MATERIALI NON FERROSI

MATERIALI NON FERROSI
La tavola periodica di Mendeleevèla scoperta più significativa
nella storia dell'evoluzione dei materiali. Così hanno stabilito
recentemente i membri di 68 Paesi che fanno parte
dell'Aimmpe (American Instituteof Mining, Metallurgicaland
PetroleumEngineers), l'Istituto che si occupa della ricerca di
nuovi materiali . La Tavola Periodica degli Elementi è lo
schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del
loro numero atomico, ossia in base al numero di protoni
presenti nel nucleo degli elementi. La tavola Periodica esiste
in varie versioni , a seconda delle caratteristiche degli
elementi che si vogliono evidenziare
LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI
L'esempio di tabella periodica che segue mette
in evidenza lo stato fisico dei singoli elementi
ed inoltre mostra i metalli
Materiali Metallici non Ferrosi
I materiali metallici non ferrosi si possono
suddividere in gruppi, in funzione delle loro
principali proprietà chimiche e fisiche
Questi materiali occupano ben definite
posizioni nella tavola periodica degli elementi
Si esamineranno i metalli più usati in campo
industriale
I Gruppi dei Materiali non Ferrosi
Gruppo
Elementi
Proprietà ed impiego
Metalli Pesanti
Rame , Nichel, Piombo,
Zinco , Stagno ,Cobalto
Massa volume. > 5000 kg/mc
Usati in meccanica
Metalli Leggeri
Alluminio , Magnesio ,
Titanio,Berillio, Calcio
Massa volume. < 5000 kg/mc
Usati ove richiesta leggerezza
Metalli
Nobili
Oro , Argento, Platino,
Iridio
Alto costo. Usati in oreficeria ,
elettronica , per protesi
Metalli
Refrattari
Tungsteno,Molibdeno,C
romo,Vanadio,Titanio,M
anganese.
Alta temperatura fusione.
Usati nelle leghe e acciai
speciali .
Materiali
radioattivi
Uranio, Torio, Radio,
Plutonio
Emettono radiazioni . Usati
per produrre energia e in
medicina
Terre rare
Lantanio,Cerio,
Neodimio, Samario
Alto ferromagnetismo . Usati
per macchine elettriche
GRUPPO METALLI PESANTI
Rame Cu
Nichel NI
Piombo P
Zinco
Zn
Stagno
Sn
Cobalto Co
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RAME
Simbolo: Cu
Massa volumica: 8920 kg/m3
Punto di fusione: 1083°C
Carico di rottura: 240 ÷ 480 N/mm2
Durezza Brinell: 50 ÷ 120 HBS
Colore: Rosso salmone
RAME
Gli impieghi più importanti del rame sono quelli in
elettrotecnica e in termotecnica (serpentine, caldaie,
scambiatori di calore, ecc.),nella preparazione di molte sue
leghe, quali gli ottoni, i bronzi, i bronzi di alluminio, ecc., e
nella produzione di suoi composti, come il solfato di rame
largamente usato quale anticrittogamico.
• Il rame è ancora usato per rivestimenti e oggetti artistici;
abbandonato è invece l'uso di pentole e vasellame da
cucina, che poteva dar luogo a intossicazioni più o meno
gravi a causa della possibile solubilizzazioni del rame da
parte di acidi organici contenuti negli alimenti.
NICHEL
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Simbolo: Ni
Massa volumica: 8800 kg/m3
Punto di fusione: 1455°C
Carico di rottura: 400 ÷ 800 N/mm2
Durezza Brinell: 200 HBS
Colore: Argento Splendente
NICHEL
• Un terzo ca. della produzione mondiale di nichel è
utilizzato, specialmente come metallo puro,
nell'industria chimica, elettrochimica, elettrotecnica ed
elettronica.
• La maggior parte del nichel viene impiegata però per la
preparazione di moltissime leghe (oltre 3000) fra cui gli
acciai (nei quali il nichel spesso è presente in quantità
variabili dallo 0,5 al 35%) che hanno un posto
prevalente, in quanto a essi è destinato oltre il 50%
della produzione di nichel. La sua funzione è quella di
migliorare le caratteristiche di tenacità, temprabilità,
resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e al
calore dell'acciaio specie quando è associato al cromo
(acciai inossidabili).
PIOMBO
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Simbolo: Pb
Massa volumica: 11340 kg/m3
Punto di fusione: 327°C
Carico di rottura: 20 ÷ 30 N/mm2
Durezza Brinell: 5 ÷ 7 HBS
Colore: Azzurrognolo
PIOMBO
• È tenero, tanto da poterlo tagliare con un coltello, e
facilmente deformabile, ma l'aggiunta anche di piccole
quantità di altri elementi, in particolare di piccole
quantità di arsenico, antimonio, argento o cadmio, ne
aumenta considerevolmente la durezza.
• È poco duttile e malleabile, anche a causa della sua
grana cristallina generalmente grossolana: per
solidificazione del metallo fuso si formano facilmente
cristalli della lunghezza anche di alcuni cm.
• Il piombo trova impiego nella fabbricazione di tubi per
l'acqua e per l'industria chimica e delle guaine di
protezione dei cavi elettrici e telefonici
ZINCO
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Simbolo: Zn
Massa volumica: 7140 kg/m3
Punto di fusione: 420°C
Carico di rottura: 130 ÷ 250 N/mm2
Durezza Brinell: 80 ÷ 100 HBS
Colore: Bianco azzurrognolo cristallino
ZINCO
• Lo Zinco un metallo bianco-azzurro,
di media durezza, intorno ai 200 ºC
diventa fragile e può essere
macinato in polvere; all'aria
scurisce lentamente, probabilmente
perché si ricopre di una pellicola di
ossido o di carbonato che lo
autoprotegge.
• Con lo zinco si producono le
grondaie, le protezione metalli e le
valvole per condutture.
STAGNO
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Simbolo: Sn
Massa volumica: 7280 kg/m3
Punto di fusione: 232°C
Carico di rottura: 40 ÷ 60 N/mm2
Durezza Brinell: 15 HBS
Colore: Bianco argenteo splendente
STAGNO
• La conversione dello stagno metallico in
stagno grigio fu osservata per la prima volta
nelle canne d'organo delle cattedrali delle città
nord europee. A causa infatti delle basse
temperature le canne degli organi
sviluppavano strane escrescenze, fenomeno
che veniva definito “peste dello stagno”.
• Lo stagno è utilizzato per fare le canne
dell’organo, il peltro, il vetro opalino, gli smalti
e alcuni tipi di latta.
COBALTO
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Simbolo: Co
Massa volumica: 7280 kg/m3
Punto di fusione: 1495°
Colore: Bianco Lucente
IMPIEGO
Leghe metalliche, quali ad esempio
– quelle impiegate nella realizzazione di turbine per
motori d'aereo
– leghe ad alta resistenza alla corrosione e all'usura
– acciai per utensili ad alta velocità.
COBALTO
• I sali e gli ossidi di cobalto vengono impiegati fino da
epoca molto antica per colorare il vetro e gli smalti
ceramici in blu o in rosa .
• Il cobalto metallico stato largamente impiegato solo in
epoca recente, soprattutto per la produzione di leghe
speciali, in quanto l'aggiunta di cobalto agli acciai
inossidabili al cromo-nichel ne migliora la resistenza
alla corrosione e le proprietà meccaniche anche a
elevate temperature.
GRUPPO METALLI LEGGERI
Alluminio Al
Magnesio Mg
Titanio Ti
ALLUMINIO
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Simbolo: Al
Massa volumica: 2700 kg/m3
Punto di fusione: 658°C
Carico di rottura: 100 ÷ 180
N/mm2
• Durezza Brinell: 20 ÷ 40 HBS
• Colore: Bianco argenteo
ALLUMINIO
L’alluminio è il metallo presente in
percentuale maggiore in natura. Si ricava
dalla BAUXITE che contiene ossidi e
idrossidi di alluminio dal 40÷70%.
Il processo produttivo avviene in due fasi:
1a fase - Si ottiene l’ossido di alluminio,
ALLUMINA.
2a fase - Trattamento elettrolitico si ottiene
l’alluminio di PRIMA FUSIONE.
Il processo è molto costoso:
per produrre 1 Kg si consumano 14÷17 KWh
Proprietà dell’ALLUMINIO
• Grande attitudine a legarsi con altri
materiali
• Buona predisposizione ai
trattamenti termici
• Buone caratteristiche meccaniche
• Elevata conducibilità elettrica
• Alta resistenza alla corrosione
• Ottima lavorabilità sia a caldo sia a
freddo
• Ottima lavorabilità alle macchine
utensili
• Ottima predisposizione al recupero
• Scarsa saldabilità
Impieghi dell’alluminio
• Raramente impiegato allo stato puro l’alluminio è
usato principalmente in lega con altri metalli,
grazie alla sua leggerezza, resistenza meccanica e
resistenza alla corrosione è impiegato nei vari
campi:
 Industriale
 Aereonavale
 Edilizio
 Automobilistico
• Trattamenti superficiali = Ossidazione anodica(
prima spazzolatura, lucidatura e satinatura poi
processi elettrolitici con strato di ossido da 20um
a 70um trasparente o auto coloratura
Leghe di alluminio
L'alluminio si presta molto bene a formare leghe con altri metalli in
particolare con il rame, il magnesio, lo zinco, il manganese ed il
silicio (Al da 85-99%)
• Alluminio+manganese e alluminio+manganese+silicio: impiegato
in edilizia per serramenti e nell’industria alimentare (contenitori)
• Alluminio+rame: industria automobilistica, aereonavale e elementi
strutturali
• Alluminio+zinco: Famose le leghe autotempranti alta resistenza
meccanica
• Alluminio+zinco+rame: Lega più resistente a forti sollecitazioni,
biciclette
• Alluminio+magnesio: leghe ultraleggere notevole resistenza
meccanica ridotta massa volumica, imbarcazioni e armi
P-Al Mg 4,5 magnesio 4,5% (P= lavorazioni plastiche G=lavorazione a
getti)
Magnesio
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Simbolo: Mg
Massa volumica: 1740 kg/m3
Punto di fusione: 650°C
Carico di rottura: 80 ÷ 120 N/mm2
Durezza Brinell: 55 ÷ 90 HBS
Colore: Bianco argenteo
• Il magnesio trova impiego nei laboratori chimici per la
preparazione dei composti di Grignard, in fotografia
(lampo al magnesio), nella preparazione di miscele
pirotecniche, e in metallurgia dove è usato quale
disossidante di metalli e di leghe, e soprattutto per
ottenere leghe particolari(leghe leggere)
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TITANIO
Simbolo: Ti
Massa volumica: 4500 kg/m3
Punto di fusione: 1677°C
Carico di rottura: 3700 N/mm2 puro
10000 N/mm2
legato
• Durezza Brinell: 120 ÷ 200 HBS
• Colore: Bianco lucente
• Il titanio è utilizzato specialmente nelle
industrie chimica, elettrochimica,
aeronautica e missilistica. La sua presenza
negli acciai comporta la formazione di
carburi stabili: pertanto viene aggiunto in
piccole quantità(0,1%) come stabilizzante
negli acciai inossidabili e in maggiore
quantità, associato al tungsteno, in alcuni
acciai da utensili da taglio e per stampi.
GRUPPO METALLI NOBILI
Oro Au
Argento Ag
Platino Pt
ORO
• Simbolo: Au
• Massa volumica: 19.320 kg/m3
• Punto di fusione: 1063°C
• Colore: Giallo
Caratteristiche
È un metallo di transizione,
tenace, pesante, duttile,
malleabile.
oro
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componentistica elettronica:
– svolge funzioni critiche in molti computer ,
apparecchi per telecomunicazioni, motori jet e
numerose applicazioni industriali;
– trova ampio uso come materiale di rivestimento
delle superfici di contatti elettrici, per garantirne
la resistenza alla corrosione nel tempo
ambito astronautico:
– l'oro è usato come rivestimento protettivo di
molti satelliti artificiali, data la sua elevata
capacità di riflettere sia la luce visibile che quella
infrarossi.
scopo ornamentale:
– l'oro può essere tirato in fili ed inserito in tessuti
ed ornamenti;
– l'oro bianco - una lega con platino, palladio,
nichel o zinco - funge da sostituivo del platino in
alcune applicazioni ed in gioielleria; - inoltre tale
lega ha un basso coefficiente di dilatazione
termica
argento
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Simbolo: Ag
Massa volumica: 10.49 kg/m3
Operazione in corso
Immagine non disponibile
• Punto di fusione: 961°
• Colore: Bianco argenteo lucente
Caratteristiche
È un metallo , tenero, duttile,
malleabile, ottima conducibilità
termica e elettrica,resistente alla
corrosione.
argento
• Per produrre contatti ad elevata conduttività
in manufatti elettrici ed elettronici, ad
esempio i contatti elettrici delle tastiere.
• Per produrre specchi con una maggiore
riflettenza; gli specchi comuni sono fatti con
alluminio.
• Per il suo splendore viene usato per produrre
articoli di gioielleria e set di posate e articoli
da tavola (l'argenteria), prodotti
tradizionalmente con l'argento sterling, una
lega che contiene il 92,5% di argento.
PLATINO
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Simbolo: Pt
Massa volumica: 21.45 kg/m3
Punto di fusione: 1405°C
Colore: Bianco grigio
Caratteristiche
È un metallo , duttile,
malleabile,resistente alla
corrosione.
• La sua resistenza alla corrosione e
all'ossidazione lo rende adatto per
produzioni di gioielleria.
GRUPPO METALLI REFRATTARI
Tungsteno Wn
Molibdeno Mo
Vanadio Vi
Manganese Mn
Cromo Cr
Tungsteno o Wolframio
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Simbolo: w
Massa volumica: 10.25 kg/m3
Punto di fusione: 3422°C
Durezza Brinell 2570 HBS
Colore: Bianco grigio
Caratteristiche
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È un metallo , puro, pesante,resistente alla
corrosione.
Impiego
Le sue proprietà di densità e durezza lo rendono il
candidato ideale per leghe pesanti usate in
armamenti, dissipatori di calore e sistemi di pesi e
contrappesi.
Gli acciai rapidi sono spesso delle leghe di
tungsteno; ne possono contenere fino al 18%.
Le superleghe contenenti questo metallo sono
usate in pale di turbine, utensili d'acciaio e parti
meccaniche o rivestimenti resistenti all'usura.
Mobildeno
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Simbolo: Mo
Massa volumica: 10.28 kg/m3
Punto di fusione: 2623°C
Colore: Bianco Argento
Caratteristiche
È un metallo , puro, pesante,resistente alla
corrosione.
• Impiego
• L'aggiunta di molibdeno agli acciai ne migliora
notevolmente le qualità meccaniche e la resistenza
alla corrosione: il molibdeno viene quasi sempre
aggiunto in percentuale relativamente modesta
accanto ad altri metalli di lega come per esempio
negli acciai inossidabili ad alta resistenza alla
corrosione utilizzati per molti impianti chimici.
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Vanadio
Simbolo: V
Massa volumica: 6110 kg/m3
Punto di fusione: 1902°C
Colore: Bianco Lucente
Caratteristiche
È un metallo , puro, pesante,resistente alla corrosione.
• Impiego
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Circa l'80% del vanadio prodotto viene usato come lega ferrovanadio o come additivo per l'acciaio. Tra gli altri usi rientrano
leghe metalliche quali:
– acciai inossidabili speciali, ad esempio per produrre ferri
chirurgici;
– acciai per utensili ad alta velocità e resistenti alla ruggine;
– mescolato a leghe di alluminio e titanio, usato nei motori
jet ed in applicazioni aeronautiche.
per via della piccola sezione d'urto con i neutroni di fissione,
viene impiegato nell'industria nucleare.
il vetro rivestito di diossido di vanadio blocca la radiazione
infrarossa (ma non la luce visibile) ad alcune specifiche
temperature.
Manganese
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Simbolo: Mn
Massa volumica: 7470 kg/m3
Punto di fusione: 1244°C
Colore: Grigio Bianco
Caratteristiche:
Duro e molto fragile, si può fondere solo con
difficoltà e si ossida molto facilmente. Il
manganese metallico diventa ferromagnetico
solo dopo un trattamento specifico.
Impiego :
La produzione mondiale dell’acciaio e altri
materiali assorbe attualmente 85%al 90%
della produzione mondiale .Manganese
componente chiave per acciai inossidabili e di
alcune di alluminio di largo impiego.
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Cromo
Simbolo: Cr
Massa volumica: 7200 kg/m3
Punto di fusione: 1875°C
Carico di rottura: 240 ÷ 480 N/mm2
Durezza Brinell: 70 HBS
Colore: Bianco splendente
Caratteristiche : Fonde con difficoltà é molto
resistente alla corrosione.
Impiego :In metallurgia, per conferire
resistenza alla corrosione ed una finitura
lucida. Cromatura.
GRUPPO METALLI RADIOATTIVI
Uranio U
Torio T h
Radio Ra
Plutonio Pu
Uranio
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Simbolo: U
Massa volumica: 190.50 kg/m3
Punto di fusione: 1132°C
Colore: Bianco Argento
Caratteristiche:
Malleabile,duttile,poco più
tenero dell’acciaio.
Impiego: reattori nucleari,armi
nucleari.
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Torio
Simbolo: Th
Massa volumica: 1172 kg/m3
Punto di fusione: 1755°C
Colore: Bianco Argento
Caratteristiche: Leggermente radiativo.
Impiego:
Il torio è usato per rivestire i fili di tungsteno negli
apparecchi elettronici.
Il torio è stato usato in elettrodi per saldatura e
ceramiche resistenti al calore.
Il suo ossido è usato per controllare la dimensione della
grana del tungsteno usato nei filamenti delle
lampadine elettriche.
Il suo ossido è usato per crogioli da laboratorio per alte
temperature.
L'ossido di torio aggiunto al vetro permette di creare
vetri cobalto indice di rifrazione e dispersione molto
bassa. Perciò trova applicazione lenti di grande qualità
per macchine fotografiche.
Radio
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Simbolo: Ra
Massa volumica: 5000 kg/m3
Punto di fusione: 700°C
Colore: Bianco Argento
Caratteristiche: Elemento dei più
radiativi.
Impiego:
Il radio si usa in medicina per
produrre gas radon, utile per la
terapia di alcuni tipi di tumore .
Plutonio
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Simbolo: Pu
Massa volumica: 19816 kg/m3
Punto di fusione: 700°C
Colore: Bianco Argento
Caratteristiche:
• Il plutonio puro è un metallo argenteo, ma ingiallisce
quando si ossida .
Impiego:
• Il plutonio puro è un metallo argenteo, ma ingiallisce
quando si ossida . Curiosamente, il plutonio subisce una
contrazione di volume all'aumentare della temperatura.
• Il calore prodotto dal decadimento alfa rende il plutonio
sensibilmente caldo al tatto; grandi quantità possono far
bollire l'acqua.
Terre rare
Lantanio La
Cerio Ce
Neodimio N d
Samario Sm
Lantanio
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Simbolo: La
Massa volumica: 6146kg/m3
Punto di fusione: 920°C
Colore: Bianco Argento
Caratteristiche:
• Leggero ,metallico,malleabile,
duttile, tenero.
Impiego:è usato nella manifattura
di speciali vetri ottici come:
– Vetro assorbente gli infrarossi.
– Lenti per fotocamere e
telescopi, per via dell'alto
indice rifrattivo e della bassa
dispersione dei vetri alle terre
rare.
Cerio
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Simbolo: Ce
Massa volumica: 6146 kg/m3
Punto di fusione: 798 °C
Colore: Argento
Caratteristiche:
• Malleabile, duttile, tenero.
Impiego:il cerio è utilizzato nella
produzione delle leghe di alluminio e di
alcuni acciai.
• L'aggiunta di cerio alle fusioni in ferro
evita la grafitizzazione e consente la
produzione di ferro malleabile.
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Neodimio
Simbolo: N d
Massa volumica: 6800 kg/m3
Punto di fusione: 1024 °C
Colore: Argento Lucente
Caratteristiche:
Si ossida facilmente.
Impiego:Come componente del
didimio, utilizzato per la colorazione
degli occhiali e degli schermi per
saldatori.
L'utilizzo come colorante per vetri
consente di ottenere delicate tonalità
che variano dal violetto al rosso-vino.
Samario
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Simbolo: Sm
Massa volumica: 7353 kg/m3
Punto di fusione: 1072 °C
Colore: Argento
Caratteristiche:
Abbastanza stabile con l’aria.
Impiego:l'ossido di samario è
usato per produrre vetri capaci di
assorbire la luce infrarossa