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LA CHIMICA E LE NUOVE FRONTIERE DEI MATERIALI Corso di Scienze e Tecnologie Applicate Prof. PANARONI A. ITIS E. Mattei - URBINO.

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1 LA CHIMICA E LE NUOVE FRONTIERE DEI MATERIALI Corso di Scienze e Tecnologie Applicate Prof. PANARONI A. ITIS E. Mattei - URBINO

2 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

3 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.

4 LA SCIENZA DEI MATERIALI LA SCIENZA DEI MATERIALI Le proprietà e lo sviluppo di nuovi materiali sono il campo delle scienze dei materiali. Nel decennio quando aumentò lesigenza di materiali ad alte prestazioni per aerei e per lelettronica 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.

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

6 Classificazione per ORIGINE

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

8 Classificazione per UTILIZZO

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

10 Classificazione in base alla COMPOSIZIONE

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

12 Classificazione per INNOVAZIONE

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

14 NUOVI MATERIALI - SUPERCONDUTTORI i) Materiali a resistenza elettrica nulla. H.Kammerling Onnes[1] 1911, mercurio raffreddato alla temperatura dellElio liquido (4.22K) presentava resistenza elettrica nulla, scoprì così la superconduttività.[1] 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 T c il superconduttore perde la sua proprietà. [1] Nobel nel 1913.[1]

15 NUOVI MATERIALI - SUPERCONDUTTORI

16 YBa 2 Cu 3 O 7

17 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 SUPERCONDUTTORI NUOVI MATERIALI - SUPERCONDUTTORI

18 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 - SEMICONDUTTORI

19 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: Ni 63 Pd 17 P 20 e Pd 78 Cu 6 Si 16, Nb Ni NUOVI MATERIALI – METALLI AMORFI

20 La velocità di raffreddamento elevata (10 5 °C/s) si realizza dirigendo un getto di metallo fuso sopra un rullo di rame rotante raffreddato allinterno. 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 dellacciaio. I vetri metallici hanno già diverse applicazioni industriali nelle costruzioni aeronautiche. NUOVI MATERIALI – METALLI AMORFI

21 Ni-P NUOVI MATERIALI – METALLI AMORFI

22 NUOVI MATERIALI – METALLI AMORFI

23 Il kevlar,( 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.Batman Batman Begins NUOVI MATERIALI – POLIMERI INTELLIGENTI

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25 BIOPOLIMERI RIASSORBIBILI: Il primo polimero di sintesi impiegato per lingegneria tissutale è stato un copolimero di acido lattico e acido glicolico. Esso è dotato di buone caratteristiche meccaniche, biocompatibilità e biodegradabilità. Polimeri derivati dallacido 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 dazione. NUOVI MATERIALI – POLIMERI INTELLIGENTI

26 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 (C 60 ) Nanotubi di carbonio NUOVI MATERIALI – NANOMATERIALI

27 A cosa serviranno i nanotubi? Proprietà Dimensioni: nm (tubi singoli) Resistenza: oltre 20 volte più del migliore acciaio Flessibilità: molto superiore alle fibre di carbonio Elettricità: conducono fino a 1000 volte più del rame Stabilità: resistono fino a 2800°C Costi: 150 volte più delloro Future applicazioni Nanocircuiti: autoaggregazione per formare circuiti 100 volte più piccoli di quelli attuali Sonde chimiche: per scansionare le molecole Muscoli artificiali: 100 volte più forti di quelli umani Nanopinze: per afferrare le molecole Nanobilance: per pesare gli atomi Celle a combustibile: per immagazzinare idrogeno

28 NANOTRANSISTOR NEC: 5 nm (18 volte più piccolo di quelli ora in produzione) 1 cm 2 di silicio potrà ospitare 40 miliardi di nanotransistor, 150 volte più del numero attuale. Un transistor 20 mila volte più sottile di un capello ORO MOLECOLA SiO 2 Piridina + Co + S NUOVI MATERIALI – NANOELETTRONICA

29 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 aerogel diversi tipi di Aerogel. L'aerogel di SiO 2 sostanza solida meno densa conosciuta; composta dal 99,8% di aria e dal 0,2% di SiO 2 diossido di silicio (silice), il principale componente del vetro volte meno denso del vetro, ottimo isolante termico, presenta unottima resistenza meccanica. Aerogel

30 Nanoparticelle di oro per i nuovi catalizzatori L'oro contro i cattivi odori: I catalizzatori a nanoparticelle doro vengono ora testati come dispositivi per leliminazione 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 nm Immagine HRTEM

31 Bioceramici Tra i materiali nuovi vanno ricordati i bioceramici che possono essere ossidi, come allumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), vetri bioattivi ricoprenti di protesi metalliche. biocompatibilità, cioè la capacità di non provocare il rigetto dellimpianto. 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 – BIOCERAMICI

32 Classificazione per tipologia

33 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

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

35 PROPRIETA DEI MATERIALI

36 PROPRIETA:Forniscono indicazioni riguardanti le attitudini che hanno i materiali a lasciarsi trasformare od a resistere agli sforzi esterni CHIMICHE FISICHE MECCANICHE TECNOLOGICHE MAGNETICHE

37 PROPRIETA magnetiche chimichemeccaniche tecnologiche fisiche 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 lambiente in cui esso è posto Struttura: (cristallizzazione, difetti) Reattività: (corrosione, ossidazione, …) Indicano lattitudine di un materiale a resistere alle sollecitazioni esterne che tendono a deformarlo SOLLECITAZIONI Statiche Dinamiche A fatica DEFORMAZIONI Elastiche Permanenti Indicano lattitudine di un materiale ad essere lavorato in un dato modo Si distinguono: -Plasticità -Duttilità -Malleabilità -Fusibilità -Saldabilità -Truciolabilità -Temprabilità Indicano lattitudine 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

38 Proprietà 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 T fus elevata; sostanza molecolare T fus bassa)

39 Proprietà fisiche Alcuni punti di fusione di materiali (°C) Carburo di afnioHfC4150 CarbonioC3500 Tungsteno W3460 Carburo di titanio TiC3120 Ossido di magnesio MgO 2798 Biossido di zirconio ZrO Carburo di silicio SiC 2500 Titanio Ti 2070 Ossido di alluminio Al 2 O Ferro Fe 1535 Oro Au 1067 Alluminio Al 660 Piombo Pb 327

40 Proprietà fisiche 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 = δ ACCIAIO = 7800 δ ALLUMINIO = 2700 δ MAGNESIO = 1740 δ ACQUA = 1000 δ LITIO = 535

41 Proprietà fisiche 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

42 Proprietà fisiche

43 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

44 Proprietà fisiche Tr a s m is si o n e d el c al or e p er c o n d u zi o n e - L e g g e di F o ur ie r q - q - Potenza termica kcal/h oppure W Potenza termica kcal/h oppure W k - k - Conducibilità termica kcal/hm°C oppure W/m°C Conducibilità termica kcal/hm°C oppure W/m°C A - A - Superficie parete m²Superficie parete m² L - L - Spessore parete mSpessore parete m Tc -Tc - Temperatura lato caldo °CTemperatura lato caldo °C Tf - Tf - Temperatura lato freddo °CTemperatura 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

45 Proprietà fisiche Acciaio60 Rame380 Alluminio200 Vetro0,8 Vetro acrilico (Plexiglas)0,19 Guaine di polietilene, bitume, ecc.0,26 Acciaio Ni-Cr inossidabile13 Legno di conifere – flusso di calore trasversale alla fibra 0,13 Legno di conifere – flusso di calore lungo la fibra0,22 Legno di latifoglie0,18 k per alcuni materiali (W/m*°C)

46 Proprietà fisiche

47 Proprietà 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)

48 Proprietà chimiche - strutturali 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…

49 Proprietà chimiche - strutturali 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

50 Proprietà chimiche - strutturali tipologia di reticolo Le 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…)

51 Proprietà chimiche - strutturali Difetti Nella trasformazione liquido-solido, si verificano due stati distinti: la Nucleazione, che porta alla comparsa di piccolissimi germi cristallini nel liquido; nel secondo si osserva lAccrescimento dei nuclei precedentemente formatisi, fino a diventare dei cristalli che formano il solido cristallino Bordi di grano (ingrandimento 1:1000)

52 Proprietà chimiche - strutturali Difetti Solidificazione 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

53 Proprietà chimiche - comportamento Resistenza a: Corrosione da agenti atmosferici Galvanica da aggressivi chimici Ossidazione Propensione a trattamenti quali: Fosfatizzazione Decappaggio …

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

55 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) Proprietà meccaniche

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57 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. Proprietà meccaniche

58 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 allusura

59 Prova di resilienza determina la resistenza agli urti (resilienza). pendolo di Charpy sollecitazione dinamica. prova in tutti i casi distruttiva Lo strumento è costituito da una mazza che viene lasciata cadere dallaltezza 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 (Kg m ) Altezza H = 1,52 (m) Energia potenziale Ep = 300 (J) Velocità sul provino v = 5 (m/s)

60 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

61 Temperatura [°C] Resilienza [J/cm 2 ] Resilienza in funzione della temperatura Questo ci permette di affermare che man mano che diminuisce la temperatura desercizio 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 landamento della resilienza come nella figura sotto.

62 Prova di trazione prova meccanica più importante prova distruttiva Si ottiene un grafico Carico- Allungamento La norma UNI EN indica che la prova, a temperatura costante, consiste nel sottoporre una provetta ad un carico di trazione applicato con una certa velocità dincremento (circa 10 N/s) fino a provocarne la rottura, allo scopo di determinare le caratteristiche di: RESISTENZA, ELASTICITÁ, DEFORMABILITÁ.

63 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. Lallungamento percentuale risulterà: A % = (L u – L 0 /s 0 )*100 Dove L u è la lunghezza finale del provino, supponendo di ricongiungere i due spezzoni del provino dopo la rottura. (Provino prova di trazione UNI 556)

64 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 leliminazione della forza la provetta riacquista le dimensioni iniziali) Il punto A del diagramma rappresenta il carico al limite di proporzionalità F lp, carico oltre il quale cessa la proporzionalità tra il carico e lallungamento della provetta. Carichi / allungamenti (diagramma di Hooke)

65 elasto-plasticità AC: deformazioni non più direttamente proporzionali ai carichi. La provetta si allunga, gli allungamenti aumentano in modo più rapido rispetto allaumentare 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 F le, sotto il quale le deformazioni permanenti sono minime.

66 elasto - plasticità BC se viene tolto il carico, lallungamento 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.

67 tratto CD: irregolarità dovute alla natura del materiale (alla sua struttura cristallina, difetti…) F eH é detto carico di snervamento superiore. F eI 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.

68 Prova di durezza La 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 dellINCRUDIMENTO 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 limpronta lasciata dal penetratore rende loggetto 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)

69 Prove di penetrazione mediante un carico (F) risultato lunghezza media o la profondità dellimpronta 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 dacciaio temprato (misurazione del diametro dellimpronta) 2.Rockwell: tipo B sfera dacciaio (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 dellimpronta) Penetratore Brinell Penetratore Vickers Penetratore Rockwell

70 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 Mohs Teneri (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

71 Proprietà tecnologiche Indicano 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/ Proprietà dei materiali -

72 Proprietà tecnologiche

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76 La sinterizzabilità E lattitudine di alcuni materiali a compattarsi a partire da piccoli grani separati lavorando al di sotto della T fus (generalmente T=2/3 T fus ) e ad alte pressioni

77 Tipologia dei materiali: m. metallici

78 Tipologia dei materiali: m. ceramici

79 Tipologia dei materiali: m. plastici


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