MATERIALI I materiali impiegati in meccanica si distinguono in

MATERIALI
I materiali impiegati in meccanica si distinguono in metallici (fero, alluminio, magnesio, rame,
titanio… e loro leghe) e non metallici (polimerici - plastiche – compositi, legno..).
I metalli puri sono generalmente:
- duttili (tenacità)
- malleabili (deformabilità plastica)
- poco resistenti (prova di trazione)
- lucenti e conduttori termici (struttura cristallina ordinata)
- conduttori elettrici (legame metallico).
Resistenza=forza necessaria alla rottura (in N/mm2)
Resilienza=tenacità=energia necessaria alla rottura (in Joule)
Maggiore è la resistenza e in genere minore è la resilienza.
Maggiore è la plasticità (attitudine a subire deformazioni), migliore è la saldabilità
I leganti possono conferire diverse caratteristiche (truciolabilità, resistenza, colabilità, …) ma
generalmente, dal punto di vista meccanico, aumentano la resistenza e la fragilità.
Ferro = elemento metallico che puro trova applicazioni solo in elettrotecnica.
Acciaio = lega Ferro-Carbonio con % di Carbonio inferiore al 2%
Ghisa = lega Ferro-Carbonio con % di Carbonio superiore al 2%
ACCIAI
Sono designati per le caratteristiche meccaniche o chimiche.
Quelli con sigla Fe…. sono designati in base alle caratteristiche meccaniche dove il numero indica
la resistenza a trazione in N/mm2 (ad es. Fe360 indica un acciaio con carico di rottura a trazione
pari a 360 N/mm2). Sono impiegati tal quali
Quelli designati in base alle caratteristiche chimiche subiscono trattamenti termici e sono distinti
in:
- non legati – sigla C… dove il n° successivo indica la % di Carbonio moltiplicata per 100 (ad es.
C40 indica un acciaio con lo 0.4% di carbonio). Altri elementi sono in % trascurabili.
- Debolmente legati – sigla ad es. 40 Ni 6, senza il prefisso “C”dove il n° indica la % di
Carbonio moltiplicata per 100 e il numero dopo il simbolo indica la % di questo legante non
nella vera % ma moltiplicata per un coefficiente variabile per i diversi materiali (per il Ni
dovrebbe essere 4, perciò il nostro acciaio ha lo 0.4% di carbonio e 1.5% di Nichel).
- Fortemente legati - sigla ad es. X 40 Ni 6, con il prefisso “X” che dice che è fortemente legato,
dove il n° indica la % di Carbonio moltiplicata per 100 e il numero dopo il simbolo indica la %
di questo legante nella vera % (perciò il nostro acciaio ha lo 0.4% di carbonio e 6 % di Nichel).
TRATTAMENTI TERMICI:
Negli acciai gli si fa cambiare struttura cristallina portandoli a temperature di 800-900°C (a seconda
della composizione chimica). Distinguiamo:
 tempra: raffreddamento brusco in acqua o olio per ottenere una struttura dura, resistente e
fragile
 bonifica: ulteriore trattamento con riscaldamento dopo tempra per ottenere una struttura
resistente e tenace
 ricottura: raffreddamento lento in forno per avere duttilità e malleabilità
 normalizzazione: raffreddamento a media velocità (generalmente in aria) per rigenerare una
struttura cristallina alterata da trattamenti termici o meccanici
GHISA
lega Ferro-Carbonio con % di Carbonio superiore al 2%
Il carbonio può essere sotto forma di cementite (carburo di ferro – Fe3C – duro, resistente e fragile)
o di grafite (inconsistente meccanicamente)
1. Se il raffreddamento è veloce si hanno generalmente le ghise con carbonio sotto forma di
cementite (ghise bianche, dure e fragili)
2. Se il raffreddamento è lento si hanno generalmente le ghise con carbonio sotto forma di
grafite (ghise grigie, con caratteristiche simili al ferro puro a compressione ma non a
trazione, per le discontinuità date dalla grafite). Con opportuni trattamenti le inclusioni di
grafite possono essere concentrate sotto forma di piccole sfere e in tal caso la ghisa tende ad
assomigliare, come caratteristiche, al ferro puro.
SALDATURA
Ogni sistema di saldatura comprende generalmente tre elementi:
- Energia – necessaria a fondere il materiale
- Materiale d’apporto – per riempire le cavità tra i lembi
- Protezione – per evitare l’ossidazione del materiale, dato che con l’alta temperatura le reazioni
chimiche sono accelerate.
La brasatura è un tipo di unione nella quale il solo materiale d’apporto fonde (e non i lembi)
La difficoltà per la saldatura di un materiale è data soprattutto dalla sua facilità a creare ossidi o
inclusioni difficilmente rimovibili dal bagno di fusione e dalla possibilità di formazione di cricche
con il ritiro e le tensioni che si creano durante il raffreddamento
In pratica sono da preferirsi materiali poco legati (difficoltà di formazione di inclusioni di carburi
ecc.), con ossidi ed inclusioni facilmente rimovibili e, soprattutto, che presentino elevata plasticità,
per compensare le tensioni di ritiro.
Esempi:
SALDATURA CON ELETTRODO RIVESTITO: L’energia è fornita dall’arco elettrico, il
materiale d’apporto dall’anima dell’elettrodo, la protezione dal rivestimento dell’elettrodo,
costituito da materiali avidi di ossigeno che si legano con esso prima che raggiunga il bagno di
fusione oppure disossidano il ferro.
SALDATURA A FILO (o MIG – Metal Inert Gas): L’energia è fornita dall’arco elettrico, il
materiale d’apporto dal filo, la protezione dal gas inerte che, soffiato sul bagno di fusione,
impedisce all’ossigeno di arrivarvi.
SALDATURA A TIG – Tungsten Inert Gas): L’energia è fornita dall’arco elettrico (barra in
tungsteno che non si fonde), il materiale d’apporto da una seconda bacchetta, la protezione dal
gas inerte soffiato sul bagno di fusione. Avendo due bacchette è necessario avere maschera
fotosensibile.
SALDATURA A FIAMMA: L’energia è fornita dalla fiamma, il materiale d’apporto da una
seconda bacchetta, la protezione dalla zona riducente del dardo, dove l’eccesso di gas combustibile
fa sì che l’ossigeno sia fissato da questo.
SALDATURA A PRESSIONE (a punti): L’energia è fornita dal flusso di elettroni (come un filo
che si scalda con elevati flussi di corrente, il materiale d’apporto è costituito dagli stessi lembi, la
protezione è effettuata meccanicamente dai lembi.