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Venerdì 18 Settembre 2009 07:59 |
Zinco
Lo zinco è un metallo di colore bianco azzurrognolo che incupisce lasciandolo esposto all'aria. A temperatura ambiente presenta un reticolo esagonale compatto (HCP). Il metallo puro ha una bassa temperatura di fusione (419 °C). In vicinanza del punto di fusione lo zinco brucia formando leggeri fiocchi di ossido che gli alchimisti hanno chiamato lana filosofica.
Lo zinco ha una resistenza e una durezza maggiore di stagno e piombo, ma minore di quelle di alluminio e di rame. Il metallo puro ha una bassa resistenza al creep; lo zinco è fragile alle temperature ordinarie, ma diviene duttile già verso i 100 °C per ritornare fragile a circa 200 °C.
L'ossidazione naturale dello zinco lo protegge da attacchi in profondità: per tal motivo è usato per trattamenti protettivi di altri metalli. Si scioglie con facilità in acido liberando idrogeno gassoso e si scioglie pure in soluzioni alcaline formando anche in questo caso idrogeno gassoso.
Tracce di cadmio, arsenico, piombo e antimonio, che si trovano sovente disciolte nel metallo, sono tanto tossiche da rendere lo zinco comune abbastanza pericoloso. Contenitori di zinco possono essere usati per l'acqua da bere, ma non per i cibi, pur essendo lo zinco un componente essenziale a molti organismi sia animali sia vegetali.
Usi
Circa il 35% dello zinco prodotto nel mondo è utilizzato per la zincatura del ferro, i1 20% trova impiego nella produzione di ottoni, i1 25% in quella di altre leghe, il 10% come zinco in lastre, mentre il rimanente 10% è assorbito in applicazioni diverse.
Lo zinco è prodotto in varie qualità secondo il grado di purezza che può variare dal più puro, 99,995% al 98%. Le norme di qualità variano da paese a paese e differiscono tra loro solo per alcuni particolari. Le norme UNI prevedono 6 qualità di zinco. Le prime due, di maggior purezza (il 99,995 e il 99,99), sono usate per la preparazione di leghe, le più importanti delle quali sono destinate alla colata o pressocolata.
Gli elementi di lega sono in genere Al, Mg, Cu. Queste leghe, che fondono a temperatura relativamente bassa (circa 380-480 °C), hanno grande fluidità e bassissimo ritiro. Queste caratteristiche permettono fusioni anche molto complicate.
Lo zinco al 99,99% è impiegato anche per la preparazione di leghe destinate alla lavorazione a freddo: laminati, profilati, barre estruse, anodi sacrificali. È, inoltre, utilizzato nella produzione di filo e di polvere per vernici.
Lo zinco 99,95%, per il suo contenuto di impurezze relativamente elevato, è usato per produrre ottoni, bronzi e nella zincatura a caldo.
Lo zinco 99,9% è utilizzato per fusioni. Infine la qualità 98,5% ha il maggior campo d'impiego nella zincatura a caldo. Nell'edilizia, l'impiego del laminato di zinco ha una lunga tradizione tanto da renderlo il materiale non ferroso, per coperture e rivestimenti. di più largo utilizzo. I tetti in laminato di zinco garantiscono una lunga durata nel tempo.
Al giorno d'oggi sono sul mercato laminati costituiti da una lega Zn-Cu-Ti che, oltre ad assicurare un'elevata resistenza alla compressione, presentano ottima resistenza a trazione e al creep. Lo zinco si utilizza anche in elementi non strutturali: pluviali, grondaie, pannelli decorativi.
Lo zinco come protezione dell'acciaio
Fatta eccezione per la verniciatura, la zincatura è il metodo di ricoprimento protettivo più usato per le leghe ferrose.
Il ricoprimento di zinco costituisce una protezione della lega ferrosa contro gli effetti corrosivi dell'ossigeno atmosferico e del vapore acqueo. In primo luogo esso impedisce il contatto fisico dell'acciaio con l'aria; poi, se lo strato di zinco si rompe fino a esporre la lega ferrosa sottostante, lo zinco è meno nobile dell'acciaio protetto per cui le discontinuità del rivestimento perdono il loro carattere di pericolosità, in quanto è lo zinco del rivestimento che assume funzionamento anodico, proteggendo l'acciaio (protezione catodica dell'acciaio).
La zincatura della lega ferrosa è ottenuta con tecniche differenti:
- zincatura a caldo;
- metallizzazione a spruzzo;
- vernici ricche di zinco;
- protezione catodica;
- zincatura laminare a freddo;
- zincatura elettrolitica;
- sherardizzazione.
La zincatura a caldo è il metodo più impiegato. Gli altri metodi sono utilizzati quando, per necessità impiantistiche, per problemi dimensionali e costruttivi, per eccessivi costi di trasporto, non è possibile usare la zincatura a caldo.
Zincatura a caldo
Questo processo, consistente nel rivestire i manufatti di ghisa o acciaio immergendoli in un bagno di zinco fuso, prende anche il nome di galvanizzazione. Costituisce il procedimento più antico, semplice e diffuso di rivestimento di zinco su ferro. Esso ha avuto una grande evoluzione in questi ultimi anni, soprattutto grazie all'innovazione della zincatura coninua dell'acciaio laminato in nastro. Impianti automatici si hanno anche per la zincatura di tubi, di tondini per calcestruzzo, per carpenterie in generale e per fili.
I manufatti, prima di essere sottoposti al processo, devono essere puliti da residui di olio, grassi e di vernici e scorie di saldatura presenti in conseguenza delle precedenti lavorazioni. Dopo sgrassatura, i manufatti sono decapati in acido cloridrico diluito in modo che gli ossidi di ferro siano trasformati in cloruro di ferro, solubile. Alcune ghise e acciai al silicio sono difficoltosi da galvanizzare.
Prima di venire a contatto con lo zinco fuso, i manufatti passano attraverso uno strato di condizionamento, costituito da sale doppio di zinco e ammonio che galleggia sopra lo zinco fuso. Esso ha una duplice funzione: eliminare ogni impurezza sul ferro (per esempio cloruro di ferro rimasti aderenti dopo il decapaggio) ed evitare che lo zinco fuso sottostante si ossidi. In tale modo la superficie del materiale ferroso è pronta a combinarsi con lo zinco formando un rivestimento con spesssore di 70-120 µm costituito da leghe diverse. Queste variano in composizione man mano che si allontanano dal ferro divenendo sempre più ricche in zinco. Queste leghe si ottengono a temperature superiori a quella del punto di fusione dello zinco puro e non sono, perciò, presenti negli oggetti rivestiti elettrolicamente.
La zincatura a caldo assicura, oltre la protezione galvanica, anche protezione fisica. Il rivestimento protettivo ha notevole resistenza alle azioni meccaniche e alle abrasioni.
La temperatura del bagno di zincatura influenza l'aspetto dei manufatti e la riuscita di tutto il procedimento. Una temperatura troppo elevata favorisce la formazione di scorie e dà luogo a un deposito ruvido e opaco. Una temperatura troppo bassa lascia, invece, sul manufatto uno spessore di zinco diseguale, fragile, che si sfalda. Il tempo d'immersione varia in funzione dello spessore che si vuole ottenere.
L'estrazione dal bagno deve compiersi in modo che sia favorita al massimo la colatura dello zinco, così che le superfici siano il più possibile lisce e uniformi. Gli oggetti cavi devono possedere aperture sufficientemente grandi in modo da consentire una facile entrata e uscita dello zinco fuso.
Metallizzazione a spruzzo
La metallizzazione consiste nel proiettare, con un getto di aria compressa, sulla superficie metallica da proteggere, zinco finemente polverizzato, partendo da un filo di zinco di alta purezza. Sono usate speciali pistole dove lo zinco è fuso ad alta temperatura mediante una miscela ossigeno-acetilene. La preparazione della superficie deve essere molto accurata in modo da eliminare ogni traccia di grassi, vernici, ossidi di ferro. Lo scopo si raggiunge sabbiando la superficie con abrasivi. È necessario che la superficie dopo sabbiatura risulti rugosa per migliorare l'ancoraggio dello zinco.
I vantaggi di tale metodologia si possono così riassumere:
- semplice tecnologia con apparecchiature maneggevoli e leggere, utilizzabili in cantiere e in officina;
- possibilità di trattare pezzi di qualsiasi dimensione;
- riscaldamento moderato (80-85 °C max) del pezzo trattato, per cui non si hanno deformazioni;
- depositi con spessori variabili.
La zincatura a spruzzo realizzata con strati da 40 a 200 µm conferisce una protezione contro la corrosione di lunga durata. Con questa tecnica si possono proteggere ponti, carpenterie varie, particolari di macchine termiche o elettriche, strutture saldate ecc.
Vernici ricche in zinco
Le vernici con elevato contenuto di zinco metallico (minimo 93% sul secco) danno ottimi risultati per la protezione dell'acciaio. Hanno un aspetto opaco, essiccano e induriscono in breve tempo. Dopo essiccamento, lo strato protettore è costituito da una pellicola formata dallo strato secco del veicolo contenente le particelle di zinco. In questo modo, le vernici proteggono catodicamente l'acciaio sottostante. Anche in questo caso è indispensabile, prima dell'applicazione della vernice, effettuare un'ottima pulizia della superficie del manufatto da proteggere.
Protezione catodica
Questa protezione si basa sulla differenza di potenziale che esiste tra lo zinco e l'acciaio, lo zinco essendo l'anodo sacrificale e l'acciaio il catodo. Questa protezione non richiede energia esterna e necessita di poca manutenzione.
Zincatura laminare a freddo
La zincatura laminare a freddo consiste nel ricoprire la superficie da proteggere con un sottile nastro di zinco a elevata purezza dello spessore di 80 = 100 µm. Il nastro è fatto aderire alla struttura mediante un collante dotato di alta conduttività elettrica. In tale modo è possibile ottenere una protezione combinata passiva e attiva.
Zincatura elettrolitica
Questo processo consiste nell'ottenere un rivestimento di zinco per elettrolisi. I bagni utilizzati sono costituiti da soluzioni acide o alcaline di sali di zinco. Gli anodi sono di zinco (in genere al 99,99%) e i manufatti da rivestire, sgrassati e decapati, funzionano da catodi. E possibile effettuare questo trattamento in continuo per lamiere e fili. Gli spessori di zinco depositato sono modesti e oscillano tra i 2 e i 20 µm. Dato il loro limitato spessore non hanno vita lunga negli ambienti esterni.
Sherardizzazione
È un processo di diffusione dello zinco nell'acciaio (cementazione). Con questo procedimento si possono rivestire manufatti con uno strato uniforme di zinco a temperatura inferiore a quella di fusione dello zinco stesso. Si pongono gli oggetti insieme con polvere di zinco (grigio di zinco) entro un cilindro chiuso girevole, scaldato dall'esterno a circa 400 °C. L'operazione dura da una a dieci ore a seconda degli oggetti, che in genere sono di piccole dimensioni e di forma varia.
Si ottiene un rivestimento grigio costituito da strati di lega Fe-Zn i cui spessori sono funzione del tempo di trattamento. Secondo la norma UNI 5464-69 si hanno tre classi di sherardizzazione: con spessore 5-10 µm, 10¬30 µm e oltre 30 µm. Al maggior spessore corrisponde maggior resistenza alla corrosione. La misura dello spessore può essere effettuata con metodi micrografici, chimici o magnetici.
Questo trattamento è molto adatto per le bullonerie, in quanto lo spessore ottenuto è uniforme in tutti i punti del pezzo.
Saldatura
Nella saldatura di manufatti zincati, il rivestimento di zinco evapora perciò occorre, a saldatura effettuata, ripristinare lo strato con vernici allo zinco.
Corrosione
Corrosione in atmosfera
L'attacco più grave si riscontra in atmosfera industriale. La velocità di corrosione diminuisce con il tempo, poiché lo strato dei prodotti di corrosione si aggiunge alla protezione assicurata dallo zinco. In ambiente rurale la corrosione dell'acciaio zincato è molto lenta. L'aria marina, invece, satura di umidità con un alto contenuto di cloruri, ha elevato effetto corrosivo. Anche la sabbia, con il vento, contribuisce alla corrosione con un effetto erosivo. Nelle aree industriali si ha la corrosione atmosferica più aggressiva. Gli ossidi di zolfo, sempre presenti nei fumi dei combustibili, trasformano lo zinco in solfato di zinco che è solubile in acqua. Tuttavia è da tenere presente che l'acciaio, in atmosfera contenente composti dello zolfo, si corrode rispetto a un rivestimento zincato con velocità maggiore, da 10 a 20 volte.
Corrosione in acqua
Per quanto riguarda le acque convogliate in tubazioni, la corrosione è influenzata dall'ossigeno e dalla durezza dell'acqua stessa. All'inizio, per la presenza nell'acqua di bicarbonati (durezza temporanea) si forma Zn(OH)2. L'idrato di zinco si trasforma successivamente in carbonato basico di zinco, con un ottimo effetto protettivo. Ne deriva che le acque dolci sono molto più aggressive di quelle dure.
Il quadro è diverso nel caso d'acqua calda, giacché il bicarbonato si decompone in carbonato di calcio e in acido carbonico. L'acido carbonico e l'ossigeno possono dar luogo a una forte corrosione se lo strato d'incrostazione del contenitore zincato (boiler o caldaia) si fessura. Nella pratica, il fenomeno si rivela consistente oltre 60 °C ed è in funzione del tipo d'acqua. In caso di acque aggressive, è consigliabile, oltre alla zincatura del contenitore, anche l'uso di anodi sacrificali di zinco o magnesio.
Misure antincendio e acciaio zincato
Se l'acciaio zincato è coinvolto in un incendio, non si crea alcun pericolo, in quanto non si liberano fumi tossici. Il rivestimento zincato, tuttavia, non può essere considerato una misura antincendio perché, anche se non prende parte al processo di combustione, non ha funzione simile a quella delle vernici isolanti verso il fuoco.
Se avviene un incendio in un edificio con una struttura di acciaio zincato, o se è presente in ogni caso acciaio zincato, gli effetti dell'incendio sulla struttura saranno come se la zincatura non fosse presente. Se l'incendio è intenso, la zincatura fonde ed evapora. Essendo le condizioni nell'incendio ossidanti, lo zinco si trasforma subito in ossido di zinco, una polvere bianca fine che diventa parte del fumo generale. |
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Ultimo aggiornamento Mercoledì 23 Settembre 2009 10:51 |
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Scritto da gruppo tellus
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Martedì 15 Settembre 2009 11:42 |
Alluminio
L'alluminio, entrato nell'uso pratico in epoca recente, ha acquisito una posizione prominente tra i metalli di uso industriale e architettonico. I suoi impieghi sono i più diversi: l'alluminio, infatti, è il metallo più diffuso dopo il ferro. È impiegato nella costruzione di veicoli, in edilizia, nella meccanica, per imballaggi, sia puro sia in lega.
La produzione dell'alluminio richiede l'utilizzo d'ingenti quantitativi di energia elettrica (dai 17 ai 20 kW/kg) con ovvie ripercussioni sui costi finali dei manufatti. Si stima che i costi dell'energia elettrica nell'intera produzione rappresentino più di un terzo del costo totale. Negli ultimi anni si sono affermate tecnologie di riciclaggio dell'alluminio usato, con ottimi risultati e notevoli benefici di natura sia ambientale sia economica. Infatti, la lavorazione dell'alluminio riciclato richiede una quantità di energia il 90-95% minore di quella necessaria per produrlo dal minerale.
Il potere riflettente per la radiazione visibile è del 90%. E' usato pertanto nell'interno di lampade e nei collettori solari. Il poter riflettente anche per le radiazioni all'infrarosso è molto alto, circa il 97%: superfici di alluminio sono impiegate per l'isolamento del calore radiante.
Particelle sotto forma di fiocchi sono utilizzate come pigmento conferendo alle pitture un ottimo potere ricoprente e impermeabilità al rivestimento. L'alluminio allo stato puro trova applicazione solo nell'industria chimica ed elettrotecnica, mentre più diffuso utilizzo hanno le sue leghe.
Proprietà delle leghe
L'alluminio puro è caratterizzato da un modulo elastico pari a 69.000 MPa e da carichi di rottura e di snervamento rispettivamente pari a circa 200 MPa e 40 MPa. Poiché questi valori sono spesso inferiori a quelli richiesti alla maggior parte delle applicazioni, l'alluminio è usato in lega con altri elementi, in modo da migliorarne le caratteristiche meccaniche. Selezionando fra esse è possibile scegliere la lega che meglio soddisfa le richieste e le esigenze di esercizio.
Le caratteristiche che rendono interessanti le leghe di alluminio sono:
- leggerezza;
- conducibilità termica;
- conducibilità elettrica;
- resistenza alla corrosione;
- possibilità di effettuare trattamenti superficiali;
- facilità di messa in opera;
- il riciclaggio dei rottami;
- ampia gamma di semilavorati;
- ampia gamma di leghe.
Gli elementi che entrano in lega con l'alluminio sono numerosi, ma solo un numero limitato è utilizzato per le leghe commerciali. In funzione dell'elemento alligante aggiunto in percentuale maggiore si distinguono 9 famiglie di leghe. La norma EN 573-AW le classifica.
Gli elementi alliganti più comuni sono Cu, Si, Zn, Pb, Mn e Mg. Elementi come Cr e V sono aggiunti per modificare le caratteristiche microstrutturali, come la finezza del grano cristallino o aumentare la temperatura di ricristallizzazione.
L'effetto di ciascun elemento alligante è legato alla percentuale con cui è aggiunto. Esiste, in ogni modo, una percentuale di saturazione oltre la quale alcune proprietà non variano più in modo sensibile. In breve, gli effetti dei vari elementi di lega sono:
- manganese, aumenta la tenacità;
- magnesio, aumenta la resistenza alla corrosione, la saldabilità e la resistenza meccanica;
- magnesio + silicio, aumenta la resistenza meccanica, la formabilità e la resistenza alla corrosione;
- silicio, abbassa il punto di fusione e aumenta la resistenza all'usura;
- rame, aumenta la resistenza meccanica ma riduce la resistenza alla corrosione e la saldabilità;
- zinco, aumenta molto la resistenza meccanica se in combinazione con altri elementi;
- piombo, aumenta la lavorabilità all'utensile.
Alle basse temperature, le leghe di alluminio non presentano la transizione duttile-fragile, ma un miglioramento complessivo delle caratteristiche meccaniche. Infatti, resistenza a rottura e rigidezza aumentano con il diminuire della temperatura, mentre l'allungamento tende a rimanere costante.
Alle alte temperature, invece, si osservano decadimenti irreversibili di alcune caratteristiche meccaniche, soprattutto per leghe che sono state sottoposte a trattamenti termici o deformazione plastica.
Corrosione
L'alluminio allo stato puro ha un ottimo comportamento alla corrosione e richiede minor protezione rispetto ad altri metalli. Quando la superficie di un pezzo di alluminio, appena formato, è esposta all'atmosfera si ricopre subito con un sottile strato di ossido. Questo si riforma con rapidità se danneggiato.
Un'importante caratteristica di questo ossido è che il valore del rapporto di Pilling-Bedworth è circa 1,3. Lo strato superficiale si troverà, quindi, in uno stato di compressione. Il film non solo ricopre il materiale con continuità ma, per questo motivo, possiede anche la capacità di non rompersi quando il substrato subisce piccole deformazioni. A temperatura smbiente lo strato protettivo ha uno spessore di 2-3 nm ed è prodotto in meno di un giorno. L'alluminio, molte volte, è rinforzato con altri elementi quali rame, zinco, nichel; elementi che rendono però la lega più suscettibile di corrosione.
Il principale fattore che ne influenza il comportamento è il tipo di atmosfera: rurale, urbana, industriale, marina.
Le forme di corrosione più usuali sono:
Corrosione per pitting
È la morfologia di corrosione più comune per l'alluminio negli ambienti naturali e industriali.
Corrosione intergranulare
In seguito alla segregazione degli elementi alliganti, segregati al raffreddamento del fuso al contorno dei grani, si possono determinare pile di corrosione.
Corrosione interstiziale
Si manifesta quando le condizioni di progettazione o di montaggio comportano la formazione d'interstizi tra due parti di alluminio o tra alluminio e altri metalli, creando le condizioni per la formazione di una cella elettrolitica dovuta a ristagno di elettroliti. Può avere effetti molto marcati e portare in breve tempo alla dissoluzione del metallo nelle zone circostanti l'interstizio.
Corrosione filiforme
Questa forma di attacco si manifesta sotto la superficie degli strati di vernici. La corrosione avanza sotto "pelle". Suscettibili a questo tipo di corrosione sono i rivestimenti permeabili all'umidità. Anche se il substrato metallico risente poco di questo tipo di attacco, l'aspetto estetico del manufatto è insoddisfacente, soprattutto quando l'alluminio è usato come materiale di rivestimento.
Corrosione galvanica
Tenendo conto che la corrosione dipende molto dall'ambiente, si è riscontrato che solo l'accoppiamento alluminio-rame e alluminio-grafite ha un importante effetto sulla corrosione galvanica dell'alluminio. Piombo, acciaio inossidabile, titanio e stagno hanno effetto solo in ambienti molto aggressivi (marini o acidi).
Ambienti chimici aggressivi
A causa della natura anfotera dell'alluminio, il film di ossido (Alz03) è solubile a temperatura ambiente a pH inferiori a 3 o superiori a 9. In conseguenza, in tali ambienti, si avrà una corrosione generalizzata con velocità pressoché costante.
Protezione
Per la maggior parte delle applicazioni comuni l'alluminio può essere usato senza particolari precauzioni. Tuttavia, per assicurare la massima resistenza alla corrosione, nei casi in cui si verificassero condizioni atte all'instaurarsi di processi corrosivi, è importante soprattutto un'adeguata progettazione. Saranno perciò di particolare importanza:
- una corretta scelta della lega in relazione all'ambiente e alle condizioni di servizio;
- una scelta e un controllo dei processi di fabbricazione;
- la progettazione accurata per evitare la realizzazione di geometrie pericolose (interstizi o accoppiamenti galvanici).
In secondo luogo si possono prendere in esame diversi trattamenti di protezione, di varia natura ed efficacia.
Trattamenti fisici
Spray metallico
Consiste nello spruzzare zinco metallico sulla superficie. L'adesione dello spray è buona, purché la superficie del manufatto sia stata ben preparata. Tuttavia la resistenza meccanica di tale strato è scarsa e, perciò, è spesso soggetto a rotture e abrasioni meccaniche, con graduale perdita di efficienza.
Sigillanti
Sono utilizzati per prevenire la corrosione interstiziale, nei casi in cui sia molto difficile prevenirla. Sono miscele di composti organici e inorganici che evitano il contatto dell'alluminio con l'umidità e, quindi, la presenza sul metallo di un componente essenziale (acqua) per la corrosione elettrochimica. Tra i sigillanti più usati si ricordano schiume in poliuretano, gomma butile, neoprene.
Trattamento con vernici
Queste presentano una vasta gamma di tipologie, colore e finitura superficiale, con discrete proprietà di protezione dalla corrosione.
Trattamenti chimici ed elettrochimici
Inibitori
Sono aggiunti alle soluzioni utilizzate per la pulizia superficiale allo scopo di stabilizzare l'interfaccia tra il metallo e l'ambiente circostante, così da inibire il processo corrosivo. In genere sono a base di cromati, borati e fluorosilicati.
Anodizzazione
L' anodizzazione è il procedimento più usato, mediante il quale si provoca una crescita accelerata dello strato di ossido dell'alluminio: per le sue proprietà anticorrosive, di ancoraggio dei colori e d'isolamento elettrico, l'alluminio ossidato anodicamente si è diffuso nel settore edilizio architettonico.
I ricoprimenti ottenuti per via elettrolitica sono ottimi dal punto di vista meccanico e di resistenza all'abrasione. La natura porosa dei film di ossidi permette la produzione di ricoprimenti colorati tramite la deposizione di pigmenti organici e metallici. Il procedimento di anodizzazione ha funzioni sia protettive sia decorative, ed è anche la base per applicazioni di vernici ed elettrodeposizioni di varia natura che trovano migliore adesione sul substrato creato da questo processo.
Quando una corrente elettrica è fatta circolare in una cella elettrolitica, contenente una soluzione leggermente acida, nella quale l'alluminio funge da anodo, gli anioni migrano verso l'anodo, al quale cedono le cariche elettriche che trasportano, e si depositano su di esso. In tale soluzione acquosa gli anioni sono costituiti in gran parte da ossigeno, il quale si combina con l'alluminio per formare l'ossido.
Le caratteristiche della struttura chimico-fisica dello strato elettro-ossidato dipendono dal tipo di elettrolita impiegato, dalla sua concentrazione, dal tempo di trattamento, mentre la temperatura del bagno, in genere, non influenza le caratteristiche del film.
I manufatti da trattare sono puliti con vapore o emulsioni sgrassanti, con pulizia finale in soluzione alcalina. Quest'ultima fase è necessaria per rimuovere eventuali impurezze di ossidi che si sono potuti depositare durante le lavorazioni precedenti.
La fase successiva è quella di ancoraggio dei manufatti da trattare su appositi supporti che hanno la duplice funzione di sostegno meccanico e di contatto elettrico. Si inizia poi l'elettrolisi.
Quando lo spessore del ricoprimento raggiunge il valore desiderato, si opera una fase di sigillatura della porosità, ottenuta mediante immersione del manufatto in acqua calda o vapore. Ciò provoca un'idratazione dell'allumina superficiale. L'effetto di questa operazione è quello di rendere più compatta e uniforme la superficie, rendendola impermeabile, garantendo una maggior durata e un miglior aspetto superficiale. L'operazione di sigillatura può essere preceduta anche da una fase di colorazione mediante pigmenti.
Elettrocolorazione
Uno dei metodi più efficaci per la colorazione dell'alluminio è quello dell'elettrocolorazione. Il manufatto anodizzato è immerso in una soluzione acida contenente sali metallici, e sottoposto a una corrente alternata. In queste condizioni si formeranno depositi metallici sotto forma di ossidi nella struttura porosa del film ossidato, producendo il colore caratteristico del sale metallico usato.
Saldatura
Fino a cinquanta anni fa, l'alluminio e le sue leghe erano considerati non saldabili a causa delle caratteristiche dell'ossido. L'allumina (Al z03), che ricopre il metallo, ha un elevato punto di fusione. Il problema si riscontrava proprio nella temperatura di fusione: l'interfaccia di ossido tra gli elementi da saldare non ne permetteva l'unione. Solo dopo la seconda guerra mondiale, con il perfezionamento delle tecniche e delle attrezzature di saldatura, è stato possibile risolvere il problema per cui oggi l'alluminio e le sue leghe sono saldabili.
Le metodologie di saldatura più utilizzate sono:
- TIG in corrente alternata (è un processo di saldatura per fusione che sfrutta l'elevata temperatura prodotta da un arco elettrico che scocca tra un elettrodo infusibile ed il pezzo da saldare)
- MIG in corrente continua (procedimento di saldatura per fusione che sfrutta l'elevata temperatura prodotta da un arco elettrico che scocca tra un elettrodo fusibile - un filo - e il pezzo da saldare).
Queste tecniche, oltre a rimuovere e disperdere l'ossido hanno la caratteristica di proteggere il fuso, tramite gas inerte, da possibili ossidazioni che porterebbero a pericolose inclusioni nel metallo, abbattendo le caratteristiche meccaniche complessive del giunto stesso. Queste tecniche evitano anche il problema legato all'elevata conducibilità termica dell'alluminio, che ostacola la fusione localizzata del materiale, con surriscaldamento in prossimità del giunto e conseguenti deformazioni. |
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Ultimo aggiornamento Martedì 22 Settembre 2009 11:21 |
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Corrosione dei materiali metallici |
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Scritto da gruppo tellus
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Martedì 15 Settembre 2009 11:02 |
Corrosione dei materiali metallici
La corrosione è definibile come l'attacco chimico di un materiale metallico da parte dell'ambiente con conseguente deterioramento delle sue proprietà. Sono detti prodotti di corrosione i composti che si formano in seguito al fenomeno corrosivo. In relazione alle caratteristiche dell'ambiente si distingue tra:
- corrosione a secco, quando il materiale metallico è in contatto con atmosfere gassose, in assenza di acqua liquida. Il meccanismo del fenomeno è di tipo chimico. L'esempio più familiare è la reazione dei metalli con l'ossigeno dell'aria a temperature elevate. Esistono altre reazioni che, pur non coinvolgendo l'ossigeno, presentano caratteristiche simili alla reazione fra metallo e ossigeno.
- corrosione a umido, quando il materiale metallico è in contatto con soluzioni acquose o è ricoperto da strati di condensa. In tal caso il meccanismo del fenomeno è di tipo elettrochimico.
Corrosione a secco: ossidazione
La tendenza di un metallo a reagire con l'ossigeno è dovuta alla diminuzione di energia libera relativa alla formazione del suo ossido. Come qualsiasi altro processo spontaneo, l'ossidazione è dal punto di vista termodinamico possibile se l'energia libera decresce, ma la velocità alla quale essa procede è determinata da fattori cinetici.
Ossidi protettivi
Per essere protettivo un ossido non deve essere volatile e non deve reagire con l'ambiente circostante. Il molibdeno e il tungsteno a temperatura ambiente non si corrodono, mentre a temperature elevate, formando ossidi volatili, l'ossidazione procede velocemente. I gas cloro e fluoro corrodono sempre in quanto formano prodotti di corrosione volatili anche a temperature basse. In un ossido protettivo ha importanza anche l'aderenza. La natura protettiva delle pellicole di ossido di alluminio è dovuta al fatto che l'ossido di alluminio forma un deposito coerente con il metallo sottostante.
Per separare un metallo dall'ambiente ossidante si impiegano ricoprimenti superficiali con altri specifici metalli o compositi: tuttavia usura, sbalzi termici o altre cause possono fessurare o sfaldare il ricoprimento. In alcuni casi al metallo di base si possono addizionare altri elementi che alterano i volumi relativi dell'ossido.
Corrosione a umido
Esistono due tipi fondamentali di conduttori della corrente elettrica:
- conduttori metallici, rappresentati dai metalli e dalle loro leghe. In essi sono presenti elettroni liberi nel senso che si spostano abbastanza liberamente (mare di elettroni). Quando questo moto degli elettroni assume un movimento d'insieme in una data direzione, allora nel metallo vi è un passaggio di corrente elettrica.
- conduttori elettrolitici, rappresentati dalle soluzioni acquose di acidi, basi, sali e dai sali fusi. In essi sono presenti ioni positivi e negativi. Normalmente questi ioni si muovono in modo disordinato. Quando gli ioni positivi assumono un movimento in una direzione e quelli negativi un movimento nella direzione opposta, allora si afferma che nel conduttore elettrolitico vi è un passaggio di corrente elettrica.
Nei conduttori metallici il passaggio della corrente elettrica non provoca alterazioni permanenti del conduttore: si ha solo uno spostamento di elettroni che entrano da una parte ed escono dall'altra. In altri termini le caratteristiche di un conduttore metallico rimangono inalterate, indipendentemente dalla quantità di elettricità passata attraverso di esso. Nei conduttori elettrolitici, invece, vi è un trasporto di ioni, ossia di materia. Si ha quindi un accumulo di una data sostanza in alcune zone e una rarefazione in altre. In altri termini la composizione e le proprietà di un conduttore elettrolitico subiscono variazioni durante e in conseguenza del passaggio di elettricità attraverso esso.
Nell'elettrochimica e, quindi, nella corrosione elettrochimica dei metalli, si è sempre in presenza di un circuito misto, formato da uno o più conduttori metallici e da almeno un conduttore elettrolitico. Alcune volte questo è appariscente, altre volte occorre andarlo a cercare più attentamente, come per esempio un velo di umidità ecc.
Metodi di prevenzione e protezione
Vari metodi di prevenzione e protezione sono utilizzati in pratica. Qui di seguito si considerano soltanto alcuni metodi più generali: la protezione mediante rivestimento, l'impiego d'inibitori e la protezione elettrica.
Rivestimenti
Le principali caratteristiche richieste ai rivestimenti sono: resistenza all'aggressività ambientale, resistenza meccanica, aderenza e permanenza nonostante le eventuali sollecitazioni imposte al supporto, uniformità superficiale, assenza di porosità.
Nel caso di rivestimenti metallici, importante è la loro nobiltà rispetto al supporto. Se, nelle condizioni d'impiego, il metallo che costituisce il rivestimento è più nobile del substrato metallico, in corrispondenza di eventuali discontinuità del rivestimento, la corrosione del materiale metallico sottostante è esaltata, con localizzazioni che accrescono la gravità dell'attacco. È il caso dello stagno su lamiere di acciaio. È da rilevare che, sotto certi limiti di spessore, molti rivestimenti metallici non sono mai esenti da discontinuità: pori, fessure ecc. È quindi necessario che non solo il valor medio ma anche i minimi dello spessore dei rivestimenti stessi siano sufficientemente elevati.
Se, invece, il metallo che costituisce il rivestimento risulta, nelle condizioni d'impiego, meno nobile del materiale metallico protetto, le eventuali discontinuità nel rivestimento, e quindi anche la sua porosità, perdono in parte il loro carattere di pericolosità, giacché è il metallo stesso del rivestimento che assume funzionamento anodico e pertanto subisce attacco. È questo il caso dello zinco sull'acciaio a temperatura ambiente.
Rivestimenti inorganici non metallici possono essere formati per trattamento chimico o elettrochimico del materiale con opportuni mezzi: trattamento di fosfatazione in soluzioni a base di acido fosforico e fosfati di Zn, Fe o Mn, trattamento di cromatazione in soluzioni a base di acido cromico, cromati o bicromati, trattamento di ossidazione anodica in soluzioni di acido solforico o cromico (si effettua soprattutto per l'alluminio). Tra i rivestimenti inorganici particolarmente importanti sono quelli di calcestruzzo.
Inibitori
Piccole quantità di sostanze inorganiche od organiche (indicativamente in tenori di 10-3 moli/1) aggiunte a un ambiente altrimenti aggressivo possono rallentare, talvolta annullare, la velocità del processo di corrosione. Le sostanze in possesso di tale azione sono chiamate inibitori di corrosione. Secondo il processo parziale su cui l'inibitore agisce, si parla di inibitore anodico, catodico o ad azione multipla. Gli inibitori anodici aumentano la sovratensione anodica favorendo, in genere, la formazione di film superficiali. Esempi tipici sono i cromati, i fosfati, i nitriti, i benzoati, i silicati. Tali inibitori, se non sono ossidanti (come invece i cromati o i nitriti), sono efficaci solo in presenza di ossigeno o di altre sostanze ossidanti. Funzionano invece da inibitori catodici i sali di zinco, di magnesio, di calcio, che precipitano idrossidi o carbonati in corrispondenza delle aree catodiche, dove si producono anche aumenti del pH. Tra gli inibitori ad azione multipla si segnalano gli inibitori di adsorbimento e quelli in fase vapore.
L'efficacia degli inibitori dipende anzitutto dalla loro natura e concentrazione: in particolare la concentrazione degli inibitori anodici ossidanti deve essere superiore a un valore minimo, altrimenti può aversi addirittura un'accelerazione dell'attacco.
Protezione elettrica
La protezione catodica si attua facendo funzionare la struttura da proteggere da catodo, collegandola a un elettrodo che funziona da anodo (ovviamente l'ambiente deve essere dotato di un'apprezzabile conducibilità elettrica). La protezione catodica può essere realizzata o mediante accoppiamento galvanico del metallo da proteggere con un altro a più bassa nobiltà (protezione catodica con anodi reattivi o sacrifiziali), oppure mediante sorgenti esterne di f.e.m. (protezione catodica impressa).
Il potenziale in corrispondenza del quale la velocità di corrosione diventa trascurabile è detto potenziale di protezione. La densità di corrente necessaria per raggiungere tale potenziale è detta densità di corrente di protezione.
La protezione catodica si effettua in genere solo in ambienti debolmente o moderatamente aggressivi, soprattutto per strutture metalliche a contatto con acque naturali (dolci o di mare) o in terreni (serbatoi, tubazioni).
Forme di corrosione
L'attacco corrosivo si manifesta sotto forme caratteristiche. Può essere uniforme su tutta la superficie metallica, oppure localizzato. Quest'ultimo può interessare solo parti piccolissime di superficie, con formazione di caverne (corrosione per vaiolatura), oppure può prodursi in seguito a condizioni di contatto elettrico con altri metalli (corrosione per contatto galvanico). Può, ancora, manifestarsi sotto forma di cricche per la presenza di sollecitazioni meccaniche costanti o variabili nel tempo (corrosione sotto sforzo o corrosione fatica). Può essere legato alle condizioni di moto dell'ambiente (corrosione-erosione o corrosione per cavitazione); può riguardare un solo costituente del materiale metallico (attacco selettivo) oppure solo il contorno dei grani cristallini (corrosione intergranulare).
Corrosione uniforme
E' la più comune forma di attacco che si produce su diversi materiali metallici in ambienti sia naturali (atmosfere, terreni, acque) sia artificiali soluzioni saline ecc.
- Atmosfera. L'aggressività atmosferica dipende dall'umidità relativa (sotto il 60% essa ha effetti trascurabili), dalla presenza di particolari anioni per esempio i cloroioni), dalla presenza di sostanze inquinanti (Polveri, fuliggine ecc.). Nelle regioni desertiche o polari la corrosione è in pratica nulla, è modesta in ambienti rurali, mentre è notevole nelle regioni costiere e nelle zone urbane e industriali. La velocità di corrosione varia anche in funzione della natura e composizione del metallo: per esempio, per gli acciai è ridotta dall'alligazione con piccole quantità di Cu, Cr, Ni.
- Terreno. L'aggressività dei terreni cresce con la loro conducibilità. Nel caso degli acciai in terreni acidi o neutri ad alto contenuto salino, l'aggressività è dovuta alla presenza di ossigeno. In ambienti neutri o alcalini, in condizioni di assenza di ossigeno, l'attacco è provocato dall'azione di batteri anaerobici. Non si parla in tal caso di corrosione elettrolitica.
- Acqua. L'aggressività delle acque dolci naturali, nei confronti dell'acciaio, diminuisce al crescere della durezza e dell'alcalinità in quanto queste favoriscono la formazione di strati protettivi di carbonati basici. Particolarmente corrosive sono le acque piovane o di condensa, soprattutto se acide per presenza di anidride carbonica. In assenza di ossigeno a pH superiore a 9, le acque deionizzate non sono corrosive nemmeno ad alta temperatura.
Vaiolatura (pitting)
In ambienti contenenti ioni cloridrici, acidi o neutri (in particolare acqua di mare), in presenza di ossigeno o di altri ossidanti, metalli come Fe, Ni, Al, Mg, Cu e loro leghe, così come alcuni acciai inossidabili, possono subire, per rottura locale del film passivante, una corrosione puntiforme. Questa si manifesta con tipiche cavità a caverna o a punta di spillo, la cui profondità, in breve tempo, può interessare l'intero spessore del materiale metallico.
Questa è una corrosione particolarmente insidiosa, che spesso non è facilmente rilevata fino a quando la non utilizzabilità del pezzo è evidente.
Corrosione per contatto galvanico
Questa corrosione si presenta quando due metalli o leghe, con differente composizione, sono accoppiati dal punto di vista elettrico e, contemporaneamente, sono posti a contatto con un elettrolita. Il metallo meno nobile, nel particolare ambiente, subirà corrosione. Per esempio, le viti di acciaio si corrodono se poste in contatto con l'ottone in ambiente marino; oppure, se tubazioni di rame e di acciaio sono collegate tra loro in un radiatore a circolazione di acqua, l'acciaio si corrode nelle adiacenze della giunzione.
La velocità dell'attacco galvanico è funzione del rapporto fra le aree del catodo e dell'anodo. In pratica, un anodo di dimensioni più piccole dell'area catodica si corrode più rapidamente di uno con dimensioni maggiori.
Alcune precauzioni possono essere adottate per ridurre in modo apprezzabile gli effetti della corrosione galvanica; tra queste rientrano le seguenti:
- se è necessario l'accoppiamento di metalli differenti, sceglierne due che sono vicini nella serie galvanica;
- usare un'area anodica quanto più ampia possibile;
- isolare dal punto di vista elettrico i differenti metalli;
- collegare elettricamente un terzo metallo, dal comportamento anodico, agli altri due; ricorrendo, in altri termini, a una forma di protezione anodica.
Corrosione sotto sforzo
Questa forma di attacco si produce a causa dell'azione simultanea di particolari ambienti e di uno stato di sollecitazione a trazione del metallo. Essa si manifesta sotto forma di cricche, transgranulari o intergranulari, orientate perpendicolarmente alla direzione degli sforzi. Per il resto, la superficie esposta è in pratica inattaccata.
Idonee misure di prevenzione o protezione possono essere la riduzione delle sollecitazioni, la scelta del materiale e, in qualche caso, l'uso d'inibitori.
Corrosione intergranulare
La corrosione intergranulare si presenta, di preferenza, lungo i confini dei grani per alcune leghe e in particolari condizioni ambientali. Questa forma di corrosione è prevalente in alcuni acciai inossidabili. Se riscaldate a temperature comprese tra 500 e 800 °C, per periodi abbastanza lunghi, queste leghe acquisiscono una spiccata tendenza verso l'aggressione intergranulare.
La corrosione intergranulare costituisce un problema nella saldatura degli acciai inossidabili e, spesso, è definita corrosione da saldatura.
Gli acciai inossidabili possono essere protetti:
- sottoponendo il materiale a un trattamento termico, ad alta temperatura, per cui tutte le particelle di carburo di cromo sono ridisciolte;
- riducendo il contenuto di carbonio al di sotto dello 0,03% (in peso) così che sia ridotta al minimo la formazione di carburo;
- alligando l'acciaio inossidabile con un altro metallo, quale il niobio o il titanio, i quali hanno la tendenza a formare carburi più elevata del cromo, così che questo resta in soluzione solida.
Attacco selettivo
L'attacco selettivo si registra nelle soluzioni solide delle leghe e avviene quando un elemento o componente è asportato a seguito di processi corrosivi. L'esempio più comune è costituito dalla dezincatura dell'ottone, in cui lo zinco è selettivamente separato dalla lega rame-zinco. Le caratteristiche meccaniche della lega sono molto ridotte poiché nella zona dezincata resta solo una massa porosa di rame. Contemporaneamente, il materiale cambia colore passando dal giallo al rosso (colore del rame). La separazione selettiva può verificarsi anche in altre leghe dove l'alluminio, il ferro, il cobalto, il cromo e altri elementi sono soggetti ad attacchi preferenziali.
Erosione-corrosione
L'erosione-corrosione trae origine dall'azione combinata dell'abrasione meccanica, a seguito del movimento di un fluido, e dell'aggressione chimica. Tutte le leghe possono essere interessate a questo tipo di corrosione. Questa è in particolare dannosa per le leghe che si passivano mediante la formazione di un film superficiale protettivo. L'azione abrasiva asporta il film lasciando esposta, priva di protezione, una porzione di superficie metallica. Se il rivestimento che funge da strato protettivo non è in grado di ricostituirsi con rapidità, la corrosione procede velocemente. Metalli di bassa durezza, come il rame e il piombo, sono maggiormente soggetti a questa forma di corrosione. Di solito essa è evidenziata da rigature superficiali e ingobbamenti aventi contorni che sono caratteristici dell'azione di un fluido in moto.
L'aumento della velocità del fluido, di norma, favorisce la velocità di avanzamento della corrosione. Inoltre, una soluzione è più erosiva se sono presenti in essa bolle e particelle solide sospese. L'erosione-corrosione si riscontra nelle condutture, in special modo ai giunti, ai gomiti e in corrispondenza di repentine variazioni nel diametro dei tubi, laddove il moto del fluido cambia direzione oppure il flusso all'improvviso diventa turbolento. |
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Ultimo aggiornamento Martedì 22 Settembre 2009 11:22 |
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Scritto da Admin
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Martedì 08 Settembre 2009 13:03 |
Leghe ferrose
Le leghe ferrose sono quelle in cui il ferro è il principale componente. Gli acciai sono le leghe più importanti e sono costituiti da ferro, piccole quantità di carbonio (< 2%) e, molte volte, da altri elementi. In quest'ultimo caso si parla di elementi alliganti e i relativi acciai sono definiti legati. Le ghise sono altre leghe ferro-carbonio: rispetto agli acciai hanno un contenuto di carbonio superiore, in genere dal 2 al 4,6%.
Il gran consumo di acciaio e ghisa è dovuto a tre motivi fondamentali:
- i composti contenenti ferro sono abbondanti nella crosta terrestre;
- il ferro e le leghe sono prodotti relativamente economici;
- la facilità con la quale se ne può variare la microstruttura, e quindi le caratteristiche meccaniche, in funzione del contenuto di carbonio e di trattamenti termici.
Lo svantaggio di quasi tutte le leghe ferrose è la loro predisposizione a corrodersi.
Acciai
Con il nome di acciaio si definiscono le leghe ferro-carbonio in cui il tenore di quest'ultimo elemento è inferiore al 2,0%, limite massimo di solubilità del C nell'austenite. Con il nome di acciai speciali o acciai legati s'intendono quelli che, oltre al ferro e al carbonio, contengono altri elementi volutamente introdotti (alliganti).
I comuni acciai al carbonio contengono solo residue impurezze, mentre gli acciai speciali contengono elementi diversi in concentrazioni ben determinate. Esistono migliaia di acciai con differenti composizioni c/o trattamenti termici. Le proprietà meccaniche sono sensibili al contenuto di C che, in genere, è inferiore all' 1%(in peso).
Il ruolo del C è così importante che nell'identificazione dei vari acciai è indicato il suo contenuto. Sono denominati anche dolci (quelli a basso contenuto di C), semidolci (medio contenuto di C) e duri (alto contenuto di C).
Manganese, nichel, cromo, molibdeno sono gli elementi più di frequente introdotti come alliganti negli acciai. Quando queste aggiunte sono contenute entro il 5% in peso, gli acciai sono definiti acciai bassolegati. Le caratteristiche di questi acciai sono molto condizionate dai trattamenti termici.
Gli acciai che devono operare in condizioni particolari contengono gran quantità di alliganti (acciai altolegati). Fra questi sono noti gli acciai inossidabili.
Acciai nell'edilizia
Gli acciai in edilizia sono utilizzati sotto diversissime forme e dimensioni, in un'ampia gamma di prodotti ottenuti sia per lavorazione a caldo" sia per lavorazione a freddo, o per una combinazione di entrambi, in funzione dei requisiti meccanici voluti. Si utilizzano sotto forma di lamiere, tubi, profilati e fili.
Le lamiere sottili (spessore sotto i 3 mm) sono ottenute da acciaio dolce o semiduro. La resistenza meccanica a trazione varia da 340 a 500 MPa e allungamento dal 20 al 25%. Per aumentarne la resistenza a flessione sono profilate per indurre sagome ondulate, grecate ecc. Sono utilizzabili per pareti di facciata, pannelli di rivestimento. pareti mobili ecc. Queste lamiere quando sono rivestite sulle due facce di zinco sono utilizzate per serrande, grondaie, coperture, condizionatori ecc. Sono infine ricopribili, a causa dell'alto grado di rifinitura superficiale, con pitture e vernici, con smalti inorganici.
Le lamiere di maggiore spessore, da 3 a 50 mm, presentano resistenza a trazione che varia da 340 a 850 MPa, tensione di snervamento da 20 a 35 MPa, secondo lo spessore, e allungamento dal 10 a125%. Sono utilizzate per piastre di fondazione, piastre di giunzione e per l'ottenimento di profili composti per strutture portanti. A caldo sono ottenute le lamiere striate e bugnate, vale a dire con un disegno a forma di losanghe o a forma di tacche, su una sola faccia. Sono utilizzabili per piani di calpestio, scale metalliche ecc.
Acciai a basso contenuto di C (extradolci e semidolci) sono utilizzati per tubi a sezione quadrata, rettangolare o circolare. Le dimensioni sono molto varie e gli usi i più diversi: dalle colonne portanti alle reti di distribuzione di gas, aria, acqua e per lavori di carpenteria leggera. Per una maggiore resistenza alla corrosione sono usati con rivestimenti vari (zinco, malta di cemento ecc.).
I tubi a sezione circolare tipo Mannesmann (tubi non saldati) sono prodotti con l'omonimo laminatoio partendo da un lingotto cilindrico che, trascinato da speciali cilindri trono-conici con assi sghembi, è perforato in senso longitudinale da una spina con punta ovoidale e poi rifinito con altre lavorazioni. Questi tubi presentano elevate caratteristiche meccaniche e sono adatti per condotte idrauliche ad alta pressione.
I profilati, di diverse dimensioni e forme e sezioni, sono utilizzati per la carpenteria metallica. Profilati di grandi dimensioni sono utilizzati per la realizzazione di strutture portanti, coperture, solai, orditure per pareti. l fili di acciaio, ottenuti per trafilatura a freddo, richiedono l'utilizzo di un acciaio extradolce. Le tensioni indotte nell'incrudimento sono in parte rimosse a seguito di ricottura o durante la loro ricopertura con zinco. Con questi fili si fabbricano, per esempio, le reti elettrosaldate per calcestruzzo armato.
Acciai per conglomerato cementizio, normale o precompresso
Le armature per il calcestruzzo armato sono prodotte per laminazione e trafilatura a caldo, in barre tonde di diametri variabili. In funzione delle caratteristiche superficiali, le armature sono divise in barre lisce e ad aderenza migliorata.
Barre non saldabili sono ottenute da acciai con elevati tenori di C (fino al 0,5% e presenza di Mn e Si). Per garantire maggiore resistenza e duttilità nelle strutture, con contemporanea possibilità di saldature e la realizzazione di reti elettrosaldate in cantiere, sono stati posti sul mercato prodotti ottenuti mediante trattamenti termo-meccanici, pur utilizzando acciaio a basso contenuto di C (0,2%). Il massiccio utilizzo di questi acciai ha portato alla formulazione della norma UNI EN 10080
Acciai inossidabili nell'ingegneria edile
Inizialmente, la scelta di questi acciai è stata legata alla caratteristica di resistere inalterati, senza rivestimenti protettivi, all'aggressione atmosferica conservando, nel tempo, la loro apparenza bianco-argentea.
Successivamente, sono stati utilizzati nell'edilizia in funzione anche di caratteristiche non estetiche, quali manutenzione contenuta, elevata sicurezza e, nel caso degli acciai austenitici, buona resistenza al fuoco. Il loro utilizzo va valutato in termini di reale economia, rapportando i maggiori costi alla vita dell'edificio.
Gli acciai inossidabili attualmente utilizzati sono:
- i tipi austenitici come l'AISI 304 per tutte le applicazioni esterne, in atmosfere non molto aggressive, come pannelli, rivestimenti esterni, serramenti;
- il tipo legato al molibdeno, l'AISI 316, per le applicazioni esterne, in severe condizioni ambientali, marine o industriali;
- l'acciaio AISI 430 ferritico, di costo inferiore, per le applicazioni interne (rivestimenti ecc.) e per le applicazioni esterne in atmosfere rurali.
Ghisa
Le ghise sono leghe ferrose con contenuti di C superiori al 2,0% (in peso). In pratica, la maggior parte delle ghise contiene tra i13,0 e il 4,5% di C e, spesso, altri elementi di lega. Nella maggior parte delle ghise, il C si presenta sotto forma di grafite. Le ghise più comuni si distinguono in grigie, nodulari, bianche e malleabili.
Ghisa grigia
In queste ghise, la grafite esiste sotto forma di lamine circondate da una matrice ferritica. Per la presenza di queste lamine di grafite, la superficie di frattura ha un colore grigio, da cui il nome. Dal punto di vista meccanico, la ghisa grigia presenta bassa resistenza a trazione ed è fragile: infatti, le estremità delle lamine di grafite sono appuntite e possono agire come punti di concentrazione delle tensioni. La resistenza a compressione è abbastanza elevata.
Le ghise grigie hanno, peraltro, alcune caratteristiche positive per le quali trovano largo impiego. Esse sono molto efficaci nello smorzamento delle energie vibrazionali. Le strutture di base di macchinari pesanti, esposti alle vibrazioni, sono costruite con questa ghisa. In aggiunta, le ghise grigie presentano elevata resistenza all'usura e allo stato liquido hanno un'elevata fluidità alla temperatura di colata: ciò fa sì che i pezzi ottenuti possano avere anche forme molto complicate. La contrazione, poi, al raffreddamento, è bassa. Infine, le ghise grigie sono le meno costose fra tutte quelle prodotte.
Ghisa duttile (o nodulare o sferoidale)
Aggiungendo una piccola quantità di magnesio e/o di cerio alla ghisa grigia prima della colata nello stampo, si forma ancora grafite ma sotto forma di noduli o particelle sferiche invece che di fiocchi. La lega risultante è detta ghisa duttile o nodulare o sferoidale.
La ghisa duttile, pur avendo ancora quasi tutti i pregi delle ghise grigie lamellari, possiede caratteristiche che si avvicinano a quelle dell'acciaio. Per esempio, la ghisa duttile ferritica ha una resistenza alla trazione di circa 380-480 MPa e una duttilità (espressa come percentuale di allungamento) del 10-20%. Con queste ghise si possono colare getti complicati che si lavorano bene alle macchine utensili. Tipiche applicazioni di questo materiale sono valvole, corpi di pompe, ingranaggi.
Ghisa bianca e ghisa malleabile
Nelle ghise con contenuto minore del 2% di silicio, raffreddate rapidamente, la maggior parte del C si trova combinato sotto forma di cementite piuttosto che di grafite. La superficie di frattura si presenta bianca, per questo è denominata ghisa bianca. In conseguenza della gran quantità di cementite presente, la ghisa bianca è molto dura ma anche molto fragile, al punto che non è possibile lavorarla alle macchine utensili. Il suo impiego è limitato alle applicazioni che necessitano di una superficie molto dura e resistente all'usura ma priva di duttilità, per esempio, macine di mulini e ruote di treni. Comunque, in genere, la ghisa bianca è utilizzata come intermediaria nella produzione di un'altra ghisa, la ghisa malleabile.
La ghisa malleabile è ghisa bianca riscaldata a lungo ad una temperatura compresa tra 800 e 950 °C, a contatto di sola sabbia (per prevenire l'ossidazione del C), entro recipienti refrattari. Tale ricottura non decarbura di molto la ghisa, ma più che altro provoca la separazione del C grafitico in noduli distribuiti con uniformità nella massa. Il processo è detto a cuore nero ed è applicato su oggetti anche di spessore elevato (fino a 20-25 mm).
Le applicazioni tipiche sono ingranaggi di trasmissione, flange, parti di valvole, raccordi filettati per tubazioni o altri pezzi meccanici che richiedono una buona resistenza a trazione e tenacità. |
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Ultimo aggiornamento Martedì 22 Settembre 2009 11:19 |
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