Tecnologia - Scuola secondaria di primo grado Materiali Metalli Leghe ferro-carbonio

Metalli

20 esercizi

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Il ferro e le sue leghe

________ non si usa quasi mai perché ha caratteristiche meccaniche peggiori.

________ contiene poco carbonio (max 0,5%). Ha buona resistenza meccanica, è facile da lavorare, ma è soggetto all'attacco della ruggine.

________ è molto duro perché contiene carbonio dallo 0,5% fino all'1,7%: riesce a tagliare chiodi e filo di ferro senza deformarsi.

________ contiene nichel e cromo. La sua superficie è lucente e non arrugginisce, inoltre è dura e non subisce rigature se pulita in modo energico.

________ resiste bene all'usura: si usa per le rotaie, in modo che non si consumino nonostante ci rotolino sopra ogni giorno le ruote di molti treni.

________ contiene molto ferro (96-98%) e abbastanza carbonio (2-4%). Ha caratteristiche meccaniche inferiori, ma si usa comunque molto perché fonde a temperature relativamente basse e fornisce getti sani e compatti, ideali per fare oggetti complicati con funzioni statiche.

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I minerali di ferro

Quali tra i seguenti sono i tre più importanti minerali di ferro?

A: Ematite, limonite e magnetite.

B: Bauxite, berillo e pechblenda.

C: Blenda, cinabro e galena.

D: Calcocite, calcopirite e malachite.

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I metalli

________ è un metallo bianco argenteo; leggero (peso specifico 2,7) e fusibile a media temperatura (660 °C), ha proprietà meccaniche abbastanza buone.
________ è un metallo grigio lucente; pesante (peso specifico 7,8) e fusibile ad alta temperatura (circa 1500 °C), ha ottime proprietà meccaniche.
________ è un metallo rosso brillante; pesante (peso specifico 8,9) e fusibile a media temperatura (1083 °C), ha proprietà meccaniche non molto buone.
________ è un metallo grigio chiaro; pesante (peso specifico 11,3) e fusibile a bassa temperatura (327 °C), ha proprietà meccaniche scadenti.
________ è un metallo giallo chiaro; pesantissimo (peso specifico 19,2) e fusibile a media temperatura (1063 °C), ha proprietà meccaniche discrete.

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I metalli

Nel laminatoio i semiprodotti di acciaio vengono trasformati in prodotti finiti. Ne esistono due tipi diversi.
Nel laminatoio per nastri il semiprodotto utilizzato è la ________, che viene schiacciata sempre di più da una serie di doppi cilindri sempre più vicini, fino a ottenere un nastro d'acciaio che viene avvolto in rotoli.
Nel laminatoio per profilati invece il semiprodotto utilizzato è il ________, che viene fatto passare più volte tra due cilindri sagomati, acquistando scavature sempre più accentuate che alla fine lo trasformano in profilati, cioè aste d'acciaio con profilo a «L», a «U», a «T» o a doppia «T».

Completamento aperto

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L'alluminio

Individua le quattro affermazioni corrette sull'alluminio tra quelle che seguono.

A: L'alluminio è leggero, resistente alla corrosione e ha ottime caratteristiche meccaniche.

B: I cavi dell'alta tensione sono in alluminio elettrolitico (cioè puro al 99,9%), che è un ottimo conduttore di elettricità.

C: L'alluminio metallico, puro al 90,0%, è il comune metallo da costruzione, utilizzato per scale pieghevoli, radiatori per riscaldamento ecc.

D: Le nuove carrozze ferroviarie sono fatte con leghe leggere di alluminio e manganese, che combinano la leggerezza con la resistenza meccanica.

E: L'alluminio è sfruttato industrialmente solo dal 1820, quando si sono diffuse le prime centrali elettriche: infatti l'energia utilizzata per produrlo è enorme, dieci volte maggiore rispetto a quella utilizzata per la stessa quantità di acciaio.

F: Il minerale da cui si ricava l'alluminio si chiama bauxite: è di aspetto terroso e di colore rosso mattone, e metà della bauxite estratta ogni anno nel mondo proviene dall'Australia e dalla Guinea.

G: L'alluminio si può riciclare all'infinito, perché ogni volta si ottiene un materiale, detto alluminio secondario, identico a quello ricavato direttamente dal minerale.

H: In Italia il riciclaggio dell'alluminio non ha molto successo: solo 1/4 dell'alluminio prodotto ogni anno viene dal processo di riciclaggio.

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I metalli

Assegna ciascuno dei 15 metalli di uso comune alla categoria corretta.

A: Alluminio

B: Argento

C: Cobalto

D: Cromo

E: Ferro

F: Magnesio

G: Manganese

H: Nichel

I: Oro

J: Piombo

K: Platino

L: Rame

M: Stagno

N: Titanio

O: Zinco

Domande in serie

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I giacimenti di ferro

I giacimenti di ferro sono ________ (cioè sfruttati) con miniere a ________ aperto. Sono grandi scavi a forma di imbuto; al centro, nella zona più bassa, si accumula l'________ filtrata dal terreno. Sulle pareti sono scavati tanti ________ alti 10-20 metri ciascuno: il minerale viene estratto partendo da quelli più alti e procedendo poi verso il basso.

Completamento aperto

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I metalli

L'imbutitura è un tipo di lavorazione della lamiera in cui questa viene deformata a ________ per ottenere una forma ________, curvata o piegata. Si usa con lamiere di acciaio ________ o di ________, che sono metalli ________, cioè che possono essere stirati o ________ senza rompersi, purché lo spessore sia piccolo. Tradizionalmente l'imbutitura si faceva martellando con forza la lamiera con una ________ sopra uno stampo di ________; industrialmente invece si usa una serie di ________, ognuno dei quali aggiunge un particolare della lavorazione della lamiera, pressati con forza da macchine che azionano i rispettivi ________, disposti superiormente.

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La siderurgia

La siderurgia è il metodo industriale per estrarre il ________ dai suoi ________. Nel centro ________ a ciclo integrale si realizza il ciclo completo: si preparano le materie ________, nell'altoforno si fondono i minerali e si ottiene la ghisa, nell'acciaieria si converte la ghisa in acciaio, nel ________ si producono i semilavorati in acciaio.

Completamento aperto

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Le temperature di fusione dei metalli

Tre metalli di uso molto comune hanno temperature di fusione molto basse: sono lo ________ (circa 200 °C), il ________ (circa 300 °C) e lo ________ (circa 400 °C). Il ________ addirittura ha una temperatura di fusione così bassa (circa –40 °C) che è liquido a temperatura ambiente.

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L'altoforno

Quanto è alto un altoforno?

A: Circa 50 metri, ma più di 100 se si considerano anche i tubi di tiraggio.

B: Circa 8 metri, ma più di 20 se si considerano anche i tubi di tiraggio.

C: Circa 300 metri, ma più di 500 se si considerano anche i tubi di tiraggio.

D: Circa 50 metri, ma più di 100 se si considerano anche gli ugelli per il soffiaggio dell'aria compressa.

E: Circa 8 metri, ma più di 20 se si considerano anche gli ugelli per il soffiaggio dell'aria compressa.

F: Circa 300 metri, ma più di 500 se si considerano anche gli ugelli per il soffiaggio dell'aria compressa.

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La fusione dei metalli

La fusione è un tipo di lavorazione in cui per prima cosa si fonde il metallo in un recipiente di materiale refrattario, detto ________. Poi il metallo fuso viene colato nella ________, dove viene lasciato riposare a lungo per farlo raffreddare e solidificare, un po' come un budino. Infine viene estratto il pezzo ottenuto, chiamato ________, che viene rifinito eliminando le ________, cioè i pezzi di metallo formatisi nei canali di colata e di respiro.

Completamento aperto

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La lavorazione dei metalli

Per lavorare un pezzo fucinato (o forgiato), per esempio un coltello, si attraversano nell'ordine queste tre fasi:

Tranciatura: la barra di ghisa è il semilavorato di partenza; viene arroventata sulla tranciatrice e poi viene appoggiata sullo stampo: quando scende il codolo viene deformata. Si formano così due parti piatte con un nodo centrale in rilievo.

Finitura: il pezzo viene messo sotto una finitrice, che in un solo colpo taglia la sagoma esatta del coltello. La parte restante, detta controstampo, verrà rifusa.

Fucinatura: il coltello grezzo viene completato con l'arrotatura e la satinatura della lama per renderla tagliente e lucida; infine viene applicato il manico praticando tre fori nella parte del coltello chiamata sfrido.

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I metalli

Quasi tutti i metalli hanno una lucentezza molto elevata (lucentezza metallica) e un colore bianco o bianco-grigiastro; per quanto riguarda il colore, le uniche eccezioni sono il ________, che è rosso chiaro, e l'________, che è giallo.
I metalli di uso comune più leggeri sono il ________ (peso specifico 1,75) e l'________ (peso specifico 2,70). Quasi tutti gli altri sono pesanti; alcuni sono addirittura pesantissimi, come l'________, preziosissimo, che ha peso specifico 19,2, e l'________, radioattivo, che ha peso specifico 18,7.
La conduttività elettrica e quella termica sono proprietà legate tra loro; tra i metalli di uso comune i migliori conduttori sono l'________, piuttosto prezioso, il ________, molto resistente alla corrosione, e l'________, molto leggero.

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I metalli

Una volta ottenuto un pezzo forgiato o un getto di fusione, questo deve venire rifinito con una macchina utensile. Ne esistono di diversi tipi, tra cui ________, che lavora pezzi cilindrici o conici, ________, che ricava scanalature e fessure, e ________, che fornisce superfici piane.

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I metalli

Il «carro ________» è un carro ferroviario che trasporta la ________ liquida che cola dalla base dell'altoforno fino alla «macchina a ________» (dove si ottengono i pani di ghisa) o all'acciaieria.

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I metalli

Il rame ________, puro al 99,5%, è il comune rame da costruzione, usato per esempio per fare i tubi idraulici. Le sue caratteristiche principali sono la resistenza alla ________ e la facilità di ________.
Per i fili dei motori elettrici e i cavi elettrici domestici si usa però il rame ________, puro al 99,9% e molto più costoso. Nei cavi dell'alta tensione è stato ormai soppiantato dall'________, molto più leggero.
L'________ è invece una lega di colore giallo-oro a base di rame (metallo principale) e di ________ (dal 25 al 40%). Ha caratteristiche meccaniche superiori rispetto a quelle del rame puro, che lo rendono adatto per fare oggetti che devono essere continuamente maneggiati, come rubinetti e maniglie.
Il ________ è un'altra lega, questa a base di rame (metallo principale) e di ________ (dal 6 al 20%). Ha un'ottima resistenza all'usura, che lo rende adatto a fare cuscinetti e ingranaggi; un tempo era molto utilizzato per una grande varietà di usi, dalle monete alle campane.
Allo stesso gruppo chimico del rame appartengono anche ________ e ________, due metalli nobili e preziosi. Il primo ha un caratteristico colore giallo metallico, e il secondo un altrettanto caratteristico colore bianco metallico.

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La conversione della ghisa in acciaio

Come avviene la conversione della ghisa in acciaio?

A: Il convertitore viene riempito di ghisa liquida, cui poi viene aggiunto ossigeno, che bruciando gran parte del carbonio contenuto nella ghisa la converte in acciaio.

B: Il convertitore viene riempito di ghisa liquida, cui poi viene aggiunto ferro puro, che diluendo il carbonio converte la ghisa in acciaio.

C: Il convertitore viene riempito di ghisa liquida, cui poi viene aggiunto carbonio puro, che aumentando la percentuale di carbonio contenuto nella ghisa la converte in acciaio.

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I metalli

Per ciascuno dei 15 metalli di uso comune scrivi il corrispondente simbolo chimico.
Alluminio (________)
Argento (________)
Cobalto (________)
Cromo (________)
Ferro (________)
Magnesio (________)
Manganese (________)
Nichel (________)
Oro (________)
Piombo (________)
Platino (________)
Rame (________)
Stagno (________)
Titanio (________)
Zinco (________)

Completamento aperto

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L'alluminio

Come si fa a liberare delle impurità (elementi ferrosi, vernici ecc.) l'alluminio riciclato per rifusione?

A: Sulla superficie dell'alluminio fuso galleggia uno strato di cloruro di sodio che raccoglie le scorie.

B: Una volta fuso l'alluminio, le scorie decantano e rimangono in fondo al forno rotatorio.

C: Il ferro viene raccolto sulla superficie dell'alluminio fuso da magneti, mentre le vernici sono eliminate con solventi.

D: Una reticella viene passata nell'alluminio fuso raccogliendo le scorie mischiate a esso.

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