Leghe non ferrose. Alluminio

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1 Leghe non ferrose Alluminio

2 Alluminio Elemento tra i più diffusi in natura. La grande affinità per l ossigeno fa si che non lo si trovi mai allo stato libero. BAUXITE: costituenti principali: Al(OH) 3 : orto-idrossido di Al o gibbsite AlO(OH): meta-idrossido di Al Bohmite che si trasforma in γ-al 2 O 3 ( C) Diasporo che si trasforma in α-al 2 O 3 Fe 2 O 3, SiO 2, FeTiO 3 e carbonati

3 Alluminio Processo Bayer per ottenere allumina Al 2 O 3 nh 2 O + xsio 2 + y Fe 2 O NaOH 2NaAl(OH) 4 + (x-z)sio 2 Bauxite + yfe 2 O 3 2NaAl(OH) 4 + CO 2 Na 2 CO 3 + Al 2 O 3 H 2 O + H 2 O Idrossialluminato di Na Elettrolisi dell Al 2 O 3 per ottenere Al L'allumina pura in una miscela fusa di fluoruri (Na 3 AlF 6, AlF 3 e CaF 2 ) entro un forno a resistenza elettrica che fa da cella d'elettrolisi a fusione. L'effetto Joule sufficiente a mantenere nell'ambiente i 960 C d'esercizio à provocato dallo stesso bagno di fusione. Catodo 2 Al e - 2Al Anodo Al 2 O 3 + 6F - 2AlF 3 + 3/2 O 2 + 6e -

4 Alluminio PROPRIETA FISICHE: Bassa densità (metallo leggero) Temperatura di fusione piuttosto bassa (660 C) Buon conduttore di elettricità PROPRIETA CHIMICHE: Con gli acidi ossidanti forma un ossido passivante Reagisce con le basi: anfotero MECCANICHE: Elevata duttilità e malleabilità Buona resistenza alla corrosione

5 Alluminio Leghe Al-Cu: la solubilità del rame nell alluminio è pari al 5.65% a 574 C e decresce allo 0.5% a circa 150 C. Gli usi caratteristici di queste leghe sono: strutture di aeroplani, in chiodature, ferramenta, nei mozzi delle ruote di autocarri, nelle teste forgiate di cilindri e pistoni. Leghe Al-Mn: la solubilità massima del Mn nella fase a è dell 1,82% a 658 C. La lega più nota è la 3003 che ha una buona formabilità e saldabilità nonché resistenza alla corrosione. Tipiche applicazioni includono utensili e contenitori di sostanze alimentari e chimiche, serbatoi, recipienti in pressione e tubazioni. Leghe Al-Si: buona forgiabilità e basso coefficiente di espansione termica ed è usata per pistoni forgiati di automobili. Buona colabilità e resistenza alla corrosione. Il silicio fornisce migliore colabilità e compattezza ai getti rispetto alle leghe Al-Cu.

6 Alluminio Leghe Al-Mg: buona saldabilità, buona resistenza alla corrosione e moderata resistenza meccanica. Le applicazioni più comuni sono: per elementi architettonici, per tubature di olio combustibile, e di gasolio, per applicazioni marine, ganasce dei freni di aeroplano e strutture saldate. Scarsa colabilità. Leghe Al-Si-Mg: il Mg e il Si si combinano per dare un composto Mg 2 Si che a sua volta forma un eutettico con l alluminio. Queste leghe hanno una combinazione ottimale di colabilità, compattezza, e resistenza alle sollecitazioni e alla corrosione. Esse sono diffusamente impiegate in aeronautica in parti di macchine utensili e in getti di uso generale. Leghe Al-Zn: La solubilità dello zinco è 31,5% a 275 C e decresce al 5,6% a 125 C. Alcune leghe hanno una resistenza a trazione superiore a tutte le altre leghe di Al.

7 Alluminio Viste le scarse proprietà meccaniche dell alluminio puro, si preferisce utilizzarlo in lega con altri elementi. Le leghe ottenute rientrano nelle leghe leggere (densità 3g/cm 3 ) Usi: settore automobilistico, aereonautico, navale, ferroviario (43%) costruzioni edili (12%); imballaggi, domestici e sanitari. LEGHE DI DI ALLUMINIO LEGHE DA DA FONDERIA LEGHE DA DA COSTRUZIONE

8 Rame Elemento poco diffuso in natura ma i suoi minerali sono assai numerosi: MINERALI OSSIGENATI MINERALI SOLFORATI Cuprite (Cu 2 O) Calcopirite (Cu 2 Fe 2 S 4 ) Malachite [CuCO 3 Cu(OH) 2 ] Calcosina (Cu 2 S) Azzurrite [2CuCO 3 Cu(OH) 2 ]

9 Rame METALLURGIA PER VIA SECCA (m. solforati) METALLURGIA PER VIA UMIDA (m. ossigenati)

10 Rame METALLURGIA PER VIA SECCA (m. solforati) Arrostimento In un forno a tino si carica minerale agglomerato, del fondente (calcare) e del coke. Si insuffia poi dell'aria

11 Rame Affinazione Trattamento della metallina in convertitori in cui l aria lambisce la superficie del bagno. FeS + 3/2 O 2 FeOw + SO 2 2 FeO + SiO 2 Fe 2 SiO4 SCORIA Cu 2 S + 3/2 O 2 Cu 2 O + SO 2 Cu 2 S + 2 Cu 2 O 6 Cu + SO 2 MASSA FUSA

12 Rame Raffinazione Può essere termica o elettrolitica Termica, per fusione in ambiente ossidante e poi riducente, si ottiene rame al %; Elettrolitica, per immersione delle lastre in H2SO4 e CuSO4, si ottiene rame al 99.96%: (-) CATODO: rame puro Cu e - Cu 0 (+) ANODO: lamiere da raffinare Cu 0-2 e- Cu 2+

13 Leghe del rame BRONZI Rame + Stagno (composti intermetallici) I bronzi contengono al massimo il 25-30% di Sn, ma i più usati non superano il 12%: Bronzi da conio (1-8% di Sn e piccole dosi di Zn) Bronzi per costruzioni navali (6% di Sn e al 4% di Ni) Bronzi per rubinetterie (11% (11% Sn e 0,1% di Pb e di Zn), Bronzi per campane (18-24% Sn) Bronzi per ingranaggi (15-18% Sn) Bronzi all alluminio (92-92%; Cu 8-5% Al) resistenza meccanica e alla corrosione Bronzi al silicio (96% Cu; 3% Si; 1% Mn) reistenza alla corrosione Bronzo fosforoso (94-98% Cu; 0.25% P; altri metalli come Sn, Si, Pb)

14 Leghe del rame OTTONI Rame + Zinco Gli ottoni sono delle caratteristiche soluzioni solide di zinco in rame Nessun ottone usato in pratica supera il 40% di zinco. L'aggiunta di zinco abbassa nel rame il punto di fusione, la densità, la conducibilità elettrica e termica, nonche'il modulo d'elasticità. Aumenta la durezza e la resistenza meccanica. Talvolta negli ottoni sono inclusi elementi speciali, tra cui: Pb (max.2%), li rende ben lavorabili Ni e Mn chimicamente resistenti: Al indurisce la lega.

15 Leghe del rame CUPROMETALLI Rame + altri metalli escluso Sn e Zn Bronzi speciali Elevata resistenza meccanica alle più alte temperature e conducibilità elettrica pure molto elevata. cuproberillioo ("Berillium copper") 97,7% Cu, 2% Be e 0,3% Cr; cuprocromo ("Cromium copper") 99,1% Cu, 0,8% Cr e 0,1% Si; cupronichel fosforoso (Phosphorous nickel copper") 98,7% Cu, 1,1% Ni e 0,2% P

16 Leghe al Ni Il nichel è uno dei metalli di interesse industriale più versatili. E caratterizzato da: una buona resistenza a corrosione e all ossidazione. lavorabile e saldabile ha proprietà meccaniche simili a quelle dell acciaio dolce è duttile e tenace anche a basse temperature ed è resistente al calore. Il nichel di purezza commerciale o basso legato è disponibile in varie qualità

17 Leghe al Ni LEGHE Ni-Cu Monel: usate in ambiento fortemente corrosivi; resistono bene agli acidi e ai mezzi contenenti cloruri. Altre leghe la Costantana (45%Ni-55%Cu) trova ampia applicazione nei resistori elettrici e nelle termocoppie. LEGHE Ni-Mo Le più conosciute di questa classe sono le leghe Hastelloy. Hanno un elevata resistenza alla corrosione da HCl, acidi ossidanti e sali organici. Per es. la Hastelloy N resiste bene ai sali fusi di fluoruri e ha una buona resistenza all ossidazione fino a 980 C. LEGHE Ni-Si La lega Hatelloy D è l unica commercialmente rappresentativa di questo gruppo ed è nota per la sua resistenza all acido solforico a tutte le concentrazioni anche a T elevate.

18 Leghe al Ni LEGHE Ni-Cr Sono indicate con il nome Inconel e sono state usate come resistenze elettriche di elettrodomestici e forni industriali. Si utilizzano anche nell industria aeronautica per riscaldatori di motore e tubi di scappamento. Alcune di queste leghe sono utilizzate in alcune parti di propulsori a razzo (Inconel X-750) LEGHE Ni-Cr-Mo Sono denominate Illium: trovano ampia applicazione nella costruzione di pompe e parti di valvole operanti in ambiente aggressivo (acido solforico e nitrico). LEGHE Ni-Cr-Fe Impiegate nella costruzione di forni per trattamenti termici ed impianti chimici operanti in atmosfere aggressive fino a 1000 C. SUPERLEGHE In generale le superleghe di nichel possono essere impiegate fino a temperature di C in parti critiche di turbine a gas come palette, tubi di fiamma e postbruciatori