HOEPLI CORSO DI SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE. Per gli Istituti Tecnici settore Tecnologico

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1 LUIGI CALIGARIS STEFANO FAVA CARLO TOMASELLO PAOLO CAMAGNI RICCARDO NIKOLASSY CORSO DI SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE Per gli Istituti Tecnici settore Tecnologico HOEPLI

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3 Corso di scienze e tecnologie applicate

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5 luigi caligaris stefano fava carlo tomasello paolo camagni riccardo nikolassy Corso di scienze e tecnologie applicate Per gli Istituti Tecnici settore Tecnologico editore Ulrico Hoepli milano

6 UN TESTO PIÙ RICCO E SEMPRE AGGIORNATO Nel sito sono disponibili: materiali didattici integrativi; eventuali aggiornamenti dei contenuti del testo. Copyright Ulrico Hoepli Editore S.p.A Via Hoepli 5, Milano (Italy) tel fax hoepli@hoepli.it Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali

7 Indice Presentazione... IX modulo A materiali di interesse industriale 1 Verifica dei Prerequisiti, 2 unità A1 Caratteristiche dei materiali e leghe del ferro... 3 A1.1 I materiali: generalità, 3 A1.2 Proprietà dei materiali, 4 Proprietà fisiche, 4 Proprietà meccaniche, 7 Proprietà tecnologiche, 8 A1.3 Ferro e sue leghe, 10 Materie prime, 12 Altoforno, 12 A1.4 La ghisa, 13 Tipi di ghisa e loro designazione, 14 A1.5 L acciaio, 15 Convertitori Bessemer e Tomas, 15 Convertitore a ossigeno, 15 Forno Martin-Siemens, 16 Forno elettrico ad arco, 16 Semilavorati di acciaio, 17 Classificazione e applicazioni degli acciai, 17 Designazione degli acciai UNI EN e UNI EN 10025, 18 A1.6 Trattamenti termici delle leghe del ferro, 19 Ciclo termico, 19 Principali trattamenti termici, 20 Trattamenti termochimici, 21 esercitazione guidata a1.1, 22 Verifica degli obiettivi di unità, 23 unità A2 Materiali speciali e loro utilizzo A2.1 Materiali metallici non ferrosi, 24 Generalità, 24 Rame e sue leghe: bronzo e ottone, 24 Alluminio e sue leghe leggere, 26 Magnesio e sue leghe ultraleggere, 26 Cromo e nichel, 26 Stagno e sue leghe, 27 Piombo e sue leghe, 27 Titanio e sue leghe, 27 Metalli radioattivi, 27 Materiali sinterizzati, 28 A2.2 Legno, resine, materie plastiche, gomme e materiali compositi, 28 Legno, 28 Resine, 30 Materie plastiche, 30 Gomme, 32 Materiali compositi, 33 A2.3 Materiali nelle tecnologie elettriche ed elettroniche, 34 Tecnologia elettrica, 34 Tecnologia elettronica, 36 A2.4 Materiali per l edilizia, 39 Pietre naturali, 40 Laterizi, 41 Materiali cementanti, 41 esercitazioni guidate a2.1 - a2.4, 43 Verifica degli obiettivi di unità, 47 Verifica degli obiettivi di modulo, 48 modulo B misurazione e controllo 49 Verifica dei Prerequisiti, 50 unità B1 Metrologia B1.1 Le basi della metrologia, 51 Generalità, 51 Sistemi e unità di misura, 52 Sistema Internazionale di misura (SI) CNR-UNI 10003, 52 Multipli e sottomultipli decimali, 52 Unità non SI di uso più frequente, 54 Metro e righe millimetrate, 54 B1.2 Errori nelle misurazioni, 55 Definizione di errore, 55 B1.3 Strumenti campione, 58 B1.4 Strumenti di misura di lunghezza, 61 Metro e righe millimetrate, 61 Nonio, 63 Calibro a corsoio, 64 Micrometro a vite, 66 Comparatore, 67 Goniometro universale a nonio, 68 Attrezzature complementari, 69 esercitazioni guidate b1.1 - b1.4, 72 Verifica degli obiettivi di unità, 76 unità B2 Misurazioni caratteristiche della Chimica B2.1 Strumenti tarati e graduati, 77 B2.2 Errori nella misurazione dei volumi, 80 B2.3 Le dimensioni degli atomi, 80 B2.4 La bilancia analitica, 81 B2.5 La densità, 82 Densità e temperatura, 83 Densità degli aeriformi, 83 Densità dei liquidi, 83 Densità dei solidi, 84 B2.6 Purezza e concentrazione, 84 La concentrazione delle soluzioni, 85 La percentuale, 85 esercitazioni guidate b2.1 - b2.2, 86 Verifica degli obiettivi di unità, 88

8 VI unità B3 Misurazioni caratteristiche dell Elettrotecnica e dell Elettronica B3.1 Grandezze elettriche, 89 Carica elettrica, 89 Campo elettrico e potenziale, 90 Corrente elettrica, 90 Corrente convenzionale, 90 B3.2 Strumenti di misura, 91 Generalità, 91 Caratteristiche principali di uno strumento di misura delle grandezze elettriche, 92 Multimetro Misure di grandezze elettriche, 93 Istruzioni operative per le misure, 93 Oscilloscopio Misura delle forme d onda, 95 B3.3 Amperometri e galvanometri, 95 Amperometri a bobina mobile, 96 Amperometri a ferro mobile, 97 Amperometri elettrodinamici, 98 Amperometri a filo caldo, 98 B3.4 Elementi attivi e passivi, 98 B3.5 Resistori, 100 B3.6 Circuiti elettrici, 101 B3.7 Misura di resistenze: la prima legge di Ohm, 103 Misura di resistenza con voltmetro a valle, 104 Misura di resistenza con voltmetro a monte, 105 Conclusioni: quale metodo usare, 106 esercitazioni guidate b3.1 - b3.5, 107 Verifica degli obiettivi di unità, 112 unità B4 Misurazioni caratteristiche della Meccanica B4.1 Strumenti speciali e macchine di misura, 114 Termocoppia Misura della temperatura, 114 Manometro Misura della pressione, 115 Macchine di misura Certificazione del prodotto, 116 B4.2 Prove meccaniche sui materiali metallici, 116 Prova di resistenza a trazione, 116 Prova a compressione, 117 Prova a flessione, 118 Prova di resilienza Charpy, 119 Prova di durezza, 120 esercitazioni guidate b4.1 - b4.10, 124 Verifica degli obiettivi di unità, 134 Verifica degli obiettivi di modulo, 135 modulo c Processi caratteristici delle tecnologie 137 Verifica dei Prerequisiti, 138 unità C1 Processi caratteristici della Chimica e delle Biotecnologie C1.1 La chimica analitica, 139 Le parole della chimica, 139 La chimica applicata, 142 L analisi qualitativa, 142 L analisi quantitativa, 143 Le tecniche strumentali, 144 C1.2 Purificazione e sintesi, 144 Le produzioni industriali, 144 I metalli, 145 I non metalli, 147 Il silicio, 150 C1.3 La chimica organica, 151 C1.4 Produzione industriale di composti organici azotati, 154 La sintesi dell ammoniaca, 154 I fertilizzanti, 156 Gli esplosivi, 158 C1.5 Produzione industriale di composti organici del carbonio, 161 Il petrolio e la petrolchimica, 161 I polimeri, 163 I coloranti, 166 I medicinali, 168 esercitazioni guidate c1.1 - c1.4, 170 Verifica degli obiettivi di unità, 174 unità C2 Processi caratteristici dell Elettronica e dell Elettrotecnica C2.1 Storia dell elettronica, 176 C2.2 Le applicazioni dell elettronica, 177 La sensoristica, 177 Il presente (MEMS) e il futuro (bioelettronica), 178 Il microcontrollore, 179 La domotica, 179 C2.3 Le figure professionali dell elettronica, 180 Manutentore meccatronico, 180 Tecnico/Manutentore autronico dell automobile, 181 Responsabile della manutenzione industriale, 181 Progettista di sofware industriale, 181 Collaudatore di sistemi elettromeccanici ed elettronici, 181 Assemblatore di apparecchiature elettromeccaniche ed elettroniche, 181 C2.4 La produzione dell elettricità, 181 Impianti di produzione dell energia elettrica e fonti energetiche, 181 C2.5 Le macchine elettriche, 183 Macchine elettriche statiche Trasformatori, 183 Macchine elettriche Motori, 184 C2.6 Impianti elettrici civili e industriali, 185 C2.7 Le figure professionali dell elettrotecnica, 186 Montatore/Installatore di apparecchiature elettromeccaniche ed elettroniche, 186 Assemblatore di apparecchiature elettromeccaniche ed elettroniche, 186 Elettricista impiantista, 186 esercitazioni guidate c2.1 - c2.2, 187 Verifica degli obiettivi di unità, 189 unità C3 Applicazioni caratteristiche dell Informatica e delle Telecomunicazioni C3.1 Informatica ed energia, 190

9 VII C3.2 L evoluzione dell informatica, 192 Le macchine calcolatrici meccaniche, 192 Le valvole, 194 Il transistor e i circuiti integrati, 195 Il microprocessore, 197 C3.3 I linguaggi informatici, 199 C3.4 L evoluzione dei linguaggi di programmazione, 200 C3.5 Le fasi di creazione di un programma, 201 C3.6 Gli ambienti di sviluppo, 201 IDE, 201 Framework, 201 SDK, 202 C3.7 Il ciclo di vita del sofware, 203 Fasi di produzione del sofware, 203 Sviluppo del sofware: il modello a cascata, 205 C3.8 Le applicazioni dell informatica, 205 La filiera produttiva informatica, 206 La produzione dell hardware, 206 La produzione del sofware e le figure professionali coinvolte, 207 Distribuzione e vendita, 210 Installazione e post vendita, 210 Conclusioni, 210 C3.9 La comunicazione e l informazione, 211 Generalità, 211 Le rivoluzioni della comunicazione, 211 Informazione e trasmissione, 212 C3.10 Le telecomunicazioni, 213 Generalità, 213 Le figure professionali delle telecomunicazioni, 214 Conclusioni, 216 esercitazioni guidate c3.1 - c3.5, 217 Verifica degli obiettivi di unità, 222 unità C4 Lavorazioni caratteristiche della Meccanica C4.1 Le lavorazioni: generalità, 223 Lavorazioni a caldo, 224 Lavorazioni a freddo, 224 C4.2 Lavorazioni al banco, 224 Tracciatura, 225 Limatura, 226 Taglio a mano mediante seghetto, 228 Ciclo di lavorazione, 229 Foratura, 232 Alesatura al banco, 234 Filettatura a mano, 235 C4.3 Lavorazioni alle macchine utensili, 237 Generalità, 237 Tornitura, 237 Fresatura, 243 Affilatura e rettificatura, 247 C4.4 Lavorazioni per deformazione plastica, 248 Processi produttivi, 248 Processi di lavorazione della lamiera, 250 C4.5 Saldatura, 253 Generalità, 253 Saldatura a gas ossiacetilenica, 254 Saldatura elettrica ad arco, 254 C4.6 Collegamenti, 256 Collegamenti amovibili, 256 Collegamenti fissi, 260 C4.7 Macchine a Controllo Numerico, 261 La tecnologia del Controllo Numerico, 261 Macchine utensili a Controllo Numerico, 262 Programmazione manuale, 263 Programmazione automatica CAM, 265 C4.8 Robotica, 266 Tipologie di robot, 266 Controllo e programmazione dei robot, 269 esercitazioni guidate c4.1 - c4.10, 270 Verifica degli obiettivi di unità, 280 Verifica degli obiettivi di modulo, 282 modulo d sicurezza e salute 285 Verifica dei Prerequisiti, 286 unità D1 Elementi di antinfortunistica e territorio D1.1 Elementi di antinfortunistica, 287 Salute, sicurezza ed ergonomia, 287 D1.2 Primo soccorso e pronto soccorso, 290 Prima regola: Non nuocere, 290 Seconda regola: Garantire la sicurezza, 290 Terza regola: Attivare il pronto soccorso, 291 D1.3 Barriere architettoniche, 291 D1.4 Pianificazione territoriale, 293 Compatibilità ambientale dell industria (risorse ed ecologia), 293 L urbanistica moderna, 296 Conservazione del patrimonio artistico-culturale e restauro, 297 esercitazione guidata d1.1, 299 Verifica degli obiettivi di unità, 300 unità D2 Legislazione sulla sicurezza D2.1 La legislazione antinfortunistica, 301 D2.2 Segnaletica antinfortunistica, 302 D2.3 Sicurezza nell attività lavorativa, 305 Lavorazioni al banco con la lima, 305 Lavorazioni al banco di tracciatura e bulinatura, 305 Lavorazioni al trapano, 305 Lavorazioni alle macchine utensili, 306 Lavorazioni della lamiera, 306 Operazioni di saldatura, 307 D2.4 Il rischio elettrico e il pericolo incendio, 307 Il rischio elettrico, 307 Il pericolo incendio, 308 Norme di prevenzione incendi, 309 D2.5 Il rischio chimico, 311 Simboli di rischio chimico, 311 Frasi R e frasi S, 311 Principali sostanze e preparati pericolosi di uso comune, 312 D2.6 Il Decreto Legislativo 81/2008 e successive modifiche, 313 Generalità, 313 Obblighi del datore di lavoro, dei lavoratori e fonti di rischio, 314 Valutazione dei rischi, 315 Dispositivi di protezione individuale

10 VIII (DPI), 316 Informazione e formazione, 316 Uso di attrezzature munite di videoterminali (VDT), 317 Nuova Direttiva Macchine 2006/42/CE, 317 esercitazione guidata d2.1, 318 Verifica degli obiettivi di unità, 319 Verifica degli obiettivi di modulo, 320 modulo e AziendA e sua dimensione organizzativa 321 Verifica dei Prerequisiti, 322 unità E1 L impresa E1.1 L organizzazione industriale, 323 Evoluzione storica, 323 I primi modelli organizzativi, 324 I modelli organizzativi successivi, 325 E1.2 Forme giuridiche dell impresa, 325 Impresa individuale, 326 Società, 326 Le cooperative, 327 E1.3 Le funzioni aziendali, 327 E1.4 Strutture organizzative dell azienda, 328 esercitazione guidata e1.1, 330 Verifica degli obiettivi di unità, 331 unità E2 Documentazione e qualità E2.1 Il flusso di informazioni, 332 E2.2 Sistemi di riproduzione e archiviazione, 334 Riproduzione di documenti e disegni, 334 Archiviazione di documenti, 336 Archivi elettronici, 337 Custodia e difesa degli archivi, 338 E2.3 La qualità, 339 Cenni storici, 339 Cosa si intende per qualità, 340 Le norme del Sistema di Gestione per la Qualità, 341 Il Sistema di Gestione per la Qualità, 342 esercitazione guidata e2.1, 346 Verifica degli obiettivi di unità, 347 Verifica degli obiettivi di modulo, 348

11 IX Presentazione L opera costituisce un corso completo della materia Scienze e tecnologie applicate per il secondo anno degli Istituti tecnici settore Tecnologico. Il testo, articolato in cinque moduli, è nato con l obiettivo di introdurre alla cultura della tecnologia, che verrà poi sviluppata nel successivo triennio, e di fornire un approccio al mondo della produzione attraverso lo studio dei materiali, degli strumenti di misura, dei processi produttivi e dell organizzazione industriale. I contenuti e l articolazione sono stati impostati e scelti in modo da rispettare l acquisizione delle competenze previste dai nuovi programmi ministeriali. I cinque moduli, strutturati ognuno in unità didattiche, sono stati progettati e realizzati in modo da consentire un loro uso sia sequenziale sia indipendente, permettendo la scelta di percorsi didattici alternativi. I MODULI modulo B misurazione e controllo Ogni modulo si apre con l indicazione delle unità didattiche che lo compongono, dei prerequisiti necessari all apprendimento e degli obiettivi didattici e continua con una verifica dei prerequisiti, costituita da una serie di prove strutturate. B1 Metrologia B2 Misurazioni caratteristiche della Chimica B3 Misurazioni caratteristiche dell Elettrotecnica e dell Elettronica B4 Misurazioni caratteristiche della Meccanica Abilità Prerequisiti Conoscenze Unità di misura delle grandezze principali Significato di percentuale Calcolare la media aritmetica Calcolare semplici relazioni numeriche Obiettivi Conoscenze I termini caratteristici delle diverse discipline I principali strumenti di misura delle diverse discipline tecniche Le misure meccaniche, chimiche, elettriche ed elettroniche Abilità Utilizzare gli strumenti adeguati alle misure da eseguire Saper trattare i dati ottenuti Valutare la tipologia dei possibili errori e il loro controllo Competenza di riferimento Misurare, elaborare e valutare grandezze e caratteristiche con opportuna strumentazione modulo B verificadeiprerequisiti 1. Spiegare cosa s intende per unità di misura (max 20 parole). 2. Esprimere le unità di misura delle seguenti grandezze: a. lunghezza:... b. superficie:... c. volume: Scrivere un multiplo e un sottomultiplo delle seguenti grandezze: multiplo sottomultiplo a. lunghezza b. superficie I multipli vengono utilizzati quando la grandezza da esprimere è molto.... I sottomultipli vengono utilizzati quando la grandezza da esprimere è molto L unità di misura prevista dal Sistema Internazionale per il tempo è l ora. Vero Falso 6. Identificare l unità di misura della forza: a. kilogrammo b. newton c. libbra d. quintale 9. Spiegare cosa rappresenta il valore medio di una serie di dati relativi a una grandezza (max 20 parole). 10. Precisare per ciascun tipo di disegno le unità di misura utilizzate per le rispettive quote: a. disegni meccanici:... b. disegni edili:... c. carte stradali: La temperatura può influire sul valore della misura. Vero Falso 12. Vero o falso? a. La temperatura non modifica il volume dei solidi. V F b. La pressione non modifica il volume dei liquidi. V F c. La pressione non modifica il volume dei gas. V F d. Il volume dei gas è direttamente proporzionale alla pressione. V F e. Il volume dei liquidi è direttamente proporzionale alla pressione. V F 13. Trasformare in litri la capacità dei seguenti contenitori: a. acquario da 0,3 m 3 =... b. lattina da 33 cl =... c. cisterna da 15 m 3 =... d. bicchiere da 250 cm 3 = L unità di misura della temperatura relativa è il grado Celsius. e. contenitore parallelepipedo da 12 dm 3 =... f. bottiglia da 7,5 dl =... Vero Falso 8. Lo strumento che misura la temperatura del corpo umano si chiama Calcolare l altezza, in centimetri, raggiunta da 1,5 litri d acqua in una caraffa cilindrica di 16 cm di diametro: a. 0,75 c. 7,5 b. 75 d. 750 UNITÀ A2 MATERIALI SPECIALI E LORO UTILIZZO Materiali speciali e loro utilizzo unità a2 25 LE UNITÀ OBIETTIVI Conoscenze I principali materiali nel campo generale I principali materiali utilizzati nel campo dell elettrotecnica, dell elettronica e dell edilizia Abilità Saper individuare i principali materiali nel campo generale Descrivere i principali materiali utilizzati nel campo dell elettrotecnica, dell elettronica e dell edilizia CONTENUTI A2.1 Materiali metallici non ferrosi A2.2 Legno, resine, materie plastiche, gomme e materiali compositi A2.3 Materiali nelle tecnologie elettriche ed elettroniche A2.4 Materiali per l edilizia A2.1 Materiali metallici non ferrosi Generalità I materiali metallici non ferrosi si possono suddividere in gruppi in funzione delle loro principali proprietˆ fisico-chimiche secondo quanto riportato nella tabella A2.1. Si ottiene cos una classificazione che evidenzia gli impieghi specifici. TABELLA A2.1 Suddivisione dei materiali metallici non ferrosi, caratteristiche e impieghi Gruppo Metalli Caratteristiche e impieghi Pesanti Leggeri Nobili Refrattari Terre rare Radioattivi Rame (Cu), Nichel (Ni), Piombo (Pb), Zinco (Zn), Stagno (Sn) Alluminio (Al), Magnesio (Mg), Titanio (Ti), Berillio (Be), Calcio (Ca) Oro (Au), Argento (Ag), Platino (Pt), Iridio (Ir) Tungsteno (W), Molibdeno (Mo), Vanadio (V), Titanio (Ti), Cromo (Cr), Manganese (Mn) Lantanio (La), Cerio (Ce), Neodimio (Nd), Samario (Sm) Uranio (U), Torio (Th), Radio (Ra), Plutonio (Pu) Rame e sue leghe: bronzo e ottone Massa volumica > 5000 kg/m3. Utilizzati in applicazioni di meccanica pesante Massa volumica < 5000 kg/m 3. Utilizzati in applicazioni dove interessa la leggerezza Materiali di alto valore. Impiegati in orefceria, oggetti ornamentali, resistenze, saldature di componenti elettronici Alta temperatura di fusione. Impiegati come elementi aggiuntivi nelle leghe leggere e nelle applicazioni con alte temperature di esercizio Alte caratteristiche ferromagnetiche. Utilizzati per rotori di motori Emettono radiazioni dal nucleo degli atomi. Utilizzati nella produzione di energia e nella medicina Il rame, simbolo chimico Cu, un metallo color rosso salmone, con temperatura di fusione 1083 C; caratterizzato da alta conducibilitˆ elettrica e termica, buona resistenza alla corrosione e grande facilitˆ a formare leghe con altri metalli. Esso fu largamente utilizzato fin dalla più remota antichità (nel 4500 a.c. la pietra fu sostituita dal rame nella costruzione degli attrezzi per la caccia e il lavoro); si può trovare in natura allo stato puro (rame nativo) oppure sotto forma di composti con lo zolfo (calcopirite CuFeS 2, calcosina Cu 2S) o con l ossigeno (cuprite Cu 2O). Il rame viene impiegato soprattutto nel settore elettrico come conduttore nelle linee di trasporto dell energia elettrica [fig. A2.1], negli impianti industriali e civili, negli avvolgimenti dei motori, nei trasformatori, nei contatti degli interruttori. È anche utilizzato nell industria chimica (solfato di rame anticrittogamico per la vite ecc.) e negli impianti termoidraulici (tubi, scambiatori di calore ecc.). Come già detto, il rame può facilmente formare leghe e, tra esse, quelle di maggiore interesse commerciale e tecnologico sono: bronzo: lega di rame e stagno (6 20% di stagno); ottone: lega di rame e zinco (10 40% di zinco). Bronzo Il bronzo è una lega di rame e stagno, con temperatura di fusione compresa fra 900 e 1000 C; è caratterizzato da ottima fusibilità e sonorità, buona resistenza alla corrosione e basso attrito. Viene utilizzato per getti di fusione (campane, statue, fig. A2.2), per valvole, cuscinetti lisci (bronzine, fig. A2.3), monete e bulloneria speciale. I bronzi si dicono ordinari quando sono costituiti esclusivamente da rame e stagno o speciali se contengono anche altri elementi quali lo zolfo, il piombo, il nichel o il manganese. Ottone L ottone è una lega di rame e zinco, con temperatura di fusione compresa fra 800 e 1000 C; è caratterizzato da buona malleabilità e grande duttilità. Viene impiegato in fonderia (rubinetti, maniglie), nelle lavorazioni plastiche (fili, tubi, lamierini) e nella fabbricazione di cilindri e di strumenti musicali, detti appunto ottoni [fig. A2.4]. A2.2 Bronzi di Riace. A2.3 Bronzine utilizzate per la riduzione dell attrito radente. A2.4 Elegante tromba per autovettura d epoca con corpo in ottone e soffietto in gomma. Ogni unità presenta la pianificazione didattica dell unità con gli obiettivi e i contenuti. I contenuti, scanditi in paragrafi, costituiscono i segmenti fondamentali del percorso didattico. La trattazione, semplice e funzionale, è ricca di riferimenti normativi ed esempi contestuali. A2.1 Fili elettrici di rame con diverse guaine isolanti e schermature di protezione.

12 X 74 modulo B Misurazione e controllo esercitazione guidata B1.3 LE ESERCITAZIONI Misurazioni con il comparatore e calcolo degli errori 1. Eseguire la lettura della misurazione dei due pezzi e valutare le rispettive dimensioni, tenendo conto della dimensione di riferimento. riferimenti paragrafo B1.4; fgura B1.27 Applicazioni caratteristiche dell Informatica e delle Telecomunicazioni unitˆ C3 217 esercitazione guidata C3.1 Ordinamento dei dispositivi Diverse esercitazioni guidate, fornite di possibili procedure risolutive e di fonti di consultazione, consentono all allievo di acquisire e consolidare le abilità di base. Ordinare cronologicamente i seguenti dispositivi, collocandoli nella corretta generazione informatica ed elencandone le principali caratteristiche. Blocchetto di riscontro Pezzo n. 1 Misura di riferimento h = 25 mm 2. h2 25 h1 Dispositivo prima seconda terza quarta b. prima seconda terza quarta c. prima seconda terza quarta d. prima seconda terza quarta e. prima seconda terza quarta f. prima seconda terza quarta g. prima seconda terza quarta Misura h2 =... Formula Pezzo n. 1 Pezzo n. 2 b. Errore relativo c. Errore relativo % verifca degli obiettivi 1 Si chiamano lavorazioni al banco tutte quelle operazioni efettuate con l ausilio di un..., per il fssaggio del pezzo sulla morsa e l appoggio di... e strumenti Elencare almeno quattro lavorazioni al banco dette comunemente lavorazioni di aggiustaggio: La tracciatura viene eseguita sui pezzi costruiti in serie e per grandi produzioni. Vero Falso Si chiama ciclo di lavorazione la delle operazioni da compiere per produrre un modulo C Defnire l operazione di foratura (max 20 parole). verifca degli obiettivi... 1 a. Il silicio viene prodotto con un processo elettrolitico. 10 b. L analisi qualitativa determina la concentrazione delle soluzioni. c. Il ferro si lega più facilmente del rame all ossigeno. Elencare tre tipi di trapani: Vero o falso? 𐍄 d. I composti organici non contengono azoto. 11 Dare la defnizione della fresatrice e precisare a chi è afdato il moto di taglio e di alimentazione (max 35 parole). 6 Il controllo del parallelismo tra due superfci viene efettuato esplorando la distanza su più punti con il a spessore, con i beccucci del o con il... centesimale. 𐍄 𐍄 𐍄 g. Per produrre il silicio si impiega la sabbia come per il vetro. 𐍄 2 Descrivere il campo d indagine della chimica analitica qualitativa (max 20 parole). 12 Elencare almeno quattro delle parti che costituiscono il tornio: 𐍄 7 Identifcare l impiego delle seguenti sostanze: a. b. c. d. e. urea... polietilene... acetato di cellulosa... trinitrotoluene... acido acetilsalicilico Scrivere le reazioni con cui si producono il ferro e il rame: La velocità di taglio rappresenta la velocità posseduta dalla... del pezzo a contatto con l utensile. 7 Il controllo della perpendicolarità tra due superfci può essere fatto a vista con l utilizzo del comparatore. 14 Vero Vero Falso f. Il rame è prodotto utilizzando coke metallurgico. b. Un tempo l acido nitrico era prodotto trattando i suoi sali con acido solforico. 𐍄 c. Gli antibiotici sono prodotti utilizzando derivati del petrolio. 𐍄 d. La morfna usata negli ospedali viene sintetizzata industrialmente. 𐍄 e. Il polietilene e il polipropilene sono derivati della petrolchimica. 𐍄 f. Le fbre artifciali sono sintetizzate a partire da piccole molecole. 𐍄 g. Gli esplosivi moderni sono ottenuti da composti organici e acido nitrico. 𐍄 h. Riciclare le materie plastiche è complesso perché ne esistono molte varietà. 𐍄 i. L aspirina è ricavata dalla corteccia di un albero. 5 Defnire l operazione di limatura al banco (max 25 parole). LE VERIFICHE e. L alluminio è piuttosto caro perché è raro in natura. 4 Mettere in ordine le seguenti fasi di una operazione di tracciatura: a. tracciatura b. coloritura del materiale c. bulinatura d. pulitura della superfcie Caratteristiche principali Pezzo n. 2 Misura h1 =... a. Errore assoluto unità C4 Generazione Efettuare il calcolo degli errori. Tipo di errore 280 Ordine a. La velocità di avanzamento nel tornio rappresenta lo spazio percorso dall utensile a ogni giro del pezzo. 4 L analisi qualitativa dei composti inorganici consente di determinare: 8 Indicare tutti gli elementi presenti nelle seguenti sostanze o classi di composti: a. b. c. d. e. ammine... alcoli... cellulosa... nitroglicerina... acido acetilsalicilico... a. i gruppi funzionali presenti nella molecola b. la presenza di anioni e cationi nel campione c. la composizione percentuale del campione d. la massa degli ioni metallici contenuti dalle molecole 9 Individuare quali dei seguenti prodotti sono ottenuti mediante sintesi chimica [S] o da sostanze naturali [N]: 5 a. urea b. indaco c. rosso congo Falso Un composto con formula: a. C6H12 è un... b. C6H13NH2 è una... c. C4H9OH è un... d. C3H7COOH è un... 6 Vero o falso? a. La sintesi dell ammoniaca è stata scoperta all inizio dell Ottocento. 𐍄 [ ] [ ] [ ] d. aspirina e. morfna f. nitrocellulosa [ ] [ ] [ ] 10 Indicare il nome di almeno due composti o famiglie di composti per ciascuna delle seguenti applicazioni pratiche: a. antinfammatori... b. esplosivi... c. antibiotici... d. fertilizzanti... Alla fi ne di ogni unità è collocata una verifica di unità, consistente in una serie di prove a scelta multipla e di esercizi di completamento, fi nalizzata a valutare la preparazione sugli argomenti aff rontati. Ciascun modulo si chiude con una verifica di modulo che ha lo scopo di testare l acquisizione di competenze specifi che, attraverso l applicazione ragionata di quanto appreso nelle unità. Nel modulo A, Materiali di interesse industriale, sono presi in esame gli elementi di base dei materiali metallici ferrosi e dei materiali non ferrosi. Per quanto riguarda i materiali ferrosi, vengono trattate le proprietà dei materiali, il ferro e le sue leghe, le ghise, gli acciai e i trattamenti termici. Relativamente ai materiali non ferrosi, vengono trattati il legno, le resine, le materie plastiche, le gomme e i materiali compositi. Si propongono, inoltre, elementi di base relativi all uso dei materiali nelle tecnologie elettriche ed elettroniche e nell edilizia. Il modulo B, Misurazione e controllo, aff ronta nella prima unità le basi della metrologia, gli errori di misurazione, gli strumenti campione e gli strumenti di misura della lunghezza. Nella seconda unità, vengono presentati gli strumenti tarati e graduati, gli errori nella misurazione dei volumi e gli strumenti per eff ettuare misurazioni in ambito chimico, relativamente alle dimensioni degli atomi, alla bilancia analitica, alla densità, alla purezza e alla

13 XI concentrazione. Nella terza unità vengono trattati i concetti di grandezza elettrica, gli strumenti di misura per grandezze elettriche, gli amperometri, i galvanometri e le metodologie per effettuare le misurazioni sui dispositivi passivi lineari. La quarta unità presenta gli strumenti e le macchine speciali di misura e le prove meccaniche sui materiali metallici. Nel modulo C, Processi caratteristici delle tecnologie, vengono sviluppati, nella prima unità, gli argomenti di chimica analitica, di analisi qualitativa e quantitativa e i metodi strumentali, le produzioni industriali, i metalli, i non metalli, il silicio e i concetti base della chimica organica; vengono presentati inoltre due elementi importanti: l azoto con la sintesi dell ammoniaca, i fertilizzanti e gli esplosivi; il carbonio con le aree a esso collegate del petrolio, delle materie plastiche, dei coloranti e dei medicinali. Nella seconda unità, dopo aver presentato l evoluzione del settore elettrico ripercorrendo cronologicamente le tappe fondamentali che hanno portato all impiego dell elettronica nell automazione, vengono elencate le principali figure professionali che operano nell ambito dell elettronica e dell elettrotecnica. La terza unità, dopo un resoconto sulle tappe più importanti che hanno segnato l evoluzione dell hardware e del sofware, illustra le caratteristiche dei principali linguaggi di programmazione, degli strumenti e delle tecniche basilari per lo sviluppo di applicazioni informatiche, le principali applicazioni dell informatica e delle telecomunicazioni, presentando le figure professionali di riferimento per tali discipline. Nella quarta unità vengono trattate le lavorazioni dei materiali. In particolare, si affrontano le lavorazioni al banco e lo studio di base delle macchine utensili, le lavorazioni per deformazione plastica, le saldature, i collegamenti ed elementi di Controllo Numerico e di robotica. Il modulo D, Sicurezza e salute, introduce gli elementi di antinfortunistica e presenta la legislazione relativa alla sicurezza. In particolare, nella prima unità si trattano salute, sicurezza, ergonomia, elementi di primo soccorso, barriere architettoniche e informazioni sulla pianificazione del territorio. Nella seconda unità si affrontano elementi di legislazione antinfortunistica, sicurezza negli ambienti di lavoro, rischio elettrico, pericolo di incendio e viene presentato anche il DLgs 81/2008. Il modulo E, Azienda e sua dimensione organizzativa, presenta gli elementi di base dell organizzazione industriale. Nella prima unità, infatti, si forniscono cenni storici di organizzazione, le forme giuridiche dell impresa, le funzioni aziendali e le strutture organizzative dell azienda; nella seconda si affrontano le problematiche relative al flusso delle informazioni, ai sistemi di riproduzione e archiviazione e alla qualità. Luigi Caligaris Stefano Fava Carlo Tomasello Paolo Camagni Riccardo Nikolassy

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15 modulo a materiali di interesse industriale A1 Caratteristiche dei materiali e leghe del ferro A2 Materiali speciali e loro utilizzo Prerequisiti Conoscenze I simboli chimici dei principali elementi La tecnica di rappresentazione a blocchi Abilità Interpretare formule chimiche Descrivere le differenze principali tra metalli e non metalli Interpretare reazioni chimiche Descrivere le reazioni di ossidazione Obiettivi Conoscenze I fondamenti della struttura della materia Le proprietà dei materiali Abilità Riconoscere i principali materiali di interesse industriale Descrivere le principali caratteristiche dei materiali metallici e non metallici in relazione alle tipologie di impiego Competenza di riferimento Individuare le proprietà dei materiali, i relativi impieghi, i processi produttivi e i trattamenti

16 modulo A verificadeiprerequisiti 1. Dare la definizione di atomo (max 20 parole). 2. Il numero atomico corrisponde al numero di protoni contenuto nel nucleo di un atomo? Vero Falso 3. Il numero di massa atomica si ottiene sommando il numero di... e il numero dei contenuti nel nucleo atomico. 4. Dare la definizione di molecola (max 30 parole). 5. Assegnare a ogni simbolo il relativo elemento chimico. a. H... d. Al... b. Li... e. Cu... c. K... f. Hg Assegnare a ogni elemento il relativo simbolo chimico. a. Ferro... d. Potassio... b. Elio... e. Azoto... c. Argento... f. Piombo Descrivere la differenza fra un elemento metallico e uno non metallico (max 30 parole). 8. Il carbonio è un metallo. Vero Falso 9. Completare le seguenti formule di reazione chimica. a. Cu + S... d. 2Ca + O 2... b. Na + Cl... e. P 2 O 3 + H 2 O... c. C + O 2... f. P 2 O 3 + 2H 2 O Indicare il nome dei seguenti composti chimici. a. FeO... d. H 2 SO 4... b. NaCl... e. HgCl... c. CO 2... f. NaHSO Scrivere la formula chimica dei seguenti composti. a. Acqua... b. Ossido di carbonio... c. Metano... d. Ammoniaca Definire la radioattività (max 30 parole). 13. I due principali componenti dell atmosfera sono l... e l Una reazione endotermica avviene con emissione di calore. Vero Falso 15. Indicare il significato della forma delle caselle utilizzate in un diagramma di flusso. a. Ellisse... b. Parallelogramma... c. Rettangolo... d. Rombo...

17 UNITÀ a1 CaratteristiCHe dei materiali e leghe del FerrO 3 ObIeTTIVI conoscenze Le principali proprietà dei materiali Le fasi fondamentali del processo siderurgico Abilità Descrivere le caratteristiche chimiche e tecnologiche dei principali materiali Descrivere le fasi fondamentali del processo siderurgico Riconoscere i principali trattamenti termici e i loro effetti CONTeNUTI a1.1 I materiali: generalità a1.2 Proprietà dei materiali a1.3 Ferro e sue leghe a1.4 La ghisa a1.5 L acciaio a1.6 Trattamenti termici delle leghe del ferro A1.1 i materiali: generalità La conoscenza delle caratteristiche dei materiali d uso più comune rende possibile la loro applicazione nelle diverse costruzioni, in modo corretto ed economico. La tecnologia è la scienza che studia i materiali, la composizione, le caratteristiche, le lavorazioni necessarie per le trasformazioni e il loro impiego. I materiali, dal punto di vista della composizione, si possono suddividere in tre grandi famiglie [fig. A1.1]: materiali naturali: sono quelli che vengono utilizzati così come si trovano in natura (pietre, sabbia, legno, lana ecc.); materiali naturali modificati: sono quelli che conservano inalterata la loro composizione interna ma sono parzialmente trasformati dall uomo nella forma e nelle caratteristiche (legno compensato, pelle conciata, tessuto, benzina, rame ecc.); materiali artificiali: sono quelli la cui composizione è completamente nuova perché ottenuta attraverso particolari processi di trasformazione (cemento, carta, leghe metalliche, gomma, plastica, tessuti acrilici ecc.). Considerando, invece, le caratteristiche di comportamento più appariscenti, si possono dividere i materiali in quattro categorie [fig. A1.2]: metalli: sono solidi a temperatura ambiente (eccetto il mercurio), buoni conduttori di calore e di elettricità, lucenti, opachi alla luce, deformabili, resistenti a sollecitazioni esterne; per esempio: ferro, argento, oro, nichel, cromo, cobalto, zinco, piombo ecc.; NATURALI Esistenti in natura COMPOSIZIONE DEI MATERIALI NATURALI MODIFICATI Parzialmente modifcati ARTIFICIALI Completamente nuovi a1.1 Suddivisione dei materiali in base alla loro composizione.

18 4 modulo A Materiali di interesse industriale non metalli: sono generalmente di struttura amorfa o gassosa, cattivi conduttori di calore ed elettricità, poco resistenti a sollecitazioni esterne; per esempio: zolfo, fosforo, azoto, ossigeno ecc.; leghe: sono ottenute mediante l unione di più elementi; esse presentano delle caratteristiche migliori degli elementi di partenza; per esempio: ottone (rame e zinco), bronzo (rame e stagno), acciaio (ferro e carbonio) ecc.; miscugli: sono costituiti dalla miscela di più elementi ciascuno dei quali conserva le caratteristiche originali; per esempio: granito (minerali, sabbia e legante), calcestruzzo (cemento, sabbia, ghiaia ecc.). COMPORTAMENTO DEI MATERIALI a1.2 Suddivisione dei materiali in base alle caratteristiche di comportamento. Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggetto occorre considerare i seguenti fattori: proprietà: sono caratteristiche di ogni materiale e devono garantire la funzionalità dell oggetto; trasformazioni: servono a soddisfare le esigenze imposte dal progetto; costo: deve essere in rapporto al valore del prodotto finito. Il costo di mercato del materiale incide sempre di meno nella determinazione del valore del prodotto finito, essendo elevato il costo della manodopera e delle attrezzature quasi sempre automatizzate (valore aggiunto). A1.2 proprietà dei materiali METALLI NON METALLI LEGHE MISCUGLI Tutti i materiali hanno delle proprietà caratteristiche che li differenziano notevolmente. La conoscenza di queste ultime consente di utilizzare il materiale più idoneo a ogni specifica applicazione. Le proprietà dei materiali possono essere così classificate [fig. A1.3]: chimiche: riguardano la composizione chimica del materiale e la sua struttura interna; fisiche: esprimono le caratteristiche legate alla natura stessa del materiale e al suo comportamento in relazione agli agenti esterni, quali il calore, la gravità, l elettricità; meccaniche: si riferiscono alla capacità del materiale di resistere alle sollecitazioni (insieme dei carichi esterni) a cui viene sottoposto durante il suo impiego, come pressione, trazione, flessione, compressione, urti e taglio; tecnologiche: rappresentano l attitudine del materiale a essere trasformato mediante lavorazione. proprietà fisiche temperatura di fusione (t f ) Si definisce temperatura di fusione (t f ) la temperatura alla quale, per un determinato materiale, si verifica il passaggio dallo stato solido a quello liquido. In base a questa caratteristica i materiali si dividono nelle seguenti categorie: refrattari: sono quelli per i quali la temperatura di fusione risulta superiore a 2000 C; per esempio: leghe metalliche speciali, ceramiche, refrattari silicoalluminati, refrattari magnesiaci ecc.; normali: materiali con temperatura di fusione compresa fra 500 e 2000 C; per esempio: ferro, ghisa, acciaio, rame, alluminio ecc.; basso fondenti: materiali con temperatura di fusione inferiore a 500 C; per esempio: piombo, stagno ecc. Nella tabella A1.1 sono riportate le temperature di fusione, alla pressione atmosferica, dei principali materiali. Massa volumica (M v ) Si definisce massa volumica (M v ) il rapporto fra la massa di un corpo, espressa in kg, e il suo volume espresso in m 3. massa kg M v = = volume m 3 Prima dell introduzione del Sistema Internazionale di misura (SI), la massa volumica (M v ) veniva chiamata peso specifico. Nella pratica di laboratorio spesso si utilizza la massa volumica espressa in kg/dm 3 = 10 3 kg/m 3. La tabella A1.2 riporta il valore della massa volumica dei principali materiali. Sono chiamate leghe leggere quelle a base di alluminio con massa volumica inferiore a 4000 kg/m 3 e leghe ultraleggere quelle a base di magnesio con massa volumica inferiore a 2000 kg/m 3.

19 Caratteristiche dei materiali e leghe del ferro unità A1 5 CHIMICHE Ossidazione Corrosione PROPRIETÀ DEI MATERIALI FISICHE MECCANICHE Temperatura di fusione Massa volumica Capacità termica massica Dilatazione termica Resistenza alla deformazione Resilienza Resistenza a fatica Durezza Resistenza all'usura TECNOLOGICHE Fusibilità, saldabilità Truciolabilità, plasticità Malleabilità, duttilità Estrudibilità, imbutibilità Piegabilità ecc. a1.3 Proprietà caratteristiche dei materiali. TAbellA A1.1 temperatura di fusione t f dei principali materiali Materiale t f [ C] Materiale t f [ C] Materiale t f [ C] Acciaio ~1500 Ghisa ~1300 Piombo 327 Alluminio 658 Ferro 1535 Platino 1772 Antimonio 630 Magnesio 651 Rame 1083 Argento 960 Mercurio 38,87 Silicio 1420 Bronzo ~950 Nichel 1455 Stagno 232 Carbonio >1600 Oro 1063 Tungsteno 3380 Cromo 1800 Ottone ~900 Zinco 419,4 TAbellA A1.2 Massa volumica M v [kg/m 3 ] dei principali materiali Materiale M v Materiale M v Materiale M v Acciaio 7850 Gomma dura 1200 Piombo Alluminio 2700 Laterizi comuni 2000 Platino Argento 8500 Legno di abete 450 Rame commerciale 8900 Bachelite 1300 Legno di pino 545 Sabbia secca 1500 Bronzo 8000 Legno di quercia 850 Stagno 7280 Calcestruzzo armato 2400 Magnesio 1750 Terreno secco 2580 Carbone coke 600 Mercurio Titanio 4500 Ceramica 2400 Nichel 8800 Tungsteno Ferro 7860 Oro Vetro 2400 Ghisa 7250 Ottone 8500 Zinco 7100

20 6 modulo A Materiali di interesse industriale capacità termica massica (C tm ) Si definisce capacità termica massica (C tm ), a volte detta anche calore specifico (C s ), la quantità di calore, espressa in J, necessaria per innalzare di 1 C la massa di 1 kg di sostanza. calore J C tm = = intervallo di temperatura. massa C. kg Il valore della capacità termica massica varia in funzione della temperatura. Nella tabella A1.3 sono riportati i valori medi, nell intervallo di temperatura da 0 a 100 C, per i principali materiali. Dilatazione termica (α) Si definisce dilatazione termica l attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura. Nel caso di solidi con una dimensione prevalente sulle altre (fili, barre ecc.), la dilatazione più significativa è quella che si verifica lungo l asse più lungo e viene detta dilatazione lineare [fig. A1.4]. l i Barretta l _ f l i (Allungamento) (Lunghezza iniziale a temperatura t i ) l f (Lunghezza fnale a temperatura t f ) a1.4 Dilatazione termica lineare dei materiali. Si definisce coefficiente di dilatazione lineare (α) l incremento di lunghezza che subisce il materiale (l f l i ) rapportato alla lunghezza iniziale (l i ) e all aumento di temperatura (t f t i ): l f l i m 1 α = = = l i (t f t i ) m C C Nella tabella A1.4 sono riportati i valori medi dei coefficienti di dilatazione lineare dei principali materiali, calcolati nell intervallo di temperatura tra 0 e 100 C. TAbellA A1.3 capacità termica massica C tm [J/ c kg] dei principali materiali Materiale C tm Materiale C tm Materiale C tm Acciaio 519 Carbonio grafitico 1176 Ottone 377 Acqua 4186 Ghisa grigia 540 Piombo 134 Alluminio 938 Ferro 532 Rame 383 Argento 233 Nichel 515 Stagno 226 Bronzo 352 Oro 131 Zinco 385 TAbellA A1.4 coefficienti medi di dilatazione lineare α in un 1/ c nell intervallo c Materiale α 10 3 Materiale α 10 3 Materiale α 10 3 Acciaio 0,0120 Ferro 0,0123 Platino 0,0090 Alluminio 0,0237 Ghisa 0,0090 Rame 0,0166 Argento 0,0189 Manganese 0,0230 Stagno 0,0270 Cemento Portland 0,0140 Nichel 0,0130 Tungsteno 0,0043 Cromo 0,0080 Oro 0,0142 Vetro di quarzo 0,0005 Bronzo - Ottone 0,0180 Piombo 0,0290 Zinco 0,0270

21 Caratteristiche dei materiali e leghe del ferro unità A1 7 proprietà meccaniche Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale di resistere alle azioni provocate dalle forze esterne che tendono a deformarlo. La capacità di contrasto che offre il materiale costituisce la sua caratteristica meccanica e può cambiare in funzione della forza applicata. Si elencano, ora, i diversi tipi di forze [fig. A1.5] per poter definire le corrispondenti caratteristiche meccaniche. Forze statiche: sono applicate in modo costante o variano lentamente nel tempo; per esempio: forze applicate a funi, a macchine di sollevamento [fig. A1.5a]. La capacità dei materiali di contrastare gli effetti delle forze statiche è detta resistenza alla deformazione. Forze dinamiche: sono applicate in tempi brevi (< 0,1 secondi, forze d urto); per esempio: martellatura all incudine, lavorazione al maglio [fig. A1.5b]. La capacità dei materiali di contrastare gli effetti delle forze dinamiche è detta resilienza. Forze periodiche: sono variabili periodicamente con un andamento che si ripete costantemente nel tempo e con frequenza elevata; per esempio: forze applicate alla biella del motore a scoppio [fig. A1.5c]. La capacità di resistere alle forze periodiche è detta resistenza a fatica. Forze concentrate: sono applicate in zone ristrette o puntiformi; per esempio: scalpellatura, punzonatura [fig. A1.5d]. La capacità dei materiali di contrastare gli effetti delle forze concentrate si chiama durezza. Forze di attrito: si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili, fra loro striscianti (attrito radente, fig. A1.5e) o rotolanti (attrito volvente, fig. A1.5f); per esempio: pattini a coltello, cuscinetto a sfere. La capacità dei materiali di contrastare le forze di attrito si chiama resistenza all usura. Le forze statiche applicate dall esterno ai corpi si chiamano carichi e generano, nel loro interno, un insieme di sollecitazioni che tendono a deformarli. Prendendo, per esempio, in considerazione un albero (solido cilindrico di forma allungata) si possono considerare i diversi tipi di sollecitazione generati dalle forze esterne applicate. La figura A1.6 riporta la rappresentazione schematica dei tipi di sollecitazioni che di seguito si descrivono. Forza statica (a) Forza dinamica (b) Forza periodica (c) V V Forza concentrata (d) a1.5 Diversi tipi di forze applicate ai corpi. Forza di attrito radente (e) Forza di attrito volvente (f)

22 8 modulo A Materiali di interesse industriale trazione Le forze, applicate esternamente, sono dirette lungo l asse del corpo e tendono ad allungarlo [fig. A1.6a]. compressione Le forze, applicate esternamente, sono dirette lungo l asse del corpo e tendono ad accorciarlo [fig. A1.6b]. Le sollecitazioni di trazione e compressione sono dette anche sollecitazioni assiali. una forma per ottenere un getto di fusione [fig. A1.7]. Questa proprietà risulta influenzata dal punto di fusione, dalla fluidità del materiale allo stato liquido, dall assenza di difetti dei getti (porosità, soffiature ecc.). Sono fusibili le ghise, i bronzi, gli ottoni e le leghe. flessione Le forze esterne agiscono su un piano perpendicolare all asse principale e tendono a flettere il corpo, cioè a piegarlo [fig. A1.6c]. (a) (b) (c) Trazione Compressione Flessione torsione Le forze esterne agiscono su un piano perpendicolare all asse del corpo e tendono a torcerlo, cioè a fare ruotare reciprocamente le diverse sezioni dell albero facendolo torcere [fig. A1.6d]. taglio Le forze esterne applicate agiscono in direzione perpendicolare all asse principale e tendono a recidere due sezioni trasversali adiacenti del corpo [fig. A1.6e]. A questa azione si oppone la durezza del materiale. (d) Torsione a1.6 Diversi tipi di sollecitazioni generate da forze esterne. (e) Taglio proprietà tecnologiche Le proprietà tecnologiche definiscono l attitudine dei materiali a essere trasformati mediante lavorazioni. Le più importanti, riportate nelle figure A1.7 A1.14, sono: fusibilità, saldabilità, truciolabilità, plasticità, malleabilità, duttilità, estrudibilità, imbutibilità e piegabilità. Siviera Pezzo di fusione Materiale fuso Forma fusibilità È l attitudine di un materiale a essere colato allo stato liquido dentro a1.7 Proprietà tecnologica della fusibilità.

23 Caratteristiche dei materiali e leghe del ferro unità A1 9 saldabilità È l attitudine di un materiale a unirsi facilmente con un altro, di uguale o diversa natura, tramite fusione e/o aggiunta di materiale d apporto [fig. A1.8]. Un materiale risulta saldabile quando garantisce una giunzione resistente, compatta e inalterabile. Sono saldabili il ferro, gli acciai dolci e le leghe metalliche in genere. Cordone di saldatura Materiale d apporto Cannello plasticità È la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente, senza screpolarsi o rompersi, sotto l azione di forze esterne. A seconda dei sistemi di deformazione e della forma finale ottenuta, si distinguono le successive proprietà tecnologiche. Malleabilità È l attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre, a caldo o a freddo, in lamine, senza screpolarsi o rompersi, mediante l azione di presse, magli o laminatoi [fig. A1.10]. Sono malleabili i materiali che possono subire un buon allungamento, che presentano una bassa durezza e limitata resistenza a trazione. L operazione che sfrutta questa proprietà si chiama laminazione e i prodotti ottenuti si dicono laminati. Cilindro del laminatoio a1.8 Proprietà tecnologica della saldabilità. Pezzi da saldare truciolabilità È l attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo, mediante l utilizzo di utensili montati su opportuna macchina (utensili per tornio, frese, punte elicoidali ecc., fig. A1.9). Risultano truciolabili le ghise, gli acciai al piombo (acciai automatici), i bronzi, l alluminio e le sue leghe (leggere), il magnesio e le sue leghe (ultraleggere). a1.10 Proprietà tecnologica della malleabilità. Laminato Trucioli Utensile fresa Duttilità È l attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare (per trazione) attraverso un foro di forma e dimensione opportune [fig. A1.11]. Matrice Pezzo da fresare a1.9 Proprietà tecnologica della truciolabilità. Traflato a1.11 Proprietà tecnologica della duttilità.

24 10 modulo A Materiali di interesse industriale Sono duttili l acciaio dolce, l argento, l oro, l alluminio, il rame, le leghe speciali di acciaio al nichel-cromo e al magnesio. L operazione che sfrutta questa proprietà si chiama trafilatura e i prodotti ottenuti trafilati. estrudibilità È l attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare (per spinta) attraverso un foro sagomato [fig. A1.12]. Sono estrudibili gli acciai dolci e le leghe leggere. L operazione che sfrutta questa proprietà è detta estrusione e i prodotti ottenuti estrusi (per esempio, i profilati di alluminio). Forza di spinta della pressa Lamiera imbutita Premilamiera Punzone Lamiera piana Stampo imbutibilità È l attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo, ottenendo corpi cavi, senza rompersi o screpolarsi [fig. A1.13]. Sono imbutibili gli acciai extradolci, il rame, l ottone, l alluminio. L operazione che sfrutta questa proprietà si chiama imbutitura e i prodotti ottenuti stampati (per esempio, la carrozzeria dell auto). piegabilità È l attitudine di alcuni materiali a subire l operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi [fig. A1.14]. Sono facilmente piegabili gli acciai dolci e, in generale, tutti i materiali malleabili. a1.13 Proprietà tecnologica della imbutibilità. S D D + 3S R = 25 mm per S²12 mm R = 50 mm per S>12 mm a1.14 Proprietà tecnologica della piegabilità. R Piegatura a 180 con lembi distanziati Forza di spinta della pressa Punzone A1.3 ferro e sue leghe Il ferro è un elemento metallico con simbolo chimico Fe, temperatura di fusione 1535 C, duttile, malleabile, magnetizzabile, che si ossida facilmente (formazione di ossido di ferro, detto comunemente ruggine). Estruso a1.12 Proprietà tecnologica della estrudibilità. Matrice Materiale Per la sua duttilità, il ferro era utilizzato a scopi decorativi e per la produzione di armi fin dalla preistoria. È disponibile in natura sotto forma di minerali costituendo il quarto elemento, in ordine di abbondanza, sulla superficie terrestre, dopo l ossigeno, il silicio e l alluminio. Piccole quantità di composti di ferro sono presenti nelle acque, nelle piante e in quasi tutti gli alimenti. Il ferro, sotto forma di composto, viene somministrato come medicinale tonico e nel trattamento dell anemia, quando la quantità di emoglobina o il numero di globuli rossi nel sangue sono inferiori alla norma.