la chimica e le nuove frontiere dei materiali corso di scienze e tecnologie applicate prof. panaroni...

LA CHIMICA E LE NUOVE LA CHIMICA E LE NUOVE FRONTIERE DEI MATERIALIFRONTIERE DEI MATERIALI

Corso di Scienze e Tecnologie Applicate

Prof. PANARONI A.

ITIS E. Mattei - URBINO

COSA SONO I MATERIALI?COSA SONO I MATERIALI?

I materiali sono gli elementi necessari per la produzione di oggetti (prodotti) destinati a soddisfare i bisogni dell'uomo.

Sono da intendersi come materiali quelle materie indispensabili per compiere un determinato un lavoro, dette 'input' del processo produttivo, senza le quali una determinata attività produttiva non può essere portata a termine

DI COSA SONO FATTI I MATERIALI?DI COSA SONO FATTI I MATERIALI?

I materiali sono ricavati dalle risorse naturali in modo diretto o indiretto.

Quando una risorsa naturale può essere utilizzata per produrre materiali viene definita materia prima.

I materiali possono essere ricavati anche da materie prime seconde e da prodotti semilavorati.

LA SCIENZA DEI MATERIALILA SCIENZA DEI MATERIALI

Le proprietà e lo sviluppo di nuovi materiali sono il campo delle scienze dei materiali.

Nel decennio 1960-70 quando aumentò l’esigenza di materiali ad alte prestazioni per aerei e per l’elettronica e divenne importante capire come mai piccole aggiunte di altri metalli riuscivano a modificare drasticamente la resistenza di una lega.

La microscopia elettronica§ permise di evidenziare la presenza di difetti nella struttura. Questi difetti controllano la capacità di deformare un materiale.

§Il primo prototipo di SEM è del 1938, il primo SEM commerciale è stato costruito e distribuito agli inizi degli anni ’60 dalla Cambridge Instrument Company Inc.

Classificazioe dei materiali

I materiali possono essere classificati secondo diverse categorie: Origine Utilizzo Composizione Innovatività Tipologia

Classificazione per ORIGINE

Classificazione

I materiali si possono classificare in base alla loro ORIGINE: Naturali: sono già presenti in natura e subiscono

solo le lavorazioni necessarie al prelievo e alla raffinazione (metalli, legno, carta, fibre tessili…)

Artificiali: partendo da materiali naturali con trasformazioni chimiche semplici ne modifichiamo le proprietà (rayon dalla cellulosa, MaterBì dall’amido di Mais)

Sintetici: il materiale subisce una radicale trasformazione dalla materia prima che lo ha generato (plastiche e resine varie)

Classificazione per UTILIZZO

Classificazione

I materiali si possono classificare in base al loro UTILIZZO: Edilizia Elettronica Meccanica Industria alimentare Arredamento…

Classificazione in base alla

COMPOSIZIONE

Classificazione

I materiali si possono classificare in base al loro “STATO CHIMICO”: Sostanze Pure Miscugli Omogenei Miscugli Eterogenei

Classificazione per INNOVAZIONE

Classificazione

I materiali si possono classificare in base al loro INNOVATIVITA’ Materiali tradizionali Superconduttori Semiconduttori Polimeri - Biopolimeri intelligenti Leghe superplastiche – vetri metallici nanomateriali

NUOVI MATERIALI - SUPERCONDUTTORINUOVI MATERIALI - SUPERCONDUTTORI

i) Materiali a resistenza elettrica nulla. H.Kammerling Onnes[1] 1911, mercurio raffreddato alla

temperatura dell’Elio liquido (4.22K) presentava resistenza elettrica nulla, scoprì così la superconduttività.

ii) Diamagnetismo I materiali superconduttori vengono respinti da un campo

magnetico, se la forza del campo magnetico applicato è inferiore ad un determinato valore limite. La repulsione del magnete di fatto permette al materiale di levitare sul magnete; se la temperatura viene aumentata al di sopra di Tc il superconduttore perde la sua proprietà.

[1] Nobel nel 1913.


YBa2Cu3O7

• solenoidi di piccole dimensioni, fino a 20T, sia per la ricerca che per la spettroscopia NMR (Nuclear Magnetic Resonance) che per la MRI (Magnetic Resonance Imaging) . •solenoidi di grandi dimensioni essenzialmente per gli impianti per la fusione termonucleare controllata • magneti per la fisica delle alte energie, sia per focalizzare ed accelerare i fasci di particelle negli acceleratori, sia per i rivelatori delle particelle stesse• sistemi di accumulo di energia magnetica SMES (Superconducting Magnet Energy Storage)• sistemi di trasporto basati sulla levitazione magnetica, dove sono richiesti campi magnetici elevatissimi (MAGLEV train)• sistemi meccanici senza attrito (cuscinetti magnetici,…)

IMPIEGHI ATTUALI DEI SUPERCONDUTTORIIMPIEGHI ATTUALI DEI SUPERCONDUTTORI


•La ricerca attuale nel campo dei semiconduttori si rivolge allo sviluppo di materiali con proprietà di convertire la luce in energia elettrica (tecnologia fotovoltaica) e viceversa (tecnologia LED)•Materiali quali GaAs (arsenuro di Ga) o CdTe (Telluluro di Cd) hanno un migliore rendimento del Si nella tecnologia fotovoltaica (η=25%); sempre usando questi materiali si possono produrre LED ad alta luminosità

NUOVI MATERIALI - SEMICONDUTTORINUOVI MATERIALI - SEMICONDUTTORI

Vetri metallici (METALLI AMORFI)Vetri metallici (METALLI AMORFI)Si ottengono allo stato amorfo (= disordinato), variando opportunamente la velocità di raffreddamento. Nella pratica si formano vetri solo quando abbiamo sostanze che cristallizzano con difficoltà (tempo elevato per organizzare la struttura cristallina)Se si raffredda una massa fusa contenente due o più metalli miscibili è possibile ottenere un materiale amorfo, cioè un VETRO METALLICO poiché le leghe cristallizzano più difficilmente rispetto ad un metallo puro. Nel 1960 Duwez ottenne i primi vetri metallici. Esempio di composizione di vetri metallici: Ni63Pd17P20 e Pd78Cu6Si16, Nb40-60Ni60-40.

NUOVI MATERIALI – METALLI AMORFINUOVI MATERIALI – METALLI AMORFI

La velocità di raffreddamento elevata (105 °C/s) si realizza dirigendo un getto di metallo fuso sopra un rullo di rame rotante raffreddato all’interno. Il prodotto è un nastro che somiglia ad una lega ordinaria.

I vetri metallici sono duttili e presentano una resistenza alla tensione 3 volte maggiore di quella dell’acciaio.

I vetri metallici hanno già diverse applicazioni industriali nelle costruzioni aeronautiche.


Ni-P


http://www.materialstoday.com/pdfs_7_3/telford.pdf


Il kevlar,(1965 - Dupont) è una fibra sintetica polimerica, che a parità di peso è 5 volte più resistente dell'acciaio. Il kevlar viene utilizzato per la costruzione di giubbotti antiproiettile, di attrezzature per gli sport estremi, di componenti per gli aeromobili.

La resistenza alla penetrazione è valida contro i proiettili, meno contro le baionette e i coltelli. La combinazione kevlar-leghe di alluminio o titanio, è usata anche in aeronautica.Il kevlar è anche il materiale di cui è fatto il costume di Batman, sia nei fumetti, sia nel film Batman Begins.

NUOVI MATERIALI – POLIMERI INTELLIGENTINUOVI MATERIALI – POLIMERI INTELLIGENTI

BIOPOLIMERI RIASSORBIBILI:Il primo polimero di sintesi impiegato per l’ingegneria tissutale è stato un copolimero di acido lattico e acido glicolico.Esso è dotato di buone caratteristiche meccaniche, biocompatibilitàe biodegradabilità.Polimeri derivati dall’acido poliglicolico sono stati utilizzati già negli anni ’70 come materiali per sutura, chiodi, viti, placche, come mezzi per il rilascio controllato di farmaci e come supporti artificiali temporanei per la crescita di tessuti.Dalla fine degli anni ’90 viene utilizzato per la correzione delle lipodistrofie e più di recente è stato introdotto in medicina estetica come filler a lunga durata d’azione.

NUOVI MATERIALI – POLIMERI INTELLIGENTINUOVI MATERIALI – POLIMERI INTELLIGENTI

I nanotubi di carbonio sono strutture basate sui fullereni che consistono di cilindri di grafene. Furono scoperti nel 1991 da S. Iijima quasi per caso, durante la sintesi di fullereni per evaporazione ad arco.

Molecola di Fullerene (C60)

Nanotubi di carbonio

NUOVI MATERIALI – NANOMATERIALINUOVI MATERIALI – NANOMATERIALI

A cosa serviranno i nanotubi?A cosa serviranno i nanotubi?

ProprietàDimensioni: 0.6-1.8 nm (tubi singoli)Resistenza: oltre 20 volte più del migliore acciaioFlessibilità: molto superiore alle fibre di carbonioElettricità: conducono fino a 1000 volte più del rameStabilità: resistono fino a 2800°CCosti: 150 volte più dell’oro

Future applicazioniNanocircuiti: autoaggregazione per formare circuiti 100 volte più piccoli di quelli attualiSonde chimiche: per scansionare le molecoleMuscoli artificiali: 100 volte più forti di quelli umaniNanopinze: per afferrare le molecoleNanobilance: per pesare gli atomiCelle a combustibile: per immagazzinare idrogeno

NANOTRANSISTOR NEC: 5 nm (18 volte più piccolo

di quelli ora in produzione)

1 cm2 di silicio potrà ospitare 40 miliardi di nanotransistor, 150 volte più del numero attuale. Un transistor 20 mila volte più sottile di un capello

OROOROMOLECOLA

SiO2Piridina + Co + S

NUOVI MATERIALI – NANOELETTRONICANUOVI MATERIALI – NANOELETTRONICA

L'aerogel è una sostanza allo stato solido simile al gel nella quale il componente liquido è sostituito con gas. Il risultato è una schiuma solida con parecchie proprietà particolari (sistema solido-gas).

Anche la meringa è un aerogelAnche la meringa è un aerogel

diversi tipi di Aerogel.

L'aerogel di SiO2 sostanza solida meno densa conosciuta; composta dal 99,8% di aria e dal 0,2% di SiO2 diossido di silicio (silice), il principale componente del vetro. 1000 volte meno denso del vetro, ottimo isolante termico, presenta un’ottima resistenza meccanica.

Aerogel

Nanoparticelle di oro per i nuovi catalizzatori

L'oro contro i cattivi odori: I catalizzatori a nanoparticelle d’oro vengono

ora testati come dispositivi per l’eliminazione dei cattivi odori. Nei piccoli

impianti di climatizzazione come quelli delle automobili possono

impedire la formazione degli odori generati dai batteri presenti nel

sistema. In Giappone sono già utilizzati nei gabinetti.

2 nm2 nmImmagine HRTEM

BioceramiciBioceramiciTra i materiali nuovi vanno ricordati i bioceramici che possono essere ossidi, come allumina (Al2O3), zirconia (ZrO2), vetri bioattivi ricoprenti di protesi metalliche. biocompatibilità, cioè la capacità di non provocare il rigetto dell’impianto.

Primi impianti protesici materiali naturali come avorio, corallo, metalli e legno. Solo in tempi molto recenti la tecnologia delle polveri (sinterizzazione) ha permesso di mettere a punto questi materiali

NUOVI MATERIALI – BIOCERAMICINUOVI MATERIALI – BIOCERAMICI

Classificazione per tipologia

Classificazione per tipologia

Metallici: formati prevalentemente da metalli e leghe metalliche (Al, Acciaio, ottone)

Polimerici: plastiche sintetiche (PET,PVC) o fibre naturali (cotone, cellulosa,…)

Ceramici o Vetrosi: Sono formati da atomi come Si, Al, Ti, Zr, N, C combinati con ossigeno e talvolta metalli del primo o secondo gruppo.

La combinazione di due o più tipologie dà origine ad un materiale composito

TIPOLOGIE DI MATERIALITIPOLOGIE DI MATERIALI

Le tre classi di materiali distinti sulla base di esempi dei tre tipi e loro combinazioni per formare materiali compositi

http://matse1.mse.uiuc.edu/

PROPRIETA’ DEI MATERIALI

PROPRIETA’ DEI MATERIALI

PROPRIETA’:Forniscono indicazioni riguardanti le attitudini che hanno i materiali a lasciarsi trasformare od a resistere agli sforzi esterni• CHIMICHE

• FISICHE

• MECCANICHE

• TECNOLOGICHE

• MAGNETICHE

PROPRIETA’

magnetichechimiche meccaniche tecnologichefisiche

Tra le quali:

-DENSITA’

-Dilatazione termica

-Capacità termica massica (calore specifico)

-Conducibilità termica

-Conducibilità elettrica

Riguardano i fenomeni che si producono fra il materiale in considerazione e l’ambiente in cui esso è posto

Struttura: (cristallizzazione, difetti)

Reattività: (corrosione, ossidazione, …)

Indicano l’attitudine di un materiale a resistere alle sollecitazioni esterne che tendono a deformarlo

SOLLECITAZIONI

•Statiche

•Dinamiche

•A fatica

DEFORMAZIONI

•Elastiche

•Permanenti

Indicano l’attitudine di un materiale ad essere lavorato in un dato modo

Si distinguono:

-Plasticità

-Duttilità

-Malleabilità

-Fusibilità

-Saldabilità

-Truciolabilità

-Temprabilità

Indicano l’attitudine dei materiali metallici, posti in un campo magnetico, a modificare le proprietà del campo stesso.

Sensibilità magnetica

-Paramagnetici (insensibile, ma rafforza il campo, sono debolmente attratti. Es. Alluminio, Cromo)

-Ferromagnetici (molto sensibili, molto attratti. Es. ferro, acciai e ghise)

-Diamagnetici (insensibili, indeboliscono il campo, sono respinti Es.oro)

Si riferiscono alle caratteristiche generali della materia

Proprietà fisicheProprietà fisiche

La temperatura di fusione ( o punto di fusione )

La temperatura di fusione è la temperatura alla quale un materiale comincia a passare dallo stato solido allo stato liquido.

La temperatura di fusione di un metallo/materiale puro è costante

Dipende dalla struttura chimica (sostanza metallica – ionica – reticolare, generalmente Tfus elevata; sostanza molecolare Tfus bassa)


Alcuni punti di fusione di materiali (°C) Carburo di afnio HfC 4150 Carbonio C 3500 Tungsteno W 3460 Carburo di titanio TiC 3120 Ossido di magnesio MgO 2798 Biossido di zirconio ZrO2 2750 Carburo di silicio SiC 2500 Titanio Ti 2070 Ossido di alluminio Al2O3 2050 Ferro Fe 1535 Oro Au 1067 Alluminio Al 660 Piombo Pb 327


La densità (massa volumica) Si definisce DENSITA’ o massa volumica il rapporto

fra la massa di un corpo e il suo volume. δ=m/V [δ]si = Kg/m3 Ci indica la leggerezza del materiale

δ OSMIO = 22400 δ ACCIAIO = 7800 δ ALLUMINIO = 2700 δ MAGNESIO = 1740 δ ACQUA = 1000 δ LITIO = 535


Conducibilità elettrica Attitudine di un materiale a trasmettere la corrente elettrica solitamente misuriamo la Resistenza elettrica: R=1/C Legge di Ohm:

ρ ACCIAIO = 2*10-7 Ω*m ρ RAME = 1,73*10-8 Ω*m

)(][ ohmRA

lR SI


• Può essere lineare, superficiale o volumetrica

• α è il coefficiente di dilatazione lineare

• alcuni valori per i materiali più comuni in (K−1)Acciaio 12*10-6 Alluminio 24*10-6

Oro 14,32*10-6 Silicio 3*10-6

Tungsteno 4,5*10-6 SuperInvar (Fe/Ni/Cr) 8*10-8


Trasmissione del calore per conduzione - Legge di Fourier

q -

Potenza termica kcal/h oppure W

k -

Conducibilità termica kcal/hm°C oppure W/m°C

L -

Spessore parete m

Tc -

Temperatura lato caldo °C

Tf -

Temperatura lato freddo °C

Trasmissione del calore per conduzione - Legge di Fourier

q - Potenza termica W

k - Conducibilità termica W/m°C

A - Superficie parete m²

L - Spessore parete m

Tc - Temperatura lato caldo °C

Tf - Temperatura lato freddo °C


Acciaio 60

Rame 380

Alluminio 200

Vetro 0,8

Vetro acrilico (Plexiglas) 0,19

Guaine di polietilene, bitume, ecc. 0,26

Acciaio Ni-Cr inossidabile 13

Legno di conifere – flusso di calore trasversale alla fibra

0,13

Legno di conifere – flusso di calore lungo la fibra 0,22

Legno di latifoglie 0,18

k per alcuni materiali (W/m*°C)

Proprietà chimicheProprietà chimiche

Le proprietà chimiche esaminano le seguenti caratteristiche:

Struttura (natura dei legami esistenti tra gli atomi e disposizione delle particelle, cristallina o amorfa)

Comportamento

(reattività del materiale alla corrosione, ossidazione e ad altri aggressivi chimici)

Proprietà chimiche - Proprietà chimiche - strutturalistrutturali

La maggior parte delle proprietà chimiche, fisiche, tecnologiche e meccaniche dipende dalla struttura del materiale• cristallinità: il materiale può essere cristallino o amorfo; nel secondo caso può essere considerato un fluido molto viscoso• lo stesso materiale, ottenuto come solido amorfo rispetto al cristallino risulta meno fragile, più malleabile, meno duro…


Isotropia: Un materiale può essere isotropo o anisotropo; si dice isotropo se ha le stesse proprietà in tutte le direzioni; Es. di materiali ANISOTROPI: Grafite Legno


tipologia di reticoloLe particelle (atomi nelle sost. Metalliche, ioni nelle Ioniche, molecole nelle Molecolari) si ordinano per formare un reticolo cristallino; Dipende dalle forze inter-particelle e dalle dimensioni delle stesse;Genera una serie di proprietà (durezza, malleabilità…)


DifettiNella trasformazione liquido-solido, si verificano due stati distinti: la Nucleazione, che porta alla comparsa di piccolissimi germi cristallini nel liquido; nel secondo si osserva l’Accrescimento dei nuclei precedentemente formatisi, fino a diventare dei cristalli che formano il solido cristallino

Bordi di grano (ingrandimento 1:1000)


DifettiSolidificazione i reticoli dei grani si orientano in tutte le direzioni. I metalli resistono in modo uguale in ogni direzione. (isotropi)

Orientamento cambiato attraverso determinate lavorazioni. La resistenza varia secondo le direzioni di sollecitazione. (anisotropi)

la formazione dei centri di cristallizzazione dipende dalla velocità di raffreddamento; In generale si può affermare che:• un raffreddamento veloce porta alla formazione di grani piccoli• un raffreddamento lento porta alla formazione di grani grossi

I metalli con grani piccoli hanno generalmente caratteristiche migliori di quelli a grani grossi.

Nei cristalli si manifestano difetti: vacanze, sostituzioni

Proprietà chimiche - Proprietà chimiche - comportamentocomportamento

Resistenza a:• Corrosione

•da agenti atmosferici•Galvanica •da aggressivi chimici

• OssidazionePropensione a trattamenti quali:• Fosfatizzazione• Decappaggio• …

Proprietà meccaniche

Indicano la resistenza di un materiale alle sollecitazioni esterne che tendono a deformarlo. Mettono in evidenza il comportamento dei materiali quando sono sottoposti alle sollecitazioni d’impiego.

Ogni sollecitazione è prodotta da una forza che tende a modificare il materiale

Tipologie di forze statica (quando la forza è applicata

gradualmente in maniera crescente, da zero fino al suo valore massimo, per un tempo variabile)

dinamica (quando la forza è applicata in brevissimo tempo, quasi istantaneo (urto))

Periodica (quando il materiale è sottoposto ad una successione di sollecitazioni dinamiche, ripetitive)

Attriti (materiale sollecitato da una forza radente o volvente)


AD OGNI SOLLECITAZIONE CORRISPONDE SEMPRE UNA DEFORMAZIONE

• Elastica: quando, togliendo il carico, il materiale riprende la forma e le dimensioni primitive

• Plastica o Permanente: quando, togliendo il carico, il materiale non torna più a forma e dimensioni reali.


Prove meccaniche

Le proprietà meccaniche di un materiale si individuano attraverso appropriate prove meccaniche.

Generalmente tali prove sono distruttive in quanto causano la rottura del provino od il danneggiamento del pezzo su cui esse sono effettuate.

Le prove meccaniche più significative testano: Resilienza Resistenza alla deformazione Durezza Resistenza alla fatica Resistenza all’usura

Prova di resilienza

determina la resistenza agli urti (resilienza).pendolo di Charpysollecitazione dinamica. prova in tutti i casi distruttiva

Lo strumento è costituito da una mazza che viene lasciata cadere dall’altezza “H”. quando la mazza colpisce il provino raggiunge la posizione “h”. La resilienza (K) è il lavoro fatto per rompere il provino per unità di sezione

DATI TECNICI:

• Massa della mazza M = 19,7 (Kgm)

• Altezza H = 1,52 (m)

• Energia potenziale Ep = 300 (J)

• Velocità sul provino v = 5 (m/s)

2m

JK

A

mghmgHK

Dopo aver effettuato la prova col pendolo di Charpy il provino può presentare queste due differenti sezioni, in base alla tenacità dello stesso.

(Materiale fragile)(Materiale duttile)

I materiali fragili (grana grossa) presentano una frattura piana, netta e lucente; questo è dovuto dalla decoesione dei cristalli; la rottura avviene cioè per distacco, senza deformazioni apprezzabili.

I materiali tenaci (grana fine) si rompono per deformazione plastica e presentano una sezione di rottura deformata avente un aspetto fibroso.

Prova di resilienza

Temperatura [°C]

Re

sil

ien

za [

J/c

m2 ]

Resilienza in funzione della temperatura

Questo ci permette di affermare che man mano che diminuisce la temperatura d’esercizio della prova anche il valore della resistenza agli urti diminuisce seguendo la curva a lato.

A destra si ha la zona a rottura “duttile”, a sinistra la zona a rottura “fragile”. Al centro è la “temperatura di transizione”.

Se eseguiamo la prova di resilienza su una provetta a temperatura decrescente, notiamo l’andamento della resilienza come nella

figura sotto.

Prova di trazione

Prova di trazione prova meccanica più importante

prova distruttiva

Si ottiene un grafico Carico- Allungamento

La norma UNI EN 10002 indica che la prova, a temperatura costante, consiste nel sottoporre una provetta ad un carico di trazione applicato con una certa velocità d’incremento (circa 10 N/s) fino a provocarne la rottura, allo scopo di determinare le caratteristiche di: RESISTENZA, ELASTICITÁ, DEFORMABILITÁ.

Provini Il prelievo dei campioni (saggi) e la preparazione delle provette devono avvenire secondo procedure unificate

I provini utilizzati per la prova di trazione possono essere di due tipi: provini corti e provini lunghi.

L’allungamento percentuale risulterà:

A% = (Lu – L0/s0)*100

Dove Lu è la lunghezza finale del provino, supponendo di ricongiungere i due spezzoni del provino dopo la rottura.

(Provino prova di trazione UNI 556)

Il diagramma di Hooke è il risultato della prova;y = carico (N); x = allungamento %,

si individuano vari campi “regimi”•Regime di elasticità e proporzionalità OA: il carico determina un proporzionale allungamento; deformazioni elastiche (dopo l’eliminazione della forza la provetta riacquista le dimensioni iniziali)•Il punto A del diagramma rappresenta il “carico al limite di proporzionalità” Flp, carico oltre il quale cessa la proporzionalità tra il carico e l’allungamento della provetta.

Carichi / allungamenti(diagramma di Hooke)

•elasto-plasticità AC: deformazioni non più direttamente proporzionali ai carichi. La provetta si allunga, gli allungamenti aumentano in modo più rapido rispetto all’aumentare del carico.

AB (sola elasticità), deformazioni permanenti sono trascurabili In questa fase non é rispettata la legge di HOOKE punto B del diagramma corrisponde il “carico al limite di elasticità” Fle, sotto il quale le deformazioni permanenti sono minime.

• elasto - plasticità BC se viene tolto il carico, l’allungamento si riduce ma la provetta non riprende le dimensioni iniziali in quanto rimangono impresse deformazioni plastiche (permanenti). • plasticità CD: si manifesta lo snervamento e la rottura della provetta. Il punto C è detto “carico di snervamento” Per i materiali duttili, raggiunto tale valore della forza, la provetta subisce un sensibile allungamento anche se non cresce la forza.

tratto CD: irregolarità dovute alla natura del materiale (alla sua struttura cristallina, difetti…) FeH é detto carico di snervamento superiore. FeI é detto carico di snervamento inferiore.

La fase di snervamento non compare nei materiali fragili come le ghise e negli acciai duri, che hanno elevata percentuale di carbonio. Questi materiali pervengono alla rottura senza passare attraverso la fase di snervamento.

Prova di durezzaLa durezza è comunemente intesa come la resistenza di un materiale a lasciarsi penetrare da un corpo più duro. Su tale principio si basano le prove di durezza:

• Brinell

• Rockwell

• Vickers

Nelle leghe metalliche la durezza aumenta a causa dell’INCRUDIMENTO dovuto alle lavorazioni a freddo, a causa delle tensioni interne provocate ancora dalle lavorazioni meccaniche o da alcuni trattamenti termici. LA DUREZZA DIPENDE DALLA STRUTTURA CRISTALLINA DEL MATERIALE E DALLA SUA ELASTICITÁ.

Questa prova è, quasi sempre, una prova non distruttiva; talvolta però l’impronta lasciata dal penetratore rende l’oggetto inutilizzabile.

Si possono distinguere due tipi di prova:

• Prove di macrodurezza (il carico applicato supera i 10 N)

• Prove di microdurezza (il carico applicato è inferiore ai 10 N)

Prove di penetrazione mediante un carico (F) risultato lunghezza media o la profondità dell’impronta lasciata dopo aver tolto il carico.

Il penetratore cambia in base alla prova che si effettua; i carichi applicati invece dipendono dal tipo di materiale preso in esame oltre che dal penetratore.

1. Brinell: penetratore a forma di sfera d’acciaio temprato (misurazione del diametro dell’impronta)

2. Rockwell: tipo B sfera d’acciaio (rilevazione della profondità); tipo C penetratore a forma di cono di diamante (rilevazione della profondità)

3. Vickers: penetratore a forma di piramide di diamante (misurazione della diagonale dell’impronta)

Penetratore Brinell

Penetratore Vickers

Penetratore Rockwell

Durezza Mohs È un criterio empirico per la valutazione della durezza

dei materiali. Essa assume come riferimento la durezza di dieci minerali numerati progressivamente da 1 a 10 e tali che ciascuno è in grado di scalfire quello che lo precede ed è scalfito da quello che lo segue.

Minerali di riferimento della scala di MohsTeneri (si scalfiscono con l'unghia)

1. Talco 2. Gesso

Semiduri (si rigano con una punta di acciaio) 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite

Duri (non si rigano con una punta di acciaio) 6. Ortoclasio 7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10. Diamante

Proprietà tecnologicheIndicano la minore o la maggiore attitudine di un materiale ad essere lavorato in un dato modo per la produzione dei pezzi meccanici e in genere tutti gli oggetti sia metallici che plastici

-Piegabilità

-Duttilità

- Malleabilità

- Piegabilità

- Fusibilità

- colabilità:

- Saldabilità

- Truciolabilità

- Temprabilità: attitudine di un materiale a subire trasformazioni cristalline tali da ottenere una struttura diversa. Cambiano le caratteristiche meccaniche e tecnologiche ( acciai con più dello 0,40% di carbonio).

Tecnologia meccanica Anno scolastico 2007/ 2008- Proprietà dei materiali -

Proprietà tecnologiche

Proprietà tecnologiche

La sinterizzabilità

E’ l’attitudine di alcuni materiali a compattarsi a partire da piccoli grani separati lavorando al di sotto della Tfus (generalmente T=2/3 Tfus) e ad alte pressioni

Tipologia dei materiali: m. metallici

Tipologia dei materiali: m. ceramici

Pottery

Brick

Electronics

Artificial Bones

Turbine Blades

Cutting Tools

Space Shuttle

Tiles

Ceramics

Conventional

Advanced

Tipologia dei materiali: m. plastici

la chimica e le nuove frontiere dei materiali corso di scienze e tecnologie applicate prof. panaroni...

Documents