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MODULO DI TECNOLOGIA INDUSTRIALE I MATERIALI - Proprioetà dei materiali

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MODULO DI TECNOLOGIA INDUSTRIALE

I MATERIALI


Proprioetà dei materiali

Realizzare un oggetto tecnico comporta un complesso percorso progettuale e operativo che trasforma la materia prima in prodotto finito.

Il progetto deve tenere conto dei seguenti elementi:

  • Elementi funzionali: funzioni che l'oggetto deve svolgere.
  • Elementi tecnologici: caratteristiche dei materiali e delle lavorazioni.
  • Elementi economici: costi e valutazioni del mercato.
  • Elementi normativi: leggi e norme sulla sicurezza e sulla qualità.

Questi elementi sono profondamente condizionati dalla scelta dei materiali utilizzati per il prodotto proprio per la loro diversa composizione chimica e fisica.





Tipi di materiali

Ogni materiale si può descrivere come formato da una sola sostanza, pura, o da un miscuglio di più di esse.

I miscugli si dividono in due categorie:

  • Miscugli omogenei: gli elementi componenti non sono distinguibili all'interno del sistema, e per poterli separare gli uni dagli altri è necessario farlo a live 323c23d llo molecolare per mezzo di passaggi di stato.               Sono miscugli le soluzioni acquose, l'aria e le leghe metalliche.
  • Miscugli eterogenei: gli elementi componenti sono distinguibili anche ad occhio nudo, e per poterli separare e necessario ricorrere a mezzi fisici molto semplici, come filtri o utensili.                                                    Sono misugli le emulsioni, le rocce composite e i materiali compositi (cemento armato, vetroresine).

Le sostanze pure possono essere divise in:

  • Elementi: sostanze non decomponibili che si trovano direttamente in natura, ma che possono essere ricavate anche dalla decomposizione di altre sostanze naturali. Dalla combinazione di più elementi nascono i composti, che in base alla loro capicità di combinarsi vengono distinti in metalli e non metalli.
  • Composti: si dividono a loro volta in composti organici e inorganici. Sono composti inorganici quei composti prevalentemente di origine minerale (ossidi, idrossidi, anidridi, acidi e Sali), mentre sono composti organici quelli che derivano da organismi viventi (petrolio e derivati, cellulosa, resine artificiali).

Materiali metallici

Nella storia dell'uomo i metalli hanno ricoperto un ruolo determinante e per questo punteremo la nostra attenzione su di loro.

I materiali metallici si distinguono in: metalli e leghe.


Leghe: misugli di sostanze in cui prevale la presenza di un metallo e presentano caratteristiche migliori rispetto ai componenti.


Proprietà dei metalli

Solidi a tempearatura ambiente (tranne il mercurio)

Buoni conduttori di calore ed elettricità

Lucentezza caratteristica

Resistenza meccanica generalmente buona

Buona lavorabilità

Presentano una struttuta cristallina

Comportamento chimico di tipo basico

Molecola monoatomica (costituita da un solo atomo)



Leghe metalliche



Leghe del ferro: ghisa e acciai con carbonio ed eventualmente altri elementi

Leghe del rame: bronzo (con stagno) e ottone (con zinco)

Leghe dell'alluminio: leghe leggere con magnesio, manganese ecc.

Leghe del magnesio: leghe ultraleggere con alluminio, zinco ecc.


Proprietà fisiche

  • Densità: rapporto tra massa e volume di un materiale. La temperatura varia il volume pertanto la densità è sempre rilevata ad una temperatura costante di 20°C. si misura in kg/m³ oppure in g/cm³.
  • Capacità termica: quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C la massa di 1kg. Anche questa grandezza fisica è influenzata dalla temperatura e perciò ne viene rilevato il valore medio nell'intervallo tra 0°C e 100°C.
  • Conduttività termica ed elettrica: è l'attitudine del materiale a trasmettere calore o elettricità. L'inverso della conduttività è la resistività.
  • Dilatazione termica: aumento della dimensione di un corpo dovuto all'aumento della sua temperatura. Può essere lineare, superficiale o cubica. Ogni sostanza presenta il suo coefficiente di dilatazione termica.
  • Temperatura di fusione: temperatura alla quale un materiale passa dallo stato solido a quello liquido. I materiali che presentano un punto di fusione molto elevato vengono detti refrattari e sono impiegati nel rivestimento di forni o nelle forme di fonderia.

Proprietà chimiche e strutturali

  • Resistenza alla corrosione: è l'attitudine dei materiali a resistere all'aggressione da parte degli agenti chimici. Sotto questa aggressione molte sostanze si trasformano combinandosi con gli agenti e originando nuove sostanze che danno luogo ad un processo di degrado del materiale detto corrosione.                                                                                    I metalli reattivi sono quelli che più facilmente danno luogo al fenomeno, mentre quelli nobili sono praticamente inattaccabili.
  • Struttura del materiale: gli atomi della sostanza possono presentare una posizione reciproca di diverso tipo: struttura amorfa e struttura cristallina.    Le sostanze che presentano atomi disposti in modo casuale hanno struttura amorfa mentre si ha una struttura cristallina quando gli atomi sono disposti secondo un reticolo geometrico. Le forme della cella cristallina sono numerose, ma solo tre per i metalli. - cubica a facce centrate: presenta 14 atomi con i centri disposti sui vertici di un cubo e sui centri delle facce. Il reticolo è molto compatto e di conseguenza il materiale presenta buona lavorabilità e conducibilitàtermica ed elettrica. Materiali che presentano questa struttura atomica sono l'alluminio, il rame, il platino e l'oro. - cubica a corpo centrato: presenta 8 atomi disposti ai vertici del cubo e 1 atomo al centro dello stesso. I materiali con questa struttura presentano elevata durezza e media lavorabilità. Due metalli con questa struttura sono il tungsteno e il molibdeno. - esagonale compatta: presenta 17 atomi, 12 ai vertici del prisma esagonale, 2 ai centri delle basi e 3 in posizione intermedia tra le basi. La fragilità caratterizza i materiali con questo tipo di cristallizzazione e tra essi si trovano lo zinco e il magnesio. Non tutti i materiali presentano una sola forma di cristallizzazione, e il plimorfismo è il fenomento che porta alcuni materiali a cristallizare sotto forme diverse a seconda della temperatura. Questi cambiamenti di struttura cristallina prendono il nome di trasformazioni allotropiche.






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