proprieta` dei materiali

PROPRIETA’ DEI MATERIALI
Tutti i materiali sono caratterizzati da caratteristiche o proprietà particolari che ne influenzano l’uso.
La conoscenza di queste proprietà, permette di utilizzare il materiale più idoneo per raggiungere lo
scopo e l’impiego voluto.
Quindi, si può affermare, che la scelta di un materiale dipende dalle sue proprietà, che si possono
distinguere nelle seguenti:
•
•
•
•
PROPRIETA’ CHIMICHE
PROPRIETA’ FISICHE
PROPRIETA’ MECCANICHE
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
PROPRIETA’ CHIMICHE
Le proprietà chimiche riguardano la composizione chimica dei metalli e della loro struttura interna
(distribuzione atomica, struttura cristallina,) ed il comportamento a contatto con gli acidi, con l’aria,
con l’acqua ecc.
PROPRIETA’ FISICHE
Le proprieta fisiche di un materiale si riferiscono alle sue caratteristiche generali, in relazione agli
agenti esterni, quali il calore, la gravità, l’elettricità, ecc.
PROPRIETA’ MECCANICHE
Le proprietà meccaniche riguardano la capacità dei materiali di resistere all’azione di forze o
sollecitazioni esterne (pressione, urti, trazioni, ecc.)
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
Le proprietà tecnologiche mostranol’attitudine dei materiali a subire varie lavorazioni con cui
vengono prodotti pezzi meccanici.
Le proprietà di un materiale possono essere scomposte in altre sottoproprietà che vanno a caratterizzare
il comportamento dello stesso materiale in base all’uso che ne viene fatto.
La tabella che segue riassume tutte le proprietà e sottoproprietà di un materiale e la loro importanza al
fine dell’uso quotidiano.
PhD ing. Gino Lopardo Pagina 1 TAB
BELLA
A PROP
PRIETA
A’ DEI MATER
M
RIALI
ANALIISI DI AL
LCUNI ASPETT
TI DELL
LE DIVERSE P
PROPRIETA’
Proprietà chimich
he
A. ressistenza allla corrosioone: è la caapacità chee ha un maateriale a nnon dar luoogo a reaziioni
chim
miche a conntatto con gli
g elementi presenti neell’ambientee. La corrossione dei meetalli compoorta
la disgregazion
d
ne della loro
o struttura cristallina
c
a causa di prrocessi chim
mici.
Traa i metodi più diffussi di protezione dallaa corrosionne ricordiam
mo la zinccatura, sia per
imm
mersione a caldo
c
che ellettrolitica, la verniciattura ed i rivestimenti coon materialee plastico
B. Tosssicità : dippende dalla possibilità
p
c esso ha di formare prodotti noocivi quando
che
o reagisce ccon
l’arria o con l’aacqua.
Il piombo
p
ad eesempio è paarticolarmente pericolooso per la saalute, infattii gli ossidi di
d piombo, se
s
inggeriti, possonno provocarre gravi dan
nni.
Le pentole in rame, a con
ntatto con glli acidi della frutta o coon l’aceto foormano il verderame, che
c
ossico.
è to
Proprietà fisiche : Ai fini delllo studio deella Scienze e Tecnologgie Applicatte, le più im
mportanti sonno:
- Massa voolumica
- Dilatazione termica
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o Pagin
na 2 - Calore specifico
- Conducibilità termica
- Conducibilità elettrica
- Punto di fusione
Massa volumica: E’ il rapporto tra la massa di un corpo omogeneo ed il suo volume:
ρ= M / V [kg/m3]
Dilatazione termica: esprime le variazioni di volume di un corpo solido, non soggetto a sollecitazioni
meccaniche sensibili, per effetto di variazioni di temperatura.
La dilatazione può essere:
- lineare (una dimensione prevalente come nei fili e nelle barre)
- superficiale (due dimensioni prevalenti come nelle lamiere)
- volumetrica (tre dimensioni prevalenti come nei solidi in genere)
Prendendo in considerazione solo il caso della dilatazione lineare, un corpo metallico rettilineo di
lunghezza L0, in seguito ad un aumento di temperatura ΔT, subisce un allungamento ΔL dato da:
ΔL = αl · L0 · ΔT [m]
dove αl rappresenta il coefficiente di dilatazione termica lineare (si ricava sperimentalmente).
Il coefficiente di dilatazione termica lineare indica l’allungamento subito da un solido lungo 1 metro
per effetto dell’aumento di temperatura di 1 grado centigrado (o di 1 Kelvin).
Di questo fenomeno bisogna tener conto in tutti gli accoppiamenti dove entrano in gioco elevate
temperature
Calore specifico: è la quantità di calore che occorre fornire ad 1 kg di materiale, per aumentare la
temperatura di 1 °C.
Q = Cm · ΔT · M [J]
dove Cm misurato in [J / (kg · K)] rappresentail “calore specifico”, Q la quantità di calore fornita al
materiale, ΔT l’aumento di temperatura ed M la massa.
Conducibilità termica : indica l’attitudine di un materiale a trasmettere il calore. Ciò si verifica
all’interno di un corpo tra punti a diversa temperatura.
Attraverso una lastra di Superficie S e di spessore s, tra le cui facce
esiste una differenza di temperatura ΔT, nel tempo t passa una
quantità di calore Q dato dalla relazione:
Q = (kt · S · ΔT · t) / s [J]
dove kt misurato in [(J / m · °C) · s] é il coefficiente di conducibilità
termica.
PhD ing. Gino Lopardo Pagina 3 Conducibiilità elettricca: esprimee l’attitudinee di un mateeriale a trasm
mettere la ccorrente eletttrica.
La resisten
nza che un cconduttore oppone
o
al paassaggio deella correntee elettrica è direttamentte
proporzion
nale alla lun
nghezza L del conduttorre stesso ed
d inversamen
nte proporzzionale alla sua sezionee
trasversalee S:
R = ρ · L/S [Ω]
dove ρ = R · S/L è la resistività,
r
c la resisstenza offerrta da un coonduttore aavente sezion
cioè
ne e
lunghezza unitaria
L’inverso della
d
resisteenza esprim
me la conduccibilità elettrrica del matteriale:
Ce = 1/R
R
Punto di fusione:
f
è laa temperatu
ura alla quale un materiale cominciia a passare dallo stato solido allo
stato liquid
do.
Nei metallii puri e in alcune
a
leghee la fusione (e la solidifficazione) avvengono
a
a temperaturra costante.
Proprietà meccan
niche
Per proprieetà meccaniica si intend
de l’attitudin
ne dei materriali a resisttere a solleccitazioni esterne
che tendon
no a deformaarli. Per detterminarle si
s ricorre a pprove di lab
boratorio, tuutte effettuatte con
procedimen
nti unificatii dalla norm
mativa europ
pea EN UNII.
Le principaali sono:
a) resisten
nza meccan
nica
b) durezzaa
c) resilienzza
d) usura
La resisten
nza meccan
nica è la cap
pacità di un
n materiale di
d sopportarre sollecitazzioni esternee che tendon
no
a romperlo
o o deformarrlo.
Si possono
o avere solleecitazioni sttatiche o din
namiche, quuelle statiche, sono appplicate gradu
ualmente neel
tempo men
ntre quelle dinamiche
d
s
sono
applicaate in un tem
mpo molto breve.
b
Per le solleecitazioni sttatiche possiamo dare la
l seguente suddivision
ne:
• resiistenza a traazione o coompression
ne
• resiistenza a fleessione
• resiistenza al taaglio
• resiistenza a torsione
• pro
ova di durezzza (Brinelll, Vickers, Rockwell)
R
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o Pagin
na 4 Trazione o compressione
Il corpo subisce uno sforzo di trazione e/o compressione quando le forze esterne applicate sono
parallele alle fibre assiali. C’è trazione quando le forze tendono ad allungare le fibre, viceversa se c’è
compressione.
Flessione
Si ha invece sforzo di flessione quando le forze esterne agenti ridotte ad una coppia di forze. Con
coppia indichiamo due forze uguali ed opposte agenti su rette d’azione diverse e parallele, distanti fra
loro da una grandezza detta braccio.
Taglio
Il provino si taglia quando le forze applicate, opposte tra loro si riducono ad un'unica risultante, il tutto
in una sezione trasversale passante per il baricentro del pezzo.
Torsione
Il provino è sollecitato a sforzo di torsione se le sezioni trasversali rispetto l’asse
saranno soggette a rotazione
Durezza
La durezza rappresenta la capacità di un materiale di resistere alla penetrazione da parte di un altro
materiale più duro.
PhD ing. Gino Lopardo Pagina 5 Le misure di durezza più usate in campo tecnologico si ottengono con le prove di:
Durezza Brinell (penetratore sferico);
Durezza Vickers (penetratore a piramide);
Durezza Rockwell (penetratore a sfera o cono)
Quando il materiale è sottoposto a sollecitazioni dinamiche abbiamo le seguenti prove:
Resilienza
È la resistenza che un materiale oppone ad una sollecitazione impulsiva, come un urto.
Usura
Possiamo definirla una forma di logoramento da parte del materiale, cioè la perdita di materiale per
distacco di particelle, che si manifesta quando organi meccanici in movimento sono a contatto tra loro.
Quando un componente meccanico è sottoposto ad una serie di sollecitazioni dinamiche si ha una
forma di usura causata da una sollecitazione a fatica. Le sollecitazioni periodiche affaticano il
materiale fino a portarlo alla rottura. Per esempio se si flette in continuazione un filo di acciaio sempre
con le stesse forze dopo un arco di tempo il filo si rompe.
Il limite di resistenza a fatica di un materiale è più piccolo del limite di resistenza dinamica che a sua
volta è più piccolo del limite di resistenza statica. Possiamo scrivere:
Rsollecitazione a fatica < Rsollecitazione dinamica < Rsollecitazione statica
Il simbolo” < “equivale a dire “minore”
PhD ing. Gino Lopardo Pagina 6 Proprietà tecnologgiche
Le propriettà tecnologiiche definisscono l’attitu
udine dei materiali a deeterminate lavorazioni,, di cui le
principali sono:
s
a) Colabiliità
b) duttilitàà (trafilabiliità)
c) malleab
bilità
d) estrudib
bilità
e) piegabillità
f) imbutib
bilità
g) saldabillità
h) tempraabilità
i) truciolab
bilità ecc.
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o Pagin
na 7 Colabilità : è l’attituddine di un metallo
m
allo stato
s
liquido
o, a riempirre bene la foorma in cui è versato,
producendo prodotti pprivi di difettti.
Materiali colabili:
c
- gh
hisa, zinco, piombo, brronzo.
Materiali non
n colabilii: - acciai ( rimangono
r
t
a di fusione)
allo stato pastoso alla temperatura
Duttilità : è l’attitudinne di un maateriale a lassciarsi trasfoormare in fiili sottili.
Materiali duttili:
d
- accciai con carb
bonio a perccentuale miinore del 0,3
3%; metallii nobili, ram
me, ottone,
alluminio, piombo.
Materiali non
n duttili: - ghisa
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o Pagin
na 8 Malleabiliità : è l’attittudine di un
n materiale a lasciarsi trrasformare in
i lamine soottili.
Materiali malleabili:
m
- acciai a baasso tenore di carbonioo, metalli no
obili, stagnoo, leghe legg
gere.
Materiali non
n malleab
bili: - piomb
bo
Estrudibillità : è l’atttitudine di un materiaale ad assu
umere una determinata
d
a geometriaa della seziione
quando siaa spinto attraaverso un fo
oro opportu
unamente saagomato di una
u matricee.
Materiali estrudibili:
e
- acciai a basso tenore di carbonioo, leghe legg
gere.
Materiali non
n estrudiibili: - ghisaa.
Piegabilitàà : è l’attitudine di un materiale
m
a lasciarsi
l
pieegare senza difficoltà.
Materiali pieghevoli:
p
- acciai a baasso tenore di carbonio
o, leghe legg
gere.
Materiali non
n pieghevvoli: - ghisaa, acciai tem
mprati.
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o Pagin
na 9 Imbutibiliità : è l’attittudine di un
n materiale già
g prodotto
o in lamieraa, a lasciarsi formare a freddo
f
per
ottenere co
orpi cavi, coome recipien
nti.
Materiali im
mbutibili: - acciai con
n basso teno
ore di carbonnio, acciai inox, rame, ottone, allu
uminio,
piombo.
n imbutib
bili: - ghisaa
Materiali non
Saldabilitàà : è l’attitu
udine di un materiale
m
ad
d unirsi con un altro di uguale o diiverso materriale, mediaante
fusione.
s
- acciai
a
, legh
he metallich
he.
Materiali saldabili:
Materiali poco
p
saldab
bili: - ghisa,, bronzo.
PhD ing. Gino Lopardo
o Paginaa 10 Temprabiilità : è la caapacità che hanno i meetalli e le leg
ghe metallicche di cambbiare la prop
pria strutturaa
interna a seeguito di risscaldamento
o seguito daa raffreddam
mento.
Materiali temprabili:
t
- metalli no
obili, rame, ottone, allu
uminio, piom
mbo.
Materiali non
n tempraabili: - acciaai con carbo
onio< 0,3%;;
Truciolabilità : è l’atttitudine di un
u materialee a subire laavorazione con
c asportaazione di tru
uciolo,
mediante utensili
u
da taaglio.
: - acciai al piombo,ghiise grigie, bbronzi e legh
Materiali truciolabili
t
he leggere.
Materiali non
n truciolaabili: - ghissa bianca, accciai tempraati.
PhD ing. Gino Lopardo
o Paginaa 11