MetalloDa Wikipedia, l'enciclopedia libera.

Metallo, nello specifico ferro.

Il metallo è un materiale che riflette la luce conferendole una particolare tonalità (detta appunto lucentezza metallica), un ottimo conduttore di calore e di elettricità,[1] che può essere attaccato dagli acidi (con sviluppo di idrogeno) e dalle basi, spesso con buone caratteristiche di resistenza meccanica. L'acqua può attaccare i metalli (soprattutto del primo e secondo gruppo), ai quali strappa gli elettroni di valenza per dare appunto l'idrogeno attraverso una reazione particolarmente esotermica.

In base alle proprietà chimiche i metalli danno luogo ad ossidi basici (es: Na2O, CaO).

Sono elementi chimici (si tratta di una delle tre categorie in cui gli elementi chimici sono suddivisi, insieme ai semimetalli e ai non metalli) oppure leghe.

Esistono vari tipi di metalli; questi furono scoperti in epoche distanti nel tempo, perché ben pochi metalli sono reperibili in natura allo stato nativo; inoltre ogni metallo ha una sua temperatura di fusione: più bassa è tale temperatura, più è facile l’estrazione del metallo dalle rocce che lo contengono. In particolare i primi metalli lavorati (il rame e lo stagno) hanno una temperatura di fusione relativamente bassa, ottenibile con gli antichi forni di circa 10.000 anni fa (epoca in cui, presumibilmente, iniziò la lavorazione del rame).

Con l'espressione materiale metallico si fa riferimento in generale ai metalli e alle loro leghe.

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Caratteristiche

Numero di atomi per cella unitaria

Numero di coordinazione

Fattore di impacchettamento atomico

Reticolo cubico a corpo centrato(CCC)

9 8 0,68

Reticolo cubico a facce centrato(CFC)

14 12 0,72

Esagonale compatto(EC)

17 12 0,72

Cristalli di gallio

Caratteristica essenziale del metallo è la sua struttura regolare, basata sulla ripetizione di una cella elementare. Le più comuni celle sono la CCC (cubica corpo centrato; esempi: ferro, tungsteno e molibdeno), CFC (cubica facce centrate; esempi: rame e alcune sue leghe, acciaio austenitico, leghe di alluminio o di nichel, piombo, oro e argento) ed EC (esagonale compatta; esempi: magnesio, cadmio e zinco).[2]

Sottoraffreddato dallo stato liquido un metallo si solidifica in grani, le cui dimensioni sono immagine della temperatura a cui avviene il processo e i cui bordi rappresentano un'importante zona di discontinuità della struttura metallica. Maggiore è il sottoraffreddamento, minore sarà il raggio critico al di sotto del quale si decostruiscono gli embrioni dallo stato solido; inoltre per un maggior numero di embrioni che diventano grani risulterà minore la dimensione del grano metallico. Quest'ultimo aspetto ha fondamentale importanza nello studio della resistenza a deformazione: a

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temperatura ambiente la frattura a trazione avviene per rottura dei grani e non per distacco tra essi, a causa del maggior contenuto energetico, e quindi migliore coesione, associato alla distorsione dei giunti cristallini. Per contro all'aumentare della temperatura la maggiore mobilità dei difetti, concentrati nei giunti, ne abbassa notevolmente la coesione (frattura intercristallina).

I metalli tendono a cedere con facilità i propri elettroni di valenza a non tenersi quelli in eccesso per raggiungere la configurazione elettronica dei gas nobili: hanno cioè una bassa energia di ionizzazione e una scarsa affinità elettronica.[1] Il contrario accade per i semimetalli ed a maggior ragione per i non metalli. Quando più atomi metallici si aggregano a formare una struttura cristallina quindi, gli elettroni di legame vengono condivisi tra tutti i partecipanti dando luogo ad orbitali molecolari delocalizzati in tutto il solido. La delocalizzazione elettronica e l'elevato numero di oggetti presenti contribuisce a tenere insieme gli ioni costituenti, anche se l'energia di legame per atomo non è molto elevata; nel contempo, essa dà luogo alla sovrapposizione delle bande di energia, permettendo di conseguenza alle cariche di muoversi liberamente all'interno del metallo. Si parla per questo di gas di elettroni. La disponibilità di tante cariche libere spiega bene l'ottima conducibilità elettrica e termica, insieme alla proprietà di assorbire e/o riflettere la luce totalmente anche in strati sottilissimi, di poche decine di atomi.

Generalmente gli elementi chimici metallici sono quasi tutti nella zona di transizione centrale della tavola periodica, fra i alcalino-terrosi e gli alogeni; sono quasi tutti di peso atomico medio o medio-alto; gli elementi metallici più leggeri possono essere portati allo stato metallico solo con difficoltà.

Il ferro, uno dei metalli più noti.I metalli (nome esteso minuscolo secondo IUPAC) e le loro leghe più comuni sono:

• l'argento (Ag)• l'alluminio (Al)• il ferro (Fe)• il rame (Cu)• l'oro (Au)• lo zinco (Zn)• il platino (Pt)• il piombo (Pb)• lo stagno (Sn)• il titanio (Ti)• il mercurio (Hg)• il bronzo (lega rame-stagno, ma anche -alluminio, -nichel, -berillio)• l'ottone (lega rame-zinco, con aggiunta di Fe, As, Sn, Sb, Al, ed altri metalli e semimetalli)• gli acciai (leghe ferro-carbonio-cromo-nichel-molibdeno ed altri metalli cobalto, vanadio).

Estrazione e lavorazione dei metalli

Metallo lavorato a caldoIl minerale che contiene il metallo viene prelevato dalle miniere. In seguito avviene l’estrazione della materia prima (i minerali). L'estrazione consiste nel separare il metallo dalle altre sostanze.

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Quindi il metallo viene fuso e passa allo stato liquido per le successive lavorazioni. Dopo l’estrazione, il metallo viene raffinato, cioè vengono eliminate le impurità fino ad ottenere la percentuale di purezza desiderata. A questo punto il metallo viene colato, cioè viene estratto dal forno come metallo fuso. I metalli fusi possono quindi essere modellati, messi in appositi stampi e quindi assumere la forma data.

Per ottenere i prodotti metallici finiti bisogna prima passare alla produzione dei semilavorati, cioè dove si producono le bramme, i blumi e le bilette. Infine avviene la lavorazione meccanica, che consiste nella laminazione e stampaggi dei semilavorati.

Metalli pesanti

Non esiste una definizione ufficiale di metallo leggero o pesante da parte della IUPAC, l'autorità internazionale che fissa e aggiorna la nomenclatura e la terminologia degli elementi e composti chimici, o da parte di organismi simili.[3] Nonostante questo, numerosi articoli e pubblicazioni parlano genericamente di "metalli pesanti" e "leggeri" omettendo una chiara definizione o dando definizioni in contrasto tra loro basate sulla densità, sul peso atomico o altre proprietà chimiche.[3]

Spesso all'aggettivo pesante è associato il concetto di tossicità anche se di per sé la densità di un metallo non ha un legame diretto con effetti sul corpo umano. La tossicità di una qualunque sostanza dipende dalla sua natura (esatto composto chimico) e dalla sua quantità. Un composto chimico può essere tossico pur essendo formato da atomi di elementi chimici che presi singolarmente non sono tali, e viceversa. Inoltre una certa sostanza può essere ben tollerata o addirittura necessaria se al di sotto di una certa quantità. Infine la tossicità dipende dalla combinazione e sinergia con altri elementi.

Metalli indicati come "pesanti" messi tipicamente in correlazione alla loro tossicità e bioaccumulazione nella catena alimentare sono: mercurio, cromo, cadmio, arsenico, piombo[3] e recentemente uranio[4].

Difetti del cristallo

Per approfondire, vedi la voce Difetti dei cristalli.La ripetitività della struttura cristallina è interrotta localmente da difetti che possono essere di vario genere.

• Difetti di punto: sono le occasionali vacanze (la cui concentrazione dipende dalla temperatura secondo un legame esponenziale), gli atomi sostituzionali o interstiziali (specie quando nelle soluzioni solide è notevole la differenza nelle dimensioni degli elementi componenti), gli atomi autointerstiziali (nel caso di atomi uguali a quelli del reticolo), i difetti di Frenkel (uno ione positivo lascia la sua posizione reticolare, creando così una vacanza cationica, per andare a formare uno ione interstiziale) e di Schottky (coppia di una vacanza anionica e cationica in un solido ionico).

• Difetti di linea: separano parti che hanno subito lo slittamento da altre che non lo hanno subito. Accumulano tensione e per effetto dell'applicazione di sforzi tendono a moltiplicarsi. Sono detti dislocazioni.

• Difetti di superficie: ovvero i bordi di grano presso i quali cambia interamente l'orientamento dei piani di reticolo da un grano all'altro.

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• Difetti di volume: le irregolarità nella sequenza ordinata dei piani cristallini nel metallo.Poiché questi difetti influenzano enormemente il comportamento metallico sono estremamente importanti per la metallurgia.

Elasticità e plasticità del metallo

Sottoposto ad uno sforzo crescente, il metallo in un primo tempo si deformerà linearmente secondo la legge di Hooke in maniera elastica, e reversibile una volta cessato il carico.

L'aumentare dello sforzo oltre un certo limite imporrà in seguito una irreversibile deformazione plastica accompagnata dall'incrudimento, cioè un aumento progressivo del limite elastico del materiale e del valore della tensione di rottura. Se il valore teorico di energia necessario per deformare plasticamente un campione è notevolmente maggiore rispetto a quello in effetti necessario, ciò è dovuto alla presenza di dislocazioni, ossia discontinuità di linea nella struttura cristallina che a seconda della forma sono dette a vite, a spigolo o mista.

La frattura si distingue a seconda della natura del metallo in duttile o fragile. Nel primo caso il metallo si deforma sensibilmente nel campo plastico, si verifica uno strizzamento a causa dei microvuoti venutisi a creare e la superficie di frattura ha la caratteristica forma di coppa cono. Nel secondo caso la frattura è improvvisa, subito oltrepassato il limite elastico e la superficie è perpendicolare alla direzione dello sforzo, di aspetto brillante e cristallino.

Fenomeni degenerativi

Un particolare tipo di frattura fragile è il cosiddetto clivaggio, tipico della struttura cubica a corpo centrato (CCC), esagonale compatta (EC) più raramente. Il clivaggio è frutto di sforzi elevati condotti a bassa temperatura. Il clivaggio è in genere transgranulare ma può essere anche intergranulare se a bordo grano sono presenti particolari precipitati o impurezze.

Il creep è invece un fenomeno che avviene ad alte temperature che in funzione del tempo vede prima l'aumento delle dislocazioni e l'incrudimento, fenomeno non attivato termicamente (creep primario) quindi il disancoramento delle dislocazioni (fenomeno questo si attivato termicamente) che comporterà la rottura dopo aver pareggiato l'intensità dell'incrudimento (nel creep secondario la velocità di creep diventa stazionaria) la supera, accelera la velocità di deformazione ( creep Terziario) e induce la rottura.

Creep dei metalli: Deformazione plastica dipendente dal tempo detta anche scorrimento viscoso a caldo che avviene quando un materiale metallico è sottoposto ad una sollecitazione costante a temperatura elevata. Il meccanismo del creep viene illustrato da curve che riportano la deformazione in funzione del tempo e si può suddividere in varie fasi:

• Allungamento elastico istantaneo• Creep primario: La velocità di deformazione decresce con il tempo, a causa del blocco delle

dislocazione e conseguente incrudimento.• Creep secondario: A tempi maggiori, la diffusione degli atomi, permette un parziale sblocco

delle dislocazioni rendendo nuovamente possibile il loro scorrimento. Il blocco e lo sblocco si equilibrano e la velocità di deformazione rimane pressoché costante.

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• Creep terziario: La velocità di deformazione aumenta rapidamente e in breve il materiale arriva a rottura, in seguito alla formazione di microvuoti al bordo grano ed il successivo scorrimento dei grani tra di loro.

Nota: L'aumento della temperatura provoca l'innalzamento della curva di creep e la diminuzione della durata delle varie fasi (il materiale si rompe più velocemente).

La fatica è quel fenomeno per il quale un metallo sottoposto ad uno sforzo ciclico può pervenire a rottura anche per valori dello sforzo molto al di sotto del suo limite di snervamento. Ad una prima fase di incrudimento (hardering) segue l'assestamento microstrutturale (softering), l'orientarsi delle dislocazioni presso precise bande di slittamento, il presentarsi presso la superficie di caratteristiche microintrusioni e microestrusioni. È lungo le bande di slittamento, che si presentano dopo appena il 5% della vita utile del campione, che avrà luogo la rottura il cui punto di innesco è appena al di sotto della superficie. La rugosità superficiale è un parametro importantissimo per quel che riguarda la resistenza a fatica di un metallo.

Fatica dei metalli: I materiali vengono sottoposti a sollecitazioni cicliche che possono portare a rottura il componente anche per carichi inferiori al carico di rottura; queste prove avvengono in prevalenza su componenti in movimento e si articolano in 3 fasi:

• Innesco della cricca: in un punto in cui la geometria del componente permette una concentrazione degli sforzi oppure in corrispondenza di difetti.

• Propagazione della cricca: avviene per effetto dell'applicazione ciclica dello sforzo e provoca una riduzione della sezione resistente.

• Rottura finale: Avviene in corrispondenza del raggiungimento delle dimensioni critiche da parte della cricca.

Lo studio della resistenza a fatica dei materiali viene effettuato con prove accelerate su provini già dotati di intaglio (pre – ciccati) e i risultati vengono riportati in grafici “sforzo-numero di cicli a rottura” [σ-N]. Alcuni materiali presentano un limite di fatica, ovvero un asintoto della curva [σ-N], al di sotto del quale non si ha più diminuzione della resistenza a fatica all'aumentare di N (es. Acciaio 1047). su provini già dotati di intagli (pre – ciccati)

La corrosione nasce dalle iterazioni di ossidoriduzione con l'ambiente e naturalmente è particolarmente dannosa per i metalli. Si cercano espedienti per prevenire come un rivestimento in PVC, la verniciatura o utilizzare un anodo sacrificale. Variegata la casistica: la corrosione può avvenire in fessura o per aerazione differenziata, intergranulare, per 'pitting (superato in un punto il film protettivo), esaltata da un ambiente galvanico o dalle forti tensioni cui il pezzo è soggetto.

L'usura infine distrugge il metallo in presenza di un ambiente tribologico dove cioè vi è attrito tra il pezzo e altre componenti. L'usura può essere dovuta alle forze fluidodinamiche, è detta tribossidazione in un ambiente particolarmente aggressivo, si dice adesiva, quando è determinata da microgiunzioni venutesi a creare tra le creste di rugosità di due corpi in mutuo slittamento l'uno sull'altro, o erosiva quando semplicemente una superficie è in moto relativo contro particelle particolarmente dure. Un caso particolare risulta la corrosione-erosione, in cui un'usura superficiale non eccessiva è però sufficiente ad asportare lo strato superficiale passivato, ripresentando quindi metallo vivo agli agenti corrosivi.

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Lega (metallurgia)Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

Una lega è una combinazione, sia in soluzione o in miscela, di due o di più elementi, di cui almeno uno è un metallo e dove il materiale risultante ha proprietà metalliche differenti da quelle dei relativi componenti.

Una lega con due componenti è denominata una lega binaria; una con tre è una lega ternaria ed una con quattro è una lega quaternaria.

Le leghe sono ideate solitamente per avere proprietà più desiderabili di quelle dei loro componenti. Per esempio l'acciaio (lega ferro-carbonio) ha una resistenza meccanica maggiore del ferro, il suo componente principale, e l'ottone (lega rame-zinco) è più duro del rame e più lucente dello zinco.

Diversamente dai metalli puri, molte leghe non hanno un singolo punto di fusione ma attraversano un intervallo di fusione in cui il materiale è una miscela di fase solida e liquida. La temperatura in cui comincia la fusione è denominata solidus e quella in cui la fusione è completa è denominata liquidus. Leghe speciali possono tuttavia essere progettate con un singolo punto di fusione: queste sono definite eutettiche.

A volte una lega è designata con il nome del metallo più importante: l'oro a 14 carati è una lega di oro con altri elementi; lo stesso accade per l'argento usato in gioielleria e per l'alluminio usato nelle strutture.

In una lega si possono avere casi diversi in base alle azioni mutue fra gli atomi:

• soluzione solida disordinata se atomi diversi si attraggono con forze simili a quelle tra atomi uguali, con conseguente distribuzione atomica omogenea e casuale;

• soluzione solida ordinata se atomi, tutti metallici, diversi si attraggono con forze diverse;• composto intermetallico se atomi diversi hanno elettronegatività marcatamente differente e

la struttura acquista quindi alcune caratteristiche proprie di un composto chimico; nel caso limite in cui un componente sià così elettronegativo da realizzare un composto ionico (per esempio non metalli come S, O2, Cl2), si ha un composto chimico e non una lega;

• lega eutettica se atomi diversi si attraggono molto meno che atomi uguali e quindi nascono alternanze di cristalli dell'una e dell'altra composizione, in quanto non esiste solubilità allo stato solido.

Soluzione solida

In analogia con le soluzioni liquide si hanno le soluzioni solide metalliche, esse sono formate da una matrice di atomi (solvente) in cui sono presenti, in posizioni sostituzionali o interstiziali, atomi differenti di un secondo elemento (soluto). La quantità massima di soluto che può essere presente nel solvente in condizioni di equilibrio, è detta solubilità. Affinché un dato elemento possieda

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elevata solubilità in un reticolo di un altro metallo, è necessario che si presentino contemporaneamente alcune condizioni( Regole di Hume-Rothery):

• Dimensioni atomiche: il soluto non deve avere raggio atomico che differisca più del 15% da quello del solvente

• Struttura cristallina: Le strutture devono essere quanto più simili possibile, oppure la stessa.• Elettronegatività: le elettronegatività devono esserre le stesse o quanto più simili possibile• Valenza: le valenze degli atomi devono essere quanto più simili possibile.

A differenza delle leghe eutettiche esse sono omogenee e, a differenza dei composti, possono avere ampie variazioni di composizione.Tenendo presente il suo diagramma di stato, si può studiare con quale struttura solidifichi una soluzione. La divergenza tra curva del liquidus e del solidus porta ad avere un locale arricchimento nel componente bassofondente presso l'interfaccia solido - liquido; la temperatura del liquidus dell'interfaccia, che dipende dalla sua composizione, può quindi assumere valori minori o maggiori di quelli effettivi del fluido metallico, dipendenti invece dal gradiente termico: sono queste le condizioni per le quali nasce un sottoraffreddamento costituzionale o di composizione.Le strutture che si possono osservare sono:

• struttura a terrazze in mancanza di sottoraffreddamento costituzionale;• struttura a celle esagonali con sottoraffreddamento limitato;• struttura dendritica con marcato sottoraffreddamento.

Lega eutettica

Per approfondire, vedi la voce eutettico.

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Quattro differenti morfologie di un sistema eutettico:[1]

A) LamellareB) FibrosoC) GlobulareD) Aciculare

Quando i componenti non sono solubili fra loro, oppure superano la massima solubilità, si forma un aggregato di fasi solide, ciascuna costituita da un elemento chimico, un composto o una soluzione solida: questa è la lega eutettica.La maggior parte degli acciai e delle ghise sono costituiti da leghe eutettiche.Di solito la matrice è costituita da una soluzione solida, costituente il primo elemento della lega, con all'interno il secondo elemento, spesso un composto intermetallico, presente in minore quantità ma la cui forma e distribuzione influenza notevolmente le proprietà della lega.Le distribuzioni più comuni sono quelle lamellari, globulari, aciculari e fibrose, la cui formazione dipende dalla composizione, dalla velocità di nucleazione e dall'accrescimento dei grani cristallini.Particolarmente importante è la cristallizzazione ritmica: se una delle due fasi solidifica prima, il liquido si arricchisce del secondo componente ed è così favorita la solidificazione dell'altra fase, spesso secondo definite orientazioni cristallografiche che riducano l'energia di accomodamento; si raggiunge così la disposizione lamellare. Condizione necessaria è che le percentuali volumetriche delle due fasi non siano troppo diverse.Variando il gradiente termico, la velocità di solidificazione e le composizioni, si possono creare le altre distribuzioni. La trasformazione eutettica è chiamata trasformazione invariante perché avviene in condizioni di equilibrio ad una specifica temperatura e composizione di lega, che non possono essere variate.

Solidificazione delle leghe metalliche

Relativamente alla solidificazione delle leghe si distinguono tre casi fondamentali:

• metalli completamente solubili allo stato solido;• solubilità parziale allo stato solido;• completa insolubilità allo stato solido.•

Metalli completamente solubili allo stato solido

Aggiungendo ad un metallo A quantità crescenti di un metallo B i punti di inizio e di fine solidificazione si abbassano gradualmente se i due metalli sono completamente miscibili l'uno nell'altro. Ovviamente avviene il contrario aumentando la quantità di A in B. Dal diagramma di stato, costruito a partire dalle curve di raffreddamento, si vede che quando si raffredda una miscela liquida contenente ad esempio il 34% di A e 66% di B, giunti al punto in cui inizia la solidificazione, se si separano le prime frazioni di solido che si forma, la sua composizione (del solido) è assai diversa da quella del liquido: tale solido contiene infatti il 60% di A e il 40% di B. Il liquido rimanente si arricchisce pertanto di B e la sua composizione si sposta lungo la curva liquidus verso destra; di conseguenza anche la composizione del solido che via via si forma da un

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liquido di composizione variabile si sposta verso destra seguendo la curva solidus. La solidificazione termina quando il solido raggiunge la concentrazione del liquido di partenza.

Solubilità parziale allo stato solido

In alcuni casi le curve di liquidus e solidus si toccano in un punto di minimo e, a più bassa temperatura vi è una curva di miscibilità dovuta al fatto che non sono verificate le condizioni già indicate: le miscele liquide solidificando formano dei cristalli misti alfa, ma a temperature inferiori ad una data temperatura (funzione della lega considerata) tali cristalli contengono una quantità eccessiva di uno dei due metalli, il quale uscirà dal reticolo assieme ad una certa quantità dell'altro metallo, per formare dei nuovi cristalli beta.

Completa insolubilità allo stato solido

Se la lacuna di miscibilità si espande fino a toccare gli assi delle coordinate si ha completa insolubilità allo stato solido. Dalle miscele liquide, al punto di solidificazione, si formano pertanto germi cristallini dei metalli puri e le leghe solide saranno costituite dai grani dei due metalli separati. Se le leghe sono di composizione eutettica i grani saranno costituiti da un fitto intreccio dei due metalli; per le altre miscele vi sarà una certa percentuale di eutettico e il resto del solido è costituito da grani dei due metalli non si separano mai

Alliganti

Questa sezione è ancora vuota. Aiutaci a scriverla!Esempi di leghe

• Acciaio: costituito principalmente da ferro e carbonio◦ Acciaio inossidabile

• Alpacca• Argentana• Amalgama: costituito da mercurio e altri metalli• Bronzo: costituito principalmente da rame e altro metallo (in genere stagno, alluminio,

nichel o berillio)• Duralluminio• Elettro• Ottone: costituito principalmente da rame e zinco• Mu-metal• Peltro: costituito principalmente da stagno e altri metalli (rame, piombo e antimonio)• Princisbecco• Lega saldante• Spiegeleisen• GST: lega utilizzata nell'industria microelettronica (memorie non volatili ottiche e

elettroniche)• Zamac

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Incrudimento

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L'incrudimento è un fenomeno metallurgico per cui un materiale metallico risulta rafforzato in seguito ad una deformazione plastica a freddo.Spesso tale fenomeno è sfruttato in alcuni trattamenti (come la pallinatura) per migliorare le caratteristiche del materiale, come la durezza e la resistenza meccanica (l'effetto è trascurabile, invece, sul modulo di elasticità E).Nei solidi metallici le deformazioni plastiche sono generalmente causate, a livello microscopico, da difetti del reticolo chiamati dislocazioni, che facilitano lo scorrimento dei piani cristallini muovendosi attraverso il materiale. A bassa temperatura questi difetti tendono a moltiplicarsi e ad accumularsi quando il materiale viene lavorato (ad esempio a causa del meccanismo di Frank-Read), finendo per interferire tra loro, bloccandosi a vicenda, incrementando i difetti puntiformi ed aumentando quindi la resistenza meccanica. Bisogna poi aggiungere che le dislocazioni in movimento si accumulano contro i giunti dei grani, provocandone la rottura. Il risultato di tale sconvolgimento è la deformazione dei grani cristallini e il loro allungamento nella direzione dello sforzo.Alle alte temperature ciò è compensato dal contemporaneo fenomeno di ricristallizzazione, che tende a "riarrangiare" il materiale in una forma più ordinata e distesa, disperdendo le dislocazioni e annullando gli effetti dell'incrudimento. Questo fenomeno è sfruttato nel trattamento termico di ricottura, che ha per l'appunto lo scopo di addolcire il materiale annullando l'effetto di incrudimento, di lavorazioni e in genere di altri trattamenti precedenti.Per deformare plasticamente un metallo occorre una tensione data secondo la formula:

dove σ è la tensione necessaria per deformare plasticamente un metallo, G è il modulo elastico di taglio, b è il vettore di Burgers e ρ è la densità delle dislocazioni.Ogni materiale con un punto di fusione ragionevolmente alto può essere indurito con questo metodo. Si utilizza spesso per indurire leghe che non risentono dei trattamenti termici, incluso l'acciaio a basso tenore di carbonio. L'Indio, poiché il suo basso punto di fusione lo rende immune all'incrudimento a temperatura ambiente, può essere utilizzato come guarnizione nei sistemi a vuoto.Di solito la lavorazione a freddo è ottenuta con lo stesso processo utilizzato per dare la forma finale al pezzo, inclusa la laminazione a freddo (in contrasto con la laminazione a caldo) e l'estrusione. Sono state ideate delle tecniche per mantenere la forma del pezzo anche durante il processo di incrudimento, tra cui la pallinatura e la constant channel angular pressing. L'incrudibilità di un materiale può essere prevista mediante l'analisi della curva di stress-strain o studiata effettuando un test di durezza prima e dopo il processo di incrudimento.Incrudimento cinematico: si ha quando ad un aumento della tensione di snervamento a trazione ne corrisponde una diminuzione delle tensioni di snervamento a compressione, cioè quando il tratto elastico si mantiene costante in ampiezza (in accordo con l'effetto Bauschinger). Il centro dell'ellisse rappresentativa del limite di snervamento è detto back stress.Incrudimento isotropo: quando il tratto elastico si dilata cinematicamenteEffetti sulle proprietà meccaniche:aumentano la tensione di rottura Rm, la tensione di snervamento Rs e la durezza;diminuiscono le proprietà di duttilità (come allungamento e strizione) e di tenacità statica e dinamica (come la resilienza).

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Effetti sulle proprietà fisiche e chimiche:aumentano la forza coercitiva, il coefficiente di dilatazione termica e di comprimibilità;diminuiscono densità, conducibilità elettrica, permeabilità magnetica, resistenza alla corrosione.

Pallinatura

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La pallinatura (chiamata anche con la denominazione anglofona shot peening) è un'operazione che consiste nel martellamento superficiale eseguito a freddo mediante un violento getto di pallini sferici, oppure di cilindretti ottenuti tagliando un filo (chiamati cut-wire).Le macchine che eseguono detto trattamento, le pallinatrici, proiettano il getto verso i pezzi da lavorare tramite una o più giranti centrifughe in rapida rotazione oppure tramite aria compressa, in ogni caso i materiali utilizzati per la graniglia possono essere ghisa, acciaio, vetro e, più raramente, ceramica.

Tale edificio (un memorial statunitense) mostra come le lastre di alluminio pallinaturate (a destra) abbiano colori e riflessi simili a quelli della pietra bianca (a sinistra).

UtilizzoI pezzi che si possono sottoporre al processo sono prevalentemente organi metallici quali ad esempio molle o bielle, ma anche eccezionalmente pezzi in bronzo, ottone, titanio, alluminio e varie leghe; tuttavia il campo dove la pallinatura riveste un ruolo principale è sicuramente quello aerospaziale e automobilistico.Effetti

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La pallinatura in altre parole provoca una compressione superficiale, in quanto il suo getto induce una deformazione plastica che si propaga fino ad alcuni decimi di millimetro nel materiale considerato e tecnicamente essa serve a migliorare la distribuzione delle tensioni superficiali, aumentando la resistenza a fatica del pezzo trattato.Più precisamente produce delle tensioni residue a compressione nella superficie del materiale e negli strati sottostanti che riescono a diminuire le tensioni interne allorché il pezzo è sottoposto a sollecitazioni e il materiale è reso in tal modo più resistente alle sollecitazioni a fatica, la durezza se varia ha variazioni non rilevabili nei campi di applicabilità con metodo HRC, per acciai legati e leghe a base nichelio.Alla fine del trattamento, a causa delle microcavità che si generano e che si sovrappongono l'una con l'altra, si ha come effetto secondario anche un affievolimento della quantità di luce riflessa sul materiale, ovverosia una specie di satinatura, ad esempio i fogli di alluminio trattati in questo modo assomigliano alla pietra bianca e sono ampiamente utilizzati in alcuni edifici.Tale trattamento, insomma, per quanto riguarda le modalità di esecuzione assomiglia alla sabbiatura, mentre per lo scopo che si prefigge è più simile alla rullatura, operando più sulla plasticità che sull'abrasione.L’effetto finale della pallinatura dipende dalla durezza, dalla dimensione dei pallini, dalla portata, dalla velocità e dall’angolo di impatto del getto, dalla distanza del pezzo dal getto e dall’intensità (misurata in gradi Almen).

Ambiente ossidante e ambiente riducente?

Detto molto tautologicamente in un ambiente ossidante sono presentispecie chimiche che di norma si comportano da ossidanti, per esempio laprensenza di ossigeno (O2) nell'atmosfera terrestre la rende unambiente ossidante. Se l'atmosfera contenesse invece metano oammoniaca, che si comportano da riducenti, si tratterebbe di unambiente riducente.

Esempi di ambienti ossidanti:*Atmosfere di fluoro/cloro/ozono/diossido di azoto/trifluoruro dicloro/etc.*Soluzione acquosa di permanganato di potassio*Soluzione acquosa di ipoclorito di sodio*Soluzione acquosa di acqua ossigenata

Esempi di ambienti riducenti:*Atmosfera di idrogeno/diossido di zolfo/monossido dicarbonio/fosfina/idrazina/etc.*Soluzione acquosa di tiosolfito di sodio*Soluzione acquosa di sodioboroidruro*Soluzione acquosa di acqua ossigenata

Come vedi "soluzione di acqua ossigenata" compare in entrambe le liste,

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perchè H2O2 può comportarsi sia da ossidante (ridotta a H2O) che dariducente (ossidata a O2) in funzione dei reagenti con cui ha a chefare e soprattutto dal pH (in ambiente basico è molto più facile chesi comporti da riducente, mentre in ambiente acido da ossidante).Questo esempio mette in evidenza che spesso non si può riconoscere inmaniera netta se si ha a che fare con un ambiente ossidante oriducente, prima di tutto bisognerà conoscerne esattamente lecondizioni (pH, T, p, presenza di altre specie, etc.) e poi saràimportante specificare se sarà ossidante o riducente in funzione diquale altra specie (per fare un esempio brutale, se si prende comeriferimento ClF3 quasi tutti gli ambienti saranno da considerareriducenti, visto che si tratta di ossidante fortissimo, anche alcuniche ho messo sopra nella lista degli ossidanti).

Nonostante queste considerazioni le liste che ti ho riportato soprasono ragionevoli.

In termini quantitativi si possono impiegare i potenzialielettrochimici per riconoscere, se una soluzione è più o menoossidante (o riducente) rispetto ad un'altra.

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