29/04/2016 1 SISTEMI DI PRODUZIONE Dario Antonelli – Lezione A3 Introduzione alla lezione Conoscere gli elementi caratteristici di metalli e polimeri Distinguere i campi di impiego dei diversi materiali in funzione delle loro caratteristiche chimico-fisiche Conoscere l’effetto dei principali trattamenti termici e superficiali Saper valutare l’effetto della temperatura sulla formazione dei legami polimerici
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SISTEMI DI PRODUZIONE - lep.polito.it e strumenti/I... · Legame metallico Ioni positivi Nuvola elettronica negativa Legame metallico Gli elettroni costituiscono cariche vaganti negative
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SISTEMI DI PRODUZIONE
Dario Antonelli – Lezione A3
Introduzione alla lezione
Conoscere gli elementi caratteristici di metalli e
polimeri
Distinguere i campi di impiego dei diversi materiali
in funzione delle loro caratteristiche chimico-fisiche
Conoscere l’effetto dei principali trattamenti termici
e superficiali
Saper valutare l’effetto della temperatura sulla
formazione dei legami polimerici
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Moduli del corso
A: I materiali
B: Formatura
C: Deformazione
D: Taglio e Controllo Numerico
E: Altri Processi
Introduzione al corso
Tecnologia di produzione
I materiali
La misura della durezza
Le prove meccaniche distruttive
Prove non distruttive
La meccanica dei materiali
Lezioni del Modulo A
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I metalli
Legame metallico
I materiali hanno una struttura atomica:
le caratteristiche fisiche e chimiche di un atomo dipendono dal numero e dalla disposizione orbitale degli elettroni di valenza
un atomo da cui è stato rimosso un elettrone è denominato ione
Uno o più elettroni si allontanano dall’atomo originario e vengono condivisi tra più atomi vicini creando un numero elevato di ioni positivi immersi in una nuvola di cariche negative
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Legame metallico
Ioni positivi
Nuvola elettronica negativa
Legame metallico
Gli elettroni costituiscono cariche vaganti negative
che si insinuano nello spazio liberato dagli ioni
positivi
La coesione è stabilita dalle forze di attrazione tra
la nuvola elettronica e gli ioni
Se gli ioni si allontanano tra loro, la nuvola
elettronica tende a fissarli in equilibrio stabile,
secondo distanze ben definite
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Reticolo cristallino
La struttura che si presenta è composta da un
elevato numero di ioni metallici distribuiti nello
spazio a formare il reticolo cristallino
La più piccola porzione di volume che ripetuta
riempie completamente il reticolo, è denominata
cella unitaria o elementare
Cella elementare
• ferro-a (forma allotropica stabile <770°C)
• vanadio (V), molibdeno (Mo)
• tungsteno (W)
• cromo (Cr)
Cubica a corpo centrato (CCC)
• ferro-g (forma allotropica 910 - 1410°C)
• alluminio (Al)
• nichel (Ni), argento (Ag), piombo (Pb)
• cobalto-β (Co- β), rame (Cu)
Cubica a facce centrate (CFC)
• magnesio (Mg)
• zinco (Zn), cadmio (Cd), berillio (Be)
• cobalto- a (Co- a )
• titanio- a (Ti- a)
Struttura cristallina esagonale compatta
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Cristallo cubico a corpo centrato
Struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC): cella
elementare; modello teorico; cristallo con più celle elementari
Grano cristallino
Insieme di reticoli con medesimo orientamento
Prevalenza strutture policristalline
Dimensioni grano incidono su proprietà meccaniche
Esempio: dimensioni maggiori deformabilità
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Miscela
Un miscuglio è detto omogeneo se i suoi componenti non sono più distinguibili all'osservazione diretta e si presenta in un'unica fase
Un miscuglio omogeneo in cui una sostanza è in netta prevalenza rispetto alle altre prende il nome di soluzione
I miscugli omogenei possono essere separati solo attraverso passaggi di stato che coinvolgano i componenti in maniera differente
Un miscuglio è eterogeneo (o meccanico) se è costituito da due o più fasi
La sospensione è un esempio di miscuglio eterogeneo.
I miscugli eterogenei possono essere separati più facilmente dei miscugli omogenei, anche attraverso metodi meccanici
Soluzione solida
Sostanza costituita da una miscela solida omogenea
di atomi che occupano nel reticolo posizioni
statisticamente arbitrarie
è di sostituzione quando atomi di soluto sostituiscono
atomi di solvente nel reticolo cristallino del solvente
è interstiziale quando atomi di soluto occupano le
posizioni libere fra gli interstizi degli atomi del solvente
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Lega
Una lega è una combinazione, sia in soluzione o in miscela, di due o di più elementi, di cui almeno uno è un metallo
Una lega con due componenti è denominata una lega binaria; con tre è una lega ternaria; con quattro è una lega quaternaria
Le leghe hanno solitamente proprietà più desiderabili di quelle dei loro componenti
Per esempio l'acciaio (lega ferro-carbonio) ha una resistenza meccanica maggiore del ferro, l'ottone (lega rame-zinco) è più duro del rame
La temperatura in cui comincia la fusione è denominata solidus e quella in cui la fusione è completa è denominata liquidus.
Leghe con un singolo punto di fusione sono definite eutettiche.
I trattamenti termici
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Effetto del carbonio sulle proprietà
meccaniche
Diagramma Fe-C
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Diagramma Fe-C
GHISAACCIAIO
Diagramma Fe-C
Il diagramma Fe-C esprime le combinazioni (leghe) tra i due elementi Fe e C
Le leghe che hanno una percentuale di C fino al 2% sono acciai
Leghe oltre il 2% fino al 5% circa sono ghise
Leghe oltre il 5% di C non possono essere utilizzate come materiale da costruzione
Gli acciai sono arricchiti da altri elementi in lega che conferiscono caratteristiche particolari.
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Proprietà acciaio e ghisa
• Ottima plasticità → buona resilienza, buona malleabilità e duttilità
• Elevata resistenza a trazione, flessione e torsione
• Buona lavorabilità per asportazione di truciolo
• Buona colabilità
• Buona saldabilità
Acciaio
• Elevata durezza → ottima resistenza compressione e usura