Categoria: Materiali, Trattamenti termici e superficiali

Materiali impiegati per la realizzazione degli organi fondamentali dei motori stradali e da corsa, dei telai e delle carrozzerie.

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Un’auto da corsa dietetica ed ecologica

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Materiali “dietetici” per auto da corsa

Una macchina da corsa fatta con carote, cioccolato e patate? Sì, è possibile. Gli elementi naturali  più insospettabili vengono legati a materiali riciclati come carbonio o bottiglie di plastica ed il risultato è una vettura di formula alquanto insolita nel DNA ma perfettamente competitiva con le “normali” sorelle di formula 3. World First (questo è il suo nome) raggiunge i 100 km/h in poco più di 2,5 secondi e tocca velocità di punta superiori ai 215 km/h. Se dalla spazzatura riusciamo a tirar fuori componenti per auto di formula, credete ci sarebbero più città sommerse dai rifiuti? Del resto lo avevamo ipotizzato 2 anni fa: Se qualcuno riesce a trasformare i rifiuti in oro… si apriranno nuove frontiere dell’industria e del commercio. Di seguito alcuni dei materiali impiegati per la realizzazione di questa insolita vettura.

Telaio: in fibre vegetali e di patate
Volante: in resina derivata dalle carote
Ala anteriore: nucleo in fecola di patate, calotta in fibra di lino.
Sedile: calotta in fibre di lino, schiuma di fagioli di soia e olio di tessuto poliestere riciclato
Elementi aerodinamici delle sospensioni:  tessuto composito di fibre naturali
Pneumatici: eliminazione dei composti aromatici policiclici
Radiatore: rivestimento mediante catalizzatore che trasforma l’ozono in ossigeno
Guscio degli specchietti: fecola di patate e fibra di lino
Cambio: trattamento per la riduzione degli attriti
Copertura motore: fibra di carbonio riciclata
Ammortizzatori: fibra di carbonio riciclata
Fiancate della carrozzeria: fibra di vetro con resina di bottiglie riciclate
Carburante: mix di oli vegetali ed estratti di cacao derivanti dagli scarti della lavorazione del cioccolato.

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Trasformare i rifiuti in prodotti può voler dire creare posti di lavoro e pulire le città…
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Costruire gli interni con mattoni in legno

Rubrica: Esisteranno materiali alternativi al cemento?

Titolo o argomento: Costruire idee con mattoni a incastro in legno

Reduci dal SAIE 2010 di Bologna, la fiera dedicata all’edilizia ed all’architettura, siamo rimasti indubbiamente colpiti da un prodotto in particolare che continua a balenarci nella mente. Un prodotto o, meglio, un’idea che ha dato vita ad un prodotto davvero curioso e a nostro avviso tanto interessante quanto bello: il mattone in legno della falegnameria Martinelli di Camaiore (LU).

Se da piccoli siete rimasti colpiti dalle costruzioni e da ciò che con esse potevate costruire sfruttando la vostra fervida fantasia, non potete restare indifferenti davanti all’opportunità di utilizzare un materiale caldo e raffinato come il legno per personalizzare i vostri ambienti preferiti.

Una soluzione calda, bella, leggera e robusta che arreda e che non ha il sapore fittizio degli elementi simili realizzati in materiale plastico o in poliuretano. Una soluzione che sa di vero e che si guadagna con merito gli ambienti della casa, dell’ufficio, dello studio o ancora di un bar, un pub, un ristorante e, perchè no… di un’enoteca.

Sei sei un designer, un arredatore o semplicemente uno scaltro hobbista, visita il sito: www.bloccoarreda.it

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Grazie alle diverse forme e curvature puoi realizzare infinite composizioni. Robustissime.
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Ecco a voi il cemento trasparente

Rubrica: Esisteranno materiali alternativi al cemento?

Titolo o argomento: Il cemento trasparente

Il cemento può diventare trasparente? Certamente, legandolo con particolari resine e un impasto di nuovissima concezione, consente di realizzare pannelli solidi e isolanti ma allo stesso tempo in grado di far filtrare la luce. I.light® è il nome del nuovo “cemento trasparente” utilizzato per la realizzazione del Padiglione italiano a Shanghai per l’Expo.

Il materiale è stato messo a punto da Italcementi proprio per l’edificio che ospita la presenza dell’Italia in Cina durante i sei mesi dedicati all’esposizione internazionale.

Il nuovo prodotto garantisce la trasparenza miscelando, secondo un’innovativa formulazione, cemento e additivi i quali, grazie ad una straordinaria fluidità, legano una matrice di resine plastiche in un pannello che unisce alla robustezza caratteristica del materiale cementizio la possibilità di far filtrare la luce dall’esterno verso l’interno, e viceversa. Le resine, opportunamente inserite in questo particolare impasto, hanno delle prestazioni di trasparenza migliori delle fibre ottiche sperimentalmente utilizzate finora in questo campo. Cosa ancora più importante: costano molto meno, consentendone l’applicazione su larga scala.

Per il padiglione italiano a Shanghai (destinato all’Expo) sono stati utilizzati ben 3.774 pannelli, realizzati con l’impressionante massa di 189 tonnellate di “cemento trasparente”. Questi ricoprono una superficie complessiva di 1.887 metri quadri, circa il 40 per cento del totale del Padiglione e creano una sequenza di luci e ombre sempre variabile durante la giornata. In futuro questo materiale verrà utilizzato come componente architettonica per l’internal lighting (tecniche di ombreggiamento/diffusione della luce).

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Materiali – Testata

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Testata

I materiali che vengono scelti per realizzare questo complesso organo sono esclusivamente quelli adatti al processo di colata. Essi infatti devono presentare un’elevata fluidità ed una bassa percentuale di ritiro. Per tali ragioni vengono scelte particolari ghise sferoidali oppure leghe leggere di alluminio e rame.

I vantaggi offerti dalle leghe leggere si traducono in un’importante riduzione di peso del motore e in una migliore dispersione del calore. Tuttavia, solo dopo l’introduzione delle sedi valvole riportate, è stato possibile utilizzare leghe leggere per la realizzazione delle testate. Questo perchè le caratteristiche meccaniche richieste dalle sedi valvole sono ben diverse da quelle che anche la più eccellente lega di alluminio può offrire.

G-AlSi9Mg

La lega di alluminio più utilizzata per le testate è la G-AlSi9Mg. Dopo gli opportuni trattamenti termici questa lega offre un Allungamento percentuale compreso tra il 2% ed il 5%, un Carico di rottura compreso tra i 250 N/mm^2 ed i 300 N/mm^2, Durezza Brinell HB 80-110, Resilienza 80-110 N/mm^2, Carico di snervamento 200-270 N/mm^2.

Indipendentemente dal trattamento termico tale lega di Alluminio ha un peso specifico di 2,65 kg/dm^3, un Modulo elastico pari a 74-83 kN/mm^2, un Coefficente di dilatazione termica tra i 20°C ed i 200°C di 21 1/K x 10^6, un Coefficente di conducibilità termica tra i 20°C ed i 200°C di 1,39-1,68 W/K x m ed un Ritiro linerare per colata in sabbia dell’1,0-1,1%.

G-AlCu5NiCoSbZr

Qualora fosse necessario ottenere una maggiore resistenza della testata alle alte temperature si adottano leghe di alluminio che contengono come elemento di alligazione il rame. Un esempio valido è rappresentato dalla lega G-AlCu5NiCoSbZr. Questa lega è in grado di resistere ad elevate variazioni di temperatura secondo cicli alterni. Lo svantaggio principale presentato da questo tipo di materiale è la limitata resistenza alla corrosione causata dalla presenza del nichel e del rame.

Questa lega dopo gli opportuni trattamenti termici offre un Allungamento percentuale compreso tra il 1% ed il 1,5%, un Carico di rottura compreso tra i 180 N/mm^2 ed i 220 N/mm^2, Durezza Brinell HB 85-95, Resilienza 90-100 N/mm^2, Carico di snervamento 145-165 N/mm^2.

Tale lega di Alluminio ha un peso specifico di 2,84 kg/dm^3, un Modulo elastico pari a 72-76 kN/mm^2, un Coefficente di dilatazione termica tra i 20°C ed i 200°C di 22,5 1/K x 10^6, un Coefficente di conducibilità termica tra i 20°C ed i 200°C di 1,18-1,55 W/K x m ed un Ritiro linerare per colata in sabbia dell’1,3-1,5%.

Maggiori informazioni sul sito Automotive & Motorsport di Ralph DTE: www.ralph-dte.net

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Testata 5 valvole per cilindro della Ferrari 355 Berlinetta. Tale soluzione è stata poi abbandonata per ritornare alle 4 valvole per cilindro. Con 3 valvole di aspirazione il diametro delle stesse si riduce favorendo la velocità di ingresso dell’aria ma riducendone la portata ed aumentando il numero di organi meccanici in gioco e delle lavorazioni. Con 4 valvole per cilindro si ottengono risultati molto simili con spese decisamente minori.
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Superfinitura isotropica ISF

Rubrica: Trattamenti superficiali

Titolo o argomento: Migliorare le proprietà meccaniche delle superfici dei metalli
Dedicata al Motorsport ed in particolare agli organi di trasmissione

Le aziende che si occupano di trattamenti superficiali di raffinati organi meccanici destinati al Motorsport oggi sono in grado di offrire una “superfinitura  isotropica ISF” destinata al mondo delle competizioni allo scopo di migliorare le performance e la durata dei motori.

La superfinitura isotropica è una procedura condivisa dai team di tutte le competizioni motoristiche internazionali e amatoriali: Formula1, Rally, FIA GT, SBK, IRL, ecc.

Questa tecnologia è utilizzata per ridurre gli attriti e di conseguenza le temperature di esercizio degli organi meccanici. Riduce inoltre la necessità di lavorazione meccanica dei pezzi. Tale trattamento permette di incrementare gli sforzi a compressione, la resistenza a fatica da contatto e  la resistenza all’usura.

Il metodo ISF, che garantisce una finitura isotropica, è un processo meccanico-chimico non abrasivo che come risultato conferisce una serie di proprietà benefiche che vanno al di là della riduzione d’attrito:

  • maggiore resa del motore
  • riduzione dei consumi
  • riduzione degli attriti e delle temperature d’esercizio
  • incremento delle performances della meccanica
  • allungamento della vita dei pezzi permettendo di effettuare più gare con lo stesso componente
  • minore necessità di lubrificazione
  • riduzione dei costi
  • maggior rispetto dell’ambiente

La Rösler offre un particolare processo di superfinitura isotropica brevettato denominato: processo ISF®. Tale processo rimuove le asperità che si creano nel processo produttivo. Riducendo in modo eclatante la rugosità superficiale, il processo ISF® produce una superficie molto più uniforme che riduce l’attrito e consente un miglioramento della capacità di lubrificazione. Dopo questo processo, che mantiene intatta l’integrità dimensionale del pezzo, il componente riesce ad operare a temperature più basse, ha una vita utile più lunga, una migliore operatività e un tempo più lungo tra una manutenzione e l’altra.

Il processo ISF® è un processo chimicamente accelerato di vibrofinitura di massa, brevettato in tutto il mondo. Il processo utilizza impianti di vibrofinitura convenzionali e prodotti di finitura non abrasivi per produrre una superficie superfinita isotropica. E’ capace di generare una rugosità superficiale media con valori bassi come Ra – 0,02. Queste superfiniture isotropiche permettono le performance più elevate in termini di attrito, surriscaldamento, rumorosità ed usura, in cuscinetti, ingranaggi e nell’industria di produzione di turbine.

Link correlati

Introduzione ai trattamenti termici degli acciai
Introduzione ai trattamenti superficiali
Introduzione ai trattamenti di finitura superficiale

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Immagine tratta dal sito della  Rösler
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Materiali innovativi

Al link che vi segnalo più in basso trovate un curioso catalogo di materiali innovativi. U-Matter è una rassegna di referenze sui materiali innovativi: una proposta esemplificativa delle migliori soluzioni tecnologiche selezionate da MaTech all’interno del proprio data-base.

All’interno troverete, suddivisi secondo le principali famiglie in cui è articolato l’archivio di MaTech, gli estratti delle schede di alcuni materiali significativi.

U-Matter è una finestra aperta sul mondo dell’innovazione, per far crescere e condividere la cultura dei materiali innovativi. MaTech è il primo centro europeo al servizio delle imprese e dei professionisti che offrono o cercano nuovi materiali per l’innovazione di prodotto e di processo.

I materiali sono suddivisi secondo le seguenti famiglie: polimeri; metalli e leghe; fibre e tessuti; compositi; ceramica e vetro; pigmenti – additivi; trattamenti superficiali; schiume; adesivi; fluidi tecnici; naturali; tecnologie. Potete visitare tutte le famiglie di materiali innovativi alla pagina web: http://www.matech.it

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Monoblocco superleggero in alluminio e magnesio

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Monoblocco in alluminio e magnesio

Per ridurre i consumi di un veicolo, il metodo più efficace è senza dubbio quello della riduzione del peso del veicolo. Si possono proporre telai più robusti e più leggeri grazie all’alluminio, al carbonio, si possono fare carrozzerie in materiali compositi… ma avreste mai pensato di riuscire a ridurre il peso del motore adottando una speciale lega di alluminio e magnesio per il monoblocco?

In effetti fino a poco tempo fa era impensabile per via della possibilità di corrosione del magnesio  qualora venisse a contatto con materiali ferrosi di organi collegati al monoblocco. Questo per effetto elettrochimico. Oggi si è posto rimedio adottando speciali guarnizioni “non conduttrici” che impediscono la “migrazione ionica” tra ferro e alluminio-magnesio quando vi è umidità o sono presenti liquidi che fanno da elettrolita. Tali guarnizioni devono essere sovradimensionate ai bordi per impedire ogni minima possibilità che un liquido elettrolita possa mettere in contatto i due materiali.

Nella zona interna del monoblocco, ossia sulle canne dove scorrono i pistoni, non è proprio possibile adottare il magnesio e si ricorre ad un compound (immerso nella fusione) costituito da alluminio e silicone chiamato: Alusil. Tale compound viene riproposto tra il monoblocco ed il cambio, tra il monoblocco e la testata, tra il monoblocco e i cuscinetti di banco, sulle superfici del circuito di raffreddamento proprio per evitare il contatto tra acqua e magnesio.

Altro svantaggio si può manifestare durante le lavorazioni in quanto i trucioli che si formano tendono ad infiammarsi. Insomma una soluzione che fa risparmiare peso e permette di ridurre i consumi, ma che ha costi di produzione più elevati e una complessiva affidabilità che a mio avviso non è poi così elevata.

D’altra parte un monoblocco in lega di alluminio e magnesio ha una massa inferiore del 18% rispetto ad un monoblocco di alluminio normale e si arriva a circa il 44% in meno se confrontato con un monoblocco in ghisa.

Un altro vantaggio è dato dal fatto che inserendo il magnesio come elemento di alligazione per un monoblocco in alluminio, si ottiene un abbassamento della temperatura di fusione che permette di ottenere il pezzo in fonderia in metà tempo.

Maggiori informazioni sul sito Automotive & Motorsport di Ralph DTE: www.ralph-dte.net

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Materiali – Monoblocco a canne riportate

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Basamento a canne riportate

canne-cilindro-riportate.jpgNel caso di basamenti a canne riportate si ha il vantaggio di poter ottenere un risparmio in peso del basamento e garantire comunque le dovute caratteristiche meccaniche delle canne riportandole in un secondo momento e realizzandole del materiale più adatto. I basamenti di questo tipo vengono realizzati mediante leghe leggere di alluminio-rame e alluminio-silicio (le stesse utilizzate per la testata) ottenendo così, oltre alla riduzione di peso, anche una migliore dispersione del calore.

La lega di alluminio più utilizzata per i monoblocchi (ma anche per le testate) è la G-AlSi9Mg. Dopo gli opportuni trattamenti termici questa lega offre un allungamento percentuale compreso tra il 2% ed il 5%, un Carico di rottura compreso tra i 250 N/mm^2 ed i 300 N/mm^2, Durezza Brinell HB 80-110, Resilienza 80-110 N/mm^2, Carico di snervamento 200-270 N/mm^2.

Indipendentemente dal trattamento termico tale lega di alluminio ha un peso specifico di 2,65 kg/dm^3, un Modulo elastico pari a 74-83 kN/mm^2, un Coefficente di dilatazione termica tra i 20°C ed i 200°C di 21 1/K x 10^6, un Coefficente di conducibilità termica tra i 20°C ed i 200°C di 1,39-1,68 W/K x m ed un Ritiro linerare per colata in sabbia dell’1,0-1,1%.

Le canne invece possono essere realizzate con ghisa sferoidale. Le ghise al nichel devono essere sottoposte al trattamento termico di nitrurazione per ottenere il giusto indurimento superficiale. Il trattamento viene eseguito mediante vapori di ammoniaca. Le canne riportate non possono essere rettificate una volta che le loro dimensioni sono per così dire “fuori tolleranza” ma vanno sostituite.

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Materiali – Monoblocco a canne integrali

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Basamento a canne integrali

Per la realizzazione di basamenti con canne integrali ovvero ricavate all’interno del basamento stesso si utilizzano ghise speciali (a grano molto fine) al fosforo-manganese ed al nichel-cromo. La percentuale di silicio, piuttosto alta, serve a favorire la separazione del carbonio sotto forma di grafite. Il compito del cromo e del nichel, invece, è quello di migliorare le proprietà meccaniche della ghisa. Aumenta pertanto la resistenza all’usura a caldo (il calore è la principale causa di invecchiamento di un motore assieme agli attriti). Infine il compito del fosforo è quello di accrescere la durezza e la colabilità della ghisa. E’ importante porre attenzione alla presenza di zolfo che dovrà essere quanto mai limitata onde evitare problemi legati alla colabilità, al ritiro ed alla fragilità.

Maggiori informazioni sul sito Automotive & Motorsport di Ralph DTE: www.ralph-dte.net

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