Leghe non ferrose

Leghe non ferrose
Alluminio
Alluminio
Elemento tra i più diffusi in natura. La grande affinità per l’ossigeno
fa si che non lo si trovi mai allo stato libero.
BAUXITE: costituenti principali:
Al(OH)3: orto-idrossido di Al o gibbsite
AlO(OH): meta-idrossido di Al
Bohmite che si trasforma in γ-Al2O3 (400-500°C)
Diasporo che si trasforma in α-Al2O3
Fe2O3, SiO2, FeTiO3 e carbonati
Alluminio
Processo Bayer per ottenere allumina
Al2O3 • nH2O + xSiO2 + y Fe2O3 + 2 NaOH
Bauxite
2NaAl(OH)4+ CO2
2NaAl(OH)4+ (x-z)SiO2
+ yFe2O3
Na2CO3 + Al2O3 • H2O + H2O
Idrossialluminato di Na
Elettrolisi dell’ Al2O3 per ottenere Al
L'
allumina pura in una miscela fusa di fluoruri (Na3AlF6, AlF3 e CaF2) entro un forno a
resistenza elettrica che fa da cella d'
elettrolisi a fusione. L'
effetto Joule sufficiente a
mantenere nell'
ambiente i 960°C d'
esercizio à provocato dallo stesso bagno di fusione.
Catodo 2 Al3+ + 6e-
2Al
Anodo Al2O3 + 6F-
2AlF3 + 3/2 O2 + 6e-
Alluminio
PROPRIETA’ FISICHE:
Bassa densità (metallo leggero)
Temperatura di fusione piuttosto bassa (660°C)
Buon conduttore di elettricità
PROPRIETA’ CHIMICHE:
Con gli acidi ossidanti forma un ossido passivante
Reagisce con le basi: anfotero
MECCANICHE:
Elevata duttilità e malleabilità
Buona resistenza alla corrosione
Alluminio
Leghe Al-Cu: la solubilità del rame nell’alluminio è pari al 5.65% a 574°C e
decresce allo 0.5% a circa 150°C.
Gli usi caratteristici di queste leghe sono: strutture di aeroplani, in chiodature,
ferramenta, nei mozzi delle ruote di autocarri, nelle teste forgiate di cilindri e
pistoni.
Leghe Al-Mn: la solubilità massima del Mn nella fase a è dell’1,82% a
658°C. La lega più nota è la 3003 che ha una buona formabilità e saldabilità
nonché resistenza alla corrosione. Tipiche applicazioni includono utensili e
contenitori di sostanze alimentari e chimiche, serbatoi, recipienti in pressione e
tubazioni.
Leghe Al-Si: buona forgiabilità e basso coefficiente di espansione termica ed
è usata per pistoni forgiati di automobili. Buona colabilità e resistenza alla
corrosione. Il silicio fornisce migliore colabilità e compattezza ai getti rispetto
alle leghe Al-Cu.
Alluminio
Leghe Al-Mg: buona saldabilità, buona resistenza alla corrosione e
moderata resistenza meccanica. Le applicazioni più comuni sono: per
elementi architettonici, per tubature di olio combustibile, e di gasolio, per
applicazioni marine, ganasce dei freni di aeroplano e strutture saldate. Scarsa
colabilità.
Leghe Al-Si-Mg: il Mg e il Si si combinano per dare un composto Mg2Si che
a sua volta forma un eutettico con l’alluminio. Queste leghe hanno una
combinazione ottimale di colabilità, compattezza, e resistenza alle
sollecitazioni e alla corrosione. Esse sono diffusamente impiegate in
aeronautica in parti di macchine utensili e in getti di uso generale.
Leghe Al-Zn: La solubilità dello zinco è 31,5% a 275°C e decresce al 5,6% a
125°C. Alcune leghe hanno una resistenza a trazione superiore a tutte le altre
leghe di Al.
Alluminio
Viste le scarse proprietà meccaniche dell’alluminio puro, si preferisce
utilizzarlo in lega con altri elementi.
Le leghe ottenute rientrano nelle “leghe leggere” (densità ≈3g/cm3)
Usi:
settore automobilistico, aereonautico, navale, ferroviario (43%)
costruzioni edili (12%); imballaggi, domestici e sanitari.
LEGHE
LEGHEDI
DIALLUMINIO
ALLUMINIO
LEGHE
LEGHEDA
DAFONDERIA
FONDERIA
LEGHE
LEGHEDA
DACOSTRUZIONE
COSTRUZIONE
Rame
Elemento poco diffuso in natura ma i suoi minerali sono assai
numerosi:
MINERALI OSSIGENATI
MINERALI SOLFORATI
Cuprite (Cu2O)
Calcopirite (Cu2Fe2S4)
Malachite [CuCO3Cu(OH)2]
Calcosina (Cu2S)
Azzurrite [2CuCO3Cu(OH)2]
Rame
METALLURGIA PER VIA SECCA (m. solforati)
METALLURGIA PER VIA UMIDA (m. ossigenati)
Rame
METALLURGIA PER VIA SECCA (m. solforati)
Arrostimento
In un forno a tino si carica minerale agglomerato, del fondente
(calcare) e del coke. Si insuffia poi dell'
aria
Rame
Affinazione
Trattamento della metallina in convertitori in cui l’aria lambisce la
superficie del bagno.
FeS + 3/2 O2 → FeOw + SO2
2 FeO + SiO2 → Fe2SiO4
Cu2S + 3/2 O2
→ Cu2O + SO2
Cu2S + 2 Cu2O → 6 Cu + SO2
SCORIA
MASSA FUSA
Rame
Raffinazione
Può essere termica o elettrolitica
Termica, per fusione in ambiente ossidante e poi riducente, si
ottiene rame al 99.5-99.6%;
Elettrolitica, per immersione delle lastre in H2SO4 e CuSO4, si
ottiene rame al 99.96%:
(-) CATODO:
rame puro
Cu2+ + 2 e-
Cu0
(+) ANODO:
lamiere da raffinare
Cu0 - 2 e-
Cu2+
Leghe del rame
BRONZI
Rame + Stagno (composti intermetallici)
I bronzi contengono al massimo il 25-30% di Sn, ma i più usati non
superano il 12%:
Bronzi da conio (1-8% di Sn e piccole dosi di Zn)
Bronzi per costruzioni navali (6% di Sn e al 4% di Ni)
Bronzi per rubinetterie (11% (11% Sn e 0,1% di Pb e di Zn),
Bronzi per campane (18-24% Sn)
Bronzi per ingranaggi (15-18% Sn)
Bronzi all’alluminio (92-92%; Cu 8-5% Al) resistenza meccanica e alla corrosione
Bronzi al silicio (96% Cu; 3% Si; 1% Mn) reistenza alla corrosione
Bronzo fosforoso (94-98% Cu; 0.25% P; altri metalli come Sn, Si, Pb)
Leghe del rame
OTTONI
Rame + Zinco
Gli ottoni sono delle caratteristiche soluzioni solide di zinco in rame
Nessun ottone usato in pratica supera il 40% di zinco.
L'
aggiunta di zinco abbassa nel rame il punto di fusione, la densità,
la conducibilità elettrica e termica, nonche'il modulo d'
elasticità.
Aumenta la durezza e la resistenza meccanica.
Talvolta negli ottoni sono inclusi elementi speciali, tra cui:
Pb (max.2%), li rende ben lavorabili
Ni e Mn chimicamente resistenti:
Al indurisce la lega.
Leghe del rame
CUPROMETALLI
Rame + altri metalli escluso Sn e Zn
Bronzi speciali
Elevata resistenza meccanica alle più alte temperature e conducibilità
elettrica pure molto elevata.
cuproberillioo ("Berillium copper") 97,7% Cu, 2% Be e 0,3% Cr;
cuprocromo ("Cromium copper") 99,1% Cu, 0,8% Cr e 0,1% Si;
cupronichel fosforoso (Phosphorous nickel copper") 98,7% Cu, 1,1% Ni e 0,2% P
Leghe al Ni
Il nichel è uno dei metalli di interesse industriale più versatili. E’
caratterizzato da:
una buona resistenza a corrosione e all’ossidazione.
lavorabile e saldabile
ha proprietà meccaniche simili a quelle dell’acciaio dolce
è duttile e tenace anche a basse temperature ed è resistente al calore.
Il nichel di purezza commerciale o basso legato è disponibile in varie
qualità
Leghe al Ni
LEGHE Ni-Cu
Monel: usate in ambiento fortemente corrosivi; resistono bene agli acidi e ai mezzi
contenenti cloruri. Altre leghe la Costantana (45%Ni-55%Cu) trova ampia applicazione
nei resistori elettrici e nelle termocoppie.
LEGHE Ni-Mo
Le più conosciute di questa classe sono le leghe Hastelloy. Hanno un’elevata
resistenza alla corrosione da HCl, acidi ossidanti e sali organici. Per es. la Hastelloy N
resiste bene ai sali fusi di fluoruri e ha una buona resistenza all’ossidazione fino a
980°C.
LEGHE Ni-Si
La lega Hatelloy D è l’unica commercialmente rappresentativa di questo gruppo ed è
nota per la sua resistenza all’acido solforico a tutte le concentrazioni anche a T elevate.
Leghe al Ni
LEGHE Ni-Cr
Sono indicate con il nome Inconel e sono state usate come resistenze elettriche di
elettrodomestici e forni industriali. Si utilizzano anche nell’industria aeronautica per
riscaldatori di motore e tubi di scappamento. Alcune di queste leghe sono utilizzate in
alcune parti di propulsori a razzo (Inconel X-750)
LEGHE Ni-Cr-Mo
Sono denominate Illium: trovano ampia applicazione nella costruzione di pompe e parti
di valvole operanti in ambiente aggressivo (acido solforico e nitrico).
LEGHE Ni-Cr-Fe
Impiegate nella costruzione di forni per trattamenti termici ed impianti chimici operanti in
atmosfere aggressive fino a 1000°C.
SUPERLEGHE
In generale le superleghe di nichel possono essere impiegate fino a temperature di
1200-1300°C in parti critiche di turbine a gas come palette, tubi di fiamma e postbruciatori