METALLI

I metalli, a temperatura ambiente si trovano allo stato solido, tranne il mercurio che si trova allo stato liquido

CARATTERISTICHE

1. Fondono a temperatura elevata

2. Hanno aspetto lucente

3. Hanno peso specifico elevato

4. Sono buoni conduttori di corrente

5. Sono buoni conduttori di calore

6. Sono opachi alla luce

Tutti i metalli, fatta eccezione per l’argento, l’oro, e il platino non si trovano in natura allo stato puro ma sotto forma di minerali

La storia più antica dell’uomo è contrassegnata proprio dalla ricerca di mezzi per estrarre e lavorare i metalli e produrre utensili per sostituire quelli in pietra e legno.

Verso la fine del Neolitico fu inventata la ruota e si iniziò ad utilizzare il rame. Abbondanti giacimenti di minerali ricchi di rame, con basso punto di fusione e buona lavorabilità resero facile la diffusione di questo metallo.

Più tardi verso il 4000 a:C. si scoprì che mescolando metalli fusi,se ne migliorano le proprietà: fu così ricavato il bronzo, una lega di rame e stagno.

Intorno al 1200 a.C. gli Hittiti, popolo della Mesopotamia, misero a punto la prima tecnica metallurgica del ferro

Gli ETRUSCHI E IL FERRO

Una grande produzione di ferro si verificò, più tardi, da parte degli Etruschi che sfruttarono le miniere dell’isola d’Elba. Il ferro veniva ottenuto in piccoli forni a cumulo, costituiti da minerali e carbone di legna ricoperti con paglie ed argilla.

LA DIFFUSIONE DELLA METALLURGIA

I metalli non si trovano quasi mai puri in natura, ma mescolati ad altri minerali: necessitano, quindi, di laboriosi e complicati processi di lavorazione che costituiscono la metallurgia

L’INDUSTRIA SIDERURGICA

L’uso dei metalli ebbe la sua definitiva affermazione con la Rivoluzione industriale, a partire dal XVIII secolo

I MATERIALI METALLICI SI DIVIDONO IN :

METALLI LEGHE METALLICHE

COSTITUITI DA UN SOLO ELEMENTO CHIMICOES. ORO.RAME,FERRO ECC.

COMPOSTE DA DUE O PIU' ELEMENTI CHIMICI DI CUI ALMENO UNO E' UN METALLOES. ACCIAIO, BRONZO ECC.

PROPRIETA’

SI RIFERISCONO ALLA NATURA DEL MATERIALE

SI RIFERISCONO ALLA CAPACITA’ DEI METALLI DI RESISTERE ALLE SOLLECITAZIONI MECCANICHE CHE PROVENGONO DALL’ESTERNO

EVIDENZIANO L’ATTITUDINE A SUBIRE LAVORAZIONI DI VARIO GENERE

Il grande utilizzo dei metalli è dovuto soprattutto alle caratteristiche e proprietà di resistenza e lavorabilità che essi dimostrano.

CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE

•Struttura cristallina ( particolare disposizione degli atomi che rende i metalli resistenti)

•Resistenza alla corrosione ( capacità di resistere agli effetti corrosivi, rugine)

•Peso specifico ( elevato, peso dell’unità di volume in Kg/dm3)

•Colore e luncentezza (tipici dei metalli, per lo più grigio-argentei)

•Temperatura di fusione e di ebollizione ( quando si manifestano i passaggi di stato da solido a liquido)

•Conducibilità termica ed elettrica (alte, capacità di trasmettere calore ed elettricità)

•Dilatazione termica ( ingrossamento o allungamento dovuto al calore)

•Proprietà magnetiche (alcuni metalli, ferro, nichel,cromo, sono attratti dalle calamite, magneti)

PROPRIETÀ MECCANICHE

•Durezza ( resistenza alla penetrazione di un corpo solido)

•Elasticità ( capacità di riprendere la forma iniziale dopo una deformazione)

•Resilienza ( capacità dei metalli di resistere agli urti senza spezzarsi)

•Resistenza a trazione

•Resistenza al taglio

•Resistenza alla flessione

•Resistenza alla compressione

•Resistenza a torsione

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

•Fusibilità ( passano dallo stato solido a quello liquido)

•Duttilità (si lasciano ridurre in fili sottilissimi)

•Malleabilità (si lasciano ridurre in lamine sottili)

•Plasticità (i metalli poco elastici si lasciano deformare conservando la forma data)

•Estrudibilità ( si lasciano trasformare per estrusione, passando attraverso matrici sagomate)

•Saldabilità (si lasciano saldare a caldo o a freddo)

•Temperabilità (capacità di aumentare la durezza attraverso trattamenti termici)

Sollecitazioni semplici

•Trazione

•Compressione

•Flessione

•Torsione

•taglio

LE LAVORAZIONI PLASTICHE DEI METALLI

LAMINAZIONE (si effettua a caldo o a freddo facendo passare il metallo tra cilindri laminatoi che ruotano)

TRAFILATURA (si usa per ottenere fili sottili facendo passare un tondino metallico in una filiera)

ESTRUSIONE (si ottiene la forma voluta costringendo il metallo calco a passare attraverso un foro con matrice sagomata)

FUCINATURA (il metallo, riscaldato alla giusta temperatura, viene deformato a colpi di martello o maglio meccanico, fino a fargli assumere la forma voluta)

STAMPAGGIO (il metallo allo stato plastico viene costretto ad assumere la forma perché compresso tra uno stampo e un controstampo)

IMBUTITURA (è una lavorazione a freddo, in cui il punzone lascia una forma concava nella lamina metallica)

LA METALLURGIA ESTRATTIVA

La metallurgia estrattiva prevede questa serie di operazioni:

1. Prospezione mineraria: (comprende operazioni per individuare possibili giacimenti sfruttabili)

2. Arricchimento del minerale: (spesso il minerale estratto è sfruttabile in minima percentuale per cui, per contenere i costi e migliorare le rese, si ricorre a processi di arricchimento, che permettono di separare la parte di minerale dalla parte sterile, chiamata ganga)

3. Lavorazioni preliminari (vedere produzione di ghisa e acciaio)

4. Estrazione del metallo dal minerale: ( il minerale trattato viene sottoposto al trattamento metallurgico consistente nell’estrazione del metallo, il più possibile puro)

FERRO

Il ferro rappresenta una delle materie prime più preziose che la natura offre all’uomo. Esso però si trova puro solo in qualche meteorite

Sul pianeta terra viene estratto dai suoi mineraliEssi sono: •L’EMATITE•MAGNETITE•LIMONITE •PIRITE

MAGNETITEPIRITE

ematite limonite

La miniera ieri

OGGI LA MINIERA A CIELO APERTO

La miniera oggi

Il ferro è il metallo più importante nel nostro sistema economico-produttivo.

Esso infatti è la materia prima con cui vengono costruiti moltissimi oggetti: (navi,macchinari,elettrodomestici, impianti industriali).

Il ferro puro al m100% è un materiale di limitate prestazioni, di nessuna utilità pratica.

Di grande importanza sono invece le sue leghe,dove il ferro è mescolato col carbonio.

Esse si chiamano:

•GHISA (se il carbonio è in una percentuale abbastanza alta dal 2% al 4%

•ACCIAIO ( se il carbonio è in piccola percentuale meno del 2%

IL CENTRO SIDERUGICO

Uno stabilimento siderurgico è a CICLO INTEGRALE quando partendo dalle materie prime si arriva ai prodotti finiti

LE MATERIE PRIME

Le materie prime sono il minerale di ferro il carbon fossile e i fondenti.

Il carbone è distillato nella distilleria dove diventa coke, che è un carbone trasformato duro e spugnoso con poche impurità

PRODUZIONE DI GHISA E ACCIAIO

Inizialmente i minerali di ferro devono subire alcuni trattamenti quali:

1. FRANTUMAZIONE per ottenere materiali di pezzatura uniforme

2. LAVAGGIO per liberare i minerali dalle impurità

3. CERNITA per selezionare i minerali secondo la dimensione dei pezzi

4. ESSICCAMENTO con cui il minerale riscaldato perde l’umidità

L’ALTOFORNO

Il minerale viene inviato all’altoforno una torre alta 40/50 metri, costruito in acciaio e internamente rivestito con materiale refrattario

Dall’altoforno si ottiene la ghisa

Il carro siluro trasporta la ghisa all’acciaieria per essere trasformata in acciaio

40/50 m

DENTRO L’ACCIAIERIA