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I METALLI, L'ALLUMINIO È, FERRO, IL RAME E LE SUE LEGHE, LA…
I METALLI
METALLI
hanno un aspetto lucente e sono buoni conduttori di calore e di elettricità
sono duttili e malleabili
sono solidi (eccetto il mercurio che è liquido)
sono più di 80 (ferro, alluminio, rame, zinco, piombo, stagno, argento, oro, ... )
SEMIMETALLI
hanno un comportamento metallico e non metallico insieme
il silicio, il germanio, l' arsenio, l' antimonio, ... sono anche detti semiconduttori
sono un gruppo limitato
fanno parte di componenti base dell' industria elettronica
NON METALLI
possono essere gassosi (idrogeno, cloro, fluoro, ossigeno, azoto), liquidi (bromo), solidi (carbonio, zolfo, fosforo).
non sono ne malleabili ne duttili
sono cattivi conduttori
GAS RARI O NOBILI
sono presenti in piccolissima parte nell' atmosfera e sono chimicamente inerti
esempi: argo, neon, cripto, xenio, elio, rado
LA METALLURGIA
è l' insieme di tecniche per l' estrazione dei metalli dai loro minerali
la metallurgia del ferro prende il nome di siderurgia
sono utilizzati in
strutture, motori, mezzi di trasporto, macchine utensili, elettrodomestici
caratteristiche specifiche
resistenza agli sforzi, durezza, possibilità di fondersi e deformarsi con facilità, facilità di lavorazione, durata, capacità di condurre calore ed elettricità
LE LEGHE MATALLICHE
unione tra metalli o tra metalli e non metalli. Es. bronzo (rame+stagno) metallo con un altro metallo. Acciaio(ferro+carbonio) metallo con un non metallo
L'ALLUMINIO È
duttile e malleabile
riciclabile
fusibile
leggero
buon conduttore
FERRO
ESTRAZIONE DEL FERRO
viene fatta nell' altoforno
COM' È FATTO L' ALTOFORNO
6) dal fondo del crogiolo, a intervalli regolari, avviene la colata della ghisa
7) gli scarti, detti loppe, escono da un foro superiore a quello attraverso cui esce la ghisa
5) nel ventre si fondono tutti i materiali ( a 1350°C- 1550°C), il ferro assorbe il carbonio e si trasforma in ghisa, che si raccoglie nel crogiolo
8) attraverso una serie di fori (ugelli) viene soffiata l' aria calda necessaria per la combustione
4) il fondente si combina con le sostanze estranee presenti nel minerale, le ceneri e forma le scorie e il loppe
9) il gas prodotto viene inviato ai depuratori, per eliminare le polveri, e utilizzato per scaldare l' aria per mezzo dei recuperatori di Cowper
3) il combustibile impiegato è il coke, ottenuto dalla distillazione del litantrace, un carbon fossile ad alto contenuto di carbonio
10) i Cowper, torri riempite di mattoni, sono scambiatori di calore. Il gas prodotto dalla combustione in parte percorre i recuperatori cedendo calore ed esce dal camino.
2) il minerale è un ossido
11) L' aria proveniente dalla macchina soffiante percorre il recuperatore, si riscalda e prosegue poi agli ugelli del forno.
1) nella parte superiore c'è la bocca di carico nella quale vengono inseriti i tre componenti del processo di estrazione (il minerale di ferro, il combustibile e il fondente), a strati alterni
l' altoforno può raggiungere dimensione fino a 100m di altezza e 10 di diametro. Può produrre 10000tonnellate di ghisa al giorno. Una volta avviato il processo dura diversi anni, giorno e notte
ferro + carbonio
ghisa greggia
si divide in
ghisa da fonderia
pezzi di seconda fusione
ghisa da affinazione
acciaio
+
rottami di ferro e ferroleghe
=
acciaio comune
+
altri metalli
=
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ACCIAI: carbonio inferiore al 2%
GHISE: dal 2% al 4% di carbonio
IL RAME E LE SUE LEGHE
il primo metallo ad essere stato usato dall' uomo
è il più usato dopo il ferro e l' acciaio
è un ottimo conduttore di calore e di elettricità
è impiegato soprattutto nelle industrie elettriche ed elettroniche e per il trasporto e produzione di elettricità. Viene usato per tubazioni , condutture, coperture di tetti e nell' industria chimica
le leghe del rame
il bronzo
(rame+stagno). Più duro e resistente del rame, meno duttile e malleabile e più fusibile.
impieghi: getti fusi di macchine, ingranaggi, cuscinetti, apparecchi idraulici, campane
gli ottoni
(rame+zinco): sono meno fusibili, meno volumici, meno conduttori ma più duri e resistenti del rame
impieghi:lamiere, tubi, rubinetti, cerniere lampo, applicazioni chimiche, elettriche navali, e meccaniche
gli ottoni al piombo
(rame+zinco+piombo) :sono più malleabili e duttili del rame, sono facilmente lavorabili con le macchine
impieghi: viti, dadi, parti di sveglie e orologi, matrici tipografiche, valvole per pneumatici, cerniere, lucchetti, ecc.
LA LAVORAZIONE DEI METALLI
le operazioni di fonderia
pezzi metallici rifondendo le leghe in speciali forni. Leghe più usate: ghise, bronzi, ottoni, leghe leggere e ultraleggere
procedimento:
2) formatura: si ottiene il calco in cui viene versato il metallo liquido
3) fusione: fatta dentro forni e colata nelle forme di terra
1) costruzione del modello (legno, matallo, gesso, resina)
3) solidificazione ed estrazione del getto
le lavorazioni plastiche
basate sulle proprietà dei metalli di deformarsi permanentemente
procedimento:
3) estrusione: forzare il materiale metallico attraverso una matrice di forma determinata
4) facinatura: deformare il materiale metallico con un maglio
2) trafilatura: far passare la barra in un foro più piccolo
6) stampaggio: deformare il materiale metallico con una pressa
1) laminazione
5) imbutitura: deformare il materiale metallico comprimendolo tra uno stampo e un controstampo
saldatura
si uniscono saldamente pezzi metallici con il calore
tipi di saldatura
saldatura elettrica ad arco: il calore è formato dall' energia termica ricavata da un arco elettrico
saldatura elettrica per pressione e resistenza elettrica: calore dovuto al passaggio di corrente elettrica: nel punto di contatto le parti diventano pastose e si uniscono saldamente
saldatura per fusione a gas:utilizzo di speciali cannelli che producono una fiamma caldissima. Sui pezzi da collegare si fa colare il metallo da una bacchetta d' apporto
saldatura laser: usata per unire pezzi di metallo con l'uso di un laser. Il raggio fornisce calore in modo concentrato, consente una saldatura sottile e profonda. Frequentemente usata nell'industria automobilistica
lavorazioni con macchine utensili
le macchine utensili trasformano un pezzo grezzo o semilavorato in prodotto finito asportando il metallo, sotto forma di truciolo per mezzo di un utensile.
sono messe in funzione da motori elettrici, sono molto numerose e in continua evoluzione
le più importanti sono
piallatrice
alesatrice
limatrice
dentatrice
trapano
macchine a trasferimento
tornio
frestatrice
LE PROPRIETÀ DEI METALLI
proprietà tecnologiche
malleabilità
duttilità
saldabilità
temperabilità
fusibilità
proprietà meccaniche
resistenza alla compressione
resistenza alla flessione
resistenza alla trazione
durezza
resistenza al taglio
resistenza alla torsione
resistenza alla fatica
proprietà fisiche e chimiche
resistenza alla corrosione
temperatura di fusione
dilatazione termica
conduttività termica
massa volmica
conduttività elettrica
ACCIAIO
utilizzato in moltissimi oggetti
in particolare
arredi, elettrodomestici, complementi ad uso sia della ristorazione industriale che in quella domestica (posate, pentole, lattine...)
resiste alla corrosione dei cibi e delle bevande
è riciclabile al 100%, per infinite volte
l' acciaio riciclato, è uguale a quella "nuovo", questa caratteristica è detta upcycling.
esiste un apposito consorzio che si occupa di ritirare gli imballaggi di acciaio utilizzati nelle industrie. Viene pulito e sottoposto a diversi processi per poi essere rifuso
uno degli obiettivi dei governi è ridurre la plastica ad esempio si stanno diffondendo le borracce di acciaio e anche le cannucce di plastica stanno venendo sostituite dalle cannucce di metallo
gli impieghi dell' acciaio
colata dell' acciaio
semilavorati
tondini per cemento armato:
edifici
profilati:
binari ferroviari
banda stagnata:
lattine, scatole, tappi, bombolette spray
travi:
ponti capannoni industriali e altri prefabbricati
filo di ferro di grosso diametro
: viti e bulloni
tubi
: acquedotti, oliodotti
lamiere:
fusti d' acciaio
lamiere e lamierini
: parti di alto, treni, navi frigoriferi
LA LAMINAZIONE
dai prodotti semilavorati si ottiene, attraverso la laminazione secondaria, barre, profilati, rotaie, lamiere di diverso spessore ...
la laminazione si effettua facendo passare il lingotto tra due rulli rotanti un senso opposto. Il lingotto viene deformato e schiacciato fino a raggiungere la forma voluta
i lingotti devono subire la laminazione primaria per diventare semilavorati
LA PRODUZIONE DELL' ACCIAIO
per trasformare la ghisa greggia in acciaio si usano due procedimenti
CONVERTORE AD OSSIGENO (LD)
recipiente quasi cilindrico resistente alle alte temperature ha lo stesso stabilimento dell'altoforno
com' è fatto il convertore LD:
2) è introdotta la ghisa fusa
3) è soffiato dall' alto dell' ossigeno puro ad alta pressione che brucia parte del carbonio e gli altri elementi si trasformano in acciaio
1) viene inserito il rottame di ferro e il fondente
4) la reazione è molto violenta, fonde il materiale solido, l' acciaio esce in colata
FORNO ELETTRICO( AD ARGO)
si usano per produrre acciaio a partire da un pezzo di rottame di ferro, possono anche essere alimentati da ghisa fusa
com'è fatto il forno elettrico
2) la corrente elettrica passa da un elettrodo al bagno e ritorna all' altro elettrodo
3) l' energia elettrica si trasforma in calore e fonde il ferro solido. La colata dell' acciaio si raccoglie in un recipiente
1) viene introdotto il rottame di ferro
4) la colata delle scorie si raccoglie in un altro recipiente
la bauxite
si trasforma in
alluminia
che subisce un processo elettronico
per di ventare
alluminio puro
