La classificazione dei metalli Durante l’esperienza con il PLS abbiamo avuto modo di classificare i metalli secondo i nostri sensi. E’ possibile effettuare anche un’ analisi più tecnica seguendo leggi fisiche e chimiche.

Il legame metallico Gli atomi che costituiscono un metallo sono tenuti insieme da un tipo di legame chiamato legame metallico. Tra i modelli che descrivono il legame metallico vi è il "modello a nube elettronica" di P.Drude ( ). Secondo questo modello in un metallo gli atomi perdono i loro elettroni di valenza trasformandosi in cationi (ioni positivi). Gli ioni si dispongono in modo da impacchettarsi nel miglior modo possibile (massimo impaccamento), creando così strutture geometriche ben definite. Gli elettroni di valenza non appartengono più ai singoli atomi, ma sono liberi di muoversi (elettroni delocalizzati) tra i vari cationi in un cosiddetto mare di elettroni.elettroni di valenzacationi

Durezza Nel campo dei metalli si definisce come durezza la resistenza che il metallo preso in considerazione oppone all'azione di un penetratore cui sia applicato un carico statico. Il penetratore normalmente deve agire su una superficie liscia e piana, esente da ossidi ed impurezze superficiali.

Prova Brinell (UNI ) La prova consiste nel far penetrare nel pezzo in esame una sfera acciaio molto duro di diametro "D" mediante applicazione di un carico "F", e nel misurare il diametro "d" dell'impronta lasciata dal penetratore sulla superficie del pezzo, dopo avere tolto il penetratore. Simulazione di una prova di nano-durezza effettuata su un monocristallo di Cu. La durezza può essere correlata con la densità di dislocazioni

Prova Vickers 1955 Il penetratore è costituito da una piramide retta, a base quadrata, di diamante, con l'angolo al vertice (angolo fra due facce opposte) di 136°. La prova si svolge applicando un carico di 294 N ( = 30 kgf) per s. Possono essere anche usati carichi diversi, ma sempre compresi nell'intervallo N ( = kgf). La durezza Vickers è data dalla formula: HV = F/d2

Prova Rockwell (UNI ) Possono essere definite due diverse scale B e C a seconda che il penetratore sia una sfera di acciaio temprato e levigato (scala B) o sia un cono di diamante a base circolare con punta arrotondata ed angolo al vertice di 120° (scala C). La prova si svolge nel seguente modo: viene applicato un precarico iniziale F0= 98N si azzera l'indicatore di profondità; si applica un secondo carico F1 pari a 980 N nel caso della scala B, pari a 1470 N nel caso della scala C; dopo 30 s il carico F1 viene tolto, lasciando il carico F0 applicato sul penetratore, immerso nel pezzo per un certo tratto "e"(l'unità di misura adottata per "e" è mm); la durezza Rockwell (HRB oppure HRC) è data dalla differenza fra 100 ed il valore dell'accrescimento rimanente "e" della profondità dell'impronta

La conducibilità termica dei metalli La conducibilità termica (o conduttività termica, indicata con λ o k) è il rapporto, in condizioni stazionarie, fra il flusso di calore (cioè la quantità di calore trasferita nell'unità di tempo attraverso l'unità di superficie) e il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore nel caso della conduzione termica (ovvero quando i contributi al trasferimento di calore per convezione e per irraggiamento termico siano trascurabili). In altri termini, la conducibilità termica è una misura dell'attitudine di una sostanza a trasmettere il calore (vale a dire maggiore è il valore di λ o k, meno isolante è il materiale). Essa dipende solo dalla natura del materiale, non dalla sua forma. La conducibilità termica è definita come il rapporto fra il flusso di calore osservato e il gradiente spaziale di temperatura corrispondente: dove: q è il vettore flusso termico ∇ T è il gradiente di temperatura

I metalli possiedono un’alta conducibilità termica grazie al legame metallico, infatti nel legame metallico a trasferire il calore sono gli elettroni che, liberi di muoversi, conducono meglio l’agitazione termica.

La Conduttività elettrica La conduttività e la tendenza di un materiale a favorire il passaggio di corrente elettrica e quindi a favorire il passaggio degli elettroni. Nei metalli come avviene nella conduttività termica sono gli elettroni dissociati a muoversi per azionedi una differenza di potenziale. La conduttività nei metalli varia in funzione della temperatura e un aumento di questa porta a una diminuzione della conducibilità perché i portatori di carica (gli elettroni) risentono di una diminuzione della mobilità a causa dell'aumento di vibrazioni reticolari all'interno del materiale. Quello che ha la più alta conducibilità è l'argento. Secondo il Modello di Drude l'andamento della conduttività del metallo in funzione della temperatura è dove: N è il numero di elettroni e è la carica dell'elettrone τ è il tempo che intercorre tra due urti elettrone-nucleo m è la massa dell'elettrone.

La principale dipendenza della conduttività dalla temperatura secondo questo modello è riconducibile al parametro τ, che è approssimabile con il rapporto tra la distanza interatomica e la velocità termica della particella:

Duttilità La duttilità è una proprietà tecnologica della materia che indica la capacità di un corpo o di un materiale di deformarsi plasticamente sotto carico prima di giungere a rottura, cioè la capacità di sopportare deformazioni plastiche. Un corpo è tanto più duttile quanto maggiore è la deformazione raggiunta prima della rottura. La duttilità può essere anche definita come la capacità di un materiale ad essere ridotto in fili sottili (mentre analogamente la malleabilità è la capacità di un materiale ad essere ridotto in lamine sottili). La duttilità si può definire come "la misura della deformazione plastica che un materiale può subire senza rompersi".

Resilienza La resilienza è la resistenza di un materiale alla rottura per mezzo di urto. Un materiale che si rompe facilmente è detto fragile, uno che resiste agli urti è detto tenace. Per la misura della resilienza si usa il pendolo di Charpy. La macchina è composta da un pendolo che viene posto a una altezza definita e lascato in modo che nella sua traiettoria colpisca una provetta di metallo. A seconda della altezza da cui viene lasciato si può conoscere la forza dell’ urto con cui a colpito la provetta.