiche
Proprietà meccaniche
Proprietà chimiche
Proprie nella natura del materiale, indipendentemente dalla forma
Capacità di un materiale di resistere alle azioni di forze esterne
Resistenza alla corrosione
Capacità di un materiale ad opporsi alle azioni chimiche di aria, acqua, acidi o altri agenti chimici corrosivi
(es. Temperatura fusione)
(es. Resilienza, durezza = Scala di Mohs)
SOLLECITAZIONI MECCANICHE
I MATERIALI METALLICI E LE LORO LEGHE
LEGA
Materiale costituito da due elementi, di cui almeno uno deve essere un metallo
- Acciaio = resistenza meccanica alta
- Ghisa = resistenza meccanica bassa
Si dividono secondo la massa volumica
- Materiali leggeri - massa volumica bassa
- Materiali pesanti - massa volumica alta
Spesso legati all' acciaio per offrire una maggiore resistenza meccanica e alla corrosione.
DINAMICA DI RAFFREDAMENTO DI UN METALLO
PERCHE' SI STUDIA LA STRUTTURA CRISTALLINA DEI METALLI
- Per capire come vanno utilizzati i metalli
- Per formare leghe
- Per trattare un acciaio con trattamenti termici e termochimici
- Metalli diversi hanno caratteristiche di tipo tecnologico, fisico, meccanico e chimico diverse.
- Si possono formare difetti talvolta utili o dannosi
Quando il metallo si raffredda, si iniziano a formare i primi cristalli una volta arrivati alla temperatura di solidificazione.
Cristalli grossi
Cristalli più piccoli
- Sono i primi a formarsi
- Dovuti ad una bassa velocità di raffreddamento
- Ostacolati dai cristalli più grossi
- Dovuti ad un' alta velocità di raffreddamento
- Danno vita ad un materiale generalmente più resistente
STRUTTURA INTERNA DEI METALLI
STRUTTURA CRISTALLINA
Tutti i materiali metallici - sia metalli che non metalli - hanno struttura cristallina, ovvero una struttura ordinata che segue una propria geometria ripetuta un certo numero di volte.
Rame + Stagno = Bronzo
Cristallo di sale (non metallo)
Cristallo dell' acciaio (metallo)
Legame tra ioni di carica opposta Na+Cl
Legame tra ioni del medesimo metallo e i suoi elettroni liberi
Tuttavia, alcuni materiali possono essere privi di forma. Questi materiali vengono detti amorfi.
LEGAME METALLICO
Più forte di un legame tra gli ioni del sale poiché si è formata una nube di segno -; ed i nuclei sono ioni positivi
Rende i materiali più resitenti meccanicamente e buoni conduttori di energia + talvolta deformabili in modo irreversibile
TIPI DI STRUTTURA ORDINATA
IMPERFEZIONI NEI GRANI METALLICI
Cella cubica a corpo centrato
(Esempio = Ferro alfa)
VACANZA
Cella cubica a facce centrate
(Esempio = Ferro gamma)
Cella esagonale
(Esempio = Zinco)
ATOMO INTERSTIZIALE
ATOMO ESTRANEO
Atomo che non dovrebbe essere nel reticolo. Provoca una distorsione.
Uno o più atomi mancanti in diverse sezioni di una lega. Per compensare alla vacanza, il reticolo si ridisporrerà in modo leggermente diverso per poi ricompattarsi.
Piccola fessura tra un atomo ed un altro, dove un altro atomo sufficientemente piccolo si va a disporre tra i due atomi. Provoca una distorsione del reticolo cristallino.