Francesco Moriggi, Autore presso Carpenteria leggera di precisione dal 1961

La lavorabilità dei metalli: a cosa è dovuta?

Cosa rende i metalli lavorabili? La straordinaria lavorabilità dei metalli è strettamente legata alla loro struttura cristallina unica. Gli atomi all’interno del reticolo cristallino sono organizzati in piani che possono scorrere gli uni sugli altri quando sottoposti a forze esterne, permettendo deformazioni controllate senza causare fratture.

Questa proprietà, unita alla possibilità di modificare la microstruttura attraverso lavorazioni meccaniche e termiche, consente di adattare i metalli a una gamma incredibilmente ampia di applicazioni. Esplorando alcune delle principali lavorazioni, possiamo capire come queste influenzano la struttura del materiale a livello atomico e ne determinano le proprietà finali.

Taglio laser

Il taglio laser, ad esempio, è una tecnologia di precisione che sfrutta un fascio di luce concentrata per fondere o vaporizzare il metallo lungo un percorso predefinito. A livello tecnico, un raggio laser riscalda rapidamente il materiale fino al punto di fusione o sublimazione, mentre un getto di gas pressurizzato rimuove i residui. A livello atomico, il fascio laser fornisce energia sufficiente a rompere i legami metallici nelle regioni colpite, trasformando il metallo in uno stato liquido o gassoso. L’area adiacente al taglio, nota come zona termicamente alterata, subisce modifiche significative: il calore intenso può alterare la dimensione dei grani cristallini, rendendo il materiale più fragile o, in alcuni casi, più duro. Il controllo preciso della potenza del laser e della velocità di taglio è essenziale per minimizzare questi effetti indesiderati, garantendo bordi netti e una finitura di alta qualità.

Piegatura

Un’altra lavorazione comune è la piegatura, che consente di deformare il metallo per ottenere angoli o curve. In questo processo, il materiale viene sottoposto a compressione su un lato e a trazione sull’altro, superando il suo limite elastico per indurre una deformazione plastica permanente. A livello atomico, i piani del reticolo cristallino si spostano, facilitati dalla presenza di dislocazioni, ossia imperfezioni strutturali che consentono agli atomi di muoversi senza provocare fratture. Questo scorrimento, sebbene controllato, porta a un indurimento del materiale a causa della moltiplicazione delle dislocazioni, che intrappolano i movimenti futuri e aumentano la resistenza alla deformazione. Tuttavia, lavorazioni eccessive possono causare microfratture o perdita di duttilità, rischi che vengono mitigati monitorando attentamente le forze applicate e le proprietà del metallo.

Saldatura

La saldatura è un processo che unisce due o più pezzi metallici attraverso la fusione. Durante la saldatura, il calore fonde il metallo nelle aree di giunzione, creando un bagno di fusione che, raffreddandosi, solidifica in una nuova struttura cristallina. A livello atomico, questa fase di raffreddamento porta spesso alla formazione di grani più piccoli nella zona saldata, migliorandone la durezza. Tuttavia, nella zona termicamente alterata, il metallo può subire variazioni strutturali che influenzano le proprietà meccaniche, come una riduzione della duttilità o un aumento delle tensioni residue.

Trattamenti superficiali

Sbavatura, smerigliatura, sabbiatura e lucidatura svolgono un ruolo cruciale nell’ottimizzare la finitura e le prestazioni del metallo. La sbavatura, ad esempio, elimina le irregolarità o i residui di lavorazione presenti sui bordi. Questo processo, sebbene apparentemente semplice, altera la struttura atomica superficiale: rimuovendo i difetti meccanici, si riducono i punti di concentrazione di stress, migliorando la resistenza complessiva del pezzo. La smerigliatura utilizza abrasivi per uniformare la superficie, generando calore e microdeformazioni. A livello atomico, queste microdeformazioni causano un indurimento superficiale attraverso la creazione di dislocazioni che bloccano ulteriori movimenti nel reticolo cristallino.

La sabbiatura, invece, impiega particelle abrasive proiettate ad alta velocità per pulire o modificare la texture superficiale del metallo. Questo trattamento provoca una compressione superficiale e un rafforzamento del materiale grazie alla formazione di una struttura superficiale più densa. La lucidatura, infine, migliora non solo l’estetica, ma anche la resistenza alla corrosione. Levigando la superficie a livello microscopico, rimuove eventuali irregolarità che potrebbero favorire l’accumulo di agenti corrosivi, lasciando una finitura liscia e uniforme.

Ogni metallo può essere lavorato alla stessa maniera? Assolutamente no.

Ogni materiale, infatti, ha le proprie caratteristiche a livello atomico che, come abbiamo appena visto, si riflettono su come reagisce alle diverse sollecitazioni.

Per questo è essenziale conoscere la composizione e le proprietà di ogni metallo per valutare come risponderà a una precisa lavorazione.

Come si individua, di conseguenza, il metallo migliore per realizzare un manufatto di carpenteria? È necessario partire dall’analisi delle prestazioni attese e di come verrà impiegato. In base a tutte le informazioni raccolte, è poi possibile selezionare il metallo che potrà essere sottoposto alle lavorazioni necessarie per garantire i risultati che si vogliono ottenere.

In CIM Laser da oltre 60 progettiamo e realizziamo manufatti di carpenteria metallica anche ad altissima precisione, grazie un know-how approfondito, alla nostra vocazione al problem solving e al nostro esclusivo Protocollo Perfection, un sistema collaudato che ci permette di risolvere criticità produttive e progettuali che ad altri sembrano insormontabili.

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Laureato in Scienze Chimica con una Laurea Specialistica in Chimica Fisica e Computazionale; successivamente ha conseguito un Master di II livello in Chimica Verde e il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Chimica e Chimica Industriale presso il Politecnico di Milano.

2 Gennaio 2025

Cos’è il metallo? Qualche dettaglio per comprendere meglio questo materiale

Dalle antiche armi e armature, ai grattacieli di vetro e acciaio che dominano il nostro skyline: i metalli sono i pilastri su cui si erige il mondo moderno. Tuttavia, per comprendere appieno la loro importanza, dobbiamo andare in profondità a sondare le loro proprietà intrinseche e l’affascinante microstruttura che li rende così unici.

Innanzitutto, come sono fatti?

I metalli sono composti dall’insieme di microscopici cristalli, o cristalliti, nei quali gli atomi sono disposti secondo una disposizione regolare e caratteristica per ciascun elemento, denominata anche reticolo cristallino (rappresentato nella Figura 1). L’orientamento e la dimensione di questi cristalliti, chiamati anche grani, insieme alla presenza e alla distribuzione di difetti nella struttura cristallina, determinano in larga parte le proprietà meccaniche e di lavorabilità di un metallo.

Figura 1 – Reticolo Cubico a Corpo Centrato (CCC), cella elementare dell’allotropo alfa del Ferro

La resistenza dei metalli

Gli atomi di ogni materia sono formati da protoni, neutroni, ed elettroni. Nei metalli questi ultimi non sono strettamente coinvolti in legami, e possono liberamente muoversi tra i nuclei atomici. Questo cosiddetto “mare di elettroni”, che permea tutto il materiale, non solo conferisce ai metalli elevate proprietà elettriche e termiche, ma permette inoltre ai nuclei di muoversi, quando sottoposti ad uno sforzo, senza che essi si respingano abbastanza da causare una frattura (Figura 2).

Figura 2 – Deformazione plastica di un metallo

Quando un elettrone viene tolto dal nucleo atomico, i metalli formano i cationi, o ioni positivi. La facilità con cui questo elettrone viene rimosso determina la reattività del metallo, e dipende dalla sua posizione nella tavola periodica. L’elettrone del sodio, ad esempio, è tanto volenteroso di fare amicizia con altri elementi, che, se lanciamo un pezzo di sodio in acqua, causeremo una grossa esplosione.

Di contro, proprio grazie alla loro inerzia, forgiamo metalli come l’oro, il platino, ed altri preziosi per costruire gioielli, per creare componenti elettronici, e nella medicina.

Più di due terzi della tavola periodica sono composti da metalli, ma sono ferro, rame, alluminio e titanio a dominare il mercato: essi infatti sono i metalli più utilizzati dal punto di vista ingegneristico. La combinazione di metalli con altri elementi, allo scopo di migliorare le proprietà ultime del materiale, porta alla produzione delle cosiddette leghe.

Ad esempio, nelle giuste proporzioni, il carbonio si infiltra nel reticolo cristallino del ferro formando così l’acciaio.

Il rame si unisce invece con lo stagno o con lo zinco per creare rispettivamente il bronzo e l’ottone.

Come si sceglie il metallo giusto per una lavorazione? È necessario conoscere a fondo il materiale per determinare se le sue proprietà siano in linea con le performance richieste al manufatto.

In CIM Laser ci occupiamo di realizzazione di manufatti metallici da oltre 60 anni, e siamo in grado di affrontare anche i progetti più complessi con un elevatissimo grado di precisione. Questo grazie alla nostra conoscenza approfondita dei materiali e delle tecniche, ma anche grazie al nostro esclusivo Protocollo Perfection: il sistema collaudato che ci consente di risolvere difficoltà produttive e progettuali davanti alle quali molti altri si arrendono.

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Francesco Moriggi

13 Giugno 2024

Cos’è il laser? Una spiegazione semplice delle sue caratteristiche e di tutti i vantaggi che offre

Un fascio di radiazioni estremamente brillante, preciso, monocromatico che trasporta energia sufficiente da vaporizzare il metallo.

Luce amplificata che risolve in potenza problemi di miopia così come è in grado di innescare una fusione nucleare.

No, questa non è la descrizione della trama dell’ultimo film di 007, ma la tecnologia del LASER.

Teorizzata da Albert Einstein negli Anni ’20 e realizzata quarant’anni dopo per la prima volta dal fisico Theodore H. Maiman, è l’acronimo di “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, che tradotto in italiano suona come “amplificazione della luce causata dall’emissione stimolata di radiazioni” e descrive un fenomeno fisico che sta alla base di numerose tecnologie dell’era moderna.

Come indica il suo nome, il LASER ha a che fare con la luce.

Non dovete però immaginarvi la tipica luce bianca come quelle delle lampade di casa o della torcia con la quale illuminate il bosco quando andate a porcini: si tratta di un fascio con un solo colore, e dunque a una sola lunghezza d’onda, estremamente preciso e intenso.

Per comprendere come questo possa essere prodotto, non serve rispolverare i vostri libri di fisica, ma è sufficiente ripartire dalla constatazione che la materia è composta da atomi.

Quando questi ultimi sono sottoposti a una quantità di energia sufficiente, gli elettroni che corrono come macchine attorno al nucleo mettono una marcia in più: in gergo si dice che subiscono un’eccitazione.

Questa energia che hanno guadagnato non è di quantità arbitraria bensì risulta essere ben precisa e dipende dal tipo di atomo coinvolto nel processo.

Dopo essere state eccitate, le particelle tornano nel loro stato di energia più basso.

Questa differenza di energia è dissipata sotto forma di fotone, cioè il costituente elementare della radiazione elettromagnetica. Il fotone emesso incontra poi un altro atomo eccitato che a sua volta emette un altro fotone, e così via con gli altri.

Se si pone questa quadriglia particellare tra due specchi, di cui uno parzialmente riflettente, il processo si ripete miliardi di volte finché da essi esce un raggio di luce estremamente brillante e concentrato di lunghezza d’onda definita. Un raggio laser!

I materiali che vengono posti tra gli specchi, chiamati anche mezzi attivi, possono essere di vario tipo a seconda del loro scopo finale: per esempio, per la chirurgia oculare sono impiegati ittrio e alluminio drogati con neodimio, il rubino si usa per rimuovere tatuaggi, mentre l’anidride carbonica marca e incide metalli, plastiche e vetro.

Dagli Anni ’60 la ricerca sui laser non si è mai fermata, e questa tecnologia ha oggi un enorme intervallo di applicazioni che spaziano dalle stampanti che abbiamo in casa all’intrappolamento di atomi in astrusi computer quantistici.

E così, la prossima volta che al supermercato passerete allo scanner le vostre focaccine preferite, o che dovrete indicare durante una presentazione una tabella con un puntatore, sappiate che starete amplificando luce mediante emissione stimolata da radiazioni. Insomma, starete impiegando la tecnologia laser.

Perché si utilizza il laser per marcare i codici sui manufatti?

L’utilizzo si questa tecnologia assicura ottime performance in termini di:

precisione
velocità
ottimizzazione degli spazi per la marcatura (che possono essere anche molto ridotti)
durata (i risultati possono essere anche permanenti)
flessibilità (si adatta bene a diverse tipologie di materiali come acciaio, alluminio, alluminio anodizzato, titanio oro, argento, ottone, rame oltre che plastica e tessuti)
prezzo (non richiede particolari spese di manutenzione e non produce materiali di scarto).

CIM, che si occupa da sessant’anni della lavorazione di manufatti in lamiera, è in grado di offrire ai clienti la migliore soluzione di marcatura al laser. Per farlo, analizziamo il materiale da lavorare (ferro, acciaio, inox, alluminio, materiale plastico) e le esigenze particolari del cliente relative al codice da marcare.

CIM conosce alla perfezione le caratteristiche dei diversi materiali e le loro risposte in fase di produzione, e in caso di progetti complessi mette in campo tutto il suo elevato know-how e la sua spiccata vocazione al problem solving.

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Francesco Moriggi

8 Giugno 2023

Che cos’è l’interferenza di film sottile?

Ti sei mai chiesto perché quando due pezzi di metallo vengono saldati fra loro appaiono dei colori cangianti?

Nel post del blog di oggi proviamo a spiegarne i motivi.

Quando un metallo è sottoposto ad altissime temperature, l’ossigeno presente nell’aria reagisce con gli atomi presenti sulla sua superficie, formando un composto chiamato ossido.

Questo processo può avvenire anche molto lentamente e a temperature ben più basse rispetto a quelle menzionate come succede, per esempio, con la ruggine che altro non è che ossido di ferro.

Quando lo strato di ossido è estremamente sottile, la luce vi interagisce in maniera molto particolare dando origine a una sorprendente pletora di colori, come si può notare durante il processo di saldatura.

Tale effetto è chiamato “interferenza di film sottile”, ed è lo stesso “fenomeno” che si verifica quando si crea una superficie variopinta sulle pozzanghere durante la pioggia o l’iridescenza delle tanto amate bolle di sapone.

L’essenza di questo fenomeno si comprende attraverso le seguenti nozioni: la luce visibile, ad esempio quella che arriva dal sole, è un insieme di radiazioni di diverse lunghezze d’onda, e a ciascuna lunghezza d’onda corrisponde un colore. Tutti ricorderanno il disco dei colori che ci facevano costruire da bambini e che girandolo velocemente diventava bianco. Ecco, la luce del sole (la parte visibile) è luce bianca, cioè l’insieme di determinate radiazioni di lunghezze d’onda, e dunque di colori precisi.

Queste radiazioni possono inoltre andare incontro a interferenza, la quale può essere costruttiva, quando le radiazioni incontrandosi si “uniscono” a formare un’onda più grande, oppure distruttiva, quando si cancellano a vicenda.

Senza entrare nella complicata matematica che governa questi fenomeni, basti immaginare la luce come un insieme di queste onde che, incontrando il film, che scientificamente parlando è uno strato di materiale con spessore da frazioni di nanometri a svariati micrometri, possono essere trasmesse o riflesse da esso.

La radiazione trasmessa, se lo strato è sufficientemente piccolo, può rimbalzare sullo strato sottostante e tornare verso la superficie con un leggero “ritardo”. Questa poi, incontrando le onde inizialmente riflesse, può interagire costruttivamente o distruttivamente, effettivamente selezionando uno specifico range di lunghezze d’onda, e dunque di colori, che ci arrivano agli occhi.

Il colore dipende quindi dalla dimensione dello strato, che nel caso delle saldature su acciaio varia dal giallo al blu al crescere dello spessore, e ci dà una misura qualitativa sull’entità dell’ossidazione avvenuta.

Ovviamente nel caso in cui si renda necessario è possibile intervenire su questi aloni colorati con alcuni processi, come la lucidatura che consente di far tornare la superficie metallica al suo aspetto originario.

CIM si occupa da sessant’anni della lavorazione di manufatti in lamiera di ogni tipo, che vengono studiati e realizzati attraverso un processo produttivo completo: dalla progettazione alle lavorazioni meccaniche di taglio laser, piegatura e saldatura, fino all’imballaggio e alla consegna. CIM interviene su molteplici materie prime di cui conosce alla perfezione le caratteristiche e le risposte in fase di produzione: ferro, acciaio, inox, alluminio, materiale plastico.

Inoltre, da sempre, CIM si è distinta per l’elevato know-how e lo spiccato problem solving.

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Francesco Moriggi

18 Aprile 2023

Lucidatura e zona termicamente alterata: cosa sapere

Quando parliamo di lucidatura è necessario fare una premessa: si tratta, infatti, di una tecnica che richiede grande precisione fin dalle prime fasi, dal momento che qualsiasi danno o imperfezione, anche il più piccolo, richiede ore di lavorazione supplementare per il ripristino della superficie.

Basta un piccolo errore per dare vita a ritardi e spreco di risorse per te e per il tuo fornitore. È, infatti, fondamentale movimentare con cura la lamiera, fin dalle sue prime fasi, in modo da proteggere la superficie che dovrà poi essere trattata con delle apposite pellicole adesive.

Pertanto, se hai bisogno di un manufatto in lamiera senza aloni di saldatura ci sono alcuni elementi da considerare che ti possono essere utili.

La lucidatura “contro” gli aloni colorati della HAZ

Quando sul manufatto, in seguito alle operazioni di saldatura, si crea una zona termicamente alterata, detta anche HAZ (Heat-Affected Zone) sarà allora necessario ricorrere a un processo di lucidatura. L’area in questione risulta immediatamente visibile perché in seguito al processo di ossidazione l’acciaio cambia colore.

Il tipo di colore che va dal giallo al blu, passando per il viola, varia in base alla temperatura raggiunta dalla lamiera in fase di saldatura. Questi aloni colorati, chiamati anche heat tint, possono anche estendersi oltre la zona coinvolta.

La presenza della zona termicamente alterata e, in alcuni casi, la sua estensione dipendono da diversi fattori come:

il contenuto di cromo presente nell’acciaio;
il livello di ossigeno;
la rugosità della superficie;
la presenza di altre sostanze come olio, vernice, ossido.

La zona di influenza termica altera le caratteristiche del metallo e può diventare un “punto debole” del tuo manufatto.
Una delle lavorazioni a cui si può ricorrere per eliminare gli aloni è, appunto, la lucidatura meccanica.
Chi si occupa della lucidatura del tuo manufatto deve però fare molta attenzione perché, come dicevo in precedenza, basta davvero poco per sbagliare.

Ci sono, infatti, diversi modi per ripristinare la superficie dell’acciaio, in seguito alla formazione della HAZ. Tra questi i più efficaci sono:

l’uso di una pasta abrasiva accostata al passaggio di dischi in cotone montati su smerigliatrici angolari pneumatiche, la soluzione ideale per una lucidatura “a specchio”;
una serie di azioni abrasive e allo stesso tempo lucidanti con dischi a struttura piramidale e ruote in panno abrasivo che consentono di ottenere una finitura molto regolare e uniforme, lavorazione perfetta per il trattamento di superfici satinate.

Questo tipo di lavorazioni permettono di arrivare in modo “meccanico” allo strato sottostante ma richiedono tempo e implicano uno “scarto” di materiale. Bisogna, inoltre, considerare che si tratta di soluzioni impattanti anche dal punto di vista “umano”, in quanto generano scarti e polveri sottili che, se non opportunamente aspirate, possono essere, a lungo termine, dannose per la salute dei lavoratori.

In questi casi, noi di CIM trattiamo l’acciaio satinato con un impianto di elettrolucidatura chimica che ci consente di rimuovere accuratamente gli aloni di saldatura della zona termicamente alterata. L’elettrolucidatura è un processo di lavorazione superficiale che, grazie a una soluzione elettrolitica, permette di rimuovere eventuali aloni di saldatura senza apportare modifiche strutturali e meccaniche al pezzo ed è utile soprattutto per raggiungere zone difficili da “trattare” e lucidare con i consueti strumenti.

In conclusione, quando hai la necessità di ricorrere alla lucidatura, ti consigliamo di affidarti a un fornitore esperto, capace di utilizzare le tecniche più all’avanguardia e in possesso di un know-how specifico che gli consentiranno di garantirti il perfetto trattamento della lamiera, evitando ulteriori problemi.

Inoltre, da sempre, CIM si è distinta per l’elevato know-how e lo spiccato problem solving.

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Francesco Moriggi

9 Marzo 2023