I metalli: proprietà, leghe, applicazioni

I metalli:
proprietà, leghe, applicazioni
a cura di Paolo De Pasqual
Premessa
Questa breve trattazione vuole essere un aiuto per quanti volessero disporre di un compendio
di facile consultazione in cui reperire le informazioni essenziali sui metalli e le loro leghe.
Poiché la metallurgia è una scienza vastissima la trattazione dei vari metalli è forzatamente
sintetica e si limiterà a fornire le informazioni più rilevanti di carattere generale.
Per approfondimenti si può far riferimento ai seguenti testi di facile consultazione:
•
•
La Nuova Enciclopedia delle Scienze Garzanti;
D. Veschi, L’alluminio e le leghe leggere, Hoepli, Milano
Notizie di carattere generale possono essere ricavate inoltre dai manuali tecnici per Periti
Industriali, Geometri e Ingegneri:
•
•
Manuale dell’Ingegnere Meccanico, Hoepli, Milano
Manuale di Meccanica, Hoepli, Milano
In internet si possono reperire molte informazioni soprattutto attraverso il portale di Wikipedia
(it.wikipedia.org) tuttavia si raccomanda di confrontare le pagine in italiano con quelle in
inglese, molto più complete e accurate.
Tutte le fonti di informazione in rete devono essere trattate con la dovuta cautela
confrontandole sempre tra di loro e con testi di provata serietà, per scartare le fonti non
attendibili ed evitare di incorrere in errori spesso grossolani.
Prima versione, novembre 2009
1
Definizioni:
− Atomo: particella base della materia composta da protoni, neutroni, elettroni;
− Protone: particella subatomica dotata di massa e carica elettrica positiva;
− Neutrone: particella subatomica di massa pari a quella del protone e priva di carica
elettrica (neutra);
− Elettrone: particella subatomica di massa molto inferiore a quella del protone e carica
elettrica negativa;
− Elemento chimico: specie atomica caratterizzata da un definito numero di protoni, neutroni
ed elettroni; ad esempio l’ossigeno è composto da 12 protoni, 12 neutroni e 12 elettroni;
− Metallo: elemento chimico con caratteristiche metalliche ovvero lucentezza, conducibilità
elettrica e termica, fusibilità, malleabilità.
− Lega: metallo composto da più elementi metallici e non metallici combinati tra loro secondo
opportune percentuali.
− Lucentezza: tutti i metalli presentano, se puliti e non ossidati, una caratteristica lucentezza
(esempio: oro, argento, acciaio…)
− Conducibilità elettrica e termica: proprietà di consentire il passaggio di corrente elettrica e
calore con facilità; è l’opposto di isolante.
− Isolante: materiale che conduce molto male o per niente il calore e la corrente elettrica
(esempio: vetro, plastica)
− Fusibilità: i metalli possono essere fusi e colati in stampi per ottenere le forme più varie
(esempio: termosifoni, pentole, pistoni, blocchi motore, basamenti di macchine utensili…)
− Malleabilità: i metalli possono essere plasmati a caldo (a temperatura inferiore a quella di
fusione) o a temperatura ambiente per dare loro la forma più opportuna;
− Saldabilità: attitudine di un metallo o una lega ad essere unito mediante saldatura. Non tutti
i metalli o leghe sono saldabili, perchè in molti casi il giunto che si ottiene, che può
sembrare valido, non ha resistenza meccanica o agli urti;
− Resistenza alla trazione: misurata mediante la prova di trazione, fornisce il valore del
carico (N/mm2 o MPa) che provoca lo snervamento e la successiva rottura di un provino a
norme UNI;
− Resilienza: resistenza all’urto, viene misurata con una macchina apposita (pendolo di
Charpy) su provini ricavati secondo le norme UNI.
Il legame metallico
Le proprietà dei metalli sono dovute la particolare tipo di legame che tiene uniti tra loro gli
atomi.
I vari composti che si trovano in natura sono il risultato dell’aggregazione di atomi di vari
elementi, uniti tra di loro da dei legami di tipo chimico.
Per esempio il calcare è una roccia formata dall’unione di atomi di calcio, ossigeno, carbonio: il
carbonato di calcio.
Questo composto è un sale (come il sale da cucina) in cui gli atomi sono tenuti assieme in
proporzioni ben precise da delle forze che li mantengono nella posizione stabilita dalle leggi
della fisica atomica; il tipo di legame che si stabilisce non permette a nessun atomo o particella
di spostarsi all’interno della struttura della roccia.
In un metallo, come può essere il rame, i vari atomi sono tenuti assieme da legami di tipo
differente, che possono essere immaginati come una specie di “colla” di elettroni che lega tutti
gli atomi.
Per fare un esempio si potrebbe immaginare una scatola piena di biglie di vetro impacchettate
in modo regolare e riempita con un liquido molto viscoso tipo uno sciroppo che impedisca alle
biglie di muoversi una rispetto all’altra.
Però lo sciroppo non è solido e, sebbene molto lentamente, può scorrere fra una biglia e l’altra
e quindi si può avere un passaggio di sostanza attraverso la scatola.
In un metallo la “colla” di elettroni è mobile e ciò spiega perché questi elementi chimici sono
dotati di una buona conducibilità elettrica e termica, ed è all’origine della tipica lucentezza
detta appunto metallica.
2
Questa caratteristica spiega anche perché la maggior parte dei metalli è facilmente ossidabile,
come avviene per il ferro a contatto dell’ossigeno atmosferico in presenza di umidità.
Nome
Alluminio
Antimonio
Argento
Bario
Bismuto
Cadmio
Calcio
Cerio
Cesio
Cobalto
Cromo
Ferro
Gallio
Indio
Iridio
Itterbio
Ittrio
Lantanio
Litio
Magnesio
Manganese
Mercurio
Molibdeno
Nichel
Niobio
Oro
Osmio
Palladio
Piombo
Platino
Potassio
Rame
Renio
Rodio
Rubidio
Rutenio
Sodio
Stagno
Stronzio
Simbolo
Elementi chimici metallici (in ordine alfabetico)
n.b.: questa tabella non ha pretese di completezza
Al
Sb
Ag
Ba
Bi
Cd
Ca
Ce
Cs
Co
Cr
Fe
Ga
In
Ir
Yb
Y
La
Li
Mg
Mn
Hg
Mo
Ni
Nb
Au
Os
Pd
Pb
Pt
K
Cu
Re
Rh
Rb
Ru
Na
Sn
Sr
Dens.
g/cm3
2.70
6.62
10.50
3.75
9.80
8.65
1.55
6.67
1.90
8.90
7.19
7.85
5.91
7.31
22.50
7.01
4.47
6.17
0.53
1.74
7.43
13.59
10.20
8.90
8.40
19.33
22.60
12.00
11.40
21.40
0.86
8.96
21.00
12.42
1.53
12.20
0.97
7.30
2.60
Punto di
fusione
°C
660
630.5
960.8
714
271.3
320.9
810
795
28.5
1495
1875
1536
29.8
156.2
2454
824
1500
920
108.5
650
1245
-38.4
2610
1455
2468
1063
2700
1552
327.4
1769
63.65
1083
3180
1966
38.89
2250
97.8
231.9
757
Settori di impiego
VEDI IN SEGUITO
Caratteri per stampa
Gioielleria, elettrotecnica, elettronica, fotografia
Elettronica, industria cartaria, medicina
Meccanica, vetreria
Meccanica, energia nucleare
Metallurgia ferro e alluminio, pirotecnica
Chimica, vetreria, pietrine per accendini
Elettronica
Acciai, superleghe, magneti permanenti
Acciai speciali e inossidabili, rivestimenti superficiali
VEDI IN SEGUITO
Termometri per alte temperature
Elettronica
Leghe con platino e osmio
Nessuno (per ora)
Ceramica
Elettronica
Batterie, medicinali
Leghe leggere, aeronautica, pirotecnica
Acciai
Elettrotecnica, strumentazioni, esplosivi
Elettronica, elemento di lega negli acciai
Elemento di lega negli acciai, elettrotecnica, superleghe
Elemento di lega negli acciai, superconduttori
Gioielleria, elettronica
Chimica
Catalizzatori, gioielleria,odontoiatria
Elettrotecnica, batterie, rivestimenti
Catalizzatori, elettrotecnica, elettronica, gioielleria
Chimica, fertilizzanti, detersivi
Elettrotecnica, elettronica, edilizia, meccanica, leghe
Elettronica
Strumenti di misura
Elettronica
Leghe con platino e palladio, elettronica
Chimica
Leghe per saldatura, bronzi, industria alimentare
Chimica
3
Tantalio
Tecnezio
Titanio
Torio
Tungsteno
Vanadio
Zinco
Zirconio
Simbolo
Nome
Punto di
fusione
°C
Dens.
g/cm3
Ta
Tc
Ti
Th
W
V
Zn
Zr
16.60
11.5
4.51
11.70
19.30
6.11
7.14
6.49
2996
2200 ca
1668
1750
3410
1890
419.5
1852
Settori di impiego
Strumenti chirurgici, elettronica
Preparato artificialmente, radioattivo, non esiste in natura
Leghe speciali, aeronautica, vernici
Elettronica, energia nucleare
Elettrotecnica, leghe speciali, elemento di lega negli acciai
Elemento di lega negli acciai, catalizzatore
Ottoni, rivestimenti, cosmetici
Energia nucleare
Nome
Alluminio
Ferro
Rame
Magnesio
Titanio
Argento
Oro
Platino
Zinco
Cromo
Cobalto
Nichel
Manganese
Molibdeno
Tungsteno
Stagno
Piombo
Simbolo
Come si può dedurre dalla tabella, non tutti i metalli presenti in natura hanno delle applicazioni
e molti le hanno solo in campi molto specialistici.
Perciò di seguito saranno trattati solo i metalli di interesse pratico, allo stato puro o come base
per leghe di comune applicazione.
Al
Fe
Cu
Mg
Ti
Ag
Au
Pt
Zn
Cr
Co
Ni
Mn
Mo
W
Sn
Pb
impieghi
Metalli impiegati principalmente allo stato puro o in lega con altri elementi
Metalli impiegati raramente allo stato puro, più frequentemente come
alliganti per leghe di acciaio
Impiegato puro o in lega con lo stagno per saldature, il bismuto e
l’antimonio per caratteri da stampa
Si può notare che l’elenco si è ristretto notevolmente.
4
Alluminio
Allo stato puro l’alluminio presenta una ottima resistenza alla corrosione, ottima conducibilità
elettrica e termica, unite ad una bassa resistenza alla rottura e ad una elevata plasticità.
Gli impieghi dell’alluminio puro sono i più vari, ad esempio:
− Edilizia: rivestimenti resistenti alla corrosione;
− Alimentare: pentole, conservazioni dei cibi;
− Elettrotecnica ed elettronica: ottimo conduttore di elettricità e calore;
− Meccanica: rivestimenti protettivi contro la corrosione, parti decorative.
Per ottenere opportune caratteristiche di resistenza meccanica, alla corrosione o di saldabilità
viene impiegato in lega con altri metalli, come Magnesio, Zinco, Rame, Silicio, Titanio, ed altri
di minore importanza nelle applicazioni (per ora).
Questi elementi vengono aggiunti in opportune percentuali (0.5 – 20 %) per ottenere delle
leghe che trovano impiego nei settori:
− Edilizia: serramenti, pannelli strutturali, coperture, strutture portanti;
− Elettrotecnica ed elettronica: conduttori per alta tensione;
− Meccanica: carrozzerie, motori, telai, ruote, ecc.;
− Aerospaziale: fusoliere, strutture dei missili, motori, ecc.;
− Navale: sovrastrutture, scafi, motori, ecc.;
− Arredamento;
− Usi vari: apparecchiature mediche, elettroniche, ……
In base all’impiego si hanno leghe alluminio-rame, alluminio-silicio, alluminio-magnesio,
alluminio-magnesio-silicio, alluminio-zinco-rame, alluminio-titanio.
Le varie leghe di alluminio sono formulate per essere lavorate per:
− fusione in forma di sabbia
− colata in conchiglia (stampo in acciaio)
− pressocolata (stampo in acciaio)
− lavorazione plastica (estrusione, laminazione, forgiatura a caldo e a freddo)
Le leghe più usate in ciascun settore sono:
− Edilizia e arredamento: alluminio-magnesio, alluminio-magnesio-silicio;
− Elettrotecnica ed elettronica: alluminio-magnesio;
− Meccanica: tutte.
− Aerospaziale: alluminio-rame, alluminio-zinco-rame, alluminio-titanio;
− Navale: alluminio-magnesio;
1. Designazione delle leghe di alluminio
Le norme UNI prevedono una designazione che tiene conto sia della composizione chimica
sia dell’impiego.
La sigla è composta in questo modo:
• un prefisso che indica l’impiego:
o G per le leghe da fonderia;
o P per le leghe da lavorazione plastica;
o Eventualmente queste lettere sono precedute dalla lettera S per indicare le
leghe secondarie ottenute da alluminio riciclato;
• La sigla Al
• Gli elementi aggiunti caratteristici della lega, ciascuno seguito da un numero che ne
indica il contenuto in percentuale nella lega.
Esempi:
- P-AlSi1MgMn: lega da lavorazione plastica (P) con 1% di silicio e opportune quantità
di magnesio e manganese (detta commercialmente “Anticorodal”)
- P-AlCu4,5MgMn: lega da lavorazione plastica (P) con 4,5% di rame e opportune
quantità di magnesio e manganese (detta commercialmente “Duralluminio” o “Avional”)
5
-
P-AlMg4,5: lega da lavorazione plastica (P) con il 4,5% di magnesio
P-AlZn5,8MgCu: lega da lavorazione plastica (P) con il 5,8% di zinco e opportune
quantità di magnesio e rame (detta commercialmente “Ergal”)
G-AlSi13: lega da fonderia (G) con il 13% di silicio
SG-AlSi7MgMn: lega secondaria (S) da fonderia (G) con il 7% di silicio e opportune
quantità di magnesio e manganese
G-AlSi21CuNiCo: lega da fonderia (G) con il 21% di silicio e opportune quantità di
rame, nichel, cobalto (lega speciale per pistoni di motori a combustione interna)
E’ opportuno citare la designazione secondo le norme della Aluminum Association (USA) in
quanto tale designazione è spesso adoperata anche da noi per molte leghe commerciali per
lavorazione plastica.
La sigla è data da un numero di 4 cifre, così codificate:
Il primo numero indica la famiglia, i tre seguenti la lega, senza una particolare correlazione con
la composizione
1xxx alluminio commercialmente puro (Al 99% minimo) e il numero indica il grado di purezza;
2xxx leghe Al – rame
3xxx leghe Al - manganese
4xxx leghe Al - silicio
5xxx leghe Al – magnesio
6xxx leghe Al – magnesio – silicio
7xxx leghe Al – zinco – magnesio - rame
Esempi e corrispondenze:
Designazione tipo
Corrispondenza UNI
Nome commerciale
AA
1050
alluminio puro al 99,5%
2014
Al-Cu
P-AlCu4,4SiMnMg
Avional 14
2024
Al-Cu
P-AlCu4,5MgMn
Superduralluminio
3004
Al-Mn
P-AlMn1,2Mg
4032
Al-Si
P-AlSiMgCu
5083
Al-Mg
P-AlMg4,5
6082
Al-Mg-Si
P-AlSi1MgMn
Anticorodal 11
7075
Al-Zn-Mg-Cu
P-AlZn5,8MgCu
Ergal 55
2. Trattamenti termici delle leghe di alluminio
Alcune leghe si prestano ad essere trattate termicamente per ottenere un grande incremento
delle caratteristiche meccaniche.
Le leghe adatte allo scopo sono:
2xxx leghe Al – rame
6xxx leghe Al – magnesio – silicio
7xxx leghe Al – zinco – magnesio - rame
I trattamenti termici applicabili sono:
- bonifica
- invecchiamento
- ricottura
Ci sono delle differenze rispetto ai trattamenti effettuabili sugli acciai.
La bonifica in particolare è l’insieme di due trattamenti successivi:
6
-
-
tempra di solubilizzazione: riscaldamento in forno a temperatura accuratamente
controllata e specifica per ciascuna lega (indicativamente tra i 500°C e i 540°C) e
raffreddamento rapidissimo in acqua fredda;
invecchiamento: trattamento in forno a temperatura controllata (tra i 150°C e i 180°C)
per il tempo necessario a far avvenire la trasformazione strutturale, dovuto alla
formazione di composti che “induriscono” la struttura della lega.
L’invecchiamento può anche avvenire a temperatura ambiente per alcuni tipi di leghe, in tal
caso si parla di invecchiamento naturale; richiede però tempi molto lunghi (settimane) per cui
solitamente si preferisce l’invecchiamento artificiale (poche ore in forno).
Una lega trattata termicamente può essere indicata con la sigla seguita dalla lettera T e da
un’altra lettera indicante le condizioni: A invecchiamento artificiale, N invecchiamento naturale.
Secondo la designazione AA una lega bonificata è indicata dal suffisso T4 se l’invecchiamento
è naturale, T6 se l’invecchiamento è artificiale; il suffisso F indica la lega allo stato naturale
dopo la lavorazione plastica a caldo.
Esempio:
7075 T6 corrisponde a P-AlZn5,8MgCu-TA temprata e invecchiata artificialmente
La ricottura ha lo scopo di annullare eventuali trattamenti termici e favorire la lavorabilità per
deformazione plastica delle leghe da trattamento termico.
Va detto che un riscaldamento a temperature superiori ai 200°C distrugge gli effetti della
bonifica.
Per una ricottura completa è sufficiente un riscaldamento a temperature di 500-550°C seguito
da raffreddamento lento.
La sigla è seguita dalla lettera R se la lega è fornita allo stato ricotto.
Inoltre va assolutamente evitato di surriscaldare queste leghe al di sopra dei 580°C per evitare
la “bruciatura” ovvero il danneggiamento irreparabile della lega per la fusione parziale della
struttura.
Una lega “bruciata” è del tutto inservibile, fragile e di scarsissima resistenza, utile solo come
rottame da riciclare in fonderia!
Alcune leghe e loro caratteristiche meccaniche
Design.
AA
2014
P-AlCu4,4SiMnMg
6082
P-AlSi1MgMn
7075
P-AlZn5,8MgCu
UNI
Stato
fisico
R
TN
TA
R
TN
TA
R
TA
Rm
Rp0,2
A%
(MPa)
(MPa)
185
80
345
240
410
370
90
40
215
120
295
245
185
90
540
480
Nome
commerciale
12 Avional 14
12
7
25 Anticorodal
16 11
6
9 Ergal 55
6
3. Altre proprietà e applicazioni
Resistenza alla corrosione
La resistenza alla corrosione delle leghe di alluminio è molto varialbile, è generalmente
peggiore di quella dell’alluminio puro:
leghe Al-Si: cattiva più è elevato il contenuto di silicio, all’aperto in presenza di acqua si
corrodono rapidamente producendo una efflorescenza biancastra;
leghe Al-Mg-Si: ottima, sono dette per l’appunto “anticorodal”
leghe Al-Mg: eccellente anche in ambiente marino, dove è migliore di quella dell’alluminio
puro;
7
leghe Al-Cu e Al-Zn-Mg-Cu: cattiva o pessima, vanno protette dalla corrosione che può avere
conseguenze disastrose, sotto forma di rotture fragili senza preavviso (corrosione a lama di
coltello, corrosione intergranulare) specie su particolari soggetti a sollecitazioni elevate o di
fatica.
Lavorabilità alla macchina utensile
Al contrario degli acciai, le leghe di alluminio dure (temprate e invecchiate) sono meglio
lavorabili alla macchina utensile perchè il truciolo si spezza oppure fluisce senza aderire
all’utensile.
Le leghe allo stato ricotto e l’alluminio puro sono difficilmente truciolabili perchè tendono ad
“impastare” l’utensile. Sono necessari utensili opportuni, affilati con estrema cura e si devono
impiegare lubro-refrigeranti speciali.
La velocità di taglio può superare senza problemi i 1000 m/min.
Le leghe contenenti silicio, come quelle per pistoni in cui il silicio supera il 20%, sono
difficilmente lavorabili perchè il silicio forma dei cristalli molto duri che consumano rapidamente
gli utensili e la finitura superficiale che si ottiene è spesso pessima.
In questo caso si ottengono eccellenti risultati con utensili aventi il tagliente in diamante
policristallino, dal costo elevatissimo ma in grado di resistere perfettamente all’azione abrasiva
del silicio.
Servono macchine adatte, potenti e molto stabili per garantire le elevatissime velocità di taglio
richieste da questi utensili.
Saldabilità
La saldatura delle leghe di alluminio non sempre è possibile e richiede procedimenti appositi.
Sono saldabili facilmente le leghe Al-Mg, Al-Mn, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg a patto che non
contengano rame se non in piccolissima quantità.
I procedimenti più adatti sono TIG, saldatura con elettrodi in tungsteno sotto gas protettivo
inerte (argon) e MIG a filo con gas inerte (argon), mentre la saldatura con elettrodo rivestito è
adatta solo per applicazioni di scarsa importanza.
Le leghe Al-Si e Al-Cu non sono saldabili perchè si ottiene un giunto di resistenza meccanica
non soddisfacente e soprattutto con pessima resistenza alla corrosione che è drastica e
deleteria nella zona saldata.
Anodizzazione
L’ossidazione anodica della superficie dei manufatti in lega di aluminio è una tecnica molto
adatta per creare un rivestimento resistente alla corrosione, all’usura e decorativo.
Viene eseguita in apposite celle elettrolitiche, in bagni acidi mediante l’azione della corrente
elettrica.
Se lo spessore è limitato (pochi millesimi di millimetro) si parla di anodizzazione decorativa,
eventualmente colorabile mediante procedimenti particolari.
Spessori elevati (0,05 – 0,1 mm) sono adatti dove è richiesta una grande resistenza all’usura,
ad esempio per gli steli delle forcelle di biciclette e moto.
Le leghe più adatte sono le Al-Mg-Si.
Tra le leghe dure, l’Ergal non dà sempre buoni risultati estetici con l’anodizzazione, l’Avional è
inadatto in quanto il rame lo rende facilmente corrodibile.
8
Ferro
Non ha impieghi pratici allo stato puro.
Viene adoperato sempre in lega con il carbonio, da solo o abbinato ad altri elementi, e
denominato correntemente Acciaio o Ghisa
1. Struttura elementare del ferro e trasformazioni allotropiche
Il ferro allo stato puro si presenta come un solido grigio lucente, facilmente ossidabile.
La sua struttura cristallina, ossia la disposizione degli atomi o cella elementare, è
rappresentabile con un cubo che ha a ciascun vertice un atomo di ferro e un ulteriore atomo al
centro (cella Cubica a Corpo Centrato o CCC).
Una particolarità del ferro è quella di presentare, a ben precisi valori della temperatura, la
traformazione della struttura elementare (trasformazione allotropica).
La struttura CCC si trasforma in una nuova struttura, in cui la cella è sempre cubica ma
presenta un atomo di ferro al centro di ciascuna faccia (Cubica a Facce Centrate o CFC).
• A temperatura ambiente la struttura è CCC, detta ferrite α
• Al di sopra di 911°C e fino a 1390°C la struttura è CFC, detta austenite o ferro γ
• Sopra i 1390°C e fino a fusione, 1535°C, la cella ri torna ad essere CCC, detta ferrite δ
Questa particolarità è importante perchè consente di modificare le caratteristiche della lega
ferro-carbonio, in quanto il carbonio ha la proprietà di inserirsi tra gli atomi di ferro (si dice che
è solubile nel ferro) ma la sua solubilità è molto scarsa nella cella CCC ed è elevata nella
cella CFC (massimo 2,06% a 1147°C).
2. Leghe ferro-carbonio
Assieme al ferro è sempre presente il carbonio, in percentuale variabile tra lo 0.02% e il
6,67%, massimo valore di esistenza delle leghe tra ferro e carbonio.
Al di sotto dello 0,02% è praticamente molto difficile scendere, in quanto il carbonio presenta
una forte affinità con il ferro.
Il carbonio abbassa la temperatura di trasformazione della ferrite in austenite; al di sopra dello
0,02% di C la trasformazione inizia a 723°C per term inare ad una temperatura compresa tra
911°C e 723°C al crescere del tenore di C.
Con lo 0,8% di C si ha un eutettoide, la trasformazione avviene alla temperatura di 723°C.
Al di sopra dello 0,8% la temperatura di fine trasformazione si innalza nuovamente; con il
2,06% di C si ha l’inizio della fusione a 1147°C.
La lega Fe-C con il 4,3% di C fonde a 1147°C (eutett ico)
Per maggiori dettagli consultare i testi indicati alla voce “Diagramma Ferro-Carbonio”.
Solo alcune particolari leghe presentano tenori di carbonio bassissimi.
Acciaio
Se il carbonio è contenuto in percentuale inferiore al 2,06% la lega è denominata acciaio. Il
carbonio è in piccola parte presente negli interstizi della cella CCC e per il resto forma un
composto con il ferro (detto cementite Fe3C) i cui cristalli sono interposti tra quelli di ferrite, tali
da determinare notevoli incrementi delle proprietà di resistenza della lega.
Il tenore percentuale di carbonio determina le caratteristiche meccaniche e tecnologiche della
lega, quali ad esempio durezza, resistenza meccanica e attitudine al trattamento termico.
Ghisa
Se il carbonio è contenuto in percentuale superiore al 2,06% e inferiore al 6.67% la lega
prende il nome di ghisa. Il carbonio è in piccola parte disperso nella matrice degli atomi di
ferro e per la maggior parte presente sotto forma di piccolissime particelle di grafite, come una
sorta di conglomerato fra grani di ferro e particelle di grafite.
Ciò rende da un lato la ghisa piuttosto fragile, dall’altro ne facilita la fusibilità: la ghisa con il 4%
di carbonio fonde a circa 1200°C contro i 1536°C del fe rro puro.
In alcune leghe si riesce ad ottenere la combinazione di ferro e carbonio nella cementite, Fe3C,
un composto durissimo: si ha la ghisa bianca.
Nella pratica il contenuto di carbonio nella ghisa non supera il 3,8%, massimo 4,5%.
9
3. Leghe ferro-carbonio e altri elementi
Per ottenere caratteristiche particolari e ben definite vengono aggiunti molti altri elementi, in
percentuali variabili dallo 0.05% a oltre il 20%, quali: manganese, nichel, cromo, molibdeno,
vanadio, niobio, titanio, tungsteno, silicio, alluminio, rame, calcio, zolfo, ecc.
Questi conferiscono proprietà specifiche quali ad esempio resistenza meccanica, resistenza
alla corrosione e al calore, resistenza alle basse temperature, lavorabilità alla macchina
utensile.
Si hanno così gli acciai speciali e le ghise speciali.
Acciai speciali
In base agli elementi aggiunti si hanno varie famiglie di acciai, ad esempio:
Acciai ad alta resistenza meccanica: cromo, nichel, manganese, vanadio;
Acciai inossidabili: cromo (dal 13% al 30%) e nichel (8% - 25%);
Acciai per molle: Silicio;
Ghise speciali
Ghise sferoidali ad alta resistenza meccanica: silicio, tracce di cerio;
Ghise resistenti alla corrosione: nichel in alta percentuale;
Ghise dure resistenti all’abrasione: cromo e nichel;
4. Designazione degli acciai
La designazione delle leghe ferrose è regolata a livello mondiale dalle norme ISO, recepite in
Europa e in Italia dalle UNI-EN-ISO.
Senza entrare nel dettaglio della enorme gamma di acciai e ghise, appositamente formulati per
soddisfare ogni esigenza, si daranno le linee essenziali per comprendere la designazione dei
materiali più comunemente usati.
Principali riferimenti normativi:
UNI-EN 10020: Definizione e classificazione dei tipi di acciaio;
UNI-EN 10027-1: Sistemi di designazione degli acciai: designazione alfanumerica;
UNI-EN 10025: Prodotti laminati a caldo di acciai non legati per impieghi strutturali;
UNI-EN 10083: Acciai da bonifica
La classificazione degli acciai prevede due gruppi:
1° gruppo acciai designati in base alle caratteristiche me ccaniche o all’impiego
2° gruppo acciai designati in base alla composizione
Il 1° gruppo comprende gli acciai di base, di qualità o speciali destinati alle costruzioni per i
quali sono fondamentali le caratteristiche di resistenza meccanica (carico di rottura e di
snervamento), resilienza, oppure particolari caratteristiche di lavorabilità.
Sono impiegati allo stato di fornitura dall’acciaieria, con il quale si intende che non sono
previsti ulteriori trattamenti termici per modificarne le caratteristiche meccaniche.
Gli acciai del 2° gruppo invece sono appositamente formu lati per essere trattati termicamente
o avere particolari caratteristiche fisiche o fisico-chimiche.
Per questi la designazione prevede che la sigla riporti gli elementi chimici intenzionalmente
aggiunti allo scopo di ottenere le caratteristiche desiderate.
10
Designazione e caratteristiche meccaniche acciai del 1° gruppo.
Si riporta la designazione dei tipi più utilizzati e, per completezza, si indica per alcuni di essi la
corrispondenza tra la designazione secondo la UNI-EN-10027:1993 (aggiornata nel 2006) e la
precedente UNI-EU 27 ritirata nel 1993.
simbolo
S
P
L
E
B
Designazione degli acciai di base secondo la UNI EN 10027
Caratteristiche da specificare dopo il
impiego
simbolo
Acciai per impieghi strutturali
Acciai per recipienti in pressione
Carico di snervamento minimo garantito,
N/mm2
Acciai per tubi di condutture
Acciai per costruzioni meccaniche
Acciai per cemento armato
Acciai per cemento armato
precompresso
Y
R
Carico di snervamento, N/mm2
Carico di rottura minimo garantito,
N/mm2
Carico di rottura minimo garantito,
N/mm2
Acciai per rotaie
I seguenti tipi di acciaio sono d’uso corrente per carpenteria e costruzioni in genere.
Designazione secondo UNI EN 10027
Lettera S seguita dal valore del carico di
snervamento in N/mm2
Dopo la sigla ulteriori lettere per indicare
resilienza e stato di fornitura
Designazione secondo UNI EU 27
Fe seguito dal valore del carico di rottura in
N/mm2
Dopo la sigla una o più lettere per indicare la
resilienza
Tipi di acciai secondo la UNI EN 10025
tipo
S185
S235JR
S235J0
S235J2
S275JR
S275J0
S275J2
S355JR
S355J0
S355J2
S355K2
E295
E335
E360
Rm
(minimo
garantito)
2
N/mm
Rs
(minimo
garantito)
2
N/mm
320
185
360
235
25
430
275
21
510
355
21
490
590
690
295
335
360
19
15
10
All. % a
rottura
(minimo)
Resilienza
KV (joule)
27
27
27
27
27
27
27
27
27
40
-
Temperatura
di prova (°C)
+20°C
0°C
-20°C
+20°C
0°C
-20°C
+20°C
0°C
-20°C
-20°C
-
Vecchia
denominazione
secondo
UNI EU 27
Fe320
Fe360B
Fe360C
Fe360D
Fe430B
Fe430C
Fe430D
Fe510B
Fe510C
Fe510D
(Fe510DD)
Fe490
Fe590
Fe690
Designazione degli acciai del 2° gruppo.
Gli acciai del 2° gruppo sono suddivisi in 4 sottogruppi .
La designazione è strutturata secondo le seguenti regole:
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Sottogruppo
2.1: Non legati al
solo carbonio
Simboli di designazione
•
•
2.2: Legati con
tenore di
ciascun
elemento
minore del 5%
•
•
•
2.3: Legati con
tenore di
ciascun
elemento
maggiore del
5%
•
•
•
•
•
•
2.4: Acciai rapidi
Lettera C
Numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio
prevista
Numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio
Simboli degli elementi aggiunti
Numeri che indicano contenuto percentuale degli
elementi aggiunti, moltiplicato per un fattore
indicato nella tabella seguente
Lettera X
Numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio
Simboli degli elementi aggiunti
Numeri che indicano contenuto percentuale degli
elementi aggiunti, separati da un trattino se riferiti a
più elementi
Lettere HS
Numeri che indicano il contenuto percentuale degli
elementi di lega, nel seguente ordine:
o Tungsteno (W)
o Molibdeno (Mo)
o Vanadio (V)
o Cobalto (Co)
Esempio
C45
C100
16MnCr5
18NiCrMo5
39NiCrMo3
55Si7
X8CrNi18-8
X55CrMoV 5-1-1
X205Cr13
HS 12-8-5-5
Tabella dei fattori moltiplicatori per gli elementi aggiunti degli acciai legati del sottogruppo 2.2:
Elemento
Ni, Cr, Mn, Si, Co, W
Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr
Ce, N, P, S
B
Moltiplicatore
4
10
100
1000
Le caratteristiche degli acciai del 2° gruppo dipendono sia dalla composizione chimica sia dal
trattamento termico che viene effettuato su di essi.
Questi acciai sono formulati appositamente per impieghi specifici, quindi si hanno (l’elenco non
presenta tutti i tipi esistenti):
• Acciai per cementazione
• Acciai per bonifica
• Acciai per nitrurazione
• Acciai per la costruzione di molle
• Acciai per bulloneria
• Acciai per cuscinetti a rotolamento
• Acciai a lavorabilità migliorata
• Acciai inossidabili
• Acciai per utensili a freddo
• Acciai per utensili a caldo
5. Trattamenti termici e termochimici
Come detto al punto 2, la caratteristica più importante delle leghe ferro-carbonio è
rappresentata dalla possibilità di modificare quasi a piacimento le caratteristiche meccaniche
per ottenere i valori di resistenza meccanica, durezza, o le proprietà tecnologiche richieste
dalle applicazioni.
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Ciò è dato dalla influenza che il carbonio e molti elementi di lega hanno sulla trasformazine
strutturale (CCC -> CFC) cioè sulla temperatura alla quale avviene questo fenomeno, e sulla
velocità a cui avviene specialemente al raffreddamento.
Nel ferro puro la trasformazione è perfettamente reversibile, ovvero a qualsiasi velocità si
faccia avvenire il raffreddamento la trasformazione inversa, cioè da CFC a CCC è sempre
completa.
All’aumentare del contenuto di carbonio ciò non è più vero, e al raffreddamento rapido la
struttura non fa in tempo a ritornare CCC da CFC, inoltre il carbonio deve avere il tempo
materiale di “uscire” dal reticolo CCC che si sta formando.
Se la trasformazione è rapida, il carbonio rimane intrappolato, il reticolo CCC viene deformato
e la struttura che si ottiene viene detta martensite ed è tanto più dura quanto maggiore è la
percentuale di carbonio dell’acciaio; la massima durezza si ha già con lo 0,6% di carbonio.
In particolare mediante opportuni cicli di trattamento a temperature più o meno elevate si
possono ottenere grande durezza, ottima resistenza all’usura, massima lavorabilità alla
macchina utensile.
I cicli di trattamento che permettono questi risultati sono detti trattamenti termici e
trattamenti termochimici se abbinati a modificazioni chimiche alla superficie dei pezzi.
Affinchè un trattamento termico sia efficace devono essere rispettate delle condizioni ben
definite che dipendono dalla lega e dallo scopo che si persegue:
• Temperatura;
• Tempo di permanenza;
• Velocità di riscaldamentoe raffreddamento;
• Composizione dell’atmosfera in cui avviene il trattamento.
I trattamenti termici applicabili agli acciai sono così denominati:
• Tempra: riscaldamento ad una temperatura sufficiente ad ottenere la completa
trasformazione del reticolo da CCC a CFC, solitamente nell’intervallo tra 850°C e
1000°C a seconda dell’acciaio, seguita da raffreddamento rapido in acqua, olio
speciale o anche in aria (per alcuni acciai) per ottenere una trasformazione del reticolo
che conferisce grande durezza.
• Rinvenimento: riscaldamento a temperatura inferiore a quella di trasformazione del
reticolo, ma sufficiente per ottenere delle modifiche nella microstruttura.
o Rinvenimento di distensione: rinvenimento a bassa temperatura (150°C –
200°C) che attenua gli effetti della tempra, in part icolare riduce la fragilità della
struttura e consente di matenere elevata durezza;
o Rinvenimento di bonifica: la temperatura è dell’ordine dei 600°C e la
permanenza è di alcune ore, sufficienti per ottenere la trasformazione della
struttura di tempra in un’altra struttura, meno dura ma molto tenace e resistente.
• Bonifica: è la unione di tempra e rinvenimento a 600°C;
• Ricottura: riscaldamento a temperatura superiore a quella di trasformazione CCCCFC e successivo raffreddamento molto lento in forno:
o Ricottura di lavorabilità: massima lavorabilità alla macchina utensile;
• Normalizzazione: riscaldamento a temperatura superiore a quella di trasformazione
CCC-CFC e successivo raffreddamento in aria calma, si usa sugli acciai del 1° gruppo
per eliminare tensioni residue e zone termicamente alterate su strutture saldate o dopo
deformazioni plastiche.
I trattamenti termochimici applicabili agli acciai sono così denominati:
• Cementazione: riscaldamento ad una temperatura sufficiente ad ottenere la completa
trasformazione del reticolo da CCC a CFC, solitamente nell’intervallo tra 900°C e
1000°C a seconda dell’acciaio, in un forno in presenza di una atmosfera satura di
carbonio (il pezzo è immerso in polvere di carbone o l’atmosfera del forno è composta
da gas carboniosi).
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•
•
Il carbonio penetra nella superficie dei pezzi e per una profondità di alcuni decimi di
millimetro si ha un forte aumento della percentuale di carbonio (mediamente si
raggiunge l’1%).
La successiva tempra permette di ottenere uno strato superficiale durissimo (60 HRc)
ideale per pezzi che devono resistere all’usura (ingranaggi, cuscinetti).
Viene eseguito su acciai appositamente formulati, con tenore di carbonio tra lo 0,1% e
lo 0,2%.
Nitrurazione: molto simile al precedente, si esegue in forno a temperatura di circa
900°C in atmosfera satura di azoto, su acciai con C= 0, 40% circa, per ottenere in
superficie uno strato molto sottile (alcuni centesimi di mm) ma eccezionalmente duro e
resistentissimo all’abrasione. A seguire si esegue il trattamento di bonifica per avere la
massima resistenza abbinata ad una buona resilienza dell’acciaio.
Si applica su utensili, trivelle (perforazione di terreni e rocce), stampi, ma non è adatto
per sopportare carichi concentrati (cuscinetti) perchè lo strato è troppo sottile e
verrebbe “sfondato” con facilità.
Carbonitrurazione: è la combinazione dei precedenti, unisce i vantaggi della
nitrurazione (elevatissima durezza superficiale) e della cementazione (spessore
adeguato dello strato indurito) e quindi è adatto per cuscinetti, camme, punterie, che
devono resistere all’abrasione e a forti carichi concentrati.
Difetti dei trattamenti termici
Un trattamento termico eseguito a temperatura errata, eccessiva o troppo bassa, non
rispettando i tempi indicati dal produttore dell’acciaio, in forni inadatti e atmosfere non
controllate porta inevitabilmente a risultati scadenti.
La casistica è molto ampia, ma alcuni casi vanno citati:
• Bruciatura: una temperatura troppo elevata e/o una permanenza in forno per troppo
tempo provocano la alterazione irreversibile della struttura dell’acciaio, con
l’ingrossamento dei grani e alterazioni dei bordi di grano o fusioni parziali, che è da
buttare come rottame!
• Decarburazione superficiale: può avvenire se l’atmosfera del forno, causa la presenza
di umidità, contiene anche solo piccole quantità di idrogeno. La superficie del pezzo
perde carbonio, durante la tempra il pezzo si può spaccare o comunque si ha una
superficie di scarsa durezza del tutto inadatta all’uso.
• Distorsioni e rotture in superficie: sono causate da un raffreddamento non adatto, di
solito perchè troppo rapido non adatto al tipo di acciaio trattato;
• Spaccature interne: sono molto rare ma pericolosissime, causate da un riscaldamento
troppo rapido di pezzi di grandi dimensioni; è avvenuto che in fase di tornitura dei tondi
di grosso diametro si siano divisi a metà nel senso della lunghezza e, schizzati via dal
tornio, abbiano ferito gravemente l’operatore.
6. Le ghise
Le ghise sono classificate e designate in accordo con le norme UNI e UNI – EN.
Si hanno tre famiglie fondamentali:
• Ghisa grigia (carbonio grafitico)
• Ghisa bianca (carbonio combinato con il ferro nella cementite)
• Ghisa legata (aggiunta di elementi di lega come cromo, nichel)
Ghisa grigia
Si ottiene quando durante la solidificazione della colata il carbonio si separa dal ferro per
formare degli aggregati di grafite.
La grafitizzazione è facilitata dall’aggiunta di silicio (2%) e dal raffreddamento lento.
La temperatura di fusione è di circa 1200 °C e si prest a ad ottenere forme molto complesse
(elevata colabilità)
La sua durezza non è elevata e si lavora facilmente alla macchina utensile.
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Ghisa grigia lamellare
Quando la grafite è sotto forma di lamelle molto fini e disperse si parla di ghisa lamellare.
Presenta bassa resistenza meccanica.
La designazione secondo la UNI EN 1561 è la seguente: il numero dopo la sigla indica il carico
di rottura.
sigla
Rm (N/mm2)
Durezza HBW
EN-GJL-200
200
150-200
EN-GJL-250
250
170-220
EN-GJL-300
300
190-240
Ghisa grigia sferoidale
Quando la grafite è sotto forma di particelle globulari (sferoidi) si parla di ghisa sferoidale.
Presenta una resistenza meccanica da media a molto elevata abbinata ad una buona tenacità
ed è facilmente lavorabile alla macchina utensile.
Si ottiene la formazione degli sferoidi durante la solidificazione aggiungendo piccole quantità di
metalli come il magnesio.
É adatta per realizzare parti di macchine utensili, blocchi motore, alberi a camme e a gomiti.
Può essere legata con cromo, nichel per ottenere elevata resistenza al calore o alla
corrosione.
La designazione segue la UNI EN 1563. Di seguito si riportano alcune sigle, in cui i numeri
dopo la sigla indicano carico di rottura e allungamento percentuale a rottura.
sigla
Rm (N/mm2)
Rp0,2 (N/mm2)
A%
EN-GJS-400-18
400
240
18
EN-GJS-600-3
600
370
3
EN-GJS-900-2
900
600
2
Ghisa bianca e ghisa legata
Si ha ghisa bianca quando il carbonio è combinato sotto forma di cementite, un composto
molto duro.
Presenta una grande durezza e quindi alta resistenza all’usura, ma è fragile.
Può essere legata con cromo, nichel per ottenere elevata resistenza al calore o alla
corrosione.
La norma UNI 8845:1986 ne indica la designazione:
GB O UNI 8845: ghisa bianca non legata
GB L UNI 8845: ghisa bianca legata
GB CrNi 9 5 UNI 8845: ghisa bianca legata con il 9% di cromo e il 5% di nichel
7. Impieghi
Non esiste settore in cui non venga utilizzato il ferro nelle sue leghe.
Le applicazioni degli acciai e delle ghise sono così vaste che è impossibile fornire un elenco
esauriente; quelle citate sono solo alcune tra le più significative,
Ghisa
Ghisa “grigia”
Viene usata per termosifoni, caldaie, tubazioni, pompe per acqua, parti di stufe e fornelli,
raccorderia per tubazioni, monoblocchi e cilindri di motori, dischi e tamburi per freni, ecc. ecc.
Si tratta di parti ottenute per fusione.
La ghisa è una materiale generalmente fragile, resiste male o in misura limitata agli urti, resiste
molto bene alla corrosione (arrugginisce facilmente ma la corrosione procede molto
lentamente), resiste bene al calore e alla fiamma diretta anche a temperatura elevata (fino a
700°C circa).
Ghise speciali:
Giranti e corpi per pompe e turbine, monoblocchi e alberi motore.
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Acciaio
Acciaio al carbonio: lamiere per autoveicoli, navi, tubi per acquedotti, gasdotti, oleodotti,
rotaie ferroviarie, profilati per l’edilizia (travi e laminati detti comunemente “putrelle”),
scatolame, pentole, minuterie varie,……
Acciai speciali:
Meccanica: autoveicoli, aeroplani, navi (tutte le parti in cui le condizioni di funzionamento sono
particolarmente gravose) ovvero: Molle, semiassi, bielle, alberi di trasmissione, cuscinetti, viti e
bulloni, funi, corazze.
Edilizia: tiranti, funi, bulloni, ancoraggi, utensili di perforazione, pannelli di rivestimento
(specialmente gli acciai inossidabili), ecc.
Alimentare: acciai inossidabili (di vario tipo) usati per stoviglie, pentole, cucine, ecc.
Sanitario: servizi igienici;
Medico: strumenti chirurgici e attrezzature ospedaliere.
8. La corrosione
Il ferro e la maggior parte delle sue leghe hanno una resistenza alla corrosione molto bassa e
producono, esposti alle intemperie, la caratteristica ruggine di colore marrone o rosso.
Pertanto nelle applicazioni deve essere protetto dagli agenti corrosivi mediante opportune
vernici e rivestimenti protettivi di altri metalli.
Il metallo più usato è lo Zinco (zincatura).
Rame
Il rame allo stato puro viene impiegato allo stato puro come materiale per conduttori elettrici in
ragione della sua ottima conducibilità elettrica e termica.
Trova impiego in edilizia per elementi di rivestimento perché possiede una eccellente
resistenza agli agenti atmosferici.
Con l’aggiunta di elementi quali Zinco, Stagno e Alluminio forma una famiglia di leghe tra le più
importanti nelle numerose applicazioni pratiche:
1. Leghe rame-zinco
Sono denominate Ottoni e presentano un caratteristico colore giallo più o meno intenso.
Lo zinco è aggiunto in percentuali variabili tra il 10% e il 40%.
Sono caratterizzati da una elevata resistenza alla corrosione e meccanica, facilmente
lavorabili, possono diventare molto duri al crescere del tenore di zinco (oltre il 45% la lega è
inutilizzabile perchè troppo fragile).
Sono impiegati estesamente per serrature, maniglie, elementi decorativi, viterie e rubinetterie.
In elettrotecnica si usano per morsetti, viti, contatti, elementi di collegamento.
Gli ottoni resistono generalmente bene alla corrosione, ma presentano dei fenomeni negativi
dovuti a particolari condizioni ambientali e di trattamento termico:
- season cracking o fessurazione da stagionatura: è un fenomeno corrosione sotto
tensione in presenza di sostanze ammoniacali aggravato dalla presenza di tensioni
residue dovute alle lavorazioni plastiche; una accurata ricottura a circa 240-270°C per
1-3 ore dopo le lavorazioni previene il fenomeno, particolarmente pericoloso nei
componenti per idrosanitari. E’ oggetto di prove specifiche da normativa, le norme
francesi sono particolarmente severe in tal senso.
- Dezincificazione: è la corrosione che determina la dissoluzione dello Zn negli strati
superficiali e lo sfaldamento progressivo dello strato poroso di rame. Può essere
prevenuta con aggiunta di opportuni elementi in piccola quantità.
2. Leghe rame-stagno
Sono denominate Bronzi e come per gli ottoni sono di colore giallo o tendenti al rosso.
Lo stagno è aggiunto in percentuale massima del 13% (oltre si avrebbe un metallo
estremamente duro ma fragilissimo).
Sono caratterizzati da una elevata resistenza alla corrosione e meccanica, facilmente lavorabili
ma resistenti all’abrasione, con caratteristiche antiattrito, possono diventare molto duri.
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Trovano uso per cuscinetti a strisciamento, detti bronzine, e parti in cui la resistenza
all’abrasione è importante (madreviti di macchine utensili).
Il loro uso più noto è nella fabbricazione di campane e statue (oltre che, un tempo, di cannoni)
perché si prestano moto bene alla realizzazione di forme complicate mediante fusione.
In particolare per le campane è apprezzata la caratteristica di produrre dei suoni molto puri e
persistenti, perché si tratta di metalli che smorzano molto poco le vibrazioni.
3. Leghe rame-alluminio
L’aggiunta di alluminio determina i cosiddetti Bronzi all’Alluminio o Cuprallumini, leghe
adatte sia alla lavorazione plastica sia alla fonderia; presentano elevata resistenza meccanica
e alla corrosione.
Magnesio
E’ un metallo interessante perché presenta una grande leggerezza (bassa densità) e una
buona resistenza.
Viene impiegato, puro o in lega con l’alluminio, principalmente nel settore aerospaziale e negli
autoveicoli e motoveicoli da competizione.
Viene facilmente ossidato all’aria formando un ossido di colore bianco e deve pertanto essere
protetto con opportuni rivestimenti.
Titanio
Questo metallo abbina una buona leggerezza (bassa densità) ad una resistenza pari o
superiore a quella di molti acciai speciali.
Trova impiego nel settore aerospaziale, negli autoveicoli e motoveicoli da competizione, per
strumenti chirurgici e protesi ossee, in oreficeria e ottica.
E’ stato impiegato anche in edilizia, ma il suo costo molto elevato e le difficoltà di lavorazione
ne limitano di molto la diffusione.
E’ pressoché inalterabile dagli agenti atmosferici e biocompatibile con gli organismi viventi (da
ciò l’uso per protesi e dispositivi chirurgici).
Argento Oro Platino
Sono i metalli nobili per eccellenza, specialmente oro e platino.
Sono impiegati sia in oreficeria sia in molti settori della tecnica.
L’argento si presta molto bene alla realizzazione di contatti elettrici per interruttori e per fusibili
di precisione
L’oro è il miglior conduttore esistente e ha largo uso in elettronica
Il platino è il più resistente e inalterabile fra i metalli e viene usato per strumenti di laboratorio,
misure campione, elettrodi (per le candele dei motori ad esempio).
Zinco
E’ un metallo “povero” dalle grandi qualità.
Allo stato puro serve per proteggere il ferro dalla corrosione: “zincatura”.
Fra tutti i possibili rivestimenti è quello che protegge nel modo migliore i materiali ferrosi dagli
agenti atmosferici.
Viene applicato per immersione in bagno fuso, zincatura a caldo, o per applicazione
galvanica, zincatura elettrolitica.
Applicazioni: carrozzerie di automobili, carpenterie di ponti, edifici, tralicci, funivie, recinzioni,
barriere stradali, viti e bulloni, fili, tubazioni per acqua, …..
NOTA IMPORTANTE 1: lo zinco reagisce chimicamente al contatto con metalli più nobili quali
rame o acciaio inossidabile, corrodendosi molto rapidamente. Pertanto sono da evitare gli
abbinamenti di questi metalli in condizioni che possano favorire la corrosione, cioè in presenza
di acqua,
Quindi mai mettere assieme lamiere zincate di copertura di tetti e grondaie in rame, o tubi in
acciaio zincato e tubi di rame a contatto tra di loro o giuntati, pena una rapida corrosione dello
zinco e del ferro sottostante con il risultato di avere infiltrazioni di acqua dai tetti o peggio la
casa allagata per rottura delle tubazioni.
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NOTA IMPORTANTE 2: lo zinco viene rapidamente dissolto da acqua alla temperatura di
circa 60° C. E’ inutile impiegare tubazioni zincate per gli impianti di riscaldamento, ed
eventualmente per il circuito dell’acqua calda sanitaria.
Queste tubazioni comunque non si corrodono perché si forma al loro interno uno strato
protettivo di calcare che impedisce la corrosione (per una volta il calcare fa bene).
I sali di zinco non sono né tossici né hanno effetti sull’organismo umano.
Un impiego particolare dell’ossido di zinco è nella fabbricazione delle creme solari e di alcuni
cosmetici.
Stagno
Il suo uso più noto è in elettrotecnica, elettronica e lattoneria per le saldature (puro o in lega
con il piombo).
Serve per proteggere lo scatolame e le pentole dalla corrosione dovuta al contatto con i cibi.
A differenza dello zinco non protegge il ferro, per cui se il rivestimento viene graffiato si ha
subito la comparsa di ruggine.
Non è velenoso.
Piombo
E’ un metallo velenoso, provoca intossicazioni da accumulo.
Era usato un tempo per tubi e coperture.
Per la sua elevata densità e la facile fusibilità trova impiego come materiale per contrappesi e
per la sigillatura delle estremità delle funi di teleferiche e funivie (questa applicazione è in via di
abbandono)
Cromo
E’ un metallo bianco lucente, molto duro e resistente.
E’ usato in lega negli acciai per ottenere acciai speciali ad alta resistenza e inossidabili.
Allo stato puro viene impiegato per rivestimenti protettivi (cromature) ad effetto decorativo se di
piccolo spessore (qualche millesimo di millimetro) e per dare maggiore resistenza alla
abrasione se di forte spessore (qualche decimo di millimetro).
I suoi composti sono fortemente velenosi e cancerogeni (cromo esavalente) e hanno trovato
impiego nell’industria conciaria e nell’industria galvanica per le cromature.
In lega con il nichel e il rame serve per ottenere i fili per le resistenze elettriche (nichelcromo)
impiegate in elettrodomestici, forni, stufe.
Nichel
E’ un metallo bianco lucente.
E’ usato in lega negli acciai per ottenere acciai speciali ad alta resistenza e inossidabili a
struttura austenitica.
La nichelatura era usata un tempo per rivestimenti decorativi, attualmente serve come base
per cromature ed altri trattamenti galvanici.
In lega con il rame dà origine a leghe quali la costantana, usata per resistenze elettriche,
l’alpacca (rame-nichel-zinco) usata per le montature di occhiali, posateria (ora in disuso).
Tungsteno
La temperatura di fusione elevatissima rende il tungsteno il metallo ideale per la realizzazione
dei filamenti delle lampade elettriche.
In lega negli acciai conferisce loro elevatissima durezza e resistenza all’usura, proprietà
necessarie per gli utensili (punte da trapano), spesso abbinato al cobalto.
Con il carbonio forma un carburo durissimo e tenace, il carburo di tungsteno detto anche
“Widia”, impiegato per la costruzione di utensili per la lavorazione dei metalli e delle pietre
(punte e fioretti per la perforazione del calcestruzzo e delle rocce)
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