La scelta del metallo giusto è fondamentale per trovare il giusto equilibrio tra costi di produzione, integrità strutturale e durata. Nella moderna produzione industriale, i metalli vengono generalmente classificati in due categorie principali: ferrosi (a base di ferro) e non ferrosi (privi di ferro). Questa guida completa analizza i 20 principali metalli industriali, le loro proprietà distintive e le loro applicazioni ideali nel mondo reale per aiutarti a scegliere i materiali in modo consapevole.
Tre tipi di metalli ferrosi
Qualsiasi metallo con un elevato contenuto di ferro e caratteristiche magnetiche è un metallo ferroso. La durezza, la durabilità e la resistenza alla trazione dei metalli ferrosi sono caratteristiche fondamentali per la produzione.
Le loro caratteristiche si adattano bene a grattacieli, ponti, ferrovie e veicoli. Sono utili sia per l'industria che per l'architettura. Acciaio, ghisa e ferro battuto sono i tre tipi di metalli ferrosi più diffusi.
Acciaio
L'acciaio è una lega di ferro contenente una percentuale precisa di carbonio (in genere inferiore al 2%) che ne aumenta significativamente la resistenza alla trazione e alla frattura rispetto al ferro puro. Gli acciai industriali sono generalmente classificati in quattro categorie principali.
Acciaio al carbonio
L'acciaio al carbonio presenta in genere una finitura superficiale opaca e, se non trattato, è altamente soggetto a corrosione. Si distinguono tre tipi di acciaio al carbonio: a basso, medio e alto tenore di carbonio; il primo contiene circa lo 0,30% di carbonio, il secondo lo 0,60% e il terzo l'1,5%.
Acciaio legato
L'acciaio legato combina più metalli come nichel, rame e alluminio. Gli acciai legati sono preferiti per le parti di automobili, tubazioni, scafi di navi e progetti meccanici. Sono più economici e resistono meglio alla corrosione. La concentrazione degli ingredienti determina la resistenza di queste leghe.
Acciaio inox
L'acciaio inossidabile è di gran lunga il più diffuso sul mercato. Questo tipo di acciaio è lucido e contiene dal 10 al 20% di cromo come principale elemento di lega. Questo contenuto di cromo forma uno strato protettivo passivo, che migliora notevolmente la resistenza alla corrosione, pur mantenendo un'eccellente formabilità per diversi processi di produzione.
Acciaio per utensili
L'acciaio per utensili è noto per la sua durezza e resistenza al calore e all'abrasione. Le leghe di questa categoria sono ottimizzate per la produzione di utensili per impieghi gravosi, stampi per macchinari e attrezzature da taglio industriali. Arricchiti con cobalto, molibdeno e tungsteno, gli acciai per utensili presentano un'eccezionale durezza a caldo, stabilità termica e resistenza all'usura in condizioni di forte sollecitazione.
Applicazioni: Lastre per carrozzerie di autoveicoli, elettrodomestici, edilizia, rotaie e cavi.
Ghisa
Si tratta di una lega di ferro contenente dal 2 al 4% di carbonio, quantità variabili di silicio e manganese e tracce di zolfo e fosforo. Viene prodotta negli altiforni mediante la riduzione chimica del minerale di ferro.
Applicazioni industriali ideali:
Settore automobilistico: Blocchi motore, testate dei cilindri e dischi dei freni (a causa dell'elevata conducibilità termica).
Edilizia e macchinari pesanti: Staffe di sostegno, basi per macchinari e tubi per impieghi gravosi (grazie all'elevata densità e alle proprietà di smorzamento delle vibrazioni).
Ferro battuto
Il ferro battuto è una lega di ferro altamente malleabile con un contenuto di carbonio molto basso (inferiore a 0,08%). A differenza della ghisa, che è fragile, il ferro battuto contiene fibre microscopiche di scoria che gli conferiscono una ‘venatura’ unica, simile a quella del legno. Questa struttura fibrosa lo rende eccezionalmente resistente, resistente alla corrosione e facile da forgiare o saldare in forme complesse.
Applicazione:
Realizzazione di tubi
Barre per viti prigioniere
Bulloni del motore
Rivetti
Piastre
Catene uniche
Ganci per gru
Altre applicazioni di forgiatura
Classificazione: 17 metalli non ferrosi essenziali
I metalli non ferrosi sono metalli o leghe che, in ambito metallurgico, non contengono quantità significative di ferro. Le leghe non ferrose vengono scelte per applicazioni che richiedono parametri prestazionali critici, tra cui elevati rapporti resistenza/peso, conduttività elettrica e termica superiori, proprietà non magnetiche ed eccezionale resistenza alla corrosione. Spesso sono più costose dei metalli ferrosi.
Alluminio
L'alluminio è un metallo argenteo, morbido e leggero. Ha il numero atomico 13 e appartiene al gruppo del boro nella carta periodica. L'alluminio è il metallo più abbondante nella crosta terrestre e il terzo elemento più abbondante dopo l'ossigeno e il silicio. Costituisce l'8% del peso della superficie solida della Terra.
L'alluminio è un eccellente conduttore sia termico che elettrico. È un metallo leggero, con una densità e una rigidità pari a un terzo di quelle dell'acciaio. Grazie alla sua elevata duttilità e malleabilità, l'alluminio offre un'eccellente lavorabilità e può essere facilmente fuso o estruso in profili complessi.
Applicazione:
Linee elettriche
Edifici di grandi dimensioni
Telai delle finestre
Elettronica di consumo
Apparecchiature domestiche e industriali
Componenti per aeromobili
Componenti del veicolo spaziale
Navi
Treni
Veicoli personali
Nichel
Ha una tonalità bianco-argento, con una finitura lucente e una sfumatura dorata. Il nichel è considerato utile grazie alle sue caratteristiche di malleabilità e resistenza alla corrosione. Il nichel viene estratto principalmente da due tipi di giacimenti: i solfuri magmatici e le lateriti.
Il nichel può mescolarsi con acciaio, ferro, rame, cromo, alluminio, piombo, cobalto, argento, oro e altro ancora. Ciò contribuisce a creare acciaio inossidabile, ghisa e altre leghe.
Il nichel è un componente comune nella produzione di leghe. È importante anche nei trasporti, nell'industria aerospaziale, marina, architettonica e nei prodotti di consumo. È utile nella produzione di posate, monete, magneti e altri metalli.
Rame
Il Cu è un metallo di transizione con il numero 29 della tavola periodica. Ha un peso atomico di 63,55 AMU e 29 neutroni (unità di massa atomica). È un metallo duttile e malleabile di colore rosso-oro, che è anche un buon conduttore di calore e di elettricità. Il rame è stato il primo metallo con cui l'uomo ha avuto a che fare e ancora oggi è uno dei metalli più comuni.
**Applicazioni:** Il rame è comunemente utilizzato nei cavi, nei dissipatori di calore, negli elettromagneti e nei motori elettrici. Viene impiegato anche in componenti strutturali e tubazioni. Il rame si distingue in queste applicazioni grazie al suo processo di ossidazione atmosferica, che forma una patina protettiva che impedisce la corrosione in profondità.
Ottone
L'ottone è un metallo rosso non ferroso costituito da leghe di rame e zinco. Variando il rapporto tra rame e zinco si modificano le proprietà del materiale, adattandone le caratteristiche meccaniche ed elettriche. Trattandosi di una lega sostitutiva, gli atomi di entrambi gli elementi costituenti possono occupare lo stesso sito nel reticolo cristallino.
Applicazioni: L'ottone si fonde bene, è resistente e attraente. Ha anche proprietà antibatteriche grazie all'elevato contenuto di rame. L'ottone è un materiale popolare per strumenti musicali, finiture decorative, elementi di fissaggio, bossoli di proiettili e altro ancora.
Bronzo
Il bronzo è una lega metallica composta principalmente da rame e contenente 12% stagno. Oltre a questi due, alluminio, arsenico, manganese, fosforo e silicio hanno caratteristiche distinte.
I principali tipi di leghe di bronzo comprendono:
Bronzo al piombo
Bronzo fosforoso
Bronzo all'alluminio
Bronzo al silicio
Bronzo al manganese
Il bronzo ha molte caratteristiche distinte che lo rendono ideale per vari usi, dall'arte alla tecnologia informatica. Il bronzo ha una tonalità bruno-rossastra, è complesso e fragile e ha una temperatura di fusione di 950 gradi Celsius.
Applicazioni: Le proprietà del bronzo rendono questo metallo ideale per usi sia pratici che estetici, come la nautica e la pesca. I cantieri navali scelgono spesso raccordi ed eliche in bronzo per molte imbarcazioni e navi. Questo perché il bronzo ha una grande resistenza alla corrosione.
Alcune leghe di bronzo sono ideali per l'uso elettrico perché conducono bene l'elettricità. Il materiale presenta un basso attrito metallo-metallo, ottimo per usi ad alta sollecitazione come boccole e cuscinetti. Questo include l'uso in boccole e cuscinetti.
Zinco
Lo zinco (Zn) è un elemento versatile ampiamente utilizzato nei settori industriale e biologico. Sebbene a temperatura ambiente sia fragile e di colore bianco-bluastro, una volta lucidato assume una finitura metallica brillante.
Lo zinco è un metallo primario utilizzato principalmente per zincare l'acciaio e proteggerlo dalla corrosione. Le leghe di zinco come l'ottone sono utilizzate in molti settori. Sono ottime per le parti navali resistenti alla corrosione e anche per gli strumenti musicali.
Applicazioni: L'acciaio zincato viene utilizzato per carrozzerie di automobili, pali dell'illuminazione pubblica, barriere di sicurezza e ponti sospesi.
Le pressofusioni sono fondamentali per i settori automobilistico, elettrico e della ferramenta. Richiedono molto zinco. L'ottone, l'argento di nichel e le saldature di alluminio sono tutte leghe che includono zinco.
L'ossido di zinco è presente in molti prodotti. Tra questi, vernici, gomma, cosmetici, farmaci e plastica. Si trova anche in inchiostri, saponi, batterie, tessuti e apparecchiature elettriche. Le vernici luminose, le luci fluorescenti e gli schermi a raggi X utilizzano il solfuro di zinco.
Argento
L'Ag è un metallo bianco lucido con una buona conducibilità elettrica e un buon fascino estetico. È uno dei cosiddetti metalli preziosi, insieme all'oro e ai metalli del gruppo del platino.
L'argento permette di realizzare circuiti elettrici stampati e riveste i conduttori elettronici attraverso la deposizione di vapore. Questo perché l'argento ha la più alta conducibilità elettrica e termica di tutti i metalli. Può anche essere legato al nichel o al palladio per essere utilizzato nelle connessioni elettriche.
Applicazioni: L'argento è stato a lungo utilizzato per la produzione di monete, decorazioni e gioielli. L'argento viene utilizzato come catalizzatore. Può trasformare l'etilene in ossido di etilene con grande efficienza. Questo composto è un elemento chiave per molti prodotti chimici.
Oro
L'Au è un metallo prezioso ricco e brillante di colore giallo, appartenente al Gruppo 11 (Ib) del Periodo 6. Ha diverse caratteristiche che lo hanno reso molto prezioso nel corso della storia. Ha un bel colore e una buona luminosità. È quasi indistruttibile e molto flessibile. Di solito si trova in natura in forma pura. L'oro ha una storia diversa da quella di qualsiasi altro metallo, grazie al suo valore percepito fin dalla notte dei tempi.
Applicazioni: L'oro è famoso soprattutto per la produzione di valuta, decorazioni, gioielli e dorature. L'oro verde è una scelta popolare per i gioielli. Si tratta di una lega di oro, argento e rame con valori di caratura compresi tra 14 e 18 carati.
L'oro è popolare anche nel settore tessile. I tubi elettronici utilizzano fili di griglia placcati in oro. Questo design aumenta la conduttività e riduce le emissioni secondarie.
Piombo
Il piombo (Pb) è un metallo pesante con una densità maggiore rispetto alla maggior parte degli altri metalli. È morbido e malleabile e ha un basso punto di fusione. Il piombo è argenteo con un tocco di blu quando è appena tagliato; si appanna in un colore grigio scuro quando è esposto all'aria.
Applicazioni: Utilizziamo il piombo in:
Batterie per auto
Pigmenti
Munizioni
Guaina del cavo
Sollevare pesi
Cinture di peso per immersione
Vetro di cristallo al piombo
Protezione dalle radiazioni
Il piombo è adatto alla conservazione di liquidi corrosivi. L'architetto usa il piombo nelle vetrate e per i tetti.
Cobalto
È un metallo poco conosciuto con molti usi, fatti interessanti e caratteristiche uniche. È uno degli elementi del blocco d, o metalli di transizione, della tavola periodica.
Il cobalto, come molti altri metalli di transizione, si trova solitamente sotto forma di lega. L'estrazione del cobalto avviene solitamente per via mineraria e le regioni del Congo e dello Zambia, nel continente africano, sono famose per l'estrazione del cobalto.
Applicazione: Poiché il cobalto, come il ferro, può essere magnetico, la produzione di magneti è un esempio di utilizzo del cobalto. Ma una lega con alluminio e nichel produce potenti magneti.
Anche le applicazioni ad alta temperatura, come le turbine a reazione e i generatori di turbine a gas, rientrano tra gli impieghi del cobalto. Il suo aspetto attraente, la durezza e la resistenza alla corrosione lo rendono popolare nella galvanotecnica.
Per millenni l'uomo ha utilizzato i sali di cobalto in vernici, porcellane, vetri, ceramiche e smalti per creare splendidi colori blu. Alcune nazioni usano il cobalto-60, un isotopo radioattivo, per curare il cancro e irradiare gli alimenti per conservarli.
Platino
Il platino è un metallo non reattivo presente in piccole quantità in natura. È un metallo nobile per la sua eccezionale resistenza alla corrosione, anche ad alte temperature. Con un'abbondanza media di circa 5 μg/kg, è uno degli elementi più rari della crosta terrestre.
I minerali di nichel e rame hanno quantità specifiche. La maggior parte della fornitura mondiale, circa 80%, proviene da depositi nativi in Sudafrica.
Applicazioni: Il platino è spesso utilizzato nell'industria della gioielleria. Il suo utilizzo principale è nei convertitori catalitici per automobili, camion e autobus. La reazione utilizza il platino come catalizzatore per l'acido nitrico, il silicone e il benzene nell'industria chimica. Anche le celle a combustibile utilizzano il platino come catalizzatore per migliorare la loro efficienza.
Il platino è spesso utilizzato anche nel settore dell'elettronica per i dischi rigidi dei computer e le termocoppie. Le fibre ottiche e gli LCD, le pale delle turbine, le candele di accensione, i pacemaker e le otturazioni dentali sono tutti prodotti in platino.
I composti di platino sono fondamentali per il trattamento del cancro. I ricercatori li utilizzano sia in ambito industriale che biologico.
Stagno
È un metallo resistente alla corrosione, argenteo, morbido e malleabile. Si lega a diverse molecole chimiche. La cassiterite e la stannina sono minerali chiave dello stagno. Si trovano in Malesia, Thailandia, Zaire, Indonesia e Bolivia. La riduzione del carbone produce stagno puro. Questa scheda tecnica esplora le caratteristiche e gli usi dello stagno.
Applicazioni: Per prevenire la corrosione, richiede una lucidatura elevata e riveste altri metalli, come le lattine di stagno, che hanno l'acciaio rivestito di stagno. Per lo stagno si utilizzano anche leghe di stagno, come la saldatura dolce, il peltro, il bronzo e il bronzo fosforoso. Anche i magneti superconduttori devono avere una lega di niobio-stagno.
Per creare una superficie piana, i produttori producono la maggior parte dei vetri delle finestre facendo galleggiare il vetro fuso sullo stagno fuso. Uno spruzzo di sali di stagno forma sulla superficie del vetro rivestimenti che conducono l'elettricità.
Tungsteno
È un metallo di transizione che si trova nella stessa colonna del cromo e del molibdeno nella tavola periodica. Il membro più pesante di questo gruppo è il tungsteno, che ha una massa atomica di 183 grammi per mole.
Il tungsteno ha il punto di fusione più alto di qualsiasi altro metallo e rinforza altri metalli. I settori metallurgico, minerario e petrolifero si affidano al carburo di tungsteno perché è molto duro. Riscaldando il tungsteno e la polvere di carbonio a 2200°C e combinandoli tra loro si ottiene il materiale.
Storicamente, il tungsteno era ampiamente utilizzato per i filamenti delle lampadine a incandescenza; tuttavia, queste ultime sono state in gran parte eliminate a livello globale a causa della scarsa efficienza luminosa e dell'eccessiva dissipazione termica.
Molte applicazioni ad alta temperatura utilizzano il tungsteno e le sue leghe. Tra queste, gli elettrodi per la saldatura ad arco e le parti per i forni ad alta temperatura.
Gli strumenti di taglio e foratura in carburo di tungsteno sono eccezionali. Tra questi, un nuovo trapano dentale "indolore" che gira ad altissima velocità. L'illuminazione fluorescente utilizza spesso tungstati di calcio e magnesio.
Titanio
È un metallo strutturale leggero, ad alta resistenza e a bassa corrosione, utilizzato come lega nei componenti dell'aviazione ad alta velocità.
È abbondante e costituisce lo 0,44% della crosta terrestre. Quasi tutte le rocce, la sabbia, l'argilla e altri terreni contengono il metallo in qualche forma. Può essere presente anche in piante, animali, corsi d'acqua naturali, dragaggi di acque profonde, meteoriti e stelle.
Applicazioni: Molte industrie utilizzano leghe di titanio. Le apprezzano per la loro bassa densità e la capacità di resistere a temperature estreme. Si trovano in aeroplani, veicoli spaziali e missili. Anche le mazze da golf, i computer portatili, le biciclette e le stampelle ne contengono.
I condensatori delle centrali elettriche utilizzano il titanio per la sua resistenza alla corrosione. Aiuta anche gli impianti di desalinizzazione. Inoltre, protegge gli scafi di navi, sottomarini e altre strutture in acqua salata. Questo grazie alla sua forte resistenza alla corrosione in acqua di mare.
Il metallo titanio si lega bene all'osso. Pertanto, le procedure chirurgiche utilizzano spesso il titanio. Tra questi vi sono le protesi articolari, in particolare quelle dell'anca, e gli impianti dentali.
Il titanio è più spesso utile sotto forma di ossido di titanio(IV). Lo si può trovare in un'ampia gamma di prodotti, tra cui pitture per la casa, pitture per artisti, plastica, smalti e carta. Poiché impedisce ai raggi UV di raggiungere la pelle, anche le creme solari contengono titanio.
Palladio
Essendo uno dei quattro principali metalli preziosi, il palladio è una materia prima altamente volatile, la cui domanda è determinata in gran parte dalla richiesta di convertitori catalitici per il settore automobilistico e dalle dinamiche dell'offerta industriale. Rimane un componente fondamentale nei sistemi di controllo delle emissioni per automobili e autocarri.
Le marmitte catalitiche delle automobili utilizzano il palladio più di qualsiasi altro materiale. Alcune otturazioni e corone dentali, così come i gioielli. I computer portatili e i telefoni cellulari contengono condensatori in ceramica. Essi mostrano un modo di utilizzare il palladio nell'elettronica. I produttori li realizzano con strati di palladio inseriti tra strati di ceramica.
Uranio
Si tratta di un metallo pesante che da oltre 60 anni viene utilizzato come fonte di energia concentrata. È disponibile nella maggior parte delle rocce in quantità da 2 a 4 parti per milione ed è abbondante come lo stagno, il tungsteno e il molibdeno nella crosta terrestre.
Applicazioni: Le centrali nucleari utilizzano l'uranio per produrre energia come combustibile nucleare. Gli scienziati si concentrano sulla creazione di altri elementi transuranici sintetici a partire da questa sostanza. Anche l'esercito lo utilizza per alimentare sottomarini e armi nucleari.
Bismuto
L'elemento più metallico e meno abbondante del gruppo dell'azoto è il bismuto (Bi). Il bismuto è un metallo duro, fragile e brillante con una struttura cristallina grossolana. Il suo colore, bianco-grigio con una sfumatura rossastra, lo distingue da tutti gli altri metalli.
Applicazioni: Gli allarmi antincendio e gli estintori, così come i fusibili elettrici e le saldature, utilizzano il bismuto.
Sintesi
La scienza dei materiali avanzata continua a esplorare e sviluppare nuove leghe metalliche e materiali compositi per soddisfare le esigenze industriali in continua evoluzione. Il futuro della produzione industriale si affida a questi materiali emergenti per garantire maggiore efficienza, resistenza a temperature estreme e sostenibilità avanzata in tutti i settori a livello globale.
Ma l'articolo di oggi si concentra sui venti metalli che le persone utilizzano con maggiore frequenza in tutto il mondo. Li abbiamo suddivisi in gruppi ferrosi e non ferrosi. Inoltre, abbiamo indicato le applicazioni di ciascuno di essi.