I MATERIALI SCELTA DEL MATERIALE SCELTA DEL MATERIALE FUNZIONALITÀ

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1 SCELTA DEL MATERIALE I MATERIALI LA SCELTA DEL MATERIALE PER LA COSTRUZIONE DI UN PARTICOLARE MECCANICO RICHIEDE: LA CONOSCENZA DELLA FORMA E DELLE DIMEN- SIONI DELL OGGETTO LA CONOSCENZA DEL CICLO DI LAVORO (SUCCES- SIONE DI LAVORAZIONI DA ESEGUIRE SUL MATE- RIALE GREZZO) ING. FABBRETTI FLORIANO 1 ING. FABBRETTI FLORIANO 2 SCELTA DEL MATERIALE LA SCELTA DEL CICLO DI LAVORAZIONE DEVE ESSERE FATTA TENENDO CONTO CHE IL SUCCESSIVO ASSEMBLAGGIO (INSIEME DELLE OPERAZIONI PER IL MONTAGGIO DEL PEZZO NEL COMPLESSIVO DELL ORGANO) DEVE ESSERE FUNZIONALE ED ECONOMICO FUNZIONALITÀ L OGGETTO DEVE RESISTERE ALLE SOLLECITAZIONI (FORZE, MOMENTI, COPPIE, SBALZI TERMICI, ) PREVISTE DURANTE IL FUNZIONAMENTO PER IL TEMPO DI VITA PREVISTO, VARIABILE SECONDO IL TIPO DI COMPLESSIVO CUI IL PARTICOLARE APPARTIENE ING. FABBRETTI FLORIANO 3 ING. FABBRETTI FLORIANO 4

2 ECONOMICITÀ È NECESSARIO PRODURRE AL MINOR COSTO LA VALUTAZIONE DELL ECONOMICITÀ NON SI RIDUCE SOLO DALLA SCELTA DEL MATERIALE MENO CARO, MA DEVE TENER CONTO ANCHE DI TUTTI I PARAMETRI TECNOLOGICI PER LE LAVORAZIONI SUCCESSIVE SCELTA DEL MATERIALE I FATTORI CHE CONDIZIONANO LA SCELTA DEL MATERIALE SONO: CARATTERISTICHE FISICHE, DI FORMA E DIMEN- SIONE, MECCANICHE, DISPONIBILITÀ SUL MERCATO PREZZO DEL MATERIALE ING. FABBRETTI FLORIANO 5 ING. FABBRETTI FLORIANO 6 MATERIALI INDUSTRIALI PROPRIETÀ DEI MATERIALI ING. FABBRETTI FLORIANO 7 ING. FABBRETTI FLORIANO 8

3 PROPRIETÀ FISICHE RIGUARDANO CARATTERISTICHE PROPRIE DELLA MATERIA: MASSA VOLUMICA DILATAZIONE TERMICA CONDUTTIVITÀ TERMICA TEMPERATURA DI FUSIONE RESISTIVITÀ ELETTRICA MASSA VOLUMICA È IL RAPPORTO TRA LA MASSA DEL MATERIALE ED IL SUO VOLUME PUÒ VARIARE SENSIBILMENTE DA UN METALLO AD UN ALTRO: ULTRALEGGERI: MAGNESIO (1,75 kg/dm 3 ) LEGGERI: ALLUMINIO (2,7 kg/dm 3 ) SEMILEGGERI: TITANIO (4,5 kg/dm 3 ) SEMIPESANTI: CROMO, FERRO, NICHEL, RAME, (DA 7 A 9 kg/dm 3 ) PESANTI: ORO, PIOMBO, (DA 11 A 21 kg/dm 3 ) ING. FABBRETTI FLORIANO 9 ING. FABBRETTI FLORIANO 10 MASSA VOLUMICA METALLO ρ (kg/dm 3 ) METALLO ρ (kg/dm 3 ) Acciaio comune 7,75 Nichel 8,63 Alluminio 2,70 Oro 19,30 Argento 10,49 Ottone 8,40 Berilio 1,84 Piombo 11,50 Bronzo 8,50 Platino 21,42 Cadmio 8,64 Rame 8,80 Cobalto 8,90 Silicio 2,42 Cromo 7,10 Stagno 7,30 Cupralluminio 7,70 Tantallio 16,60 Ferro 7,87 Tellurio 6,25 Ghisa 7,20 Titanio 4,50 Magnesio 1,75 Wolframio (Tungsteno) 19,40 Molibdeno 10,66 Zinco 7,12 DILATAZIONE TERMICA AUMENTO DELLE DIMENSIONI DI UN MATERIALE, DOVUTO ALL AUMENTO DELLA TEMPERATURA L AUMENTO DELLE DIMENSIONI PUÒ ESSERE: LINEARE, DI SUPERFICIE, DI VOLUME: L 0 L 1 ΔL = α L ΔT L 0 [m] Δ L ING. FABBRETTI FLORIANO 11 ING. FABBRETTI FLORIANO 12

4 DILATAZIONE TERMICA LINEARE CONDUTTIVITÀ TERMICA METALLO α l (1/ C) 10 6 METALLO α l (1/ C) 10 6 Acciaio 12 Ghisa sferoidale 12,5 Acciaio INOX 9 Nichel 13 Alluminio 24 Oro 14 Argento 19 Ottone 19 Bronzo 18 Piombo 29 Ferro ( C) 13,5 Platino 9 Ferro ( C) 11 Rame 16 Ferro ( C) 12 Stagno 23 Ghisa grigia 10 Zinco 26 CAPACITÀ DI UN MATERIALE A TRASMETTERE CALORE PER LA LEGGE FOURIER SI HA: S=1 m 2 T T 0 1 s=1 m ING. FABBRETTI FLORIANO 13 ING. FABBRETTI FLORIANO 14 CONDUCIBILITÀ TERMICA METALLO K t (W/m C) METALLO K t (W/m C) Acciaio 57 Oro 310 Alluminio 218 Ottone 92 Argento 419 Piombo 38 CAMBIAMENTI DI STATO FUSIONE: PASSAGGIO DALLO STATO SOLIDO ALLO STATO LIQUIDO SOLIDIFICAZIONE: PASSAGGIO DALLO STATO LIQUIDO ALLO STATO SOLIDO TEMP. DI FUSIONE: TEMP. ALLA QUALE IL SOLIDO FONDE TEMP. DI SOLIDIFICAZIONE: TEMP. ALLA QUALE IL LIQUIDO SOLIDIFICA Cromo 63 Platino 71 Ferro elettrolitico 88 Rame 372 Magnesio 155 Stagno 62 Nichel 59 Zinco 110 ING. FABBRETTI FLORIANO 15 16

5 TEMPERATURA DI FUSIONE METALLO T ( C) METALLO T ( C) Acciaio Nichel 1454 Alluminio 659 Niobio 2468 Argento 961 Oro 1064 Berilio 1282 Ottone Calcio 850 Piombo 327 Cobalto 1494 Platino 1770 Cromo 1800 Rame 1083 Ferro 1535 Silicio 1416 Ghisa Stagno 232 Magnesio 650 Titanio 1700 Manganese 1245 Vanadio 1780 Mercurio -38,9 Wolframio (Tungsteno) Molibdeno 2613 Zinco 419 RESISTENZA ELETTRICA CAPACITÀ DI UN MATERIALE DI OPPORSI AL PASSAGGIO DI CORRENTE ELETTRICA: ING. FABBRETTI FLORIANO 17 ING. FABBRETTI FLORIANO 18 RESISTIVITÀ METALLO ρ (Ω mm 2 /m) METALLO ρ (Ω mm 2 /m) Acciai 0,10 0,25 Molibdeno 0,056 Alluminio ricotto 0,028 Nichel 0,072 Anticorodal (Al + 2% Si + 0,7% Mn) Argentana (60%Cu + 25%Zn + 15%Ni) 0,039 0,038 Manganina (84%Cu + 12%Mn + 4%Ni) Monel (68%Ni + 28%Cu + 2,5%Fe + 1,5%Mn) Argento 0,015 Oro 0,023 Costantana (58%Cu + 42% Ni) 0,5 0,42 0,50 Ottone 0,07 Cromo 0,13 Platino 0,105 Ferro 0,098 Rame 0,0173 Ghisa grigia 1,2 Silicio 150 Grafite 12 Titanio 0,50 Manganese 1,85 Wolframio (Tungsteno) 0,055 PROPRIETÀ STRUTTURALI RIGUARDANO LE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DEI MATERIALI METALLICI ALLO STATO SOLIDO ING. FABBRETTI FLORIANO 19 ING. FABBRETTI FLORIANO 20

6 TAVOLA PERIODICA STRUTTURA ATOMICA ING. FABBRETTI FLORIANO 21 ING. FABBRETTI FLORIANO 22 STATI FISICI DELLA MATERIA STATO SOLIDO LA DISPOSIZIONE DEGLI ATOMI ALLO STATO SOLIDO RISULTA ESSERE ORDINATA, SECONDO FIGURE GEOMETRICHE PRECISE CHIAMATE RETICOLI CRISTALLINI ING. FABBRETTI FLORIANO 23 ING. FABBRETTI FLORIANO 24

7 CELLE ELEMENTARI RETICOLO CRISTALLINO C.C.C. ING. FABBRETTI FLORIANO 25 ING. FABBRETTI FLORIANO 26 RETICOLO CRISTALLINO C.F.C. RETICOLO CRISTALLINO E.C. ING. FABBRETTI FLORIANO 27 ING. FABBRETTI FLORIANO 28

8 POLIMORFISMO/ALLOTROPIA PROPRIETÀ DI UN MATERIALE DI MODIFICARE IL PROPRIO RETICOLO CRISTALLINO, ALLO STATO SOLIDO, COL VARIARE DELLA TEMPERATURA PROPRIETÀ CHIMICHE RIGUARDANO LE INTERAZIONI TRA IL MATERIALE (O I MATERIALI) E L AMBIENTE CIRCOSTANTE ING. FABBRETTI FLORIANO 29 ING. FABBRETTI FLORIANO 30 CORROSIONE DEGRADAZIONE CHE UN METALLO, O UNA LEGA METALLICA, SUBISCE COL PASSARE DEL TEMPO COMBINANDOSI SPONTA- NEAMENTE CON SOSTANZE PRESENTI NELL AMBIENTE IN CUI SI TROVA CORROSIONE A SECONDA DELL AMBIENTE IN CUI SI TROVANO I MATERIALI PUÒ ESSERE: A UMIDO: AVVIENE IN PRESENZA DI ACQUA (O UMI- DITÀ) ED AVVIENE PER EFFETTO ELETTROCHIMICO A SECCO: AVVIENE IN PRESENZA DI GAS O QUANDO SI È IN UN AMBIENTE LIQUIDO MA NON ELETTROLI- TICO (METALLI FUSI, ) ING. FABBRETTI FLORIANO 31 ING. FABBRETTI FLORIANO 32

9 PROPRIETÀ TECNOLOGICHE MOSTRANO L ATTITUDINE DEI MATERIALI AD ESSERE LAVORATI E/O TRASFORMATI: IMBUTIBILITÀ PIEGABILITÀ FUSIBILITÀ MALLEABILITÀ DUTTILITÀ LAVORABILITÀ ALLE M.U. (TRUCIOLABILITÀ) ING. FABBRETTI FLORIANO 33 IMBUTIBILITÀ È L ATTITUDINE DI UN MATERIALE ALLA FORMAZIONE A FREDDO DI CORPI CAVI O RECIPIENTI PIÙ O MENO PROFONDI MEDIANTE OPERAZIONE DI IMBUTITURA E STAMPAGGIO PROPRIETÀ FONDAMENTALE PER LE LAMIERE DI ACCIAIO ING. FABBRETTI FLORIANO 34 PROVA DI IMBUTIBILITÀ PIEGABILITÀ È L ATTITUDINE DI UN MATERIALE A PIEGARSI SENZA DIFFICOLTÀ E SENZA ROMPERSI PROPRIETÀ FONDAMENTALE PER PROFILATI, LAMIERE E TONDINI DI ACCIAIO, UTILIZZATI IN CARPENTERIA ING. FABBRETTI FLORIANO 35 ING. FABBRETTI FLORIANO 36

10 PROVA DI PIEGABILITÀ FUSIBILITÀ ATTITUDINE DI UN METALLO O DI UNA LEGA METALLICA A FONDERE, QUANDO VIENE RISCALDATO, CIOÈ A DIVENTARE FLUIDO, IN MODO DA RIEMPIRE COMPLETAMENTE LA FORMA IN CUI SONO VERSATI PROPRIETÀ FONDAMENTALE PER I MATERIALI UTILIZZATI IN FONDERIA ING. FABBRETTI FLORIANO 37 ING. FABBRETTI FLORIANO 38 PROVA DI FUSIBILITÀ MALLEABILITÀ ATTITUDINE DEI MATERIALI AD ESSERE RIDOTTI IN LAMIERE SOTTILI SOTTO L AZIONE DEFORMANTE DI MAGLI, PRESSE E LAMINATOI PROPRIETÀ MOLTO INFLUENZATA DALLA TEMPERATURA DI LAVORAZIONE ING. FABBRETTI FLORIANO 39 ING. FABBRETTI FLORIANO 40

11 DUTTILITÀ ATTITUDINE DI UN MATERIALE AD ESSERE RIDOTTO IN FILI SOTTILI, SOTTO L AZIONE DI UNO SFORZO DI TRAZIONE MOLTO IMPORTANTE PER I MATERIALI UTILIZZATI PER LA FABBRICAZIONE DEI FILI TRUCIOLABILITÀ PROPRIETÀ GRAZIE ALLA QUALE UN MATERIALE SI PUÒ LAVORARE BENE E SENZA ECCESSIVA DIFFICOLTÀ ALLE MACCHINE UTENSILI CON ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO ING. FABBRETTI FLORIANO 41 ING. FABBRETTI FLORIANO 42

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