La classificazione dei materiali
Gli elementi che si trovano in natura si dividono in metalli, non metalli e semimetalli (o semiconduttori).
- I metalli sono solidi a temperatura ordinaria, eccetto il mercurio che è liquido; hanno un aspetto lucente; sono buoni conduttori di calore e di elettricità; sono duttili e malleabili (possono essere ridotti in fili e lamine). Gli elementi metallici sono molto numerosi, più di 80: fra i più importanti ricordiamo il ferro, l’alluminio, il rame, lo zinco, il piombo, lo stagno, l’argento, l’oro.
- I non metalli sono cattivi conduttori di calore e di elettricità; possono essere gassosi (idrogeno, fluoro, cloro, ossigeno, azoto), liquidi (bromo), solidi (carbonio, zolfo, fosforo); non sono né malleabili né duttili. Vi sono poi i gas rari o nobili (argo, neon, cripto, xeno, elio, rado), presenti in piccolissima quantità nell’atmosfera, chimicamente inerti.
- I semimetalli sono un gruppo limitato di elementi che hanno un comportamento metallico e non metallico insieme. Il silicio, il germanio e altri semimetalli sono anche detti semiconduttori per le loro proprietà intermedie tra i metalli, che sono buoni conduttori di elettricità, e i non metalli che sono isolanti. Entrano a far parte di componenti base dell’industria elettronica e dei calcolatori, come transistor e circuiti integrati.
Leghe metalliche
Possiamo definire una lega metallica come una particolare intima unione tra due o più metalli, o tra metalli e non metalli.
- Un esempio di lega composta da un metallo con un altro metallo è il bronzo (rame + stagno).
- Un esempio di lega composta da un metallo e da un non metallo è l’acciaio (ferro + carbonio).
Minerali e metallurgia
I metalli sono distribuiti in modo molto disuguale sulla Terra e raramente si trovano allo stato libero o stato nativo, ma quasi sempre sono in combinazione con altri elementi a formare i minerali.
L’insieme delle tecniche e dei procedimenti per l’estrazione dei metalli dai loro minerali costituisce la metallurgia. La metallurgia del ferro, che è il metallo industrialmente più importante, prende il nome di siderurgia.
PROPRIETÀ DEI MATERIALI METALLICI
Le proprietà dei materiali metallici si suddividono in proprietà fisiche e chimiche, meccaniche e tecnologiche.
Proprietà fisiche e chimiche – Si riferiscono alle caratteristiche generali dei materiali in relazione al peso, al calore, all’elettricità e all’ambiente esterno.
- Massa volumica. Si definisce massa volumica il rapporto tra la massa di un corpo, misurata in kg, ed il suo volume, misurato in dm3. Sono detti metalli leggeri quelli che hanno una massa volumica inferiore a 4 kg/dm3: alluminio, magnesio ecc.; metalli pesanti tutti gli altri.
- Dilatazione termica. I materiali metallici subiscono un aumento di volume quando vengono riscaldati.
Lo zinco ed il piombo hanno i maggiori coefficienti di dilatazione, il platino il minore. - Temperatura di fusione. La fusione è il passaggio dallo stato solido a quello liquido. Ogni materiale metallico ha un suo caratteristico punto di fusione: il ferro, ad esempio, fonde a 1535 °C, lo stagno a 232 °C, il tungsteno a 3380 °C.
- Conduttività termica. È la proprietà dei materiali di trasmettere il calore; I’argento, il rame, I’oro e l’alluminio sono i migliori conduttori di calore.
- Conduttività elettrica. È la proprietà dei materiali metallici di trasmettere la corrente elettrica. I migliori conduttori sono l’argento, il rame e l’alluminio.
- Resistenza alla corrosione. È la proprietà di resistere al deterioramento superficiale causato da reazioni chimiche (come, ad esempio, la ruggine del ferro).
Proprietà meccaniche – Si riferiscono alla capacità dei materiali di resistere all’azione di forze esterne.
- Resistenza alla trazione. Un corpo è sollecitato a trazione quando una forza applicata tende ad allungarlo; il pezzo, prima di rompersi, si allunga in misura tanto più notevole quanto più il materiale è plastico.
- Resistenza alla compressione. Un corpo è sollecitato a compressione quando la forza applicata tende ad accorciarlo; il pezzo si accorcia invece di allungarsi.
- Resistenza alla flessione. Un corpo è sollecitato a flessione quando le forze applicate perpendicolarmente al suo asse tendono a curvarlo.
- Resistenza alla torsione. Un corpo è sollecitato a torsione quando le forze applicate tendono a torcere le sue fibre.
- Resistenza al taglio. Un corpo è sollecitato al taglio quando le forze applicate tendono a far scorrere uno sull’altro due piani vicini.
- Durezza. È la resistenza che il materiale oppone alla penetrazione di una punta.
- Resistenza alla fatica. È la resistenza dei materiali a sforzi variabili e ripetuti (ad esempio, I’accorciamento e l’allungamento di una molla, ripetuto per migliaia di volte).
Proprietà tecnologiche – Si riferiscono all’attitudine dei materiali a subire le diverse lavorazioni.
- Fusibilità. È la proprietà di dare dei pezzi (getti) sani, compatti senza difetti e alterazioni. Ad esempio, sono facilmente fusibili la ghisa ed il bronzo, difficilmente fusibili l’acciaio ed il rame.
- Malleabilità. È l’attitudine di un materiale a ridursi in lamine sottili; normalmente i materiali sono più malleabili a caldo che a freddo.
- Duttilità. È l’attitudine di un materiale a ridursi in fili sottili.
- Saldabilità. È la proprietà che ha un materiale di unirsi in un solo pezzo con un altro, uguale o diverso.
- Temprabilità. È l’attitudine ad aumentare la propria durezza per mezzo di particolari trattamenti termici.