domenica 26 agosto 2012

Esperimenti con materiali che mutano somministrando calore 7



I soldatini di stagno, ultimo post sull'argomento "somministrazione calore" (per ora!)

Per concludere le esperienze legate alla somministrazione di calore alla materia ho pensato di far fare una sessione di metallurgia ai miei allievi. Riscaldare un metallo, renderlo liquido, per poi lavorarlo colandolo dentro appositi stampi è un processo che l'uomo attua da migliaia di anni.



Al giorno d'oggi però, dal vero, è difficile vedere un metallo diventare liquido, è ancora più difficile vederlo colare dentro uno stampo e poter apprezzare il prodotto finito, difficilissimo è che queste operazioni le possano fare ragazze e ragazzi delle elementari.
Io però sono un «ragazzo» abbastanza vecchio e quindi quando ero un bambino ho potuto provare l'emozione di costruirmi da solo i soldatini con il piombo.
Oggi, con le conoscenze attuali, è impensabile far lavorare dei bambini con questo metallo( il piombo), che è  tossico e quindi pericoloso, ma quaranta anni fa non ci si ponevano questi problemi.
Così, quando avevo 8 anni, mio padre, di ritorno da un viaggio a Londra, portò in regalo a me e a mio fratello degli stampi per fare i soldatini in piombo, completi di tutti gli accessori per lavorare sui fornelli di casa; devo dire che ci ho passato intere giornate a fondere i miei eserciti(forse è a causa di tutto il piombo che ho toccato che non sono poi così normale), poi sono cresciuto e gli stampi sono finiti in cantina.
Dovendo però spiegare ai miei allievi, nel corso delle lezioni durante l'anno, i fondamenti della metallurgia, ho trovato utile ripescare questa mia passione, aggiornandola con l'acquisto di nuovi stampi(anche se, a dire il vero quelli che mi regalò mio padre sono ancora efficienti), cambiando metallo da utilizzare(lo stagno al posto del piombo) e stabilendo procedure e regole per lavorare in assolta sicurezza in ambiente scolastico e con molti bambini.

Se vorrete fare questa esperienza, quindi, vi serviranno parecchi utensili, degli stampi per soldatini, dello stagno e... Beh, andiamo per ordine.

- Prima di tutto vi servirà l'aiuto di un adulto.

                                   NON ESEGUITE MAI QUESTA ATTIVITÀ DA SOLI__________________


Poi vi necessiteranno degli stampi, io personalmente li compero da questa ditta
http://www.princeaugust.ie/ che vende anche attraverso E-bay. I loro «start kit» sono molto interessanti perché comprendono lo stampo, un crogiolo(il pentolino che serve per fondere e colare il metallo), le pinze per chiudere lo stampo, i supporti laterali per lo stampo(due pezzetti di legno che hanno la stessa dimensione dello stampo)  e una piccola scorta di lega metallica per fusione. Io vi consiglio di iniziare da uno di questi kit, se poi vi prende la passione siete sempre in tempo ad acquistarne altri.

- È necessaria  una fonte di calore, se lavorate in casa il fornello della cucina con un riduttore per la fiamma(di quelli che si usano per la moka del caffè, il crogiolo è piccolino) andrà benissimo. In ambiente scolastico, visto che, giustamente, non si possono usare fiamme libere(quindi niente fornelli da campeggio a gas o ad alcool) io uso una piastra elettrica fissata su di un supporto di legno, per avere più stabilità, quindi in queste istruzioni mi riferirò sempre all'utilizzo di una piastra elettrica.

- Crogioli, ovvero i pentolini di cui parlavo sopra.

- Stagno. Se ve ne serve poco per una prova acquistate del filo per saldatura in un centro per il fai da te, se vi servono quantità più consistenti dovete trovare una ditta che tratta metalli. Io, a Milano ho contattato la ditta Omodeo (http://www.omodeo.it/) dove ho trovato persone gentili e competenti che mi hanno consigliato al meglio.

- Guanti in crosta, fondamentali per lavorare con materiali caldi.

- Occhiali di protezione.

- Un grembiule da saldatore in crosta. Questo serve per proteggere il corpo da eventuali schizzi di metallo fuso, se qualcosa dovesse andare storto. I grembiuli da saldatore non vengono prodotti in taglie da bambino, però con due mollette ferma-pezzo(o due mollette da bucato) si adattano facilmente e velocemente.

- Molle per fermare lo stampo(vedi sopra), se non avete le molle potete usare delle molle ferma-pezzo(si acquistano anche queste nei negozi di fai da te) che non stringano troppo(e fatte di metallo) , MAI, ripeto, MAI usare elastici, se rovesciate un po di stagno fuso sugli elastici questi saltano schizzando lo stagno bollente ovunque.

- Una ciotola con dell'acqua(in posizione abbastanza distante dal fornello).

- Tronchesi grosse.

- 5 o 6 tipi diversi di limette da ferro.

- Pennellini per tempera (di recupero,non nuovi, li maltratterete e  si rovinerebbero).

- Carta vetrata grossolana.

- Barrette di grafite(si comperano nei negozi di belle arti) o matite di grafite.

- Carta di giornale per proteggere un tavolo che non sia quello dove fondete il metallo.




Questo è tutto, ora occhio alle procedure.

1. Su un tavolo preparate la piastra elettrica, possibilmente proteggendo l'area con una tavola di legno, e che sia legno, non MDF, non formica, non laminato, solo legno grezzo! Questa sarà l'area di fusione; abbiate l'accortezza di lavorare con il cavo che alimenta la piastra messo in modo che nessuno vi possa inciampare. Su di un altro tavolo stendete i giornali a protezione della superficie, questa sarà l'area di «graffittatura».              

2. Protezione dello stampo.
Mettetevi a lavorare nell'area di graffittatura. Prendete la barretta di grafite o la matita e con la carta vetrata grossolana riducete in polvere la grafite(su di un ulteriore pezzo di giornale),quando avrete prodotto un po' di polvere usate il pennello e spargetela, premendo con forza, sulle 2 parti  che compongono lo stampo, avendo l'accortezza di coprire tutta la zona dove entrerà il metallo. Se avrete eseguito bene il lavoro vedrete in controluce una superficie brillante. Spargere la grafite serve per proteggere lo stampo dall'alta temperatura del metallo fuso, inoltre la grafite(strano ma vero) è un ottimo lubrificante, cioè diminuisce l'attrito tra le superfici, quindi fa scorrere meglio il metallo fuso dentro allo stampo. Soffiate via la grafite in eccesso e chiudete lo stampo con i sostegni in legno e le pinze, mettete lo stampo sul tavolo di fusione, ad un metro circa dal fornello.

3. Ora prendete il vostro stagno e le tronchesi e tagliate una quantità di stagno sufficiente per riempire i tre quarti del crogiolo.

4. Indossate gli abiti di sicurezza: grembiule, occhiali, guanti; accendete la piastra elettrica e mettela al massimo, appoggiate il crogiolo sulla piastra ed aspettate pazientemente.

5. Lo stagno, ad un certo punto, inizierà a fondere, aspettate ancora qualche decina di secondi e poi, con cautela, versate lo stagno fuso all'interno dello stampo, poi rimettete il crogiolo sulla piastra elettrica, spegnetela ed osservate la superficie del cono di fusione, ovvero la superficie del buchetto dove avete versato lo stagno.
All'inizio sarà di color argento e se darete un colpo al tavolo, vedrete lo stagno fuso che si muove come acqua quando ci cade dentro un sasso. Man mano che il tempo passa, però, lo stagno diventerà più opaco, come se ci fosse sopra un velo appannato e, cosa curiosa, al centro del cono di fusione si formerà un avvallamento, a volte un buco. Questo succede perché il metallo riscaldandosi si espande(cioè si allarga),mentre raffreddandosi si contrae(cioè si accorcia, non so se avete mai sentito parlare della storia delle traversine del treno*) e quindi occupa meno spazio. Il risultato di questa «perdita di calore» è l'avvallamento o «buchetto» che osserverete.

6. Lasciate passare 5 minuti e poi con cautela( e sempre indossando gli abiti di sicurezza) aprite lo stampo a metà: da una parte sarà vuoto, mentre dall'altra ci sarà il vostro oggetto. Facendo attenzione forzate pian piano con le dita il pezzo e fatelo cadere dentro la bacinella d'acqua che avrete preparato, contate sino a 3, toglietevi il guanto e ammirate nelle vostre mani cosa avete prodotto, bello no?




7. Il nostro pezzo però non è ancora pronto perché dobbiamo eliminare tutte quelle parti dello stampo che sono servite alla fusione ma che non c'entrano niente con il nostro pezzo. Usando le tronchesi(e indossando ancora i guanti) elimineremo le parti che non ci interessano(cono di fusione, canalini di sfogo dell'aria) e con le lime pareggeremo e arrotonderemo tutte le aree dove siano presenti irregolarità o «bave» di materiale in eccesso. Badate bene, questo lavoro di «limatura» può durare anche un'ora a pezzo, dipende da che grado di precisione desiderate per il vostro prodotto.

8. Finito? Neanche per sogno! Se lo ritenete necessario potrete anche dipingere il vostro pezzo(consigliato per i soldatini, seguite il link alla ditta degli stampi, lì ci sono anche dei tutorial video), ma la cosa importante, per me, sono le avvertenze post-fusione. Allora... I pezzi in eccesso, quelli che avete tolto dal vostro prodotto, NON possono essere rifusi immediatamente, PERICOLOSISSIMO. Perché? Perché quando estraete il pezzo dallo stampo e lo raffreddate in acqua l'acqua stessa penetra nei piccoli buchi che si sono formati sulla superficie dello stagno. Se mettete uno di questi pezzi nel crogiolo, magari in mezzo a dello stagno già fuso, l'acqua evapora immediatamente, producendo bolle che schizzano dal fondo dello stagno fuso alla superficie del crogiolo. Si produrrà così un piccolo scoppio che proietterà stagno fuso per la stanza, quindi... Aspettare un giorno prima di rifondere i pezzi che avete recuperato dalla fusione, l'acqua eventualmente presente deve avere il tempo di evaporare. Avvertenza 2. Una volta che lo stampo è stato utilizzato, prima di usarlo ancora bisogna aspettare che si raffreddi, usarlo caldo significa rovinarlo. Ogni volta, chiaramente, va ripetuta la procedura di «graffitaggio».

Nell'immagine di seguito trovate un diagramma di flusso, un documento molto funzionale che riassume le operazioni che vi ho descritto. E' stato realizzato da insegnanti con cui ho avuto l'onore di collaborare alcuni mesi fa: solo con un mio piccolissimo aiuto queste due ragazze sono riuscite a far provare l'esperienza della fusione  a ben 3 classi elementari, dimostrando che: "SI - PUO' -  FAREEEE!"
Basta, davvero, solo volerlo. Quello che segue è l'esempio della ricaduta di un lavoro che è stato portato a scuola, metabolizzato in classe e che ritorna a disposizione di tutti fuori dalla scuola stessa.






Conclusione.
Lo so, fondere soldatini di stagno, ma anche decorazioni di Natale, pezzi degli scacchi, personaggi del presepe, può sembrare un lavoraccio, però vi assicuro che dà una soddisfazione enorme. Io l'ho fatto parecchie volte con i miei studenti: durante lezioni curriculari, extracurriculari e campi estivi, ed ogni volta ho potuto verificare che l'interesse suscitato e i concetti che sono riuscito a trasmettere valevano la fatica di organizzare un lavoro del genere. Se avete domande o volete chiarimenti sulle procedure sono a vostra disposizione.


*E` noto che le rotaie dei binari ferroviari sono soggette ad allungamento e ad accorciamento nel senso della lunghezza, per dilatazione termica, questo dipende dalla temperatura dell`ambiente esterno:quando fa caldo le rotaie si "allungano", quando fa freddo si "accorciano".
Tradizionalmente, le rotaie sono costituite da tratti consecutivi fissati alle traversine e leggermente distanziati l`uno dall`altro in modo tale da consentire la dilatazione di ogni singolo tratto nella stagione calda. Quando le ruote di un treno passano sullo spazio tra due binari provocano il caratteristico rumore metallico tlac!Tlac!.

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