La storia più antica dell’uomo è contrassegnata dalla ricerca di sistemi per estrarre e lavorare i metalli e produrre utensìli, oggetti, armi. Gli storici hanno usato il nome di leghe e metalli per distinguere le grandi epoche dell’umanità: età del rame, età del bronzo, età del ferro. Oggi i metalli (soprattutto l’acciaio) sono ancora fondamentali in molti settori industriali, ma per molte applicazioni sono sostituiti da materie plastiche e nuovi materiali.

1. Caratteristiche e proprietà Caratteristiche chimico fisiche si riferiscono all’aspetto esterno e alla struttura interna dei materiali. • Resistenza alla corrosione • Colore e lucentezza • Dilatazione termica • Proprietà magnetiche • Fusione ed ebollizione • Conducibilità

b. Proprietà meccaniche I metalli presentano, in genere, eccellenti proprietà meccaniche. • Resistenza a trazione • Durezza • Resistenza a flessione • Elasticità • Resistenza a rottura • Resilienza • Resistenza al taglio • Resistenza a compressione

c. Proprietà tecnologiche I metalli sono facilmente lavorabili a caldo e, in alcuni casi, anche a freddo. • Fusibilità • Saldabilità • Duttilità • Temprabilità • Plasticità • Malleabilità • Estrudibilità

La complessa serie di operazioni per estrarre i metalli dai loro minerali e ricavare semilavorati o prodotti finiti viene chiamata METALLURGIA. 1. Metallurgia estrattiva La metallurgia estrattiva prevede questa serie di operazioni: • la prospezione mineraria: comprende operazioni per individuare possibili giacimenti sfruttabili; l’arricchimento del minerale: separazione della parte di minerale utile dalla parte sterile, chiamata ganga; • le lavorazioni preliminari: comprendono la frantumazione, lavatura e cernita; • l’estrazione del metallo dal minerale: il minerale viene sottoposto al trattamento metallurgico consistente nella estrazione del metallo.

2. Metallurgia fisica Comprende i processi di formatura ed i trattamenti termici. • la formatura per fusione: il materiale diventa fluidoe scorre nello stampo; • la sinterizzazione: detta metallurgia delle polveri, consente di ottenere metallo-ceramici; • la lavorazione plastica: deformazioni in un semilavorato, mediante opportune sollecitazioni esterne; • i trattamenti termici: modificano struttura e proprietà con di variazioni di temperatura ( ricottura, tempra, rinvenimento); • i trattamenti superficiali: metalli e leghe, vengono ricoperti da uno strato metallico, che li rende più resistenti alla corrosione (zincatura, cromatura, anodizzazione).

3. Metallurgia secondaria Metallurgia secondaria o di recupero, che consente di arrivare al prodotto finito (metallo e sue leghe) partendo dal rottame riciclato. La metallurgia di recupero è assai sviluppata nel settore siderurgico e in quello dell’alluminio. Oltre a notevoli risparmi energetici, essa favorisce la tutela e il rispetto dell’ambiente, già seriamente minacciato da rifiuti inquinanti di ogni genere.

Il ferro e le sue leghe minerali di ferro: La GHISA è una lega di ferro e carbonio, variabile tra l’1,9 e il 4 %. minerali di ferro: il minerale va frantumato e vagliato; b. coke siderurgico: carbone artificiale, che fornisce calore e riduce gli ossidi metallici; c. minerali fondenti silicati o calcari formano una scoria fusibile e separabile dal metallo fuso.

Dalla ghisa all’acciaio Ottenuta la ghisa, va diminuito il tenore di carbonio, fino ad una percentuale di carbonio non superiore all’1,9%. I processi più usati sono: a. processo al convertitore a ossigeno (Bessemer): il ferro fuso è raffinato in un convertitore in cui viene immesso l’ossigeno; b. processo al forno elettrico ad arco: specie di crogiolo, con due elettrodi di grafite alimentati da corrente elettrica.

4. Altri metalli Simbolo chimico Zn Numero atomico 30 Peso atomico 65,38 Peso specifi co 7,1 Temp. di fusione 420 °C Temp. di ebollizione 907 °C ZINCO ZINC PIOMBO LEAD Simbolo chimico Pb Numero atomico 82 Peso atomico 207,19 Peso specifi co 11,35 Temp. di fusione 328 °C Temp. di ebollizione 1740 °C

4. Altri metalli Simbolo chimico Al Numero atomico 13 Peso atomico 27 ALLUMINIO Aluminium Simbolo chimico Al Numero atomico 13 Peso atomico 27 Peso specifi co 2,7 Temp. di fusione 660 °C Temp. di ebollizione 2060 °C RAME Copper Simbolo chimico Cu Numero atomico 29 Peso atomico 63,57 Peso specifi co 8,93 Temp. di fusione 1083 °C Temp. di ebollizione 2566 °C

5. Lavorazioni dei metalli Per trasformare un pezzo metallico grezzo in prodotto finito, si sottopone il metallo a lavorazioni di formatura plastica. Le principali di queste sono le seguenti: a. Estrusione b. Trafilatura c. Laminazione

5. Lavorazioni dei metalli d. Fucinatura e. Stampaggio f. Imbutitura

Utensìli e macchine Le macchine uténsili sono dotate di particolari utensìli che lavorano per asportazione di truciolo e deformazione del materiale metallico. Possono essere guidate dall’uomo manualmente o sotto controllo numerico CNC (Computer Numeric Control). Osserviamo le operazioni più comuni: a. Trapanatura e alesatura b. Molatura c. Taglio d. Tornitura e. Piallatura e fresatura f. Saldatura

Riciclaggio dei metalli Molti metalli (in particolare alluminio e acciaio) possono essere recuperati dopo il consumo e l’usura dei prodotti. La metallurgia secondaria (o di recupero) contribuisce al risparmio energetico e alla salvaguardia dell’ambiente.