Metalli e leghe: ecco in quali condizioni avviene il passaggio dallo stato solido a quello liquido
Ti piacerebbe sapere come avviene il processo di fusione dei metalli? Comprendere appieno questo fenomeno fisico ti sarà molto difficile se non conosci l’importanza della temperatura. (Se non ci credi, prova a fondere il ferro con un fornellino da campeggio)
In questo articolo scoprirai cosa accade ai metalli solidi durante il processo e quali sono le temperature di fusione dei metalli più importanti.
Come avviene la fusione dei metalli e delle leghe
Chi opera nel settore della lavorazione dei metalli sa molto bene cosa sia la fusione, almeno all’atto pratico. A dirla tutta, dubito che questo fenomeno sia totalmente sconosciuto anche a chi – per lavoro – si occupa di tutt’altro. Non tutti, però, sanno (o ricordano) cosa accada ai metalli durante la fusione dal punto di vista fisico.
Faccio subito una premessa: non sono un fisico e non intendo dare lezioni di alcun tipo; tuttavia, ci tengo a spiegarti in maniera semplice cosa sia la fusione e come avviene.
Il processo di fusione consiste nel passaggio di una materia dallo stato solido allo stato liquido in seguito al raggiungimento di una determinata temperatura. Ok, fin qui ci siamo. Ma, a livello strutturale, cosa succede all’interno dei metalli quando essi assorbono calore?
Devi sapere che, a temperatura ambiente, gli atomi e le molecole mantengono un legame tra loro all’interno del reticolo cristallino; con l’assorbimento del calore di fusione, però, essi iniziano ad agitarsi e i legami vengono rotti al raggiungimento di una certa temperatura. Il loro stato, dunque, cambia in virtù della disgregazione delle particelle.
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Ogni metallo ha una temperatura di fusione ben precisa che determina il passaggio di stato da solido a liquido anche se, in realtà, c’è qualcos’altro che influisce su questo fenomeno: la pressione. A breve specificherò il ruolo di questo fattore; prima di farlo, però, voglio chiarire che le leghe metalliche hanno una temperatura di fusione variabile in base alla percentuale dei metalli puri di cui sono composte.
L’acciaio, per esempio, pur essendo composto prevalentemente di ferro, non fonde alla stessa temperatura di questo elemento. Ma, ora, vediamo in che modo la pressione influisce sul processo di fusione dei metalli.
Temperatura di fusione e punto di fusione: cosa cambia?
Poco fa ti ho detto che ogni metallo ha una determinata temperatura di fusione. Vero. Tuttavia, è corretto precisare che tale temperatura, per comodità, viene indicata tenendo conto della pressione atmosferica. Questo significa che la temperatura di fusione è influenzata dalla pressione a cui è sottoposta la materia.
Allo stesso modo, anche il punto di fusione è uno stato termodinamico che dipende dalla pressione. Per esser precisi, si tratta della fase in cui avviene il processo di fusione vero e proprio e un metallo passa dallo stato solido a quello liquido. Una volta raggiunto il punto di fusione, la temperatura rimane stabile in virtù dell’assorbimento del calore – detto calore latente – da parte del materiale.
Finché il cambiamento di stato non viene completato, dunque, la temperatura smette di salire; una volta che il metallo raggiunge lo stato liquido, invece, questa riprende ad aumentare.
Tabella delle temperature di fusione dei metalli principali
Le sostanze presenti in natura sottoponibili a un processo di fusione sono tantissime; pertanto, nella tabella che segue, sono esposte le temperature di fusione dei metalli più usati in fonderia.
| METALLO | TEMPERATURA DI FUSIONE IN GRADI CELSIUS |
| Piombo | 327 |
| Acciaio | 1.350 |
| Zinco | 420 |
| Alluminio | 660 |
| Oro | 1.064 |
| Argento | 962 |
| Ferro | 1.535 |
| Cromo | 1.857 |
| Rame | 1.083 |
| Stagno | 232 |
| Bronzo | 900 |
| Ottone | 1.015 |
| Platino | 1.769 |
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L’importanza del post fusione in fonderia
Come ben saprai, una volta raggiunto lo stato liquido, un metallo può essere introdotto in uno stampo mediante varie tecniche; le più utilizzate in fonderia sono la fusione a colata e la pressofusione. Una volta completato il raffreddamento e riportato il metallo allo stato solido, però, gli oggetti creati con gli stampi presentano sbordature, bave e spigoli, per non parlare delle materozze.
Per eliminarli è necessario eseguire diverse lavorazioni di finitura come:
- taglio delle materozze;
- nastratura;
- smerigliatura;
- carteggiatura;
- limatura.
Svolgere queste procedure manualmente comporta diversi disagi sia a te sia ai clienti; le tempistiche di produzione non sono mai affidabili, lo spreco di materiale è copioso in virtù dei tanti pezzi difettosi che non superano il controllo qualità e non rispettano fedelmente le geometrie richieste dal cliente. Inoltre, con la sbavatura manuale è impossibile standardizzare i prodotti perché ogni pezzo – anche se impercettibilmente – sarà diverso dagli altri.
La sbavatura robotizzata risolve questi problemi. Con l’automazione dei processi di finitura e sbavatura, infatti, avrai la certezza di produrre componenti metallici di qualità in tempi ciclo precisi perché i robot, diversamente dagli uomini, lavorano secondo parametri preimpostati e non sono soggetti a cali di concentrazione né stanchezza.
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