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Metallurgia

La metallurgia è la disciplina tecnica che riguarda essenzialmente lo studio dei metalli del loro comportamento e dei procedimenti tecnici relativi al loro ottenimento e lavorazione. In particolare, essa si occupa dell'insieme delle tecniche impiegate per l’estrazione, il trattamento e la lavorazione dei metalli.

I metalli possono essere utilizzati allo stato puro oppure più solitamente in lega. Una lega è una combinazione, sia in soluzione o in composto, 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. Diremo quindi che una lega con due componenti è una lega binaria, una con tre è una lega ternaria ed una con quattro è una lega quaternaria, etc... Le leghe sono ideate solitamente per avere proprietà meccaniche e/o fisiche più desiderabili di quelle dei loro componenti. Per esempio l'acciaio ha una resistenza meccanica maggiore del ferro, il suo componente principale, e l'ottone è più duro del rame e più attraente 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. Le leghe speciali possono tuttavia essere progettate con un singolo punto di fusione: queste sono definite più propriamente leghe eutettiche.

Commercialmente, spesso una lega è designata con il nome del metallo più importante: l'oro a 18 carati è ad esempio una lega di oro con altri elementi; lo stesso accade per l'argento usato in gioielleria (es.: argento 925) e per l'alluminio usato nelle strutture. In una lega si possono avere situazioni diverse in base alle azioni mutue fra gli atomi:

  • soluzione solida disordinata: si ha quano gli atomi diversi si attraggono con forze simili a quelle tra atomi uguali, con conseguente distribuzione atomica omogenea e casuale;
  • soluzione solida ordinata: si ha quando gli atomi diversi, tutti metallici, si attraggono con forze diverse;
  • composto intermetallico: si ha 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 sia così elettronegativo da realizzare un composto ionico (per esempio nel caso di elementi non metallici come S, O2, Cl2), si ha un composto chimico e non una lega;
  • lega eutettica: si ha 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.
La metallurgia, praticata fin dall’antichità, si è evoluta nel corso del tempo fino a divenire propriamente una scienza che studia le relazioni tra la struttura interna e le proprietà di metalli e di leghe metalliche, al fine di ottimizzare le proprietà dei metalli e delle loro leghe.

Il progresso tecnologico ha poi mirato anche al miglioramento delle tecniche di estrazione e lavorazione (esempio: metallo pressofuso e metallurgia delle polveri), rendendole più efficienti e meno onerose, sia in termini di tempo che di costo energetico.

Un'altra frontiera nel campo della metallurgia è rappresentata dai trattamenti termici e termo/chimici dei metalli e/o leghe, volti all'incremento delle prestazioni tribologiche, di resistenza e resilienza dei metalli e/o leghe (ad esempio tempra, nitrurazione, carbonitrurazione, etc...).

   
             
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