Materiali metallici.

Materiali metallici.

La classificazione dei materiali

Gli elementi che si trovano in natura si dividono in metalli, non metalli e semimetalli (o semiconduttori).

• I metalli sono solidi a temperatura ordinaria, eccetto il mercurio che è liquido; hanno un aspetto lucente; sono buoni conduttori di calore e di elettricità; sono duttili e malleabili (possono essere ridotti in fili e lamine). Gli elementi metallici sono molto numerosi, più di 80: fra i più importanti ricordiamo il ferro, l’alluminio, il rame, lo zinco, il piombo, lo stagno, l’argento, l’oro.
• I non metalli sono cattivi conduttori di calore e di elettricità; possono essere gassosi (idrogeno, fluoro, cloro, ossigeno, azoto), liquidi (bromo), solidi (carbonio, zolfo, fosforo); non sono né malleabili né duttili. Vi sono poi i gas rari o nobili (argo, neon, cripto, xeno, elio, rado), presenti in piccolissima quantità nell’atmosfera, chimicamente inerti.
• I semimetalli sono un gruppo limitato di elementi che hanno un comportamento metallico e non metallico insieme. Il silicio, il germanio e altri semimetalli sono anche detti semiconduttori per le loro proprietà intermedie tra i metalli, che sono buoni conduttori di elettricità, e i non metalli che sono isolanti. Entrano a far parte di componenti base dell’industria elettronica e dei calcolatori, come transistor e circuiti integrati.

Leghe metalliche

Possiamo definire una lega metallica come una particolare intima unione tra due o più metalli, o tra metalli e non metalli.

• Un esempio di lega composta da un metallo con un altro metallo è il bronzo (rame + stagno).
• Un esempio di lega composta da un metallo e da un non metallo è l’acciaio (ferro +carbonio).

meccanismi in acciaio

una campana di bronzo

Minerali e metallurgia

I metalli sono distribuiti in modo molto disuguale sulla Terra e raramente si trovano allo stato libero o stato nativo, ma quasi sempre sono in combinazione con altri elementi a formare i minerali.

L’insieme delle tecniche e dei procedimenti per l’estrazione dei metalli dai loro minerali costituisce la metallurgia. La metallurgia del ferro, che è il metallo industrialmente più importante, prende il nome di siderurgia.

PROPRIETÀ DEI MATERIALI METALLICI

Le proprietà dei materiali metallici si suddividono in proprietà fisiche e chimiche, meccaniche e tecnologiche.

Proprietà fisiche e chimiche – Si riferiscono alle caratteristiche generali dei materiali in relazione al peso, al calore, all’elettricità e all’ambiente esterno.

• Massa volumica. Si definisce massa volumica il rapporto tra la massa di un corpo, misurata in kg, ed il suo volume, misurato in dm3. Sono detti metalli leggeri quelli che hanno una massa volumica inferiore a 4 kg/dm3: alluminio, magnesio ecc.; metalli pesanti tutti gli altri.
• Dilatazione termica. I materiali metallici subiscono un aumento di volume quando vengono riscaldati.
  Lo zinco ed il piombo hanno i maggiori coefficienti di dilatazione, il platino il minore.
• Temperatura di fusione. La fusione è il passaggio dallo stato solido a quello liquido. Ogni materiale metallico ha un suo caratteristico punto di fusione: il ferro, ad esempio, fonde a 1535 °C, lo stagno a 232 °C, il tungsteno a 3380 °C.
• Conduttività termica. È la proprietà dei materiali di trasmettere il calore; I’argento, il rame, I’oro e l’alluminio sono i migliori conduttori di calore. Un materiale non conduttore si definisce isolante (per es. la lana è un isolante termico). Alla conduttività termica di un materiale è legata la sensazione di caldo o di freddo al tatto. Approfondisci.
• Conduttività elettrica. È la proprietà dei materiali metallici di trasmettere la corrente elettrica. I migliori conduttori sono l’argento, il rame e l’alluminio. Un materiale non conduttore si definisce isolante.
• Resistenza alla corrosione. È la proprietà di resistere al deterioramento superficiale causato da reazioni chimiche (come, ad esempio, la ruggine del ferro).

Proprietà meccaniche – Si riferiscono alla capacità dei materiali di resistere all’azione di forze esterne.

               Le resistenze maccaniche:

• Resistenza alla trazione. Un corpo è sollecitato a trazione quando una forza applicata tende ad allungarlo.
• Resistenza alla compressione. Un corpo è sollecitato a compressione quando la forza applicata tende ad accorciarlo.
• Resistenza alla flessione. Un corpo è sollecitato a flessione quando le forze applicate perpendicolarmente al suo asse tendono a curvarlo.
• Resistenza alla torsione. Un corpo è sollecitato a torsione quando le forze applicate tendono a torcere le sue fibre.
• Resistenza al taglio. Un corpo è sollecitato al taglio quando le forze applicate tendono a far scorrere uno sull’altro due piani vicini.

               Inoltre:

• Elasticità. La proprietà di un materiale di deformarsi, in misura diversa, sotto l'azione di forze esterne e di riprendere, in tutto o in parte, la forma e dimensione originale al cessare di quelle forze. Un materiale non elastico ha un comportamento plastico.
• Durezza. È la resistenza che il materiale oppone alla penetrazione di una punta. Vedi scala di Mohs per la classificazione dei materiali in base alla durezza.
• Resilienza/Tenacità. È la capacità di un materiale di resistere agli urti senza rompersi. Un materiale non resiliente si dice fragile.
• Resistenza alla fatica. È la resistenza dei materiali a sforzi variabili e ripetuti (ad esempio, I’accorciamento e l’allungamento di una molla, ripetuto per migliaia di volte). Un esempio di sollecitazione a fatica lo abbiamo piegando del filo di ferro, o una graffetta, più volte in direzioni opposte. Ripetendo più volte il movimento il filo, o la graffetta, si romperà.

Proprietà tecnologiche – Si riferiscono all’attitudine dei materiali a subire le diverse lavorazioni.

• Fusibilità. È la proprietà di dare dei pezzi (getti) sani, compatti senza difetti e alterazioni. Ad esempio, sono facilmente fusibili la ghisa ed il bronzo, difficilmente fusibili l’acciaio ed il rame.
• Malleabilità. È l’attitudine di un materiale a ridursi in lamine sottili; normalmente i materiali sono più malleabili a caldo che a freddo.
• Duttilità. È l’attitudine di un materiale a ridursi in fili sottili.
• Saldabilità. È la proprietà che ha un materiale di unirsi in un solo pezzo con un altro, uguale o diverso.
• Temprabilità. È l’attitudine ad aumentare la propria durezza per mezzo di particolari trattamenti termici.