Tecnologia disegno per ilper biennio Corso di Tecnologia

Tecnologia disegno per ilper biennio Corso di Tecnologia e e. Disegno il biennio degli ITI Michele Montalto

I materiali a disposizione per ottenere manufatti utili alle attività umane si possono suddividere genericamente in: • materiali metallici • materiali non metallici • materiali compositi Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 2

I materiali metallici Tra gli svariati materiali disponibili per la produzione di prodotti finiti, ci occuperemo soprattutto dello studio dei materiali metallici, in quanto occupano ancora un ruolo preminente nelle costruzioni meccaniche. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 3

I materiali metallici Nell’industria meccanica, la generica definizione di “materiali metallici” coinvolge più tipologie di materiali che, dal punto di vista chimico, sono così definiti: Metalli Non metalli Leghe metalliche Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 4

Misura delle proprietà Tutti i materiali metallici hanno caratteristiche o proprietà specifiche. La conoscenza di queste proprietà ne determina la scelta nelle applicazioni. Ogni proprietà è posseduta da un materiale qualitativamente e/o quantitativamente in modo differente da ogni altro materiale. Ciò è verificabile da opportune scale che indicano il grado o la misura di quella determinata proprietà per il materiale in esame. Il grado o la misura di una determinata proprietà è espresso per mezzo di un numero e di una unità di misura (diversa per ogni proprietà) L’insieme delle proprietà e le rispettive misure riferite al medesimo materiale, costituiscono una sorta di “carta d’identità” per il materiale stesso. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 9

Scelta di un materiale La scelta di un materiale dipende: • dalla sua capacità di resistere alle sollecitazioni • dalla esigenze inerenti all’impiego • dalla facilità ed economicità della sua lavorazione • dal costo In altri termini si può affermare che la scelta di un materiale dipende in larga misura dalle sue proprietà chimico-strutturali, fisiche, meccaniche e tecnologiche. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 10

Le proprietà dei materiali metallici Proprietà chimico strutturali riguardano la composizione chimica dei metalli e la loro struttura interna (distribuzione atomica, struttura cristallina), dalle quali dipendono le proprietà meccaniche e tecnologiche e le interazioni con l’ambiente (ossidazione, corrosione). fisiche sono le proprietà verificabili in relazione agli agenti esterni (massa volumica, punto di fusione, conducibilità termica e conducibilità elettrica, dilatazione, ecc. ). meccaniche riguardano il comportamento dei materiali quando sollecitati da forze esterne. Le principali proprietà meccaniche sono: la resistenza meccanica, la resistenza alla fatica, la resistenza all’usura e la resistenza a forze concentrate (durezza). tecnologiche riguardano l’attitudine dei materiali a subire diversi tipi di lavorazioni meccaniche. Sono proprietà tecnologiche la malleabilità, la duttilità, la colabilità, la saldabilità, la truciolabilità, ecc. ). proprietà Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI FINE 11

Orientamento dei grani cristallini Durante una normale solidificazione i reticoli dei grani si orientano in tutte le direzioni. E’ questa la ragione per cui i metalli resistono in modo uguale in ogni direzione. L’orientamento dei grani può essere cambiato attraverso determinate lavorazioni. Questo fenomeno modifica sostanzialmente la resistenza del metallo secondo le direzioni di sollecitazione. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 16

Dimensioni dei grani cristallini Durante il raffreddamento, raggiunta la temperatura di solidificazione, si ha la formazione dei centri di cristallizzazione. Il loro numero dipende dalla velocità di raffreddamento In generale si può affermare che: Ø un raffreddamento veloce porta alla formazione di grani piccoli Ø un raffreddamento lento porta alla formazione di grani grossi I metalli con grani piccoli hanno generalmente caratteristiche migliori di quelli a grani grossi. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 17

La struttura cristallina dei metalli Un metallo è costituito da grani cristallini (o cristalli), aderenti gli uni agli altri, ma separati da linee sottili e irregolari (giunti cristallini). E’ il giunto cristallino che, come una colla, tiene uniti in un tutt’uno i grani cristallini. I cristalli a loro volta sono formati da piccolissime particelle (atomi), non visibili neppure al microscopio, che si dispongono in modo geometricamente regolare a formare <celle elementari>. Le celle elementari si dispongono con regolarità geometrica in modo da formare il <reticolo cristallino>, che si interrompe Tecnologia e disegno per il biennio 18 Michele Montalto solo ai bordi del cristallo. degli ITI

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La cella elementare è il più piccolo solido che possiede la completa simmetria del cristallo ottenuta congiungendo i centri degli atomi contigui. La cella elementare è definita dalla sua forma e dalle sue dimensioni. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 20

Le celle elementari dei metalli In natura le celle elementari possono essere di 14 forme diverse. La maggioranza dei metalli cristallizza secondo tre tipi di celle elementari: cubica a corpo centrato (c. c. c. ) cubica a facce centrate (c. f. c. ) esagonale compatta (e. c. ) Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 21

Cella Cubica a Corpo Centrato (c. c. c. ) 9 atomi Gli atomi sono a contatto lungo le diagonali secondo il seguente schema: 8 4 1 5 9 3 2 1 -9 -7 7 3 -9 -5 2 -9 -8 8 6 7 4 3 Cella elementare C. C. C. 9 Questo tipo di cella è caratteristica dei materiali più duri con resistenza alle deformazioni e duttilità medie, come il tungsteno, il molibdeno e il ferro a (alfa) Michele Montalto 4 -9 -6 5 1 Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 6 2 22

Cella Cubica a Facce Centrate (c. f. c. ) 14 atomi 8 8 7 11 3 2 10 12 13 5 9 6 14 1 4 7 11 3 2 10 13 12 5 9 Cella elementare C. F. C. 6 14 4 1 La cella cubica a facce centrate è caratteristica dei materiali più duttili, malleabili, buoni conduttori di elettricità e calore come il rame, il nickel, l’alluminio, il piombo, l’oro, l’argento e il ferro g (gamma) Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 24

Cella Esagonale Compatta (e. c. ) 17 atomi 2 1 3 7 6 4 5 15 16 8 17 9 14 13 12 10 11 Cella elementare E. C. Michele Montalto La cella esagonale compatta è caratteristica dei materiali fragili, come il magnesio, il cadmio e lo zinco Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 26

Le proprietà meccaniche di un metallo e, conseguentemente quelle tecnologiche, sono influenzate dalle dimensioni dei grani cristallini. A parità di dimensioni del grano cristallino e delle dimensioni dell’atomo, le celle c. c. c. sono in numero superiore, rispettivamente, delle c. f. c e delle celle e. c. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 31

Grano cristallino Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 32

Struttura cristallina delle leghe metalliche Le leghe metalliche sono formate da cristalli costituiti da atomi di due o più metalli diversi oppure da atomi di metalli e atomi di non metalli Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 34

I cristalli che si formano nelle leghe metalliche sono di tre tipi fondamentali: • Cristalli puri • Cristalli di soluzioni solide o misti • Cristalli di composti intermetallici Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 35

Tipi di leghe metalliche A B Solvente Lega di cristalli puri C Soluto C Lega di cristalli di soluzione solide o misti Lega di cristalli di composti intermetallici Indietro Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 36

Proprietà fisiche dei materiali avanti indietro Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 44

Proprietà fisiche dei materiali Svariate sono le proprietà fisiche dei materiali. Qui ne vengono indicate alcune tra le più importanti : • • Massa volumica (peso specifico) Capacità termica massica (calore specifico) Dilatazione termica Temperatura di fusione Calore latente di fusione Conduttività termica Conduttività elettrica Magnetismo Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 45

avanti indietro Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 51

Proprietà meccaniche Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale a resistere alle sollecitazioni dovute all’azione di forze esterne che tendono a deformarlo. L’azione delle forze esterne può avvenire secondo modalità diverse e altrettanto diverse sono le capacità di resistenza dei materiali sollecitati. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 52

Proprietà meccaniche Ricordiamo che le caratteristiche fondamentali con cui viene espressa una forza sono: • l’intensità verso direzione • la direzione • il verso intensità La forze così rappresentate possono variare: • per il tempo di applicazione • per il punto o la superficie di applicazione • per la direzione rispetto al corpo, ecc. . Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 53

Proprietà meccaniche Secondo il tempo di applicazione si avranno: • forze statiche • forze dinamiche • forze periodiche Secondo la superficie di applicazione si avranno: • forze concentrate • forze di attrito Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 54

Proprietà meccaniche Forze statiche Le forze applicate con gradualità e continuità nel tempo sono dette statiche; si parla anche di sollecitazioni statiche. Una sollecitazione statica è l’insieme delle forze esterne (carichi) che agiscono su un corpo. I vari tipi di sollecitazione si distinguono secondo la direzione di applicazione delle forze rispetto all’asse geometrico principale del solido. Se la forza statica agisce lungo un’unica direzione essa è definita: sollecitazione statica semplice. Più sollecitazioni semplici agenti su un corpo definiscono una sollecitazione statica composta. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 60

Proprietà meccaniche Resistenza meccanica La capacità che i materiali hanno di resistere a sollecitazioni statiche è detta resistenza meccanica. Secondo la direzione di applicazione della sollecitazione semplice si distinguono : • sollecitazione a trazione • sollecitazione a compressione • sollecitazione a flessione • sollecitazione a torsione • sollecitazione a taglio Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 61

Proprietà meccaniche (Resistenza meccanica) Sollecitazione semplice a trazione Un corpo si dice sollecitato a trazione quando due forze di uguale intensità sono dirette lungo l’asse geometrico del corpo e tendono ad allungarlo Alcuni esempi: catene, funi, organi di sollevamento, le viti. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 62

Proprietà meccaniche (Resistenza meccanica) Sollecitazione semplice a compressione Un corpo si dice sollecitato a compressione quando due forze di uguale intensità sono dirette lungo l’asse geometrico del corpo e tendono ad accorciarlo Alcuni esempi: i pilastri e i muri degli edifici Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 63

Proprietà meccaniche (Resistenza meccanica) Sollecitazione semplice a flessione Un corpo si dice sollecitato a flessione quando la forza applicata tende a piegarlo o a fletterlo. La direzione della forza è perpendicolare all’asse del pezzo e giace nel piano passante per l’asse geometrico stesso. Alcuni esempi: travi, alberi motori, balestre, ecc. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 64

Proprietà meccaniche (Resistenza meccanica) Sollecitazione semplice a torsione Un corpo si dice sollecitato a flessione quando è sottoposto a una tende a far ruotare una sezione del pezzo rispetto alla sezione immediatamente adiacente. Le forza che forze giacciono sul piano perpendicolare all’asse del pezzo e tendono a torcerlo. Alcuni esempi: maniglie delle porte, alberi di trasmissione, morse, ecc. . Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 65

Proprietà meccaniche (Resistenza meccanica) Sollecitazione semplice a taglio Un corpo si dice sollecitato a tagli quando è sottoposto a una forza che tende, di conseguenza, a scorrere rispetto all’altra parte, mantenuta fissa da una forza contraria. applicata soltanto su una parte del corpo stesso, Alcuni esempi: chiodature, cesoie, spine, ecc. . Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 66

avanti indietro Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 67

Proprietà Tecnologiche Le proprietà tecnologiche riguardano l’attitudine dei materiali a subire diversi tipi di lavorazioni meccaniche. La misura delle proprietà tecnologiche è realizzata, con procedure non sempre unificate, utilizzando provette o campioni del materiale in esame. Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 68

Proprietà Tecnologiche Svariate sono le proprietà tecnologiche. Tra le più importanti possiamo annoverare: • la malleabilità • la duttilità • la fusibilità e colabilità • la saldabilità • la piegabilità • la truciolabilità Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 69

Fine presentazione Michele Montalto Tecnologia e disegno per il biennio degli ITI 77