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INTRODUZIONE ALLA METALLURGIA - PROPRIETA' FISICHE

chimica




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INTRODUZIONE ALLA METALLURGIA

Di tutti i metalli, l'oro è forse quello che trovandosi nativo allo stato metallico, e per il suo colore lucente, ha attratto l'uomo per primo. La fabbricazione di suppellettili e gioielli in oro risale ai tempi più remoti.
Dopo l'oro e l'argento nativo, il rame fu l'altro metallo ad essere utilizzato per la produzione di oggetti di impiego comune. Esso veniva foggiato a freddo per semplice martellatura e, solo dopo, ottenuto da minerali ossidati per riduzione.
Circa nel 2000 a.c. nel mondo Egeo-Mediterraneo comparvero i primi oggetti di bronzo e di ferro. Il ferro era ottenuto dal minerale frantumato e mescolato con legna, in piccole fornaci, nelle quali si cercava di attivare il fuoco con un forte tiraggio d'aria.
Dal fuoco, in un secondo tempo, il ferro incandescente era estratto e ridotto ad una massa compatta mediante martellature.

I primitivi processi siderurgici rimasero inalterati fino al XII secolo quando l'invenzione dei mantici permise di raggiungere più alte temperature nei forni. Il primo passo verso il prog 242e47c resso era stato fatto e i primi "altiforni" incominciarono a produrre ghisa in quantità notevoli. Il combustibile per i forni era costituito da legna e carbone di legna che fu sostituito con il coke metallurgico solo nel secolo XVIII. Circa nella seconda metà dell'800 gli altiforni migliorarono in maniera decisa e ciò consentì il raggiungimento di altissime temperature che permisero la fusione dell'acciaio. Il primo tentativo di impiegare forni elettrici nella siderurgia fallì, ma dieci anni più tardi, Stassano realizzò, a Roma, il primo forno elettrico per la produzione dell'acciaio dal minerale.
I progressi ottenuti dalla metallurgia indussero ad applicare anche ad altri metalli le innovazioni già introdotte per i materiali ferrosi e a Exilles, in Francia, nel 1880 si realizzò il primo impianto per il trattamento del rame.




PROPRIETA' FISICHE


Le proprietà fisiche di un materiale corrispondono al modo di comportarsi di un materiale quando subisce l'azione di un agente fisico.


ASPETTO

Nei metalli l'aspetto presenta un'elevata lucentezza detta lucentezza metallica, che è una particolare capacità di riflettere la luce. Il colore è in genere bianco-grigiastro ad eccezione del rame e dell'oro.


PESO SPECIFICO

Il peso specifico dei metalli varia in un intervallo molto ampio; quindi i metalli si dividono in leggeri pesanti e pesantissimi


TEMPERATURA DI FUSIONE

La temperatura di fusione è la temperatura alla quale un materiale passa dallo stato solido allo stato liquido. Per i metalli puri la fusione avviane a una temperatura ben determinata, che si mantiene costante per tutta la durata del processo di fusione. I non metalli passano da solidi a liquidi in un intervallo di temperatura nel quale si sciolgono sempre di più fino alla fusione.


CONDUCIBILITA' ELETTRICA

E' la capacità dei materiali di trasmettere la corrente elettrica. Si dicono conduttori di corrente i materiali che trasportano corrente (materiali metallici); si dicono isolanti i materiali che non trasportano la corrente (materiali non metallici); si dicono semi-conduttori i materiali con proprietà particolari. A loro volta i metalli si dividono in buoni e cattivi conduttori.


CONDUCIBILITA' TERMICA

E' la capacità di un materiale di trasmettere più o meno bene il calore. Distinguiamo il gruppo dei conduttori di calore, rappresentato dai materiali metallici, e il gruppo degli isolanti o coibenti, rappresentato da altri materiali come: legno, plastiche ecc.


DILATAZIONE TERMICA

E' l'aumento di volume di un materiale dovuto all'aumentare della temperatura. Infatti quando un materiale viene riscaldato le sue molecole vibrano con forza maggiore e tendono ad allontanarsi l'una dall'altra: il materiale cresce di volume, cioè si dilata.


L'INALTERABILITA'

E' la capacità di resistere al deterioramento provocato da agenti atmosferici o da sostanze chimiche. I materiali più resistenti sono il vetro e le plastiche. Tra i metalli più comuni hanno una buona resistenza il rame e il piombo, meno bene il ferro.


PROPRIETÀ MECCANICHE


Sono i modi di comportarsi di un materiale quando è sottoposto a sollecitazioni esterne di tipo meccanico.


DUREZZA

È la capacità di resistere alla penetrazione di una punta o, più semplicemente, di non farsi scalfire da altri corpi. La durezza si misura col metodo Brinell.


RESILIENZA

È la capacità si sopportare sforzi applicati bruscamente senza rompersi e senza che si propaghino fessure all'interno del materiale (il suo contrario è la fragilità). La resilienza si misura con un provino (un campione del materiale) che viene colpito e rotto da uno speciale martello che può oscillare come un pendolo. La risalita del martello oltre la rottura del provino è tanto minore quanto maggiore è la resilienza del materiale.


RESISTENZA ALLA FATICA

È la capacità di un materiale di resistere a sforzi ripetuti. Per riconoscere i limiti di sicurezza di un materiale si sottopone un provino a uno sforzo di flessione rotante e si misura il numero di cicli prima di arrivare alla rottura.

RESISTENZA ALLE SOLLECITAZIONI

E' la capacità di un materiale di resistere a una delle cinque sollecitazioni:

1- trazione

2- compressione

3- flessione



4- torsione

2 3 4 5

  5- taglio










Per conoscere la resistenza di un materiale si effettua una prova di laboratorio, dove un provino di forma prestabilita, viene sollecitato con modalità ben precise e con intensità crescente sino alla rottura. Lo schema sopra illustra in che modo si deforma il provino. La prova di trazione è la più comune, perché fornisce molte informazioni sulla resistenza e deformabilità dei materiali.



LE TECNICHE DI LAVORAZIONE


DALLE SCAGLIE ALLE LAMINE

Gli antichi per trasformare i metalli da pagliuzze ad una massa lavorabile, li fondevano ad alte temperature che corrispondono circa al punto esatto di fusione. In un primo tempo gli orafi soffiavano sul fuoco per mezzo di cannelli, solo più tardi costruirono veri e propri forni a mantice. I granuli o le scaglie erano poste sul fuoco di carbonella ed il calore veniva diretto su di esse soffiando nei cannelli, fino a che queste non fondevano formando un unico blocco, che a questo punto poteva essere martellato e trasformato in fogli pronti per essere lavorati. Lavorazione delle lamine all'inizio implicò la conoscenza della tecnica della ricottura, in seguito alla battitura del metallo questo tornava a indurirsi e per proseguire il lavoro bisogna riscaldare la lamina che riacquista la sua primitiva elasticità, tali operazioni di martellatura e ricottura venivano ripetute più volte prima che la lamina raggiungesse la forma desiderata.


LA SALDATURA

La gamma di oggetti che potevano essere ricavati da un unico foglio di metallo era considerevole, ma il problema sorse quando si dovettero unire due o più pezzi di metallo l'uno all'altro. All'inizio la soluzione fu di utilizzare rivetti, spinotti, chiodini, o cucendo letteralmente insieme le parti con fili sottilissimi del metallo stesso. In seguito si diffuse la tecnica della saldatura vera e propria, che viene effettuata o utilizzando un metallo o una lega il cui punto di fusione sia più basso di quello dell'oro, oppure usando lo stesso metallo di cui sono fatte le parti da saldare.



LO SBALZO E LA CESSELLATURA

Lo sbalzo è una delle tecniche di lavorazione più antiche, consiste nel ridurre in lamina sottile il metallo e poi farne risaltare in rilievo, modellando in negativo, dal rovescio, la raffigurazione.

Nel caso dell'oro, il foglio viene disteso su di un letto di pece calda, viene tracciato il motivo della decorazione e sbalzato con diversi punzoni smussati. Essendo la pece più tenera dell'oro, quest'ultimo può cedere alla pressione del punzone e deformarsi seguendo il disegno. La superficie della pece è appiccicosa ed il foglio d'oro vi rimane attaccato, restando ben disteso per tutta la lavorazione; la pece, inoltre impedisce che l'oro si rompa quando si lavora una piccola area. Durante tutto il procedimento, il metallo deve essere ricotto ad intervalli regolari per evitare che si reindurisca.

Terminata la sbalzatura, il foglio viene staccato dalla pece, pulito e rifinito sulla faccia anteriore.

I particolari più minuti vengono effettuati per mezzo della tecnica della cesellatura con gli strumenti adatti o il cesello o il bulino.

La tecnica della lavorazione a sbalzo ha prodotto oggetti e soprattutto gioielli d'eccezionale importanza nel corso della storia.




L'INCISIONE



L'incisione è un'altra tecnica di lavorazione, che non va assolutamente confusa con lo sbalzo, avviene per mezzo di attrezzi affilati che segnano il metallo asportandone una parte.

Una particolare tecnica dell'incisione è dato dal taglio a unghiatura che consiste in un'incisione in cavità che presenta profonde frastagliatura, realizzate in conformità a un modello geometrico.

Un altro tipo di incisione è quello a serpentina, si ottiene tagliando con il bulino tutt'intorno, tanto da un lato quanto dall'altro, ottenendo una linea a zigzag più o meno incisa secondo l'inclinazione dello strumento in rapporto con la superficie.


LA FUSIONE

La fusione è un metodo insolito di produrre oggetti in metallo e per ragioni economiche fu usata meno nei secoli precedenti al nostro.

Per risparmiare metallo, specie se prezioso come l'oro, all'interno delle forme si collocava un nucleo di terra, tenuto fermo con dei chiodini questo particolare tipo di fusione è detto fusione cava.

Sin dagli inizi del II millennio a.C. cominciò ad essere usata la tecnica della fusione a cera persa. Questa tecnica era utilizzata moltissimo per la scultura in bronzo, ma trovò grande impiego anche nell'oreficeria; consisteva nel preparare un modello in cera, che veniva rivestito con terra refrattaria, poi la cera era eliminata per fusione attraverso un foro e nella cavità così ottenuta si versava il metallo fuso.

Più tardi la combinazione tra le due tecniche descritte sopra, rappresentò il definitivo perfezionamento della tecnica della fusione ancora oggi largamente usata nell'oreficeria.

Dopo qualsiasi tipo di colata l'oggetto va ancora limato, smussato, eventualmente decorato ad incisione ecc.


LA FILIGRANA E LA GRANULAZONE

Questa è una tecnica tipicamente dedita all'oreficeria.

La filigrana è un tipo di decorazione della superficie, di gioielli in particolare.

Consiste nel saldare fili aurei sottilissimi, semplici o perlati, sulla superficie da decorare. Tali fili erano ottenuti con una trafila o uno strumento di pari resistenza, i cui fori variavano di forma e di dimensione secondo le necessità da lavoro.

Con un paio di minuscole pinzette di bronzo, l'orafo poteva produrre spirali, cerchi e linee ondulate, addirittura più fili potevano essere intrecciati tra loro per creare un motivo ornamentale più complesso che poi veniva saldato sull'oggetto.

La granulazione invece è un ulteriore tecnica decorativa, consiste nel decorare una superficie per mezzo di minuti grani o sfere di metallo.

I sistemi di produzione delle minuscole sfere potevano essere molto diversi, uno di questi proponeva di dividere i fili d'oro in segmenti di pari lunghezza, che venivano posti su un pezzo di carbone o su un letto di polvere di carbone e poi sottoposti a un calore tale da consentire la fusione del metallo, che in questo modo assumeva forma sferica.


Questa tecnica era già in uso nel III millennio a.C. ma i granuli erano grandi ed il lavoro risultava relativamente grezzo; furono gli etruschi a perfezionare tale tecnica e infatti produssero dei lavori meravigliosi.

NIELLO

La tecnica del niello è di estrema raffinatezza: il disegno decorativo viene inciso finemente sulla superficie e dopo riempito da un'amalgama scuro. Questa tecnica è valorizzata solo se effettuata su una superficie chiara, brillante assolutamente inalterabile, come ad esempio quella dell'oro.


LO STAMPAGGIO

Lo stampaggio segna l'introduzione del concetto di produzione in serie nel mondo della gioielleria.


Il lavoro a sbalzo, per esempio, era laborioso e difficile così quando vennero richieste collane o braccialetti ripetuti si presentò il problema del duplicare l'oggetto. Invece di sbalzare nuovamente ogni sezione decorativa del gioiello, si poteva incidere il disegno completo su un attrezzo di bronzo e ricavarne quante copie si volevano, semplicemente appoggiando lo stampo su un foglio d'oro disteso sulla pece e battere col martello. Questa fu la prima forma di stampaggio su matrice, tecnica ancora oggi usata.







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