22-11-2025-Materials Technologies - Mechanical Properties of Metals - [EN]-[IT]

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ENGLISH

22-11-2025-Materials Technologies - Mechanical Properties of Metals - [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(lesson/article code: EX_LZ_27)

Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software used

Introduction to the Mechanical Properties of Metals
The mechanical properties of metals describe how these materials react to external stresses, such as forces, pressures, or impacts. The mechanical properties of metals provide information about their ability to deform, resist, or break. At this point, we can understand how these are essential for choosing the right metal for engineering and industrial applications.

The main mechanical properties of metals
Below is a list of the main mechanical properties of metals:

• Tensile strength
• Compressive strength
• Yield strength
• Hardness
• Toughness
• Impact strength
• Plasticity
• Elasticity

Typical values
Below is a table with an example of typical values.

Allotropic forms of Fe
The allotropic forms of iron are crucial for the steel industry and steel production.
The transition between α, γ, and δ influences the microstructure and therefore the mechanical properties of alloys. For example, the presence of austenite (γ) allows heat treatments such as quenching, which impart hardness and strength to steels.
In other words, the transitions between α, γ, and δ in the Fe-C (iron-carbon) phase diagram are allotropic transitions of pure iron, that is, changes in the crystalline structure of iron itself when the temperature varies.
The three forms, all pure iron but with different structures, are:
α (ferrite), characterized by low temperatures, little dissolved carbon
γ (austenite), characterized by intermediate temperatures, high dissolved carbon, and a key phase for heat treatments
δ (high-temperature ferrite), exists only near the melting point, has a BCC structure like α but with a lattice that expands more when exposed to heat.

The lattice difference between the three structures
Below is a list to help you understand the lattice difference between the three structures.
α-ferrite (Fe-α, body-centered cubic lattice)
γ-austenite (Fe-γ, face-centered cubic lattice)
δ-ferrite (Fe-δ, also BCC, but at high temperature)

Exercise
Given the following FeC diagram, let's try to highlight the areas where allotropic forms of Fe occur.

Procedure
By examining the diagram, we can deduce the following:
1-Fe-α (ferrite)
Single-phase α field: from room temperature to at approximately 912 °C, for compositions up to ≈0.022% C.
Two-phase fields where α is present:
α + γ between ~727 °C and 912 °C for low C contents.
α + Fe₃C below the eutectoid line at 727 °C for compositions from 0.022% to 0.76% C.
2-Fe-γ (austenite)
Single-phase γ range: between 912 °C and 1394 °C, for approximately 0%–2.14% C (up to the limit with cementite).
Two-phase fields with γ:
γ + L above the liquid line (towards high T).
γ + Fe₃C between 727 °C and approximately 1147 °C, for C contents >0.76%.
3-Fe-δ (δ ferrite)
Single-phase δ field: between approximately 1394°C and 1538°C (melting point of Fe), at very low-carbon compositions.
δ + L field: immediately below the liquid, for low % C.

Below are some highlighted areas for better understanding.

Fe-α (ferrite)
The graph below highlights the area that identifies Fe-α (ferrite).

Fe-γ (austenite)
The graph below highlights the area that identifies Fe-γ (austenite)

Fe-δ (ferrite δ)
The graph below highlights the area that identifies Fe-δ (ferrite δ)

Conclusions
The mechanical properties of metals depend on their crystalline structure, the type of metallic bond, and the treatments they undergo (hardening, annealing, rolling). For example, steels have high strength and toughness, aluminum is lightweight and has good plasticity, while copper has excellent ductility and conductivity.

Question
We can say that modern mechanical testing began in the 19th century.
Did you know that the German mathematician and engineer Johann Bauschinger (1834–1893) was the first to study tensile testing and behavior under cyclic loading?
Did you know that the Swedish metallurgical engineer Johann Brinell (1900) proposed the Brinell hardness test? Did you know that this was the first quantitative method widely used in machine shops?

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ITALIAN

22-11-2025-Tecnologie dei materiali - Proprietà meccaniche dei metalli - [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LZ_27)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione alle proprietà meccaniche dei metalli
Le proprietà meccaniche dei metalli descrivono come questi materiali reagiscono alle sollecitazioni esterne, cioè forze, pressioni o urti. Le proprietà meccaniche dei metalli ci forniscono informazioni riguardo la loro capacità di deformarsi, di resistere o di rompersi. A questo punto si può comprendere come esse siano fondamentali per scegliere il metallo giusto in applicazioni ingegneristiche ed industriali.

Le principali proprietà meccaniche dei metalli
Qui di seguito un elenco delle principali proprietà meccaniche dei metalli:
-Resistenza a trazione
-Resistenza a compressione
-Resistenza allo snervamento
-Durezza
-Tenacità
-Resilienza
-Plasticità
-Elasticità

Valori tipici
Qui di seguito una tabella con un esempio di valori tipici

Forme allotrope del Fe
Le forme allotrope del ferro sono cruciali per la siderurgia e la produzione degli acciai.
La transizione tra α, γ e δ influenza la microstruttura e quindi le proprietà meccaniche delle leghe. Ad esempio, la presenza di austenite (γ) permette trattamenti termici come la tempra, che conferiscono durezza e resistenza agli acciai.
In altre parole le transizioni tra α, γ e δ nel diagramma di fase Fe-C (ferro-carbonio) sono transizioni allotropiche del ferro puro, cioè cambiamenti di struttura cristallina del ferro stesso quando la temperatura varia.
Le tre forme tutte ferro puro ma con strutture diverse sono:
-α (ferrite), caratterizzata da bassa temperatura, poco carbonio disciolto
γ (austenite), caratterizzata da temperatura intermedia, tanto carbonio disciolto e fase fondamentale per i trattamenti termici
δ (ferrite alta temperatura), esiste solo vicino al punto di fusione, struttura BCC come la α ma con reticolo più espanso per il calore.

La differenza di reticolo tra le tre strutture
Qui sotto un elenco per comprendere la differenza di reticolo tra le tre strutture.
α-ferrite (Fe-α, reticolo cubico a corpo centrato BCC)
γ-austenite (Fe-γ, reticolo cubico a facce centrate FCC)
δ-ferrite (Fe-δ, ancora BCC, ma ad alta temperatura)

Esercizio
Dato il seguente diagramma FeC, proviamo ad evidenziare le aree in cui si presentano forme allotrope del Fe

Svolgimento
Esaminando il diagramma possiamo dedurre quanto segue
1-Fe-α (ferrite)
Campo monofase α: da temperatura ambiente fino a circa 912 °C, per composizioni fino a ≈0,022% C.
Campi bifase dove è presente α:
α + γ tra ~727 °C e 912 °C per bassi tenori di C.
α + Fe₃C sotto la linea eutettoidica a 727 °C per composizioni da 0,022% a 0,76% C.
2-Fe-γ (austenite)
Campo monofase γ: tra 912 °C e 1394 °C, per circa 0%–2,14% C (fino al limite con la cementite).
Campi bifase con γ:
γ + L sopra la linea del liquido (verso le alte T).
γ + Fe₃C tra 727 °C e 1147 °C circa, per tenori di C >0,76%.
3-Fe-δ (ferrite δ)
Campo monofase δ: tra circa 1394 °C e 1538 °C (punto di fusione del Fe), a composizioni molto povere di carbonio.
Campo δ + L: immediatamente sotto il liquido, per basse % di C.

Qui di seguito alcune zone evidenziate per comprendere meglio
Fe-α (ferrite)
Il grafico qui di seguito è evidenziata l’area che identifica la Fe-α (ferrite)

Fe-γ (austenite)
Il grafico qui di seguito è evidenziata l’area che identifica la Fe-γ (austenite)

Fe-δ (ferrite δ)
Il grafico qui di seguito è evidenziata l’area che identifica la Fe-δ (ferrite δ)

Conclusioni
Le proprietà meccaniche dei metalli dipendono dalla loro struttura cristallina, dal tipo di legame metallico e dai trattamenti subiti (tempra, ricottura, laminazione). Ad esempio gli acciai hanno un'elevata resistenza e tenacità, l’alluminio è leggero e una buona plasticità, mentre il rame ha un’ottima duttilità e conducibilità.

Domanda
Possiamo dire che le prove meccaniche moderne iniziarono nel 1800.
Sapevate che il matematico e ingegnere tedesco Johann Bauschinger (1834–1893) studiò la prova di trazione e il comportamento dopo carichi ciclici per primo?
Sapevate che l’ingegnere metallurgico svedese Johann Brinell (1900) propose la prova di durezza Brinell? Sapevate che questo fu il primo metodo quantitativo diffuso nelle officine meccaniche?

THE END