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I metalli: proprietà, leghe, applicazioni

a cura di Paolo De Pasqual

Premessa Questa breve trattazione vuole essere un aiuto per quanti volessero disporre di un compendio di facile consultazione in cui reperire le informazioni essenziali sui metalli e le loro leghe. Poiché la metallurgia è una scienza vastissima la trattazione dei vari metalli è forzatamente sintetica e si limiterà a fornire le informazioni più rilevanti di carattere generale. Per approfondimenti si può far riferimento ai seguenti testi di facile consultazione:

• La Nuova Enciclopedia delle Scienze Garzanti; • D. Veschi, L’alluminio e le leghe leggere, Hoepli, Milano

Notizie di carattere generale possono essere ricavate inoltre dai manuali tecnici per Periti Industriali, Geometri e Ingegneri:

• Manuale dell’Ingegnere Meccanico, Hoepli, Milano • Manuale di Meccanica, Hoepli, Milano

In internet si possono reperire molte informazioni soprattutto attraverso il portale di Wikipedia (it.wikipedia.org) tuttavia si raccomanda di confrontare le pagine in italiano con quelle in inglese, molto più complete e accurate. Tutte le fonti di informazione in rete devono essere trattate con la dovuta cautela confrontandole sempre tra di loro e con testi di provata serietà, per scartare le fonti non attendibili ed evitare di incorrere in errori spesso grossolani. Prima versione, novembre 2009

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Definizioni: − Atomo: particella base della materia composta da protoni, neutroni, elettroni; − Protone: particella subatomica dotata di massa e carica elettrica positiva; − Neutrone: particella subatomica di massa pari a quella del protone e priva di carica

elettrica (neutra); − Elettrone: particella subatomica di massa molto inferiore a quella del protone e carica

elettrica negativa; − Elemento chimico: specie atomica caratterizzata da un definito numero di protoni, neutroni

ed elettroni; ad esempio l’ossigeno è composto da 12 protoni, 12 neutroni e 12 elettroni; − Metallo: elemento chimico con caratteristiche metalliche ovvero lucentezza, conducibilità

elettrica e termica, fusibilità, malleabilità. − Lega: metallo composto da più elementi metallici e non metallici combinati tra loro secondo

opportune percentuali. − Lucentezza: tutti i metalli presentano, se puliti e non ossidati, una caratteristica lucentezza

(esempio: oro, argento, acciaio…) − Conducibilità elettrica e termica: proprietà di consentire il passaggio di corrente elettrica e

calore con facilità; è l’opposto di isolante. − Isolante: materiale che conduce molto male o per niente il calore e la corrente elettrica

(esempio: vetro, plastica) − Fusibilità: i metalli possono essere fusi e colati in stampi per ottenere le forme più varie

(esempio: termosifoni, pentole, pistoni, blocchi motore, basamenti di macchine utensili…) − Malleabilità: i metalli possono essere plasmati a caldo (a temperatura inferiore a quella di

fusione) o a temperatura ambiente per dare loro la forma più opportuna; − Saldabilità: attitudine di un metallo o una lega ad essere unito mediante saldatura. Non tutti

i metalli o leghe sono saldabili, perchè in molti casi il giunto che si ottiene, che può sembrare valido, non ha resistenza meccanica o agli urti;

− Resistenza alla trazione: misurata mediante la prova di trazione, fornisce il valore del carico (N/mm2 o MPa) che provoca lo snervamento e la successiva rottura di un provino a norme UNI;

− Resilienza: resistenza all’urto, viene misurata con una macchina apposita (pendolo di Charpy) su provini ricavati secondo le norme UNI.

Il legame metallico Le proprietà dei metalli sono dovute la particolare tipo di legame che tiene uniti tra loro gli atomi. I vari composti che si trovano in natura sono il risultato dell’aggregazione di atomi di vari elementi, uniti tra di loro da dei legami di tipo chimico. Per esempio il calcare è una roccia formata dall’unione di atomi di calcio, ossigeno, carbonio: il carbonato di calcio. Questo composto è un sale (come il sale da cucina) in cui gli atomi sono tenuti assieme in proporzioni ben precise da delle forze che li mantengono nella posizione stabilita dalle leggi della fisica atomica; il tipo di legame che si stabilisce non permette a nessun atomo o particella di spostarsi all’interno della struttura della roccia. In un metallo, come può essere il rame, i vari atomi sono tenuti assieme da legami di tipo differente, che possono essere immaginati come una specie di “colla” di elettroni che lega tutti gli atomi. Per fare un esempio si potrebbe immaginare una scatola piena di biglie di vetro impacchettate in modo regolare e riempita con un liquido molto viscoso tipo uno sciroppo che impedisca alle biglie di muoversi una rispetto all’altra. Però lo sciroppo non è solido e, sebbene molto lentamente, può scorrere fra una biglia e l’altra e quindi si può avere un passaggio di sostanza attraverso la scatola. In un metallo la “colla” di elettroni è mobile e ciò spiega perché questi elementi chimici sono dotati di una buona conducibilità elettrica e termica, ed è all’origine della tipica lucentezza detta appunto metallica.

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Questa caratteristica spiega anche perché la maggior parte dei metalli è facilmente ossidabile, come avviene per il ferro a contatto dell’ossigeno atmosferico in presenza di umidità. Elementi chimici metallici (in ordine alfabetico) n.b.: questa tabella non ha pretese di completezza

Nome S

imbo

lo

Dens. g/cm3

Punto di fusione

°C Settori di impiego

Alluminio Al 2.70 660 VEDI IN SEGUITO Antimonio Sb 6.62 630.5 Caratteri per stampa Argento Ag 10.50 960.8 Gioielleria, elettrotecnica, elettronica, fotografia Bario Ba 3.75 714 Elettronica, industria cartaria, medicina Bismuto Bi 9.80 271.3 Meccanica, vetreria Cadmio Cd 8.65 320.9 Meccanica, energia nucleare Calcio Ca 1.55 810 Metallurgia ferro e alluminio, pirotecnica Cerio Ce 6.67 795 Chimica, vetreria, pietrine per accendini Cesio Cs 1.90 28.5 Elettronica Cobalto Co 8.90 1495 Acciai, superleghe, magneti permanenti Cromo Cr 7.19 1875 Acciai speciali e inossidabili, rivestimenti superficiali Ferro Fe 7.85 1536 VEDI IN SEGUITO Gallio Ga 5.91 29.8 Termometri per alte temperature Indio In 7.31 156.2 Elettronica Iridio Ir 22.50 2454 Leghe con platino e osmio Itterbio Yb 7.01 824 Nessuno (per ora) Ittrio Y 4.47 1500 Ceramica Lantanio La 6.17 920 Elettronica Litio Li 0.53 108.5 Batterie, medicinali Magnesio Mg 1.74 650 Leghe leggere, aeronautica, pirotecnica Manganese Mn 7.43 1245 Acciai Mercurio Hg 13.59 -38.4 Elettrotecnica, strumentazioni, esplosivi Molibdeno Mo 10.20 2610 Elettronica, elemento di lega negli acciai Nichel Ni 8.90 1455 Elemento di lega negli acciai, elettrotecnica, superleghe Niobio Nb 8.40 2468 Elemento di lega negli acciai, superconduttori Oro Au 19.33 1063 Gioielleria, elettronica Osmio Os 22.60 2700 Chimica Palladio Pd 12.00 1552 Catalizzatori, gioielleria,odontoiatria Piombo Pb 11.40 327.4 Elettrotecnica, batterie, rivestimenti Platino Pt 21.40 1769 Catalizzatori, elettrotecnica, elettronica, gioielleria Potassio K 0.86 63.65 Chimica, fertilizzanti, detersivi Rame Cu 8.96 1083 Elettrotecnica, elettronica, edilizia, meccanica, leghe Renio Re 21.00 3180 Elettronica Rodio Rh 12.42 1966 Strumenti di misura Rubidio Rb 1.53 38.89 Elettronica Rutenio Ru 12.20 2250 Leghe con platino e palladio, elettronica Sodio Na 0.97 97.8 Chimica Stagno Sn 7.30 231.9 Leghe per saldatura, bronzi, industria alimentare Stronzio Sr 2.60 757 Chimica

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Nome

Sim

bolo

Dens. g/cm3

Punto di fusione

°C Settori di impiego

Tantalio Ta 16.60 2996 Strumenti chirurgici, elettronica Tecnezio Tc 11.5 2200 ca Preparato artificialmente, radioattivo, non esiste in natura Titanio Ti 4.51 1668 Leghe speciali, aeronautica, vernici Torio Th 11.70 1750 Elettronica, energia nucleare Tungsteno W 19.30 3410 Elettrotecnica, leghe speciali, elemento di lega negli acciai Vanadio V 6.11 1890 Elemento di lega negli acciai, catalizzatore Zinco Zn 7.14 419.5 Ottoni, rivestimenti, cosmetici Zirconio Zr 6.49 1852 Energia nucleare Come si può dedurre dalla tabella, non tutti i metalli presenti in natura hanno delle applicazioni e molti le hanno solo in campi molto specialistici. Perciò di seguito saranno trattati solo i metalli di interesse pratico, allo stato puro o come base per leghe di comune applicazione.

Nome

Sim

bolo

impieghi

Alluminio Al Ferro Fe Rame Cu Magnesio Mg Titanio Ti Argento Ag Oro Au Platino Pt Zinco Zn

Metalli impiegati principalmente allo stato puro o in lega con altri elementi

Cromo Cr Cobalto Co Nichel Ni Manganese Mn Molibdeno Mo Tungsteno W

Metalli impiegati raramente allo stato puro, più frequentemente come alliganti per leghe di acciaio

Stagno Sn Piombo Pb Impiegato puro o in lega con lo stagno per saldature, il bismuto e

l’antimonio per caratteri da stampa Si può notare che l’elenco si è ristretto notevolmente.

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Alluminio Allo stato puro l’alluminio presenta una ottima resistenza alla corrosione, ottima conducibilità elettrica e termica, unite ad una bassa resistenza alla rottura e ad una elevata plasticità. Gli impieghi dell’alluminio puro sono i più vari, ad esempio: − Edilizia: rivestimenti resistenti alla corrosione; − Alimentare: pentole, conservazioni dei cibi; − Elettrotecnica ed elettronica: ottimo conduttore di elettricità e calore; − Meccanica: rivestimenti protettivi contro la corrosione, parti decorative. Per ottenere opportune caratteristiche di resistenza meccanica, alla corrosione o di saldabilità viene impiegato in lega con altri metalli, come Magnesio, Zinco, Rame, Silicio, Titanio, ed altri di minore importanza nelle applicazioni (per ora). Questi elementi vengono aggiunti in opportune percentuali (0.5 – 20 %) per ottenere delle leghe che trovano impiego nei settori: − Edilizia: serramenti, pannelli strutturali, coperture, strutture portanti; − Elettrotecnica ed elettronica: conduttori per alta tensione; − Meccanica: carrozzerie, motori, telai, ruote, ecc.; − Aerospaziale: fusoliere, strutture dei missili, motori, ecc.; − Navale: sovrastrutture, scafi, motori, ecc.; − Arredamento; − Usi vari: apparecchiature mediche, elettroniche, …… In base all’impiego si hanno leghe alluminio-rame, alluminio-silicio, alluminio-magnesio, alluminio-magnesio-silicio, alluminio-zinco-rame, alluminio-titanio. Le varie leghe di alluminio sono formulate per essere lavorate per: − fusione in forma di sabbia − colata in conchiglia (stampo in acciaio) − pressocolata (stampo in acciaio) − lavorazione plastica (estrusione, laminazione, forgiatura a caldo e a freddo) Le leghe più usate in ciascun settore sono: − Edilizia e arredamento: alluminio-magnesio, alluminio-magnesio-silicio; − Elettrotecnica ed elettronica: alluminio-magnesio; − Meccanica: tutte. − Aerospaziale: alluminio-rame, alluminio-zinco-rame, alluminio-titanio; − Navale: alluminio-magnesio;

1. Designazione delle leghe di alluminio Le norme UNI prevedono una designazione che tiene conto sia della composizione chimica sia dell’impiego. La sigla è composta in questo modo:

• un prefisso che indica l’impiego: o G per le leghe da fonderia; o P per le leghe da lavorazione plastica; o Eventualmente queste lettere sono precedute dalla lettera S per indicare le

leghe secondarie ottenute da alluminio riciclato; • La sigla Al • Gli elementi aggiunti caratteristici della lega, ciascuno seguito da un numero che ne

indica il contenuto in percentuale nella lega. Esempi:

- P-AlSi1MgMn : lega da lavorazione plastica (P) con 1% di silicio e opportune quantità di magnesio e manganese (detta commercialmente “Anticorodal”)

- P-AlCu4,5MgMn : lega da lavorazione plastica (P) con 4,5% di rame e opportune quantità di magnesio e manganese (detta commercialmente “Duralluminio” o “Avional”)

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- P-AlMg4,5 : lega da lavorazione plastica (P) con il 4,5% di magnesio - P-AlZn5,8MgCu : lega da lavorazione plastica (P) con il 5,8% di zinco e opportune

quantità di magnesio e rame (detta commercialmente “Ergal”) - G-AlSi13 : lega da fonderia (G) con il 13% di silicio - SG-AlSi7MgMn : lega secondaria (S) da fonderia (G) con il 7% di silicio e opportune

quantità di magnesio e manganese - G-AlSi21CuNiCo : lega da fonderia (G) con il 21% di silicio e opportune quantità di

rame, nichel, cobalto (lega speciale per pistoni di motori a combustione interna) E’ opportuno citare la designazione secondo le norme della Aluminum Association (USA) in quanto tale designazione è spesso adoperata anche da noi per molte leghe commerciali per lavorazione plastica. La sigla è data da un numero di 4 cifre, così codificate: Il primo numero indica la famiglia, i tre seguenti la lega, senza una particolare correlazione con la composizione 1xxx alluminio commercialmente puro (Al 99% minimo) e il numero indica il grado di purezza; 2xxx leghe Al – rame 3xxx leghe Al - manganese 4xxx leghe Al - silicio 5xxx leghe Al – magnesio 6xxx leghe Al – magnesio – silicio 7xxx leghe Al – zinco – magnesio - rame Esempi e corrispondenze: Designazione AA

tipo Corrispondenza UNI Nome commerciale

1050 alluminio puro al 99,5% 2014 Al-Cu P-AlCu4,4SiMnMg Avional 14 2024 Al-Cu P-AlCu4,5MgMn Superduralluminio 3004 Al-Mn P-AlMn1,2Mg 4032 Al-Si P-AlSiMgCu 5083 Al-Mg P-AlMg4,5 6082 Al-Mg-Si P-AlSi1MgMn Anticorodal 11 7075 Al-Zn-Mg-Cu P-AlZn5,8MgCu Ergal 55

2. Trattamenti termici delle leghe di alluminio Alcune leghe si prestano ad essere trattate termicamente per ottenere un grande incremento delle caratteristiche meccaniche. Le leghe adatte allo scopo sono: 2xxx leghe Al – rame 6xxx leghe Al – magnesio – silicio 7xxx leghe Al – zinco – magnesio - rame I trattamenti termici applicabili sono:

- bonifica - invecchiamento - ricottura

Ci sono delle differenze rispetto ai trattamenti effettuabili sugli acciai. La bonifica in particolare è l’insieme di due trattamenti successivi:

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- tempra di solubilizzazione : riscaldamento in forno a temperatura accuratamente controllata e specifica per ciascuna lega (indicativamente tra i 500°C e i 540°C) e raffreddamento rapidissimo in acqua fredda;

- invecchiamento : trattamento in forno a temperatura controllata (tra i 150°C e i 180°C) per il tempo necessario a far avvenire la trasformazione strutturale, dovuto alla formazione di composti che “induriscono” la struttura della lega.

L’invecchiamento può anche avvenire a temperatura ambiente per alcuni tipi di leghe, in tal caso si parla di invecchiamento naturale; richiede però tempi molto lunghi (settimane) per cui solitamente si preferisce l’invecchiamento artificiale (poche ore in forno). Una lega trattata termicamente può essere indicata con la sigla seguita dalla lettera T e da un’altra lettera indicante le condizioni: A invecchiamento artificiale, N invecchiamento naturale. Secondo la designazione AA una lega bonificata è indicata dal suffisso T4 se l’invecchiamento è naturale, T6 se l’invecchiamento è artificiale; il suffisso F indica la lega allo stato naturale dopo la lavorazione plastica a caldo. Esempio: 7075 T6 corrisponde a P-AlZn5,8MgCu-TA temprata e invecchiata artificialmente La ricottura ha lo scopo di annullare eventuali trattamenti termici e favorire la lavorabilità per deformazione plastica delle leghe da trattamento termico. Va detto che un riscaldamento a temperature superiori ai 200°C distrugge gli effetti della bonifica. Per una ricottura completa è sufficiente un riscaldamento a temperature di 500-550°C seguito da raffreddamento lento. La sigla è seguita dalla lettera R se la lega è fornita allo stato ricotto. Inoltre va assolutamente evitato di surriscaldare queste leghe al di sopra dei 580°C per evitare la “bruciatura” ovvero il danneggiamento irreparabile della lega per la fusione parziale della struttura. Una lega “bruciata” è del tutto inservibile, fragile e di scarsissima resistenza, utile solo come rottame da riciclare in fonderia! Alcune leghe e loro caratteristiche meccaniche Design. AA UNI Stato

fisico Rm (MPa)

Rp0,2 (MPa) A% Nome

commerciale 2014 P-AlCu4,4SiMnMg R

TN TA

185 345 410

80 240 370

12 12 7

Avional 14

6082 P-AlSi1MgMn R TN TA

90 215 295

40 120 245

25 16 6

Anticorodal 11

7075 P-AlZn5,8MgCu R TA

185 540

90 480

9 6

Ergal 55

3. Altre proprietà e applicazioni

Resistenza alla corrosione La resistenza alla corrosione delle leghe di alluminio è molto varialbile, è generalmente peggiore di quella dell’alluminio puro: leghe Al-Si : cattiva più è elevato il contenuto di silicio, all’aperto in presenza di acqua si corrodono rapidamente producendo una efflorescenza biancastra; leghe Al-Mg-Si : ottima, sono dette per l’appunto “anticorodal” leghe Al-Mg : eccellente anche in ambiente marino, dove è migliore di quella dell’alluminio puro;

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leghe Al-Cu e Al-Zn-Mg-Cu : cattiva o pessima, vanno protette dalla corrosione che può avere conseguenze disastrose, sotto forma di rotture fragili senza preavviso (corrosione a lama di coltello, corrosione intergranulare) specie su particolari soggetti a sollecitazioni elevate o di fatica. Lavorabilità alla macchina utensile Al contrario degli acciai, le leghe di alluminio dure (temprate e invecchiate) sono meglio lavorabili alla macchina utensile perchè il truciolo si spezza oppure fluisce senza aderire all’utensile. Le leghe allo stato ricotto e l’alluminio puro sono difficilmente truciolabili perchè tendono ad “impastare” l’utensile. Sono necessari utensili opportuni, affilati con estrema cura e si devono impiegare lubro-refrigeranti speciali. La velocità di taglio può superare senza problemi i 1000 m/min. Le leghe contenenti silicio, come quelle per pistoni in cui il silicio supera il 20%, sono difficilmente lavorabili perchè il silicio forma dei cristalli molto duri che consumano rapidamente gli utensili e la finitura superficiale che si ottiene è spesso pessima. In questo caso si ottengono eccellenti risultati con utensili aventi il tagliente in diamante policristallino, dal costo elevatissimo ma in grado di resistere perfettamente all’azione abrasiva del silicio. Servono macchine adatte, potenti e molto stabili per garantire le elevatissime velocità di taglio richieste da questi utensili. Saldabilità La saldatura delle leghe di alluminio non sempre è possibile e richiede procedimenti appositi. Sono saldabili facilmente le leghe Al-Mg, Al-Mn, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg a patto che non contengano rame se non in piccolissima quantità. I procedimenti più adatti sono TIG, saldatura con elettrodi in tungsteno sotto gas protettivo inerte (argon) e MIG a filo con gas inerte (argon), mentre la saldatura con elettrodo rivestito è adatta solo per applicazioni di scarsa importanza. Le leghe Al-Si e Al-Cu non sono saldabili perchè si ottiene un giunto di resistenza meccanica non soddisfacente e soprattutto con pessima resistenza alla corrosione che è drastica e deleteria nella zona saldata. Anodizzazione L’ossidazione anodica della superficie dei manufatti in lega di aluminio è una tecnica molto adatta per creare un rivestimento resistente alla corrosione, all’usura e decorativo. Viene eseguita in apposite celle elettrolitiche, in bagni acidi mediante l’azione della corrente elettrica. Se lo spessore è limitato (pochi millesimi di millimetro) si parla di anodizzazione decorativa, eventualmente colorabile mediante procedimenti particolari. Spessori elevati (0,05 – 0,1 mm) sono adatti dove è richiesta una grande resistenza all’usura, ad esempio per gli steli delle forcelle di biciclette e moto. Le leghe più adatte sono le Al-Mg-Si. Tra le leghe dure, l’Ergal non dà sempre buoni risultati estetici con l’anodizzazione, l’Avional è inadatto in quanto il rame lo rende facilmente corrodibile.

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Ferro Non ha impieghi pratici allo stato puro. Viene adoperato sempre in lega con il carbonio, da solo o abbinato ad altri elementi, e denominato correntemente Acciaio o Ghisa

1. Struttura elementare del ferro e trasformazioni a llotropiche Il ferro allo stato puro si presenta come un solido grigio lucente, facilmente ossidabile. La sua struttura cristallina, ossia la disposizione degli atomi o cella elementare, è rappresentabile con un cubo che ha a ciascun vertice un atomo di ferro e un ulteriore atomo al centro (cella Cubica a Corpo Centrato o CCC). Una particolarità del ferro è quella di presentare, a ben precisi valori della temperatura, la traformazione della struttura elementare (trasformazione allotropica). La struttura CCC si trasforma in una nuova struttura, in cui la cella è sempre cubica ma presenta un atomo di ferro al centro di ciascuna faccia (Cubica a Facce Centrate o CFC).

• A temperatura ambiente la struttura è CCC, detta ferrite αααα • Al di sopra di 911°C e fino a 1390°C la struttura è CFC, detta austenite o ferro γγγγ • Sopra i 1390°C e fino a fusione, 1535°C, la cella ri torna ad essere CCC, detta ferrite δδδδ

Questa particolarità è importante perchè consente di modificare le caratteristiche della lega ferro-carbonio, in quanto il carbonio ha la proprietà di inserirsi tra gli atomi di ferro (si dice che è solubile nel ferro) ma la sua solubilità è molto scarsa nella cella CCC ed è elevata nella cella CFC (massimo 2,06% a 1147°C).

2. Leghe ferro-carbonio Assieme al ferro è sempre presente il carbonio, in percentuale variabile tra lo 0.02% e il 6,67%, massimo valore di esistenza delle leghe tra ferro e carbonio. Al di sotto dello 0,02% è praticamente molto difficile scendere, in quanto il carbonio presenta una forte affinità con il ferro. Il carbonio abbassa la temperatura di trasformazione della ferrite in austenite; al di sopra dello 0,02% di C la trasformazione inizia a 723°C per term inare ad una temperatura compresa tra 911°C e 723°C al crescere del tenore di C. Con lo 0,8% di C si ha un eutettoide, la trasformazione avviene alla temperatura di 723°C. Al di sopra dello 0,8% la temperatura di fine trasformazione si innalza nuovamente; con il 2,06% di C si ha l’inizio della fusione a 1147°C. La lega Fe-C con il 4,3% di C fonde a 1147°C (eutett ico) Per maggiori dettagli consultare i testi indicati alla voce “Diagramma Ferro-Carbonio”. Solo alcune particolari leghe presentano tenori di carbonio bassissimi. Acciaio Se il carbonio è contenuto in percentuale inferiore al 2,06% la lega è denominata acciaio . Il carbonio è in piccola parte presente negli interstizi della cella CCC e per il resto forma un composto con il ferro (detto cementite Fe3C) i cui cristalli sono interposti tra quelli di ferrite, tali da determinare notevoli incrementi delle proprietà di resistenza della lega. Il tenore percentuale di carbonio determina le caratteristiche meccaniche e tecnologiche della lega, quali ad esempio durezza, resistenza meccanica e attitudine al trattamento termico. Ghisa Se il carbonio è contenuto in percentuale superiore al 2,06% e inferiore al 6.67% la lega prende il nome di ghisa. Il carbonio è in piccola parte disperso nella matrice degli atomi di ferro e per la maggior parte presente sotto forma di piccolissime particelle di grafite, come una sorta di conglomerato fra grani di ferro e particelle di grafite. Ciò rende da un lato la ghisa piuttosto fragile, dall’altro ne facilita la fusibilità: la ghisa con il 4% di carbonio fonde a circa 1200°C contro i 1536°C del fe rro puro. In alcune leghe si riesce ad ottenere la combinazione di ferro e carbonio nella cementite, Fe3C, un composto durissimo: si ha la ghisa bianca . Nella pratica il contenuto di carbonio nella ghisa non supera il 3,8%, massimo 4,5%.

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3. Leghe ferro-carbonio e altri elementi Per ottenere caratteristiche particolari e ben definite vengono aggiunti molti altri elementi, in percentuali variabili dallo 0.05% a oltre il 20%, quali: manganese, nichel, cromo, molibdeno, vanadio, niobio, titanio, tungsteno, silicio, alluminio, rame, calcio, zolfo, ecc. Questi conferiscono proprietà specifiche quali ad esempio resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e al calore, resistenza alle basse temperature, lavorabilità alla macchina utensile. Si hanno così gli acciai speciali e le ghise speciali. Acciai speciali In base agli elementi aggiunti si hanno varie famiglie di acciai, ad esempio: Acciai ad alta resistenza meccanica: cromo, nichel, manganese, vanadio; Acciai inossidabili: cromo (dal 13% al 30%) e nichel (8% - 25%); Acciai per molle: Silicio; Ghise speciali Ghise sferoidali ad alta resistenza meccanica: silicio, tracce di cerio; Ghise resistenti alla corrosione: nichel in alta percentuale; Ghise dure resistenti all’abrasione: cromo e nichel;

4. Designazione degli acciai La designazione delle leghe ferrose è regolata a livello mondiale dalle norme ISO, recepite in Europa e in Italia dalle UNI-EN-ISO. Senza entrare nel dettaglio della enorme gamma di acciai e ghise, appositamente formulati per soddisfare ogni esigenza, si daranno le linee essenziali per comprendere la designazione dei materiali più comunemente usati. Principali riferimenti normativi: UNI-EN 10020: Definizione e classificazione dei tipi di acciaio; UNI-EN 10027-1: Sistemi di designazione degli acciai: designazione alfanumerica; UNI-EN 10025: Prodotti laminati a caldo di acciai non legati per impieghi strutturali; UNI-EN 10083: Acciai da bonifica La classificazione degli acciai prevede due gruppi: 1° gruppo acciai designati in base alle caratteristiche me ccaniche o all’impiego 2° gruppo acciai designati in base alla composizione Il 1° gruppo comprende gli acciai di base, di qualità o speciali destinati alle costruzioni per i quali sono fondamentali le caratteristiche di resistenza meccanica (carico di rottura e di snervamento), resilienza, oppure particolari caratteristiche di lavorabilità. Sono impiegati allo stato di fornitura dall’acciaieria, con il quale si intende che non sono previsti ulteriori trattamenti termici per modificarne le caratteristiche meccaniche. Gli acciai del 2° gruppo invece sono appositamente formu lati per essere trattati termicamente o avere particolari caratteristiche fisiche o fisico-chimiche. Per questi la designazione prevede che la sigla riporti gli elementi chimici intenzionalmente aggiunti allo scopo di ottenere le caratteristiche desiderate.

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Designazione e caratteristiche meccaniche acciai del 1° gruppo. Si riporta la designazione dei tipi più utilizzati e, per completezza, si indica per alcuni di essi la corrispondenza tra la designazione secondo la UNI-EN-10027:1993 (aggiornata nel 2006) e la precedente UNI-EU 27 ritirata nel 1993.

Designazione degli acciai di base secondo la UNI EN 10027

simbolo impiego Caratteristiche da specificare dopo il simbolo

S Acciai per impieghi strutturali P Acciai per recipienti in pressione L Acciai per tubi di condutture E Acciai per costruzioni meccaniche

Carico di snervamento minimo garantito, N/mm2

B Acciai per cemento armato Carico di snervamento, N/mm2

Y Acciai per cemento armato precompresso

Carico di rottura minimo garantito, N/mm2

R Acciai per rotaie Carico di rottura minimo garantito, N/mm2

I seguenti tipi di acciaio sono d’uso corrente per carpenteria e costruzioni in genere. Designazione secondo UNI EN 10027 Designazione second o UNI EU 27 Lettera S seguita dal valore del carico di snervamento in N/mm2

Fe seguito dal valore del carico di rottura in N/mm2

Dopo la sigla ulteriori lettere per indicare resilienza e stato di fornitura

Dopo la sigla una o più lettere per indicare la resilienza

Tipi di acciai secondo la UNI EN 10025

tipo

Rm (minimo

garantito) N/mm 2

Rs (minimo

garantito) N/mm 2

All. % a rottura

(minimo)

Resilienza KV (joule)

Temperatura di prova (°C)

Vecchia denominazione

secondo UNI EU 27

S185 320 185 - Fe320

S235JR 27 +20°C Fe360B S235J0 27 0°C Fe360C S235J2

360 235 25

27 -20°C Fe360D

S275JR 27 +20°C Fe430B S275J0 27 0°C Fe430C S275J2

430 275 21

27 -20°C Fe430D

S355JR 27 +20°C Fe510B S355J0 27 0°C Fe510C S355J2 27 -20°C Fe510D S355K2

510 355 21

40 -20°C (Fe510DD)

E295 490 295 19 - - Fe490 E335 590 335 15 - - Fe590 E360 690 360 10 - - Fe690

Designazione degli acciai del 2° gruppo. Gli acciai del 2° gruppo sono suddivisi in 4 sottogruppi . La designazione è strutturata secondo le seguenti regole:

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Sottogruppo Simboli di designazione Esempio

2.1: Non legati al solo carbonio

• Lettera C • Numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio

prevista

C45 C100

2.2: Legati con tenore di ciascun elemento minore del 5%

• Numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio • Simboli degli elementi aggiunti • Numeri che indicano contenuto percentuale degli

elementi aggiunti, moltiplicato per un fattore indicato nella tabella seguente

16MnCr5 18NiCrMo5 39NiCrMo3

55Si7

2.3: Legati con tenore di ciascun elemento maggiore del 5%

• Lettera X • Numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio • Simboli degli elementi aggiunti • Numeri che indicano contenuto percentuale degli

elementi aggiunti, separati da un trattino se riferiti a più elementi

X8CrNi18-8 X55CrMoV 5-1-1

X205Cr13

2.4: Acciai rapidi

• Lettere HS • Numeri che indicano il contenuto percentuale degli

elementi di lega, nel seguente ordine: o Tungsteno (W) o Molibdeno (Mo) o Vanadio (V) o Cobalto (Co)

HS 12-8-5-5

Tabella dei fattori moltiplicatori per gli elementi aggiunti degli acciai legati del sottogruppo 2.2: Elemento Moltiplicatore Ni, Cr, Mn, Si, Co, W 4 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 10 Ce, N, P, S 100 B 1000

Le caratteristiche degli acciai del 2° gruppo dipendono sia dalla composizione chimica sia dal trattamento termico che viene effettuato su di essi. Questi acciai sono formulati appositamente per impieghi specifici, quindi si hanno (l’elenco non presenta tutti i tipi esistenti):

• Acciai per cementazione • Acciai per bonifica • Acciai per nitrurazione • Acciai per la costruzione di molle • Acciai per bulloneria • Acciai per cuscinetti a rotolamento • Acciai a lavorabilità migliorata • Acciai inossidabili • Acciai per utensili a freddo • Acciai per utensili a caldo 5. Trattamenti termici e termochimici

Come detto al punto 2, la caratteristica più importante delle leghe ferro-carbonio è rappresentata dalla possibilità di modificare quasi a piacimento le caratteristiche meccaniche per ottenere i valori di resistenza meccanica, durezza, o le proprietà tecnologiche richieste dalle applicazioni.

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Ciò è dato dalla influenza che il carbonio e molti elementi di lega hanno sulla trasformazine strutturale (CCC -> CFC) cioè sulla temperatura alla quale avviene questo fenomeno, e sulla velocità a cui avviene specialemente al raffreddamento. Nel ferro puro la trasformazione è perfettamente reversibile, ovvero a qualsiasi velocità si faccia avvenire il raffreddamento la trasformazione inversa, cioè da CFC a CCC è sempre completa. All’aumentare del contenuto di carbonio ciò non è più vero, e al raffreddamento rapido la struttura non fa in tempo a ritornare CCC da CFC, inoltre il carbonio deve avere il tempo materiale di “uscire” dal reticolo CCC che si sta formando. Se la trasformazione è rapida, il carbonio rimane intrappolato, il reticolo CCC viene deformato e la struttura che si ottiene viene detta martensite ed è tanto più dura quanto maggiore è la percentuale di carbonio dell’acciaio; la massima durezza si ha già con lo 0,6% di carbonio. In particolare mediante opportuni cicli di trattamento a temperature più o meno elevate si possono ottenere grande durezza, ottima resistenza all’usura, massima lavorabilità alla macchina utensile. I cicli di trattamento che permettono questi risultati sono detti trattamenti termici e trattamenti termochimici se abbinati a modificazioni chimiche alla superficie dei pezzi. Affinchè un trattamento termico sia efficace devono essere rispettate delle condizioni ben definite che dipendono dalla lega e dallo scopo che si persegue:

• Temperatura; • Tempo di permanenza; • Velocità di riscaldamentoe raffreddamento; • Composizione dell’atmosfera in cui avviene il trattamento.

I trattamenti termici applicabili agli acciai sono così denominati:

• Tempra : riscaldamento ad una temperatura sufficiente ad ottenere la completa trasformazione del reticolo da CCC a CFC, solitamente nell’intervallo tra 850°C e 1000°C a seconda dell’acciaio, seguita da raffreddamento rapido in acqua, olio speciale o anche in aria (per alcuni acciai) per ottenere una trasformazione del reticolo che conferisce grande durezza.

• Rinvenimento : riscaldamento a temperatura inferiore a quella di trasformazione del reticolo, ma sufficiente per ottenere delle modifiche nella microstruttura.

o Rinvenimento di distensione: rinvenimento a bassa temperatura (150°C – 200°C) che attenua gli effetti della tempra, in part icolare riduce la fragilità della struttura e consente di matenere elevata durezza;

o Rinvenimento di bonifica: la temperatura è dell’ordine dei 600°C e la permanenza è di alcune ore, sufficienti per ottenere la trasformazione della struttura di tempra in un’altra struttura, meno dura ma molto tenace e resistente.

• Bonifica: è la unione di tempra e rinvenimento a 600°C; • Ricottura: riscaldamento a temperatura superiore a quella di trasformazione CCC-

CFC e successivo raffreddamento molto lento in forno: o Ricottura di lavorabilità: massima lavorabilità alla macchina utensile;

• Normalizzazione: riscaldamento a temperatura superiore a quella di trasformazione CCC-CFC e successivo raffreddamento in aria calma, si usa sugli acciai del 1° gruppo per eliminare tensioni residue e zone termicamente alterate su strutture saldate o dopo deformazioni plastiche.

I trattamenti termochimici applicabili agli acciai sono così denominati:

• Cementazione : riscaldamento ad una temperatura sufficiente ad ottenere la completa trasformazione del reticolo da CCC a CFC, solitamente nell’intervallo tra 900°C e 1000°C a seconda dell’acciaio, in un forno in presenza di una atmosfera satura di carbonio (il pezzo è immerso in polvere di carbone o l’atmosfera del forno è composta da gas carboniosi).

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Il carbonio penetra nella superficie dei pezzi e per una profondità di alcuni decimi di millimetro si ha un forte aumento della percentuale di carbonio (mediamente si raggiunge l’1%). La successiva tempra permette di ottenere uno strato superficiale durissimo (60 HRc) ideale per pezzi che devono resistere all’usura (ingranaggi, cuscinetti). Viene eseguito su acciai appositamente formulati, con tenore di carbonio tra lo 0,1% e lo 0,2%.

• Nitrurazione : molto simile al precedente, si esegue in forno a temperatura di circa 900°C in atmosfera satura di azoto, su acciai con C= 0, 40% circa, per ottenere in superficie uno strato molto sottile (alcuni centesimi di mm) ma eccezionalmente duro e resistentissimo all’abrasione. A seguire si esegue il trattamento di bonifica per avere la massima resistenza abbinata ad una buona resilienza dell’acciaio. Si applica su utensili, trivelle (perforazione di terreni e rocce), stampi, ma non è adatto per sopportare carichi concentrati (cuscinetti) perchè lo strato è troppo sottile e verrebbe “sfondato” con facilità.

• Carbonitrurazione : è la combinazione dei precedenti, unisce i vantaggi della nitrurazione (elevatissima durezza superficiale) e della cementazione (spessore adeguato dello strato indurito) e quindi è adatto per cuscinetti, camme, punterie, che devono resistere all’abrasione e a forti carichi concentrati.

Difetti dei trattamenti termici Un trattamento termico eseguito a temperatura errata, eccessiva o troppo bassa, non rispettando i tempi indicati dal produttore dell’acciaio, in forni inadatti e atmosfere non controllate porta inevitabilmente a risultati scadenti. La casistica è molto ampia, ma alcuni casi vanno citati:

• Bruciatura: una temperatura troppo elevata e/o una permanenza in forno per troppo tempo provocano la alterazione irreversibile della struttura dell’acciaio, con l’ingrossamento dei grani e alterazioni dei bordi di grano o fusioni parziali, che è da buttare come rottame!

• Decarburazione superficiale: può avvenire se l’atmosfera del forno, causa la presenza di umidità, contiene anche solo piccole quantità di idrogeno. La superficie del pezzo perde carbonio, durante la tempra il pezzo si può spaccare o comunque si ha una superficie di scarsa durezza del tutto inadatta all’uso.

• Distorsioni e rotture in superficie: sono causate da un raffreddamento non adatto, di solito perchè troppo rapido non adatto al tipo di acciaio trattato;

• Spaccature interne: sono molto rare ma pericolosissime, causate da un riscaldamento troppo rapido di pezzi di grandi dimensioni; è avvenuto che in fase di tornitura dei tondi di grosso diametro si siano divisi a metà nel senso della lunghezza e, schizzati via dal tornio, abbiano ferito gravemente l’operatore.

6. Le ghise Le ghise sono classificate e designate in accordo con le norme UNI e UNI – EN. Si hanno tre famiglie fondamentali:

• Ghisa grigia (carbonio grafitico) • Ghisa bianca (carbonio combinato con il ferro nella cementite) • Ghisa legata (aggiunta di elementi di lega come cromo, nichel)

Ghisa grigia Si ottiene quando durante la solidificazione della colata il carbonio si separa dal ferro per formare degli aggregati di grafite. La grafitizzazione è facilitata dall’aggiunta di silicio (2%) e dal raffreddamento lento. La temperatura di fusione è di circa 1200 °C e si prest a ad ottenere forme molto complesse (elevata colabilità) La sua durezza non è elevata e si lavora facilmente alla macchina utensile.

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Ghisa grigia lamellare Quando la grafite è sotto forma di lamelle molto fini e disperse si parla di ghisa lamellare. Presenta bassa resistenza meccanica. La designazione secondo la UNI EN 1561 è la seguente: il numero dopo la sigla indica il carico di rottura.

sigla Rm (N/mm2) Durezza HBW EN-GJL-200 200 150-200 EN-GJL-250 250 170-220 EN-GJL-300 300 190-240

Ghisa grigia sferoidale Quando la grafite è sotto forma di particelle globulari (sferoidi) si parla di ghisa sferoidale. Presenta una resistenza meccanica da media a molto elevata abbinata ad una buona tenacità ed è facilmente lavorabile alla macchina utensile. Si ottiene la formazione degli sferoidi durante la solidificazione aggiungendo piccole quantità di metalli come il magnesio. É adatta per realizzare parti di macchine utensili, blocchi motore, alberi a camme e a gomiti. Può essere legata con cromo, nichel per ottenere elevata resistenza al calore o alla corrosione. La designazione segue la UNI EN 1563. Di seguito si riportano alcune sigle, in cui i numeri dopo la sigla indicano carico di rottura e allungamento percentuale a rottura.

sigla Rm (N/mm2) Rp0,2 (N/mm2) A% EN-GJS-400-18 400 240 18 EN-GJS-600-3 600 370 3 EN-GJS-900-2 900 600 2

Ghisa bianca e ghisa legata Si ha ghisa bianca quando il carbonio è combinato sotto forma di cementite, un composto molto duro. Presenta una grande durezza e quindi alta resistenza all’usura, ma è fragile. Può essere legata con cromo, nichel per ottenere elevata resistenza al calore o alla corrosione. La norma UNI 8845:1986 ne indica la designazione: GB O UNI 8845: ghisa bianca non legata GB L UNI 8845: ghisa bianca legata GB CrNi 9 5 UNI 8845: ghisa bianca legata con il 9% di cromo e il 5% di nichel

7. Impieghi Non esiste settore in cui non venga utilizzato il ferro nelle sue leghe. Le applicazioni degli acciai e delle ghise sono così vaste che è impossibile fornire un elenco esauriente; quelle citate sono solo alcune tra le più significative, Ghisa Ghisa “grigia” Viene usata per termosifoni, caldaie, tubazioni, pompe per acqua, parti di stufe e fornelli, raccorderia per tubazioni, monoblocchi e cilindri di motori, dischi e tamburi per freni, ecc. ecc. Si tratta di parti ottenute per fusione. La ghisa è una materiale generalmente fragile, resiste male o in misura limitata agli urti, resiste molto bene alla corrosione (arrugginisce facilmente ma la corrosione procede molto lentamente), resiste bene al calore e alla fiamma diretta anche a temperatura elevata (fino a 700°C circa). Ghise speciali : Giranti e corpi per pompe e turbine, monoblocchi e alberi motore.

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Acciaio Acciaio al carbonio: lamiere per autoveicoli, navi, tubi per acquedotti, gasdotti, oleodotti, rotaie ferroviarie, profilati per l’edilizia (travi e laminati detti comunemente “putrelle”), scatolame, pentole, minuterie varie,…… Acciai speciali: Meccanica: autoveicoli, aeroplani, navi (tutte le parti in cui le condizioni di funzionamento sono particolarmente gravose) ovvero: Molle, semiassi, bielle, alberi di trasmissione, cuscinetti, viti e bulloni, funi, corazze. Edilizia: tiranti, funi, bulloni, ancoraggi, utensili di perforazione, pannelli di rivestimento (specialmente gli acciai inossidabili), ecc. Alimentare: acciai inossidabili (di vario tipo) usati per stoviglie, pentole, cucine, ecc. Sanitario: servizi igienici; Medico: strumenti chirurgici e attrezzature ospedaliere.

8. La corrosione Il ferro e la maggior parte delle sue leghe hanno una resistenza alla corrosione molto bassa e producono, esposti alle intemperie, la caratteristica ruggine di colore marrone o rosso. Pertanto nelle applicazioni deve essere protetto dagli agenti corrosivi mediante opportune vernici e rivestimenti protettivi di altri metalli. Il metallo più usato è lo Zinco (zincatura). Rame Il rame allo stato puro viene impiegato allo stato puro come materiale per conduttori elettrici in ragione della sua ottima conducibilità elettrica e termica. Trova impiego in edilizia per elementi di rivestimento perché possiede una eccellente resistenza agli agenti atmosferici. Con l’aggiunta di elementi quali Zinco, Stagno e Alluminio forma una famiglia di leghe tra le più importanti nelle numerose applicazioni pratiche:

1. Leghe rame-zinco Sono denominate Ottoni e presentano un caratteristico colore giallo più o meno intenso. Lo zinco è aggiunto in percentuali variabili tra il 10% e il 40%. Sono caratterizzati da una elevata resistenza alla corrosione e meccanica, facilmente lavorabili, possono diventare molto duri al crescere del tenore di zinco (oltre il 45% la lega è inutilizzabile perchè troppo fragile). Sono impiegati estesamente per serrature, maniglie, elementi decorativi, viterie e rubinetterie. In elettrotecnica si usano per morsetti, viti, contatti, elementi di collegamento. Gli ottoni resistono generalmente bene alla corrosione, ma presentano dei fenomeni negativi dovuti a particolari condizioni ambientali e di trattamento termico:

- season cracking o fessurazione da stagionatura : è un fenomeno corrosione sotto tensione in presenza di sostanze ammoniacali aggravato dalla presenza di tensioni residue dovute alle lavorazioni plastiche; una accurata ricottura a circa 240-270°C per 1-3 ore dopo le lavorazioni previene il fenomeno, particolarmente pericoloso nei componenti per idrosanitari. E’ oggetto di prove specifiche da normativa, le norme francesi sono particolarmente severe in tal senso.

- Dezincificazione : è la corrosione che determina la dissoluzione dello Zn negli strati superficiali e lo sfaldamento progressivo dello strato poroso di rame. Può essere prevenuta con aggiunta di opportuni elementi in piccola quantità.

2. Leghe rame-stagno

Sono denominate Bronzi e come per gli ottoni sono di colore giallo o tendenti al rosso. Lo stagno è aggiunto in percentuale massima del 13% (oltre si avrebbe un metallo estremamente duro ma fragilissimo). Sono caratterizzati da una elevata resistenza alla corrosione e meccanica, facilmente lavorabili ma resistenti all’abrasione, con caratteristiche antiattrito, possono diventare molto duri.

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Trovano uso per cuscinetti a strisciamento, detti bronzine, e parti in cui la resistenza all’abrasione è importante (madreviti di macchine utensili). Il loro uso più noto è nella fabbricazione di campane e statue (oltre che, un tempo, di cannoni) perché si prestano moto bene alla realizzazione di forme complicate mediante fusione. In particolare per le campane è apprezzata la caratteristica di produrre dei suoni molto puri e persistenti, perché si tratta di metalli che smorzano molto poco le vibrazioni.

3. Leghe rame-alluminio L’aggiunta di alluminio determina i cosiddetti Bronzi all’Alluminio o Cuprallumini , leghe adatte sia alla lavorazione plastica sia alla fonderia; presentano elevata resistenza meccanica e alla corrosione. Magnesio E’ un metallo interessante perché presenta una grande leggerezza (bassa densità) e una buona resistenza. Viene impiegato, puro o in lega con l’alluminio, principalmente nel settore aerospaziale e negli autoveicoli e motoveicoli da competizione. Viene facilmente ossidato all’aria formando un ossido di colore bianco e deve pertanto essere protetto con opportuni rivestimenti. Titanio Questo metallo abbina una buona leggerezza (bassa densità) ad una resistenza pari o superiore a quella di molti acciai speciali. Trova impiego nel settore aerospaziale, negli autoveicoli e motoveicoli da competizione, per strumenti chirurgici e protesi ossee, in oreficeria e ottica. E’ stato impiegato anche in edilizia, ma il suo costo molto elevato e le difficoltà di lavorazione ne limitano di molto la diffusione. E’ pressoché inalterabile dagli agenti atmosferici e biocompatibile con gli organismi viventi (da ciò l’uso per protesi e dispositivi chirurgici). Argento Oro Platino Sono i metalli nobili per eccellenza, specialmente oro e platino. Sono impiegati sia in oreficeria sia in molti settori della tecnica. L’argento si presta molto bene alla realizzazione di contatti elettrici per interruttori e per fusibili di precisione L’oro è il miglior conduttore esistente e ha largo uso in elettronica Il platino è il più resistente e inalterabile fra i metalli e viene usato per strumenti di laboratorio, misure campione, elettrodi (per le candele dei motori ad esempio). Zinco E’ un metallo “povero” dalle grandi qualità. Allo stato puro serve per proteggere il ferro dalla corrosione: “zincatura”. Fra tutti i possibili rivestimenti è quello che protegge nel modo migliore i materiali ferrosi dagli agenti atmosferici. Viene applicato per immersione in bagno fuso, zincatura a caldo , o per applicazione galvanica, zincatura elettrolitica . Applicazioni: carrozzerie di automobili, carpenterie di ponti, edifici, tralicci, funivie, recinzioni, barriere stradali, viti e bulloni, fili, tubazioni per acqua, ….. NOTA IMPORTANTE 1: lo zinco reagisce chimicamente al contatto con metalli più nobili quali rame o acciaio inossidabile, corrodendosi molto rapidamente. Pertanto sono da evitare gli abbinamenti di questi metalli in condizioni che possano favorire la corrosione, cioè in presenza di acqua, Quindi mai mettere assieme lamiere zincate di copertura di tetti e grondaie in rame, o tubi in acciaio zincato e tubi di rame a contatto tra di loro o giuntati, pena una rapida corrosione dello zinco e del ferro sottostante con il risultato di avere infiltrazioni di acqua dai tetti o peggio la casa allagata per rottura delle tubazioni.

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NOTA IMPORTANTE 2: lo zinco viene rapidamente dissolto da acqua alla temperatura di circa 60° C. E’ inutile impiegare tubazioni zincate per gli impianti di riscaldamento, ed eventualmente per il circuito dell’acqua calda sanitaria. Queste tubazioni comunque non si corrodono perché si forma al loro interno uno strato protettivo di calcare che impedisce la corrosione (per una volta il calcare fa bene). I sali di zinco non sono né tossici né hanno effetti sull’organismo umano. Un impiego particolare dell’ossido di zinco è nella fabbricazione delle creme solari e di alcuni cosmetici. Stagno Il suo uso più noto è in elettrotecnica, elettronica e lattoneria per le saldature (puro o in lega con il piombo). Serve per proteggere lo scatolame e le pentole dalla corrosione dovuta al contatto con i cibi. A differenza dello zinco non protegge il ferro, per cui se il rivestimento viene graffiato si ha subito la comparsa di ruggine. Non è velenoso. Piombo E’ un metallo velenoso, provoca intossicazioni da accumulo. Era usato un tempo per tubi e coperture. Per la sua elevata densità e la facile fusibilità trova impiego come materiale per contrappesi e per la sigillatura delle estremità delle funi di teleferiche e funivie (questa applicazione è in via di abbandono) Cromo E’ un metallo bianco lucente, molto duro e resistente. E’ usato in lega negli acciai per ottenere acciai speciali ad alta resistenza e inossidabili. Allo stato puro viene impiegato per rivestimenti protettivi (cromature) ad effetto decorativo se di piccolo spessore (qualche millesimo di millimetro) e per dare maggiore resistenza alla abrasione se di forte spessore (qualche decimo di millimetro). I suoi composti sono fortemente velenosi e cancerogeni (cromo esavalente) e hanno trovato impiego nell’industria conciaria e nell’industria galvanica per le cromature. In lega con il nichel e il rame serve per ottenere i fili per le resistenze elettriche (nichelcromo) impiegate in elettrodomestici, forni, stufe. Nichel E’ un metallo bianco lucente. E’ usato in lega negli acciai per ottenere acciai speciali ad alta resistenza e inossidabili a struttura austenitica. La nichelatura era usata un tempo per rivestimenti decorativi, attualmente serve come base per cromature ed altri trattamenti galvanici. In lega con il rame dà origine a leghe quali la costantana, usata per resistenze elettriche, l’alpacca (rame-nichel-zinco) usata per le montature di occhiali, posateria (ora in disuso). Tungsteno La temperatura di fusione elevatissima rende il tungsteno il metallo ideale per la realizzazione dei filamenti delle lampade elettriche. In lega negli acciai conferisce loro elevatissima durezza e resistenza all’usura, proprietà necessarie per gli utensili (punte da trapano), spesso abbinato al cobalto. Con il carbonio forma un carburo durissimo e tenace, il carburo di tungsteno detto anche “Widia”, impiegato per la costruzione di utensili per la lavorazione dei metalli e delle pietre (punte e fioretti per la perforazione del calcestruzzo e delle rocce)