Produzione e lavorazioni dei metalli

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1 Produzione e lavorazioni dei metalli I metalli, salvo alcune eccezioni, non si trovano in natura allo stato puro, ma sotto forma di sostanze composte dalle quali devono essere estratti. I I minerali da cui vengono estratti i metalli possono essere: ossidi, composti da metallo e ossigeno; carbonati, composti da metallo, ossigeno e carbonio; solfuri, composti da metallo e zolfo; solfati, composti da metallo, ossigeno e zolfo. I minerali si trovano nel sottosuolo misti a terra e rocce, per tanto devono essere prelevati mediante escavazione nelle miniere poste nelle zone dove si trovano i minerali. Questi vengono quindi trasportati negli stabilimenti metallurgici dove, con una serie di lavorazioni, si giunge alla produzione dei metalli. I momenti essenziali della lavorazione sono: l arricchimento, l estrazione, la raffinazione. Raffinazione E un trattamento supplementare, che serve a eliminare le impurità residue. Arricchimento Consiste in una serie di trattamenti meccanici attraverso i quali si eliminano le sostanze estranee associate al minerale utile, quali: setacciatura, lavaggio, ventilazione. Grazie a queste operazioni si ottiene una massa di materiale in cui la percentuale del metallo risulta arricchita. Estrazione Si tratta di un procedimento che avviene generalmente nei forni in cui si ha: l arrostimento,che elimina ossigeno, zolfo, carbonio; la fusione che rappresenta il momento principale della produzione e consiste nel fondere il metallo facendo colare la massa fusa nel crogiolo. LAVORAZIONE PER FUSIONE Mediante la lavorazione per fusione, il materiale viene nuovamente Fuso e colato in appositi stampi in base agli oggetti finiti da realizzare Dopo il raffreddamento i pezzi grezzi così ottenuti possono impiegati direttamente o essere sottoposti a ulteriori fasi di lavorazione.

2 LAVORAZIONE PER DEFORMAZIONE PLASTICA Questo processo di lavorazione sfrutta la malleabilità del materiale e malleabilità: proprietà fisica della materia che indica la capacità consente di modificarne in modo permanente la forma. di un corpo o di un materiale (in particolare di un metallo) di Può avvenire con processi che possono essere: essere facilmente deformabile e riducibile in strati lamino formi a caldo, mediante l impiego di materiale riscaldato ad alte sottili (ovvero la sua capacità di essere sottoposto a laminazione temperature, in modo da renderlo più malleabile; senza che le proprietà meccaniche del materiale ne risentano). a freddo utilizzando il materiale temperatura ambiente. Fucinatura Si esegue sul pezzo metallico riscaldato. Il sistema a mano, caratteristico del fabbro, richiede strumenti tradizionali come il martello e l incudine, mentre il sistema industriale utilizza macchine chiamate magli Piegatura Serve a piegare le lamiere. Si effettua con macchine piegatrici costituite da un piano fuso, sul quale viene bloccata la lamiera, e da un piano mobile che, ruotando, la piega lungo la linea desiderata Laminazione Avviene per mezzi di macchinari chiamati laminatoi, costituiti da coppie di rulli metallici, lisci o sagomati, attraverso i quali viene fatto passare il,materiale opportunamente riscaldato a una temperatura in cui il metallo si trova allo stato plastico ed è facilmente deformabile (1300 C per l acciaio, 800 C per il rame, 500 C per l alluminio). Con la laminazione si producono semilavorati come rotaie e barre si varie sezioni Stampaggio Può essere eseguito sia a caldo sia a freddo, con presse munite di uno stampo mobile e un controstampo fisso in grado di sagomare le lamiere come avviene, ad esempio per le carrozzerie delle auto. Quanto lo stampaggio è eseguito per produrre medaglie e monete, prende il nome di coniatura. Trafilatura Permette la produzione di fili metallici di qualsiasi diametro e consiste nel tirare il materiale attraverso un foro sagomato, per mezzo di una pinza azionata da un motore. Imbottitura Consente di realizzare oggetti che presentano profonde cavità, come ad esempio lattine metalliche, pentole e altri contenitori. Estrusione Si esegue costringendo il materiale, mediante un adeguata forza di compressione, a passare attraverso un apertura sagomata, assumendone il profilo. E particolarmente utilizzata per ottenere profilati di alluminio di diversa forma.

3 LAVORAZIONE CON ASPORTAZIONE DI TRUCIOO PER REALIZZARE PEZZI MECCANICI DI PRECISIONE, SI IMPIEGANO MACCHINE UTENSILI CHE ASPORTANO TRUCIOLI DI MATERIALE DEI PEZZI STESSI. OGNI MACCHINA È MESSA IN FUNZIONE DA UN MOTORE ELETTRICO IL QUALE, MEDIANTE CINGHIE, CATENE E RUOTE DENTATE, TRAMETTE I MOVIMENTI AL PREZZO E ALL UTENSILE. LE MACCHINE UTENSILI SONO NUMEROSE E IN CONTINUA EVOLUZIONE. FORATURA:SERVE PER PRATICARE FORI DI VARIO DIAMETRO E PROFONDITÀ; SI EFFETTUA MEDIANTE L IMPIEGO DEL TRAPANO, IL QUI UTENSILE (PUNTA DA TRAPANO) È COSTITUITO DA UN CILINDRO METALLICO SCANALATO CHE, RUOTANDO, PENETRA NEL MATERIALE. LIMATURA:PUÒ ESSERE ESEGUITA MEDIANTE L IMPEGNO DI LIME, COSTITUIRE DA SBARRETTE DI ACCIAIO DENTELLATE CHE, STROFINATE DAL MATERIALE, ASPORTANO TRUCIOLI. IN CAMPO INDUSTRIALE SI UTILIZZANO IN GENERE LE LIMATRICI, MACCHINA IN CUI L UTENSILE SI MUOVE AVANTI E INDIETRO CON MOVIMENTO RETTILINEO.

4 FRESATURA: SI REALIZZA UTILIZZANDO LE FRESATRICI, BASATE SU UN PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO INVERSO A QUELLO DEL TORNIO, POICHÉ L UTENSILE (FRESA) RUOTA, MENTRE IL PEZZO DA LAVORARE È FERMO. CON LA FRESATURA È POSSIBILE PRATICARE SCANALATURE DI VARIA FORMA. TORNITURA:AVVIENE PER MEZZO DEL TORNIO, CHE CONSENTE LA REALIZZAZIONE DI OGGETTI CILINDRICI E CONICI. IL PEZZO DA LAVORARE È FATTO RUOTARE PIÙ O MENO VELOCEMENTE. L UTENSILE,FORMATO DA UNA SBARRETTA DI MATERIALE MOLTO DURO E TAGLIENTE, È ACCOSTATO AL PEZZO CHE RUOTA IN MODO DA ASPORTARE UN TRUCIOLO LUNGO E CONTINUO. PIALLATURA:SI EFFETTUA MEDIATE L IMPIEGO DELLA PIALLATRICE, ANCH ESSA DOTATA DI MOVIMENTO RETTILINEO ALTERNATO COME LA LIMATRICE,CON LA DIFFERENZA CHE IN QUESTO CASO L UTENSILE È FERMO E IL PEZZO DA LAVORARE SI MUOVE. MOLATURA:SI REALIZZA UTILIZZANDO LE MOLE, OSSIA DEI CORPI AVENTI LA FORMA DI DISCO E COSTITUITI DA AGGLOMERATI DI GRANULI ABRASIVI DI SOSTANZE MOLTO DURE. LE MOLE, RUOTANDO, ESERCITANO UN AZIONE RASCHIANTE SUL PEZZO

5 L EVOLUZIONE METALLURGIA DELLA La scoperta dei primi metalli è avvenuta presumibilmente intorno al 5000 a.c., in tempi più tosto recenti se paragonati a quelli relativi all uso della pietra, che risale a circa 2 milioni di anni fa. Fu soltanto intorno al 4000 a.c. che gli uomini scoprirono la possibilità di estrarre i metalli dai minerali mediate la funzione. Si trattò certamente di una scoperta casuale, ma ciò non toglie che la capacità di estrarre i metalli e lavorarli rappresentò uno dei momenti più importanti del progetto tecnologico dell umanità, segnando la fine dell età della pietra. Rispetto agli utensili di selce, infatti, quelli metallici e erano meno fragili, con il vantaggio di avere una maggiore durata a una migliore funzionalità. L ETA DEL RAME: Il primo metallo astratto e lavorato fu il rame, utilizzato per la costruzione di utensili, monili e altri oggetti di uso comune, ma soprattutto nella costruzione di armi. L adozione dei metalli, infatti, ebbe una grande influenza sugli eventi storici, consentendo ai popoli più esperti nell uso della metallurgia di imporre per secoli il loro dominio. L ETA DEL BRONZO: L uso del fuoco portò alla scoperta del bronzo, ottenuto intorno al 3600 a.c. unendo lo stagno in lega con il rame. Le migliori caratteristiche di durezza e resistenza fecero presto preferire il bronzo al rame puro,

6 soprattutto per la realizzazione delle armi, poiché le lame mantenevano più a lungo l affilatura. L ETA DEL FERRO: La scoperta del ferro avvenne intorno al 2500 a.c., a causa delle difficoltà incontrate nell estrazione. Piuttosto raro allo stato libero, restava un materiale scarsamente utilizzato. Fu soltanto intorno al 1000 a.c. che si riuscì a ottenere, probabilmente in modo casuale, l acciaio, che rivelò presto le sue eccezionali proprietà di resistenza e durezza. Alla scoperta di tale materiale (una lega di ferro e carbonio) si arrivò facendo fondere i minerali di ferro con carbone di legna. La lavorazione dei metalli raggiunse livelli di notevole perfezione intorno al 100 a.c., quando gli

7 Artigiani riuscirono a fabbricare oggetti e armi molto resistenti e oggetti d arte di grande pregio. Nei secoli successivi la metallurgia assistette a ulteriori perfezionamenti sia nelle tecniche di lavorazione sia nelle qualità dei prodotti realizzati. L ERA INDUSTRIALE: In epoca moderna la lavorazione dei materiali metallici, che per secoli era rimasta un attività di carattere artigianale, ha dovuto far fronte alla crescente richiesta di materiali necessari per la costruzione di prodotti di diverso genere, dagli utensili alle armi, dai ponti alle navi o alle ferrovie, trasformandosi così in attività industriale. A partire dal XX secolo, con lo sviluppo dell industria aeronautica e automobilistica, hanno assunto una notevole importanza le leghe leggere di alluminio e, in seguito, quelle ultraleggere di magnesio. Negli ultimi decenni, la ricerca di nuovi materiali con sempre migliori caratteristiche di resistenza e leggerezza ha portato allo sfruttamento del titanio e alla creazione di leghe di notevole qualità.