Prof. A. Battistelli

Materiale da costruzione Materiale di origine minerale (si estrae da pietre) per

costruire: oggetti, costruzioni edili, materiale tecnico

ed elettronico, mezzi, attrezzi, ecc..

Come si ricavano In genere vengono estratti da minerali con procedimenti lunghi e costosi (rame, alluminio). Raramente si trovano puri in pepite (oro, rame, argento). LEGHE: i metalli sono generalmente utilizzati in leghe: miscugli di metalli o metallo + non metallo (acciaio=ferro+carbonio)

Fondono, non bruciano Una volta estratti dal minerale (separati da altri minerali e impurità), vengono fusi ad alte temperature. Ogni metallo fonde a temperature diverse. L’unico fuso a temperatura ambiente è il mercurio

Plasticità e resistenza meccanica I metalli sono diversi nella capacità di resistere alle sollecitazioni e nella facilità di lavorazione. I più plastici sono anche meno resistenti alle sollecitazioni. Alcuni vengono lavorati anche a freddo.

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ASPETTO E PESO SPECIFICO COLORE > quasi tutti grigio, tranne l’oro e il rame e le sue leghe

LUCENTEZZA > più o meno dall’aspetto brillante

PESO SPECIFICO > piuttosto pesanti (1dm3 può pesare 3/20 kg)

COMPORTAMENTO AL CALORE CONDUCIBILITÀ TERMICA > da buona a ottima DILATAZIONE TERMICA > si dilatano facilmente al calore

FUSIBILITÀ e STAMPABILITÀ > tra i 200 e i 1900 gradi circa

CONDUCIBILITÀ ELETTRICA In genere ottima o buona

RESISTENZA ALLA CORROSIONE In genere ottima o buona

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RESISTENZA ALLE SOLLECITAZIONI MECCANICHE Molto buona soprattutto per le leghe, più bassa nei metalli più malleabili e duttili

Bassa: ghisa

Alta: acciaio

Bassa: piombo

Alta: ghisa

Bassa: ghisa

Alta: acciaio

Bassa: rame

alluminio

Media: acciaio

Bassa: ghisa

rame

Alta: acciaio

RESISTENZA ALLE SOLLECITAZIONI MECCANICHE Molto buona soprattutto per le leghe, più bassa nei metalli più malleabili e duttili

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PROPRIETÀ MECCANICHE

Trazione Compressione Flessione Torsione Taglio Durezza Elasticità

Bassa: stagno

alluminio

Alta: ghisa

rame

acciaio

Bassa: ghisa

Alta: rame

alluminio

COME PUÒ ESSERE LAVORATO Alcuni metalli sono molto duttili e malleabili (alluminio, rame, stagno) Alcuni hanno temperature basse di fusione=sono facilmente stampabili (alluminio, stagno)

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PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Fusibilità Malleabilità

Duttilità Saldabilità Temperabilità

Diventa un filo sottile

Diventa una lamina sottile

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L E G G E R I • ALLUMINIO (2,7kg/dm3) > bassa temperatura di fusione, resiste a

corrosione, buon conduttore termico ed elettrico, malleabile e duttile

• TITANIO (4,5kg/dm3) > buone resistenze meccaniche, resiste a corrosione

P E S A N T I FERRO (7,9kg/dm3) > utilizzato in lega con carbonio e/o altri metalli, buone resistenze meccaniche, arrugginisce facilmente

RAME (8,9kg/dm3) > ottimo conduttore termico ed elettrico, duttile e malleabile, resiste a corrosione

STAGNO (7,3kg/dm3) > bassa temperatura di fusione, malleabile, resiste a

corrosione

P E S A N T I S S I M I ARGENTO (10,7kg/dm3) > miglior conduttore elettrico, ben lavorabile

ORO (19,3kg/dm3) > prezioso, ottima conducibilità, resistente alla corrosione, ben lavorabile

PIOMBO (11,3kg/dm3) > scarsa resistenza plastica

MERCURIO (13,6kg/dm3) > liquido a temperatura ambiente

Camion da miniera:

ha le ruote di 3 m di

diametro.

Filoni metalliferi:

nascosti negli strati di

roccia.

Miniera a cielo aperto

MINERALI PER L’ESTRAZIONE

DEL FERRO

• Ematite

• Magnetite

• Limonite

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SIDERURGIA = settore industriale per la produzione di ghisa e acciaio

1. Minerale ferroso + carbon coke + fondente > fondono nell’altoforno

2. Si ottiene ghisa fusa che con il carro siluro arriva in acciaieria

3. La ghisa viene trasformata in acciaio in un forno ad ossigeno (diminuendo la % di carbonio sotto il 2%)

4. L’acciaio in lingotti viene lavorato in «laminatoio» per ottenere semilavorati (bramme, billette e blume) e prodotti finiti: travi, lamiere, barre, tubi, profilati

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Carro siluro

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1. L’altoforno ha le pareti d’acciaio, l’interno in mattoni refrattari e l’esterno ingabbiato in una struttura metallica.

2. Una valvola è situata sulla bocca per permettere il caricamento delle materie prime senza far uscire i gas caldissimi della combustione.

3. Un crogiolo gigantesco è ricavato sul fondo con gli ugelli per il soffiaggio dell’aria compressa surriscaldata che mantiene la combustione.

4. I tubi per il tiraggio dei gas terminano in un impianto ausiliario per la depurazione e il recupero dei gas ancora combustibili.

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3. Lingotti

o colata

continua Dall’altoforno

all’acciaieria Da ghisa ad acciaio

2.La ghisa «perde» carbonio e

diventa acciaio

2. Forno a

ossigeno: convertitore

4.Lavorazione dei

lingotti o delle bramme

5. Diventano

semilavorati o prodotti

per le industrie

Laminazione Una barra (bramma)

di acciaio viene

riscaldata e fatta

passare tra 2 rulli per

assottigliarla

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Trafilatura

Una barra cilindrica di acciaio

(billetta) viene riscaldata e fatta

passare attraverso un foro rastre-

mato (che si restringe) per farla

diventare un tondino o un filo.

Estrusione Un lingotto di acciaio

viene riscaldo ad alte

temperature e spinto da

un pistone verso un foro

Deformazione a

freddo

Stampaggio di un lavello inox

con stampi e controstampi in 4 fasi.

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Imbutitura

Un punzone spinge il metallo contro uno stampo

Coltello forgiato

1. Una barra di acciaio inox è il semilavorato di partenza.

2. Fucinatura: dopo aver arroventato la barra sulla fucina la si appoggia

sullo stampo. Quando scende il controstampo la barra si deforma.

3. Pezzo fucinato: si formano due parti piatte con un nodo centrale in

rilievo.

4 e 5. Tranciatura: il pezzo viene messo sotto una tranciatrice che taglia la

sagoma del coltello. La parte restante (sfrido) verrà rifusa.

6. Finitura: il coltello viene completato con l’arrotatura e la satinatura della

lama. Infine viene applicato il manico.

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La fonderia è organizzata in quattro reparti: - nel primo viene costruito il modello del pezzo in legno duro;

- nel secondo viene preparata la forma in due pezzi con terra refrattaria;

- nel terzo avviene la fusione del metallo nel crogiolo e la colatura del

metallo liquido nella forma, dove viene lasciato riposare fino a farlo

raffreddare e solidificare;

- nel quarto viene aperta la forma per estrarre il getto e poi rifinirlo.

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L’acciaio riscaldato per

le lavorazioni si ossida

moltissimo. Dopo la

fucinatura o lo

stampaggio….

..il pezzo viene fissato

su un tornio che ruota,

mentre una lama taglia

trucioli di metallo..

…rendendo il componente

perfettamente liscio e

dalle dimensioni richieste.

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L’acciaio da costruzione:

- ha resistenza meccanica;

- facilità di lavorazione;

- può arrugginire.

L’acciaio da utensili è:

- molto duro.

L’acciaio inox è:

- duro;

- lucente;

- non arrugginisce.

L’acciaio al manganese:

- resiste bene all’usura.

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• lega di ferro e carbonio (dal 2 al 4%)

• ha un’ottima fusibilità

• Resiste bene a compressione (schiacciato)

• Non resiste a trazione e flessione

• Perciò non è adatto per strutture di grattacieli, ma per oggetti come tombini e fontanelle stradali

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L’alluminio si ricava da un minerale

detto bauxite, di aspetto terroso e

colore rosso mattone.

L’estrazione del metallo è lunga,

molto complessa, in diverse fasi e

necessita di una grande quantità di

energia. Si ottengono due tipi di

prodotto:

• l’alluminio metallico

• l’alluminio elettrolitico utilizzato

per i cavi elettrici e telefonici.

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La scala pieghevole ha:

- resistenza meccanica;

- resistenza alla corrosione;

- leggerezza.

Il radiatore è:

- in alluminio comune, buon

conduttore

I cavi dell’alta tensione:

- sono in alluminio

elettrolitico

Le carrozze ferroviarie:

- sono costruite con leghe

leggere di alluminio e

magnesio.

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Il rame si ricava da numerosi minerali, uno dei più importanti è la calcocìte.

L’estrazione del metallo è molto complessa e porta a due tipi di prodotto: il rame metallico e il rame elettrolitico.

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Il tubo di rame comune è:

- resistente alla corrosione;

- facile da lavorare.

Il motore elettrico ha:

- l’avvolgimento in filo di rame

elettrolitico.

Il rubinetto è:

- di ottone, lega che possiede

durezza, facilità di fusione e

resistenza alla corrosione.

La campana è:

- di bronzo, lega che resiste bene

all’usura.

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Con il riciclo dell’alluminio si risparmia il 95% dell’energia.

Nel bidone alluminio

• lattine per bibite

• latte con simbolo “AL”

• bombolette spray senza le

parti in plastica

• fogli di alluminio

• vaschette per alimenti

70% rottame italiano

30% d’importazione

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Metalli a confronto (7’): http://www.youtube.com/watch?v=QitWY7pwDhE

Alluminio (1’ 50’’): http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=tOK--ZETKkA&NR=1

Lattine di alluminio (4’50’’): http://www.youtube.com/watch?v=U5-ZY12eldw

Forgiatura dell’acciaio (4’50’’): http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=c6p2OV4wg0A&NR=1

Alluminio > In inglese http://www.youtube.com/watch?v=yqX8mGCmNBc

Campane di bronzo (5’) : https://www.youtube.com/watch?v=9zLNK53V-7M

Lavello in acciaio (5’) : https://www.youtube.com/watch?v=GMuOasdyXuY

Produzione di una tromba (5’) : https://www.youtube.com/watch?v=FrG6nvOHB1w

Anelli d’oro (5’,30’’) : https://www.youtube.com/watch?v=iuRsNJ7Oy0Y

Dadi e bulloni (4’,48’’) : https://www.youtube.com/watch?v=liBCO0NXATo

Lampadari in ferro battuto (5’,35’’): https://www.youtube.com/watch?v=pwIXGoia7dE

Produzione dell’acciaio (complesso; 8’27’’) : https://www.youtube.com/watch?v=XlcLpaqL11w