Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

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Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

Messaggioda Aldebaran » 21/08/2016, 21:05

WOLVERINE

Nel Novembre del 1974 nella serie a fumetti “The Incredible Hulk”n.181 fece la sua comparsa un nuovo personaggio della Marvel Comics chiamato “Wolverine” ( ovvero ghiottone, a causa dei suoi sensi e istinti paragonabili a quelli animali e artigli ossei estraibili a comando dalle mani),

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il cui vero nome è James "Logan" Howlett. Logan è un mutante, cioè un essere umano con il DNA contraddistinto dal gene X, che conferisce capacità straordinarie. In questo caso si tratta del fattore di guarigione, ovvero la capacità di guarire rapidamente da tutti i tipi di ferite. Questo fattore rigenerante gli consente di avere una longevità molto superiore a quella delle persone comuni, al limite dell'immortalità. Egli nacque infatti verso l'ultimo decennio del XIX secolo e combattè molte guerre

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( la Guerra Civile Americana, la Prima Guerra Mondiale,ecc.). Partecipò anche la Seconda Guerra Mondiale a fianco dei servizi segreti canadesi e da questi ultimi viene arruolato nel progetto Arma X. Alcuni esponenti dell'esercito canadese lo sottoposero quindi ad un intervento chirurgico al quale sopravvisse solo grazie al suo fattore rigeneratore, in cui le sue ossa e i suoi artigli vennero infuse di Adamantio.

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Ma cos'è l'Adamantio? L'adamantio è una lega immaginaria ideata nel contesto dei fumetti della Marvel Comics. È un metallo virtualmente indistruttibile, una lega dell'acciaio che non esiste in natura. Di base, secondo quanto narrato nei fumetti della Marvel Comics, questo materiale particolare si ottiene lavorando l'acciaio con un minerale meteoritico, chiamato “vibranio” (anch'esso è una lega immaginaria) e unendolo a tre resine chimiche affini tra loro e al ferro. Mescolati gli elementi per otto minuti ad una temperatura di circa 816 gradi centigradi ( 1500 gradi Fahrenheit ) la struttura molecolare si consolida; da questo momento non è più possibile fonderlo o renderlo malleabile, anche portandolo ad alta temperatura. Solo una precisa modifica a livello molecolare può alterare la lega.

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Analizziamo quindi ora i processi metallurgici narrati nell'Universo Marvel per la costruzione di simili strumenti (taglienti) da attacco e/o da difesa ponendoli a confronto con i processi attuati nelle tecnologie metallurgiche del mondo reale.
Come scritto in precedenza, una delle leghe fondamentali dell'Adamantio ha origini meteoritiche. Le caratteristiche possedute da questo metallo fanno pensare che sia una sorta di acciaio “speciale”. L'acciaio è il nome dato a una lega composta principalmente da ferro e carbonio, quest'ultimo in percentuale non superiore al 2,11%.

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Nella realtà, non vi sono elementi particolari come il “vibranio” nei meteoriti, ma “soltanto” del ferro. L'origine meteoritica del ferro nel suo primo utilizzo da parte degli uomini viene anche citato nel Corano.Alcuni meteoriti (dette "sideriti" o "meteoriti ferrose") contengono una lega di ferro e nichel, e quest'ultimo recuperato dalle cadute di meteoriti ha permesso agli antichi di fabbricare pochi piccoli manufatti. In verità, quest'ultimo elemento ha una bassa resistenza se non viene legato ad altri elementi,ma è facilmente lavorabile.

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Con il carbonio il ferro forma le sue due leghe più conosciute: l'acciaio e la ghisa.Una concentrazione dello 0,6% di carbonio potrebbe già offrire la massima durezza, tuttavia parte del C si combina con altri elementi presenti e quindi può essere necessario aumentarne il contenuto. Per conferire all'acciaio particolari caratteristiche si aggiungono non delle resine, come accade nell'universo Marvel per la forgiatura dell'Adamantio, (tre non meglio identificate) ma altri elementi. Dato che gli artigli di Wolverine possono essere concepiti come armi da taglio, ci soffermeremo sui concetti alla base della metallurgia da coltelleria e il trattamento termico associato. Gli elementi che vengono aggiunti in lega per conferire alcune peculiarità all'acciaio tale da renderlo duro, resiliente e tenace sono, oltre al carbonio:
Manganese : ha azione disossidante, migliora la temprabilità e facilita la formazione di carburi.
Silicio: ha azione disossidante, aumenta la resistenza all'ossidazione.
Cromo: aumenta la temprabilità, stabilizza i carburi.
Vanadio: previene l'ingrossamento del grano, utile per avere durezza ad alta temperatura.
Tungsteno e molibdeno: utili per la resistenza all'usura alle alte temperature.
Cobalto: presente negli acciai super-rapidi.
Per convenzione gli acciai legati si suddividono in:
bassolegati: nessun elemento al di sopra del 5%,
altolegati: almeno un elemento di lega al di sopra del 5%.
L'Acciaio inox o acciaio inossidabile è il nome dato correntemente agli acciai con un tenore di cromo indicativamente superiore al 13%, per la loro proprietà di non arrugginire se esposti all'aria e all'acqua: il cromo, ossidandosi a contatto con l'ossigeno, si trasforma in ossido di cromo (CrO2) che crea uno strato aderente e molto resistente, impedendo un'ulteriore ossidazione (tale fenomeno è noto come passivazione).
Sono una classe estremamente importante di acciai, usata per gli scopi più disparati.

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Data la presenza di carburi di difficile soluzione, la tempra è eseguita ad alta temperatura; si deve comunque valutare bene quest'ultima in quanto, se troppo bassa, il carbonio non si scioglie e si forma martensite povera; se troppo alta, un'eccessiva quantità di carbonio entra nell'austenite stabilizzandola fino a bassa temperatura.
Nel caso di acciai per lavorazioni a caldo e rapidi, si ha un indurimento secondario aumentando la temperatura di rinvenimento oltre i 400 °C.
Come si evince invece leggendo la preparazione dell'Adamantio, la temperatura e i tempi di lavorazione dello stesso sono troppo esigui affinchè suddetto materiale presenti alla fine del processo caratteristiche cosi straordinarie.
Una sorta di analogia tra il mondo dei fumetti Marvel e l'acciaio del mondo reale la troviamo quando si afferma, nella versione a fumetti, che una volta che la struttura si è consolidata, non è più possibile rendere malleabile l'Adamantio. Anche nella realtà, infatti, gli acciai altolegati , se rifusi, perdono le loro caratteristiche peculiari , divenendo sostanzialmente inutilizzabili.
Oltre che all'aggiunta degli elementi in lega, a conferire all'acciaio la durezza, tenacità, microstruttura e lavorabilità desiderate vi è il trattamento termico.

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Si definisce trattamento termico l'operazione, o la successione di operazioni nel caso di un trattamento complesso, durante le quali l'acciaio viene sottoposto ad uno o più cicli termici, cioè a variazioni, entro limiti determinati, della temperatura in funzione del tempo.
Di norma un ciclo termico comporta un riscaldo ad una data temperatura, un mantenimento per un certo tempo a questa temperatura ed infine un raffreddamento fino a temperatura ambiente con modalità diverse in relazione agli effetti desiderati.
Le fasi principali di un trattamento termico per l'acciaio sono:

Ricottura, Tempra, Rinvenimento

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Ricottura

Lo scopo della ricottura è quello di addolcire l'acciaio per renderlo atto alle lavorazioni meccaniche e/o plastiche, di eliminare le tensioni residue e di distruggere gli effetti di una deformazione plastica, di una saldatura o di un trattamento termico precedente. Esistono vari cicli di ricottura la cui scelta viene fatta in relazione alla durezza ed alle strutture necessarie per un determinato tipo di lavorazione.

Tempra

Il trattamento di tempra comprende un riscaldo di austenitizzazione, seguito da un raffreddamento fino ad una temperatura inferiore ad Ms sufficientemente rapido da permettere la trasformazione in martensite, struttura di elevata durezza e fragilità. Per poter realizzare una tempra perfetta (o ideale o completa), cioé con una struttura martensitica al 100%, è necessario che la velocità di raffreddamento sia superiore a quella critica tipica per ogni acciaio. Gli acciai al “C” presentano una velocità critica di tempra molto elevata; questa velocità si riduce per la presenza di elementi leganti in modo più o meno marcato a seconda delle percentuali e della natura di essi. In relazione al tipo di acciaio ed alle dimensioni dei pezzi da temprare verrà scelto il mezzo di spegnimento più adatto: acqua, olio od aria.

Rinvenimento


Allo stato temprato l'acciaio presenta una elevata durezza e basse caratteristiche di tenacità. È necessario quindi ricorrere ad un successivo trattamento che ne modifichi, più o meno profondamente, la struttura martensitica di tempra annullandone le tensioni e la fragilità. Questo trattamento, denominato rinvenimento, comprende un riscaldo ad una temperatura inferiore a quella della tempra, un mantenimento per un certo tempo a questa temperatura ed infine un raffreddamento in un mezzo appropriato fino a temperatura ambiente. Il rinvenimento deve essere eseguito immediatamente dopo la tempra, per evitare il pericolo di cricche causa l'elevato stato tensionale in cui si trovano i pezzi temprati. La temperatura di rinvenimento va scelta in modo da ottenere il miglior compromesso tra le caratteristiche di durezza e di tenacità. E' noto infatti che con l'aumentare della temperatura si ha un progressivo incremento della tenacità, dell'allungamento e della contrazione e, corrispondentemente, una diminuzione della durezza, della resistenza a trazione e dello snervamento. Ad esempio, quando la temperatura di rinvenimento è intorno ai 600 °C il trattamento che ne deriva (tempra e rinvenimento) viene chiamato bonifica e permette di conferire all'acciaio un buon compromesso tra tenacità e resistenza.
La permanenza alla temperatura di rinvenimento viene stabilita in base alle dimensioni dei pezzi ed al tipo di forno impiegato; essa dovrebbe essere non inferiore alle 2 ore.

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Ponendo un parallelo tra il mondo reale e quello dei fumetti possiamo affermare che a seconda della temperatura e dei tempi di rinvenimento possiamo ottenere vari tipi di Adamantio, ovvero tutti quelli descritti nei fumetti Marvel: Adamantio primario, secondario,beta e carbonadio. Il Beta, che è stato creato dal processo che ha rivestito in adamantio primario le ossa di Wolverine rimane indistruttibile, ma non interferisce con i processi ossei biologici. Per questo motivo, possiamo definirlo, come nel mondo reale, assimilabile a materiali al tantalio.
In campo medico questo elemento è utilizzato nella produzione di strumenti chirurgici resistenti alla corrosione e per protesi, risultando bio-inerte ed anche per la capacità di formare un legame diretto col tessuto osseo.


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Una domanda da porsi è: come mai i creatori dei fumetti Marvel pensarono di unire un particolare tipo di acciaio a delle resine, per renderlo indistruttibile?
Le Resine artificiali possono indurire sia a caldo che a freddo, possiedono alta resistenza e rapida presa e indurimento. Non si mescolano però con gli acciai e con il ferro.

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Al giorno d'oggi i taglienti in acciaio ad alte prestazioni sono ottenuti tramite metallurgia da polveri.
Il processo di produzione degli acciai da polveri comporta l’atomizzazione di acciaio fuso per trasformare i leganti in polvere. Questa polvere viene poi spinta e isostaticamente compressa compattandola al 100% .In questo modo non vi è alcuna segregazione in lega e la distribuzione di carburi è uniforme.i carburi inoltre,possedendo in seguito a questo trattamento stabilità dimensionale,raggiungono il massimo della loro durezza,ma allo stesso tempo il prodotto risulta facilmente lavorabile e riaffilabile.

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Infine, è lecito chiedersi: da cosa può essere danneggiata una struttura in Adamantio?
Solo una ri-combinazione delle molecole o il potere cosmico (ad esempio il Guanto dell'Infinito o il controllo sugli atomi di Molecola) possono distruggere l'adamantio primario. Inoltre, personaggi dalla forza straordinaria come Hulk hanno dimostrato di essere in grado di danneggiarlo. L'adamantio è quasi impossibile da fondere, infatti la Torcia Umana, anche utilizzando la fiamma nova quasi al massimo della potenza, non è riuscita a fondere la pelle in adamantio di Ultron.

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Nella realtà, i fononi possono contribuire a cambiamenti negativi nella struttura solida di un materiale.
In fisica il fonone è una quasiparticella che descrive un quanto di vibrazione in un reticolo cristallino rigido.
Lo studio dei fononi è importante nella fisica dello stato solido poiché essi giocano un ruolo importante nella comprensione di molte proprietà dei solidi quali il calore specifico, la conduzione termica, la conduzione elettrica e la propagazione del suono. Il nome fonone deriva da phonos in greco suono, voce.Un materiale acquista o perde energia acquistando o perdendo fononi.Le vibrazioni degli atomi indotte termicamente causano le emissioni di fononi,che contribuiscono al trasferimento di energia attraverso il materiale;per questo,a temperature maggiori,la velocità di trasferimento di calore aumenta,a causa della maggiore energia posseduta dai fononi,i quali alterano, in condizioni critiche,la struttura cristallina dell'acciaio da utensili ingrossandone il grano.

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Se prendiamo ad esempio in considerazione un'unità a disco rigido di un computer,l'aspetto fondamentale, per quanto riguarda l'aumento della densita' di memorizzazione, e' che per memorizzare un singolo bit sono necessari dai 500 ai 1000 grani cristallini di materiale magnetico. Aumentare la densita' di memorizzazione significa dunque ridurre la dimensione dei grani cristallini. Il problema che si manifesta al diminuire della dimensione dei grani e' il cosiddetto effetto superparamagnetico (SPE), consistente nel fatto che l'energia necessaria a mantenere lo spin magnetico degli atomi diviene paragonabile con l'energia termica vibrazionale del reticolo.A livello di reticolo cristallino, il fenomeno puo' essere spiegato come un'interazione tra fononi e magnetoni (quanti di energia magnetica), il cui risultato e' la diminuzione del momento di dipolo magnetico fino all'equilibrio termico (magnetizzazione nulla). Durante questo processo, la direzione di magnetizzazione e' soggetta a variazioni incontrollate dovute alle fluttuazioni termiche: essa puo' cambiare spontaneamente, dando luogo a perdita di dati.

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Re: Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

Messaggioda daniele_t » 21/08/2016, 23:34

Andrea, Chapeau!
If I have to explain, you wouldn't understand
Solo perchè qualcuno ti lancia una palla non significa che tu la debba prendere
No, try not. Do. Or do not. There is no try.
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Re: Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

Messaggioda Gunnari » 21/08/2016, 23:49

Articolo spettacolare!
Lo divulgo presso gli amici fumettofili (tramite link ovviamente)
.... a tarda sera io e il mio illustre cugino De Andrade eravamo gli ultimi cittadini liberi di questa famosa città civile perché avevamo un cannone nel cortile....
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Re: Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

Messaggioda Aldebaran » 22/08/2016, 2:52

Ragazzi siete troppo buoni! In qualsiasi modo lo pubblicherete in giro mi farete un grande piacere! Tenete conto che non sono stato molto accademico per ovvie ragioni legate alla fruibilità del testo. Nella sezione acciai troverete articoli un po' più sostanziosi e precisi ma anche,penso,più noiosi.Grazie ancora!
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Re: Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

Messaggioda Antonio Bove » 22/08/2016, 7:32

Sei un pazzo scatenato...
C'ho capito giusto il 5%, ma me lo sono letto tutto con attenzione!!!
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Re: Metallurgia e Fumetti Marvel (e un po' di fisica...)

Messaggioda Aldebaran » 06/09/2016, 15:01

Due disegni per l'articolo ( per cui è prevista un'espansione per vari progetti editoriali ) creati da Diletta Strange

Wolverine inchiostro su carta (24x33)

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Mano di Wolverine con penna bic su carta (A4)

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