METALLI CARATTERISTICHE

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1 METALLI I metalli, a temperatura ambiente si trovano allo stato solido, tranne il mercurio che si trova allo stato liquido CARATTERISTICHE 1. Fondono a temperatura elevata 2. Hanno aspetto lucente 3. Hanno peso specifico elevato 4. Sono buoni conduttori di corrente 5. Sono buoni conduttori di calore 6. Sono opachi alla luce Tutti i metalli, fatta eccezione per l argento, l oro, e il platino non si trovano in natura allo stato puro ma sotto forma di minerali

2 La storia più antica dell uomo è contrassegnata proprio dalla ricerca di mezzi per estrarre e lavorare i metalli e produrre utensili per sostituire quelli in pietra e legno. Verso la fine del Neolitico fu inventata la ruota e si iniziò ad utilizzare il rame. Abbondanti giacimenti di minerali ricchi di rame, con basso punto di fusione e buona lavorabilità resero facile la diffusione di questo metallo. Più tardi verso il 4000 a:c. si scoprì che mescolando metalli fusi,se ne migliorano le proprietà: fu così ricavato il bronzo, una lega di rame e stagno. Intorno al 1200 a.c. gli Hittiti, popolo della Mesopotamia, misero a punto la prima tecnica metallurgica del ferro Gli ETRUSCHI E IL FERRO Una grande produzione di ferro si verificò, più tardi, da parte degli Etruschi che sfruttarono le miniere dell isola d Elba. Il ferro veniva ottenuto in piccoli forni a cumulo, costituiti da minerali e carbone di legna ricoperti con paglie ed argilla. LA DIFFUSIONE DELLA METALLURGIA I metalli non si trovano quasi mai puri in natura, ma mescolati ad altri minerali: necessitano, quindi, di laboriosi e complicati processi di lavorazione che costituiscono la metallurgia L INDUSTRIA SIDERURGICA L uso dei metalli ebbe la sua definitiva affermazione con la Rivoluzione industriale, a partire dal XVIII secolo

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4 SI RIFERISCONO ALLA NATURA DEL MATERIALE PROPRIETA Il grande utilizzo dei metalli è dovuto soprattutto alle caratteristiche e proprietà di resistenza e lavorabilità che essi dimostrano. SI RIFERISCONO ALLA CAPACITA DEI METALLI DI RESISTERE ALLE SOLLECITAZIONI MECCANICHE CHE PROVENGONO DALL ESTERNO EVIDENZIANO L ATTITUDINE A SUBIRE LAVORAZIONI DI VARIO GENERE

5 CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE Struttura cristallina ( particolare disposizione degli atomi che rende i metalli resistenti) Resistenza alla corrosione ( capacità di resistere agli effetti corrosivi, rugine) Peso specifico ( elevato, peso dell unità di volume in Kg/dm 3) Colore e luncentezza (tipici dei metalli, per lo più grigio-argentei) Temperatura di fusione e di ebollizione ( quando si manifestano i passaggi di stato da solido a liquido a quello gassoso) Conducibilità termica ed elettrica (alte, capacità di trasmettere calore ed elettricità) PROPRIETÀ MECCANICHE Durezza ( resistenza alla penetrazione di un corpo solido) Elasticità ( capacità di riprendere la forma iniziale dopo una deformazione) Resilienza ( capacità dei metalli di resistere agli urti senza spezzarsi) Resistenza a trazione Resistenza al taglio Resistenza alla flessione Resistenza alla compressione Resistenza a torsione Dilatazione termica ( ingrossamento o allungamento dovuto al calore) Proprietà magnetiche (alcuni metalli, ferro, nichel,cromo, sono attratti dalle calamite, magneti)

6 PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Fusibilità ( passano dallo stato solido a quello liquido) Sollecitazioni semplici Trazione Duttilità (si lasciano ridurre in fili sottilissimi) Malleabilità (si lasciano ridurre in lamine sottili) Compressione Plasticità (i metalli poco elastici si lasciano deformare conservando la forma data) Estrudibilità ( si lasciano trasformare per estrusione, passando attraverso matrici sagomate) Saldabilità (si lasciano saldare a caldo o a freddo) Flessione Temperabilità (capacità di aumentare la durezza attraverso trattamenti termici) Torsione taglio

7 LE LAVORAZIONI PLASTICHE DEI METALLI LAMINAZIONE (si effettua a caldo o a freddo facendo passare il metallo tra cilindri laminatoi che ruotano) TRAFILATURA (si usa per ottenere fili sottili facendo passare un tondino metallico in una filiera) ESTRUSIONE (si ottiene la forma voluta costringendo il metallo calco a passare attraverso un foro con matrice sagomata) FUCINATURA (il metallo, riscaldato alla giusta temperatura, viene deformato a colpi di martello o maglio meccanico, fino a fargli assumere la forma voluta) STAMPAGGIO (il metallo allo stato plastico viene costretto ad assumere la forma perché compresso tra uno stampo e un controstampo) IMBUTITURA (è una lavorazione a freddo, in cui il punzone lascia una forma concava nella lamina metallica)

8 FERRO Il ferro rappresenta una delle materie prime più preziose che la natura offre all uomo. Esso però si trova puro solo in qualche meteorite Sul pianeta terra viene estratto dai suoi minerali Essi sono: L EMATITE MAGNETITE LIMONITE PIRITE PIRITE MAGNETITE

9 IERI LA MINIERA IN SOTTERRANEO OGGI LA MINIERA A CIELO APERTO

10 LA METALLURGIA ESTRATTIVA La metallurgia estrattiva prevede questa serie di operazioni: 1. Prospezione mineraria: (comprende operazioni per individuare possibili giacimenti sfruttabili) 2. Arricchimento del minerale: (spesso il minerale estratto è sfruttabile in minima percentuale per cui, per contenere i costi e migliorare le rese, si ricorre a processi di arricchimento, che permettono di separare la parte di minerale dalla parte sterile, chiamata ganga) 3. Lavorazioni preliminari (vedere produzione di ghisa e acciaio) 4. Estrazione del metallo dal minerale: ( il minerale trattato viene sottoposto al trattamento metallurgico consistente nell estrazione del metallo, il più possibile puro)

11 Il ferro è il metallo più importante nel nostro sistema economicoproduttivo. Esso infatti è la materia prima con cui vengono costruiti moltissimi oggetti: ( navi, elettrodomestici, impianti industriali ecc ). Il ferro puro al m100% è un materiale di limitate prestazioni, di nessuna utilità pratica. Di grande importanza sono invece le sue leghe, dove il ferro è mescolato col carbonio. Esse si chiamano: GHISA (se il carbonio è in una percentuale abbastanza alta dal 2% al 4% ACCIAIO ( se il carbonio è in piccola percentuale meno del 2%

12 IL CENTRO SIDERUGICO LE MATERIE PRIME Le materie prime sono il minerale di ferro il carbon fossile e i fondenti. Uno stabilimento siderurgico è a CICLO INTEGRALE quando partendo dalle materie prime si arriva ai prodotti finiti Il carbone è distillato nella distilleria dove diventa coke, che è un carbone trasformato duro e spugnoso con poche impurità

13 PRODUZIONE DI GHISA E ACCIAIO Inizialmente i minerali di ferro devono subire alcuni trattamenti quali: 1. FRANTUMAZIONE per ottenere materiali di pezzatura uniforme 2. LAVAGGIO per liberare i minerali dalle impurità 3. CERNITA per selezionare i minerali secondo la dimensione dei pezzi 4. ESSICCAMENTO con cui il minerale riscaldato perde l umidità

14 L ALTOFORNO Il minerale viene inviato all altoforno una torre alta 40/50 metri, costruito in acciaio e internamente rivestito con materiale refrattario 40/50 m Dall altoforno si ottiene la ghisa Il carro siluro trasporta la ghisa all acciaieria per essere trasformata in acciaio

15 DENTRO L ACCIAIERIA

16 ACCIAIO SI POSSONO LAVORARE A CALDO E A FREDDO SI DIVIDONO IN : ACCIAI DA COSTRUZIONE ACCIAI PER UTENSILI ACCIAI SPECIALI ACCIAI AL MANGANESIO ACCIAI DA COSTRUZIONE la percentuale di carbonio e minore dello 0,4%; si dividono in <extradolci,semidolci, dolci> ACCIAI PER UTENSILI la percentuale di carbonio supera lo 0,4%; si dividono in :< semiduri,duri, durissimi ed extraduri> ALTRI TIPI DI ACCIAIO ACCIAI INOSSIDABILI, resistono all ossidazione. ACCIAI AL MANGANESE, caratterizzati da un elevata resistenza al calore ACCIAO COR-TEN, di grande resistenza alle sollecitazioni meccaniche ACCIAIO CHIRURGICO, usato per bisturi,pinze e altre strumentazioni da sala chirurgica. ACCIAI SPECIALI: resistono alla corrosione grazie a percentuali variabili di cromo e di nichel ACCIAI AL MANGANESE: caratterizzati da una elevata resistenza al calore, alle sollecitazioni meccaniche e all usura

17 RAME il rame allo stato natio e presente in numerosi minerali, il più diffuso è la calcopirite seguono la calcosite,cuprite, malechite FONDE ALLA TEMPERATURA DI 1083 LE LEGHE DEL RAME Bronzo, lega di rame e stagno Ottone, lega di rame e zinco Similoro, lega di rame zinco e stagno IMPIEGHI Nell industria elettrica In edilizia In campo artistico Per realizzare caldaie e scambiatori di calore

18 L ALLUMINIO Prodotto a scala industriale solo alla fine del XIX secolo.e il metallo più diffuso sulla crosta terrestre. Ha proprietà e caratteristiche che lo rendono utilissimo in molti impieghi. PROPRIETA : È leggero, ha grande resistenza alla trazione, conduce bene il calore e l elettricità, molto resistente alla corrosione, elevata lavorabilità, Si presta a formare un gran numero di leghe. L alluminio è presente nella bauxite, un minerale costituito essenzialmente da alluminio e ossigeno. L ALLUMINIO E LE SUE LEGHE Le principali leghe dell alluminio sono: 1) anticorodal <resiste alla corrosione impiegato per serramenti e porte>; 2)duralluminio <usato in aeronautica per parti leggere> ; 3) silum <usato per motori>; 4) peralum < usato nelle costruzioni navali>

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