Proprietà dei materiali - Zanichelli

1 1 Copyright 2014 Zanichelli Editore SpA, Bologna [5753]Questo file un estensione online dei corsi di disegno di Sergio SammaroneSOSTANZEPUREELEMENTICOMPOSTIMET ALLIF erro, alluminio, rame,magnesio, METALLIS ilicio, azoto, carbonio,zolfo, fosforo, , idrossidi, anidridi,acidi, saliORGANICIP etrolio e derivati , cellulosa,alcoli, resine sintetiche, OMOGENEIAria, soluzioni, legheMISCUGLI ETEROGENEIR occe composite (graniti), emulsioni(acqua e olio), materiali compositi(cemento armato,vetroresine)Composti organici sono particolari composti naturali e artificialidel carbonio, come per esempio il petrolio e i suoi derivati , la cellu-losa, le resine detto sopra, le sostanze hanno propriet specifiche, che nehanno fatto la fortuna in determinate epoche. Nella storia dell uma-nit alcuni materiali hanno avuto un ruolo determinante, tra questii metalli. Non a caso le ere primi-tive sono designate con i nomi diet del rame, del bronzoe del ferro;ma ancora maggiore stato il lo-ro ruolo nella societ industrialee la nostra attenzionesi appunter prevalentementesui materiali metallici che, gra-zie alle loro propriet , hannoapplicazioni industriali assolu-tamente materiali verranno de-scritti sommariamente anche sehanno un ruolo, significativo nel-la tradizione (legno, vetro) o nel-l innovazione ( materiali sintetici).

2 I materiali metallici sonodistinti in metalli e metalli (ferro, alluminio, ra-me, magnesio, ecc.) sono ricon-ducibili alle propriet riportatenella tabella a leghe sono miscugli di so-stanze in cui prevale la presenzadi un metallo. Presentano caratte-ristiche migliori rispetto a quelledei componenti. Le principali so-no riportate nella tabella a DI PROPRIET Le singole propriet dei materiali possono essere ricondotte aiseguenti tipi: propriet fisiche: sono caratteristiche legate all interazione delmateriale con grandezze fisiche quali il calore o l elettricit ; propriet chimico-strutturali: definiscono l attitudine del mate-riale a trasformare la propria composizione in presenza di altriagenti e ad acquisire una struttura per le sue molecole; propriet meccaniche: caratterizzano la resistenza del materialealle sollecitazioni create da forze esterne; propriet tecnologiche: descrivono l attitudine del materiale aessere lavorato secondo le diverse principali propriet sono riassunte nella seguente INDUSTRIALER ealizzare un oggetto tecnico comporta un complesso percorsoprogettuale e operativo che trasforma la materia primain prodottofinito.

3 Quando il manufatto un prodotto industriale il progetto devedefinire tutte le caratteristiche del prodotto (forma, dimensioni, materiali ) e le modalit di lavorazione (ciclo di lavorazione, tecni-che). Sul progetto, quindi, intervengono diversi elementi, quali: elementi funzionali (funzioni che l oggetto deve svolgere); elementi tecnologici(caratteristiche dei materiali e delle lavora-zioni); elementi economici(costi e valutazioni del mercato); elementi normativi(leggi e norme sulla sicurezza e sulla qualit ).Tutti questi elementi del progetto sono profondamente condiziona-ti, soprattutto dalla scelta del materiale utilizzato per il prodotto; inambito economico ha forse un peso apparentemente minore (lamanodopera ha un incidenza sempre maggiore), ma il materiale haun ruolo determinante sugli aspetti funzionali e materiali hanno caratteristiche proprie basate sulla loro compo-sizione, che determina la loro distinzione secondo diversi DI MATERIALIOgni materiale si pu descrivere come formato da una sola sostan-za (sostanze pure) o da un miscuglio di due o pi sostanza possiede un complesso di propriet miscugli, invece, conservano in generale le propriet dellesostanze componenti.

4 Ma, mentre alcuni (miscugli omogenei) pre-sentano una integrazione intima dei componenti, altri (miscuglieterogenei) mostrano, anche a colpo d occhio, le diverse miscugli omogenei si possono ricavare le sostanze componenticon procedimenti di separazione molecolare, quali i passaggi di stato(dallo stato solido a quello liquido o aeriforme); sono miscugli omogeneile soluzioni acquose o idroalcoliche (vino), l aria e le leghe miscugli eterogenei, invece, possono essere separati con mezzifisici anche semplici (filtri, utensili, ecc.); sono tali, per esempio, leemulsioni (acqua e olio), le rocce composite (graniti), materialicompositi (cemento armato, vetroresine).Le sostanze pure sono divisibili in elementi e elementi sono sostanze non decomponibili; si trovano libere innatura (azoto, ossigeno, ecc.) o possono essere ricavate dalla decompo-sizione di altre sostanze naturali. Dalla loro combinazione nascono icomposti. In base alla capacit di combinarsi tra loro, gli elementi so-no distinti in metalli e non metalli; a questa distinzione sfuggono al-cuni gas, detti gas nobili, che non si combinano con altri composti sono distinti in composti inorganici (perch prevalen-ti nel mondo minerale) e composti organici(perch originariamen-te rilevati negli organismi viventi).

5 Sono composti inorganici gli ossidi, gli idrossidi, le anidridi, gliacidi, i dei materialiPROPRIET DEI METALLIS olidi a temperatura ambiente (tranne il mercurio)Buoni conduttori di calore ed elettricit Lucentezza caratteristica ( metallica )Resistenza meccanica in genere buonaBuona lavorabilit Struttura cristallinaComportamento chimico di tipo basicoMolecola monoatomica (costituita da un solo atomo)LEGHE METALLICHELEGHEG hise e acciaiDEL FERROcon carbonio ed eventuali altri elementiLEGHEB ronzo (con stagno),DEL RAME ottone (con zinco)LEGHEL eghe leggereDELL ALLUMINIO con magnesio, manganese, ultraleggereDEL MAGNESIOcon alluminio, zinco, ecc. FISICHEM assa volumicaConduttivit termicaConduttivit elettricaDilatazione termicaCapacit termica massicaTemperatura di fusioneResistenza a compressioneResistenza a trazioneResistenza a taglioResistenza a flessioneResistenza a torsioneResistenza ad attritoDurezzaResilienzaMECCANICHETECNOL OGICHEF usibilit Saldabilit Malleabilit Piegabilit Duttilit Estrudibilit Imbutibilit Truciolabilit Temprabilit CHIMICHE STRUTTURALIR esistenza a corrosioneStruttura molecolare2 Copyright 2014 Zanichelli Editore SpA, Bologna [5753]Questo file un estensione online dei corsi di disegno di Sergio SammaronePROPRIET FISICHEMASSA VOLUMICA.

6 Il rapporto tra massa e volume di un materiale; espressa in kg/dm3. Con la temperatura varia il volume dei corpi econ esso, quindi, la massa volumica; pertanto la massa volumica sempre rilevata a una temperatura di riferimento (20 C). Il valoredella massa volumica determinante per una valutazione proget-tuale della massa (e quindi anche del peso) del generale i metalli hanno una massa volumica notevole, men-tre altri materiali (per esempio il legno e il polistirolo) molto ridot-ta. Anche tra i metalli esistono notevoli differenze: il piombo hamassa volumica 11,36kg/dm3, mentre il magnesio 1,74 TERMICA MASSICA. Si misura mediante la quantit di calore, espres-sa in joule (J), che necessaria per innalzare di 1 C la massa di questa grandezza fisica influenzata dalla temperatura e perci ne viene rilevato il valore medio nell intervallo tra 0 C e 100 TERMICA ED ELETTRICA. l attitudine del materiale a trasmet-tere il calore o l elettricit . In genere questi tipi di conduttivit sonoassociati; un buon conduttore di calore anche un buon condutto-re di elettricit.

7 I metalli sono in genere buoni conduttori; sostanzecome il vetro o la ceramica non lo sono affatto (vengono pertantodetti isolanti). L inverso della conduttivit la resistivit .DILATAZIONE TERMICA. La dimensione di un corpo una variabile dipen-dente dalla sua temperatura. Ogni materiale presenta una specificadilatazione proporzionale alla lunghezza iniziale e alla variazionedi temperatura; questo valore specifico, chiamato coefficiente didilatazione lineare, si misura attraverso l allungamento di una bar-retta lunga 1m per una variazione di 1 esempio, un filo di rame lungo 1m subisce un allungamen-to di 17 m per un incremento di temperatura di 1 C. I valori diquesto coefficiente sono dipendenti dai livelli di temperatura e per-ci se ne rileva il valore medio in un intervallo tra 20 C e 100 parametro molto importante per le valutazioni proget-tuali di organi in movimento, che possono subire notevoli variazio-ni termiche e quindi anche DI FUSIONE.

8 La temperatura alla quale un materiale passadallo stato solido a quello liquido. Alcuni materiali presentano unbasso punto di fusione, come lo stagno (232 C), altri ne hanno unoalto, come il platino (1769 C). I materiali che hanno un punto difusione molto elevato (superiore a 2000 C) vengono chiamatirefrattari; tra questi rientrano le sabbie e le argille, utilizzate neirivestimenti di forni o nelle forme di CHIMICHE E STRUTTURALIRESISTENZA ALLA CORROSIONE. l attitudine del materiale a resistereall aggressione degli agenti questa aggressione molte sostanze si trasformano, combi-nandosi con gli agenti e originando nuove sostanze; queste creanoun graduale processo di degrado del materiale chiamato metalli il fenomeno della corrosione si manifesta in modo tal-volta intenso, soprattutto quando gli agenti operano in ambiente umi-do. Noto a tutti il fenomeno dell ossidazione del ferro (la ruggine),che porta a una desquamazione profonda e quindi al deperimentodel materiale.

9 Sono chiamati metalli reattiviquelli pi esposti al feno-meno, metalli nobili quelli praticamente inattaccabili dagli la resistenza alla corrosione ha un peso notevolenella scelta del materiale e induce nel progetto misure di protezio-ne del materiale stesso con rivestimenti quali vernici, pellicole pas-sive di metalli nobili (cromo, nichel, ecc.).STRUTTURA DEL MATERIALE. Gli atomi della sostanza possono presentareuna posizione reciproca di diverso tipo: struttura amorfa; struttura sostanze che presentanoatomi disposti in modo irrego-lare e casuale hanno strutturaamorfa. Il vetro o le plastichesono materiali ha invece una struttura cri-stallina quando gli atomi sidispongono secondo un retico-lo geometrico. La parte pi pic-cola di questa struttura prendeil nome di cella forma della cella e del retico-lo cristallino condiziona le pro-priet meccaniche e tecnologichedel materiale. Presentano struttu-ra cristallina tutti i forme della cella cristalli-na sono numerose nel mondominerale, ma tra i metalli que-ste sono soltanto: cubica a facce centrate; cubica a corpo centrato; esagonale FISICHE DEI PRINCIPALI METALLIMASSACAPACIT TERMICACOEFFICIENTE MEDIOTEMPERATURAMETALLOVOLUMICAMASSICADI DILATAZIONE LINEAREDI FUSIONE(kg/dm3)a 20 C (J/kg C) 20-100 C ( m/m C)( C)ALLUMINIO2,7089623,8659 ARGENTO10,4923419,7960 CROMO7,1946180,01875 FERRO7,8645212,11535 MAGNESIO1,74104226,0651 MANGANESE7,4348123,11224 MOLIBDENO10,222604,92625 NICHEL8,9045010,81453 ORO19,3013014,31063 PIOMBO11,3612929,0327 PLATINO21,401349,41769 RAME8,9438516,81083 STAGNO7,3022622,9232 TUNGSTENO19,301424,53380 ZINCO7,1438529,5419glossarioAmorfo: privo di la quantit di materia contenuta in un corpo.

10 Una grandezzacostante, indifferente alla gravit .Peso invece la forza di attrazione che un campo gravitazionale esercitasu un corpo. Esso quindi variabile: sulla Luna o sulla Terra, a livello del mare o in alta montagna lo stesso corpo presenta pesi diversi. La cella cubica a facce centrate( ) presenta 14atomi con i centridisposti sui vertici di un cubo e sui centri delle facce. Il reticolo cristal-lino molto compatto e conseguentemente il materiale presenta buo-na lavorabilit e conduttivit termica ed elettrica. Hanno questa strut-tura cristallina materiali come l alluminio, il rame, il platino e l cella cubica a corpo centrato( ) 8atomi sono disposti aivertici del cubo e 1 atomo al centro del cubo. I materiali con questastruttura presentano elevata durezza e media lavorabilit . Tra i me-talli con questa struttura si possono citare il tungsteno e il cubica a facce centrateStruttura cubica a corpo centratoStruttura esagonale compatta3 Copyright 2014 Zanichelli Editore SpA, Bologna [5753]Questo file un estensione online dei corsi di disegno di Sergio Sammarone sollecitazioni statiche,se agiscono costante-mente o con piccolevariazioni nel tempo; sollecitazioni dinami-che (urti), se cresconobruscamente in untempo inferiore a1/10s.