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Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI FERRO (Fe) Il ferro è presente in natura nei cosiddetti minerali ferrosi (silice, argilla,

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1 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI FERRO (Fe) Il ferro è presente in natura nei cosiddetti minerali ferrosi (silice, argilla, quarzo, ardesia, calcare). È un materiale duttile e malleabile, facilmente lavorabile sia per asportazione di truciolo sia per deformazione plastica ma la sua resistenza meccanica è molto bassa. Resiste poco al calore e alla corrosione, infatti si combina facilmente con l’ossigeno con il quale forma l’ossido di ferro chiamato comunemente ruggine. Alcune caratteristiche del ferro sono: Densità (massa volumica) kg/dmc Temperatura di fusione °C Resistenza a trazione … ÷ 300 N/mmq Durezza Brinnel … ÷ 80 HB

2 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI ACCIAIO Con il termine acciaio si intende una lega di ferro e carbonio che presenta elevata resistenza a trazione e compressione, buona resilienza, ottima lavorabilità, sia per deformazione plastica che alle macchine utensili, ottima saldabilità. Le proprietà degli acciai sono variabili e dipendono da molti fattori tra i quali; percentuale di carbonio, processo di produzione, trattamenti termici, presenza e percentuali di altri elementi di lega. Gli acciai possono essere classificati in base all’impiego cui sono destinati, le tipologie più comuni sono: Acciai per usi generali – Acciai da bonifica – Acciai da cementazione – Acciai inossidabili – Acciai per cuscinetti - Acciai per molle – Acciai per utensili

3 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI GHISA Con il termine ghisa si intende una lega di ferro e carbonio che presenta bassa elasticità e resilienza. È caratterizzata da ottima fusibilità e colabilità ed è lavorabile alle macchine utensili. Alcune caratteristiche della ghisa sono: Temperatura di fusione °C Resistenza a trazione ÷ 800 N/mmq Resistenza a compressione … ÷ 400 N/mmq Burezza Brinnel … ÷ 400 HB In base alla composizione chimica le ghise possono essere classificate in: Ghise bianche – Ghise grigie – Ghise malleabili

4 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI ALLUMINIO (Al) E LEGHE LEGGERE L’alluminio è diffusissimo sotto forma di composti che costituiscono circa l’8% della crosta terrestre e il minerale più usato per la produzione dell’alluminio è la Bauxite (dal nome della località francese Les Baux, dove fu scoperta nel 1821). L’alluminio può formare leghe con vari metalli quali: rame, magnesio, silicio, manganese e zinco, spesso sono presenti in piccole percentuali ferro, nichel, titanio, piombo e stagno. Le particolari caratteristiche dell’alluminio sono la leggerezza, alta conduttività termica e elettrica, insensibilità agli agenti atmosferici, buona plasticità sia a caldo che a freddo e buona fusibilità.

5 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI RAME (Cu) E LE SUE LEGHE Metallo molto diffuso in natura era conosciuto fin dall’antichità e viene ricavato da minerali come la cuprite e la calcopirite. È il migliore conduttore elettrico e del calore, ha una elevatissima resistenza alla corrosione e agli agenti atmosferici. Molto duttile e malleabile si presta bene a tutte le lavorazioni plastiche, tanto che può essere trafilato a freddo per produrre fili di diametro capillare. Le più importanti leghe di rame sono: OTTONE = lega costituita da Rame e Zinco BRONZO = lega costituita da Rame e Stagno

6 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI MAGNESIO (Mg) E LE SUE LEGHE È un metallo molto diffuso in natura si trova nelle rocce dolomitiche sotto forma di carbonati, silicati, cloruri e solfuri. Fonde a 650 °C ed è il più leggero tra i metalli industriali, forma leghe ultraleggere con l’alluminio, lo zinco e il manganese e proprio per la loro leggerezza e resistenza alla corrosione sono impiegate nelle costruzioni aeronautiche.

7 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI TITANIO (Ti) E LE SUE LEGHE È un metallo molto costoso, dotato di elevate caratteristiche meccaniche molto resistente al calore e alla corrosione. Si presta bene allo stampaggio sia a caldo che a freddo ed è lavorabile alle macchine utensili. Per le sue doti di resistenza agli agenti chimici e alle alte temperature trova impiego nelle costruzioni aeronautiche, missilistiche ed aerospaziali. Il titanio forma numerose leghe con alluminio, stagno, vanadio, cromo, molibdeno, zirconio.

8 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI MATERIE PLASTICHE Le materie plastiche non esistono in natura, vengono ottenute per mezzo di procedimenti chimici partendo da prodotti naturali. Attraverso opportune reazioni chimiche le molecole semplici degli elementi di base (carbonio, ossigeno, azoto, idrogeno, zolfo, cloro, ecc.) vengono combinati in complessi macromolecolari disposti in “catene” più o meno lunghe. Le proprietà delle materie plastiche sono: leggerezza, ottime capacità di isolamento termico ed elettrico, resistenza alla corrosione, ottima resistenza agli urti, facilità di lavorazione. Sono diffusamente impiegate in tutti i settori industriali: industria chimica, meccanica, automobilistica, aeronautica (pneumatici, allestimenti interni, componentistica).

9 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI LEGNO Il legno è un materiale naturale che vanta numerosi pregi tra i quali; leggerezza, economicità, facilità di lavorazione, buone proprietà meccaniche e tecnologiche, ottimo aspetto estetico. In passato è stato ampiamente usato nelle Costruzioni Aeronautiche. Abete, pino, larice, pioppo, quercia, castagno, faggio, betulla. … Costruzioni civili e industriali. Mogano, ebano, palissandro, ciliegio, noce, pero, olivo. … Ebanisteria, intarsio. Larice, quercia, teak. ….....Costruzioni navali e idrauliche. Abete, pino, larice, pioppo, noce, quercia, frassino, olmo, platano, faggio, cipresso. … Falegnameria. Noce, faggio, tiglio, ciliegio. … Torneria in legno. Faggio, abete, noce. … Modelli per fonderia.

10 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI MATERIALI COMPOSITI Si definiscono compositi quei materiali nei quali due o più componenti vengono combinati artificialmente per ottenere un materiale con proprietà particolari, diverse da quelle dei singoli componenti. Nei compositi le sostanze componenti sono fisicamente separate e distinguibili all’esame microscopico. Uno dei componenti svolge la funzione di matrice (metallica, ceramica, polimerica), nella quale sono dispersi dei sottili filamenti (whiskers) di materiale diverso, che fungono da rinforzo. Nell’industria aeronautica si utilizzano materiali compositi per parti strutturali di aeromobili, carrelli di atterraggio, parti di ala e fusoliera.

11 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI LEGHE A MEMORIA DI FORMA Questi materiali possono essere deformati ad una certa temperatura, ma quando vengono riscaldati o raffreddati, riprendono la loro forma originaria, come se ne avessero “memoria”, per questo vengono definiti “a memoria di forma” o SMA (dall’inglese Shape Memory Alloys). Le deformazioni completamente recuperabili sono dell’ordine del 10% e la memoria di forma si dice : “a una via” se il materiale presenta l’effetto memoria solo quando viene riscaldato; “a due vie” se l’effetto memoria funziona anche se il materiale viene raffreddato. In quest’ultimo caso però le deformazioni utili scendono al valore di circa il 3%.

12 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI PROPRIETA' FISICHE DENSITA' La densità o massa volumica è la massa dell’unità di volume di una sostanza, nel sistema internazionale (SI) si misura in [kg/m3], anche se comunemente si usa il [kg/dm3] CALORE SPECIFICO Rappresenta la quantità di calore che si deve fornire a 1 Kg dell’elemento considerato per aumentare di 1 °C la sua temperatura. Nel Sistema Internazionale l’unità di misura è il [J/kg °C]

13 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI CONDUTTIVITA' TERMICA Esprime la capacità di un materiale di condurre il calore, la conduttività termica è definita dalla quantità di calore in [J] che in 1 secondo attraversa perpendicolarmente il solido quando tra le due facce opposte c’è una differenza di temperatura di 1 °C. Nel Sistema Internazionale la conduttività termica si misura in [W/m °C].

14 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI DILATAZIONE TERMICA Un corpo di qualsiasi materiale quando viene riscaldato si dilata, di questo fenomeno si deve tener conto in tutti gli accoppiamenti meccanici. Per definire e quantificare la dilatazione termica dei materiali si utilizza il coefficiente di dilatazione lineare In pratica il coefficiente di dilatazione lineare definisce l’aumento di lunghezza subito da un pezzo di lunghezza unitaria quando la sua temperatura aumenta di 1 °C

15 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI TEMPERATURA DI FUSIONE È la temperatura alla quale un materiale, sottoposto all’azione del calore, passa dallo stato solido allo stato liquido. I metalli puri hanno una temperatura di fusione ben definita, che rimane costante durante la fusione, le leghe invece (salvo alcune eccezioni) fondono in un intervallo di temperatura che dipende dalla loro composizione chimica. Il calore necessario a un materiale per effettuare il completo passaggio dallo stato solido a quello liquido è definito calore latente di fusione.

16 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI RESISTIVITA' ELETTRICA Un corpo al quale si applica una tensione elettrica, oppone una certa resistenza al passaggio della corrente che dipende dalla sua sezione, dalla lunghezza e dalla sua resistività elettrica Quindi la resistività elettrica, tipica di ogni materiale, indica la resistenza di un conduttore rettilineo uniforme di lunghezza e sezione unitarie. Nel Sistema Internazionale si misura in [Ω m] ma per comodità di calcolo si utilizza [Ω mm2/m].

17 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI MAGNETISMO Rappresenta l’insieme dei fenomeni e delle leggi che descrivono il comportamento dei materiali in relazione ai campi magnetici. In base alla diversa sensibilità ai campi magnetici i metalli possono essere suddivisi in : PARAMAGNETICI MAGNETICI FERROMAGNETICI DIAMAGNETICI

18 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI PROPRIETA' CHIMICHE Definiscono il comportamento dei materiali con gli agenti chimici con cui sono in contatto. Ad esempio, per la resistenza alla corrosione e all’ossidazione si deve ricorrere a trattamenti o rivestimenti superficiali protettivi come verniciatura, cromatura, zincatura, brunitura ecc. Invece per le materie plastiche, un fattore fondamentale è la resistenza all’azione di idrocarburi, solventi, acidi. Molti materiali impiegati nell’arredamento interno di aerei ed elicotteri devono essere omologati, tenendo presente la loro infiammabilità e resistenza al fuoco, nonché la possibilità di emissione di fumi tossici in caso d’incendio.

19 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI PROPRIETA' STRUTTURALI I metalli hanno una struttura cristallina, cioè i loro atomi sono disposti in reticoli regolari e ordinati, ogni metallo ha una struttura atomica diversa da quella di un altro metallo e allo stato solido gli atomi formano sempre lo stesso tipo di reticolo cristallino composto da celle elementari. La maggior parte dei metalli è costituita da celle elementari appartenenti a tre tipi fondamentali: CUBICA A CORPO CENTRATO CUBICA A FACCE CENTRATE ESAGONALE COMPATTA

20 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Cella elementare - Cubica a corpo centrato Tipica dei metalli più duri (Tungsteno, Molibdeno, Ferro) è formata da 9 atomi di cui 8 disposti sui vertici di un cubo e 1 al centro del cubo stesso

21 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Cella elementare - Cubica a facce centrate Caratteristica dei metalli più duttili e dotati di buona conduttività termica ed elettrica (Rame, Alluminio, Oro, Argento, Ferro), è formata da 14 atomi, di cui 8 disposti sui vertici di un cubo e 6 al centro delle facce del cubo stesso

22 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Cella elementare - Esagonale compatta Tipica dei materiali fragili (Zinco, Magnesio), è costituita da 17 atomi, di cui 12 disposti ai vertici di un prisma esagonale, 2 ai centri delle basi, e 3 all’interno del prisma.

23 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Le leghe metalliche hanno cristalli costituiti da atomi di metalli diversi, oppure da atomi di elementi metallici e non metallici (acciaio), si possono distinguere cristalli di tre tipi fondamentali: CRISTALLI PURI CRISTALLI MISTI O DI SOLUZIONE SOLIDA CRISTALLI DI COMPOSTI INTERMETALLICI

24 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Lega di Cristalli puri I componenti della lega non sono solubili tra di loro né allo stato liquido né allo stato solido, coesistono 2 o più tipi di cristalli diversi, ognuno formato da atomi di uno solo dei componenti

25 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Lega di Cristalli misti o di soluzione solida I componenti della lega sono solubili tra di loro sia allo stato solido che liquido. In questa struttura uno dei componenti fa da solvente per l’altro per cui nei reticoli dei cristalli sono presenti entrambi i componenti

26 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Lega di Cristalli di composti intermetallici Derivano da combinazioni chimiche degli elementi di lega, ad esempio il carburo di ferro o cementite nella lega ferro carbonio Gli atomi dei vari composti si combinano tra loro sempre nella stessa proporzione: la lega è perciò formata da celle identiche tra loro e la disposizione di un elemento nel reticolo dell’altro è sempre regolare.

27 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI PROPRIETA' MECCANICHE Definiscono la capacità dei materiali di resistere all’azione di forze esterne tendenti a modificarne la forma e le dimensioni, queste forze possono essere applicate in vari modi e ogni materiale reagisce in modo diverso a ciascuna sollecitazione. Le proprietà meccaniche fondamentali sono: Resistenza meccanica: è la capacità di resistere alle sollecitazioni statiche di trazione, compressione, flessione, torsione e taglio. Resilienza: è la capacità di resistere a forze dinamiche di breve durata e forte intensità, cioè agli urti e agli strappi. Forza dinamica di breve durata e forte intensità

28 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI DUREZZA E' la capacità di resistere a forze concentrate applicate in zone puntiforme, esempio taglienti degli utensili che ovviamente devono avere una durezza superiore a quella del materiale in lavorazione. Lavorazione con utensile

29 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Resistenza all’usura Dipende dalla durezza e dalla rugosità delle superfici, interessa le parti in moto relativo che, a causa dell’attrito (strisciamento, rotolamento), sono soggette all’usura. È il caso delle guide di scorrimento delle macchine utensili, delle bronzine, dei cuscinetti, dei pistoni e dei cilindri nei motori a scoppio. Parti soggette ad usura (cilindro di un motore a scoppio)

30 Ing. Maurizio Bassani LOGISTICA - Capitolo 2 - Modulo 5 MATERIALI Resistenza a fatica E' la capacità di resistere a forze applicate in modo ripetitivo, che possono provocare la rottura di un materiale molto prima di una stessa forza di intensità e direzione costante. Sono soggetti a forze periodiche le bielle e gli alberi a gomito dei motori a scoppio, le molle e le valvole di distribuzione. In genere, gli organi dotati di moto alternativo, ma nelle costruzioni aeronautiche, la resistenza a fatica deve essere valutata per l'intera struttura del velivolo. Organo meccanico sollecitato a fatica (molla)


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