Alluminio e sue leghe

Propriet dellalluminio puro Basso peso specifico Elevata conducibilit eletrica Buona resistenza alla corrosione Scarse caratteristiche meccaniche Lalligazione dellalluminio ne provoca una

diminuzione della conducibilit elettrica e della resistenza alla corrosione, ma aumenta le caratteristiche meccaniche

Impieghi dellalluminio puro: solo di tipo elettrico

Effetto degli alliganti sulla conducibilit elettrica dellAl

Effetto della temperatura sulle caratteristiche meccaniche

dellalluminio ricotto ed incrudito

Principali elementi leganti dellalluminio

Rame Manganese Magnesio Nichel Silicio Zinco Effetto degli elementi leganti sul

peso specifico dellalluminio

Rame

Il rame forma con lalluminio una lega con parziale solubilit allo stato solido che pu dar luogo alla precipitazioni di seconde fasi coerenti o incoerenti (invecchiamento naturale o artificiale)

Effetto della concentrazione di rame sulle caratteristiche meccaniche dellalluminio per

diversi trattamenti termici

R: campioni ricotti, t: campioni temprati e provati subito (entro 1h)t1: campioni temprati e lasciati invecchiare naturalmente (4-5 giorni)t2: campioni temprati lasciati invecchiare naturalmente e poi invecchiati artificialmente)

In ogni condizione di trattamento termico il rame aumenta sia R che Rp, oltre il 6% tali valori rimangono costanti

Con linvecchiamento artificiale della lega con 6% di Cu si raggiungono valori di R ed Rp paragonabili ad un acciaio dolce (440 e 270MPa)

Laggiunta di Cu allAl ne aumenta il peso specifico, ne riduce il coefficiente di dilatazione termica, la conducibilit termica ed elettrica, ne peggiora nettamente la resistenza alla corrosione

Linvecchiamento artificiale diminuisce nettamente la resistenza alla corrosione

Manganese

La solubilit del Mn nella fase a dell1.82% a 658C e diminuisce al diminuire della temperatura

Non precipita fasi intermedie per cui non d luogo a leghe indurenti per precipitazione (a differenza del rame)

Non peggiora di molto la resistenza alla corrosione

Magnesio Laggiunta di magnesio abbassa il peso specifico

dellalluminio secondo la formula:Peso specifico lega= 2.70 0.014%Mg

aumenta il coefficiente di dilatazione termica Abbassa la conducibilit elettrica e termica della

lega Le caratteristiche meccaniche dipendono dal

trattamento termico: per greggi di fusione si hanno R ed Rp minimi, i valori massimi di R ed Rp si ottengono per leghe con il 6-8% di Mg lavorate plasticamente e successivamente trattate termicamente

Caratteristiche meccaniche delle leghe Al-Mg dopo lavorazione plastica e trattamento termico

Silicio Leffetto principale del silicio sulle leghe di Al il

miglioramento nella fabbricazione dei getti Migliora la fluidit Diminuisce la contrazione di volume associata alla

solidificazione Elimina la fragilit a caldo Inoltre: abbassa il peso specifico, il coefficiente di

dilatazione termica, ma diminuisce la conducibilit termica

La resistenza alla corrosione atmosferica migliore rispetto a quella delle leghe Al-Cu, ma inferiore alle leghe Al-Mg

Nichel

Aumenta le caratteristiche meccaniche, in particolare ad alta temperatura

Non varia sensibilmente la conducibilit elettrica

Diminuisce il coefficiente di dilatazione termica

Peggiora la resistenza alla corrosione

Zinco

il pi efficace tra gli elementi di lega nellaumentare la resistenza meccanica

Tuttavia le leghe Al-Zn hanno una pessima resistenza alla corrosione

Nomenclatura UNI delle leghe di alluminio

Il raggruppamento delle leghe dellalluminio viene fatto per tipo secondo lelemento predominante (es. Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Mn,)

Le sigle si formano facendo seguire ad un lettera che indica: P: leghe da lavorazione plastica G: leghe da fonderia primaria SG: leghe da fonderia secondaria GD: leghe da pressofusione

Il simbolo dellelemento (o una lettera convenzionale) e la percentuale media dellelemento preponderante

Es: P-Al Cu o P-AC (lega alluminio/rame da deformazione plastica con % di rame.

Se la lega unificata non occorrono altri simboli, se esiste possibilit di incertezza va indicato anche un altro simbolo

Sistema di designazione unificata delle leghe di alluminio

Lalluminio e le sue leghe sono contraddistinti in base alla loro composizione chimica, con numeri di 4 cifre:

1 cifra: famiglia di appartenenza 2 cifra: eventuali varianti alla composizione di

base 3 e 4 cifra: contraddistinguono la composizione

di leghe originali

Leghe di alluminio

Serie non usuale9000

Leghe con altri elementi 8000Leghe Zn7000Leghe Al-Mg-Si6000Leghe Al-Mg5000

Leghe Al-Si4000 Leghe Al-Mn3000

Leghe Al-Cu2000

Alluminio nei vari titoli di purezza commerciale (per questa sola famiglia la 2a, 3a e 4a cifra contraddistinguono il titolo di purezza).

Es. 1100 99.0%, 1050 99.5% 1070 99.7 %)

1000

Stato di fornitura Lo stato di fornitura segue, sia per le leghe da

deformazione plastica che per getti, la designazione chimica, separata da un trattino

Consiste in una lettera indicante lo stato metallurgico, seguita (con la sola eccezione del materiale allo stato grezzo o ricotto) da una o pi cifre

F: grezzo di laminazione. Definisce il materiale uscente dal ciclo di produzione, le propriet meccaniche non vengono garantite

O: ricotto, cristallizzato. Definisce la qualit pi dolce dei prodotti semilavorati

H: Incrudito. Definisce i materiali le cui propriet meccaniche sono state aumentate per deformazione plastica a freddo. sempre seguita da due o pi cifre H1 leghe incrudite: la cifra successiva ad 1 indica il

grado di deformazione plastica a freddo 9 extra-incrudimento 8 massimo incrudimento 6 tre quarti di incrudimento 4 semi-incrudimento 2 un quarto di incrudimento

Spesso aggiunta unaltra cifra per indicare il grado di controllo della lavorazione o per identificare una combinazione di altre propriet

H2 leghe incrudite e parzialmente ricotte. Si applica ai materiali di massimo incrudimento, portati poi al livello voluto di propriet meccaniche con un trattamento termico di parziale ricristallizzazione. Il grado residuo di incrudimento indicato con la stessa cifra da 1 a 9 vista prima

H3 incrudite e stabilizzate. Si applica solo alle leghe Al-Mg deformate e successivamente riscaldate a bassa T per stabilizzare le propriet. Il grado di incrudimento dopo la stabilizzazione indicato con una o pi cifre.

W: temprato e invecchiato naturalmente. Si applica alle leghe che invecchiano a T ambiente, dopo tempra di solubilizzazione. Viene completata con il periodo di invecchiamento Es. 2024-W(1h)

T: trattato termicamente. Si applica ai materiali trattati termicamente, incruditi o meno. seguita da una cifra che va da 1 a 10 ed eventualmente da altre cifre riferite a variazioni introdotte nelle condizioni di trattamento

Riassunto delle sigle degli stati metallurgici delle leghe di alluminio

Leghe da fonderia

Impiegate principalmente per: Getti in sabbia Getti in conchiglia Getti pressofusi (5-140MPa)

Leghe da deformazione plastica possibile ottenere elevate resistenze meccaniche per

affinamento, omogeneizzazione del grano ed incrudimento per: Laminazione Forgiatura Estrusione

Stadi di preparazione dei semilavorati: Colaggio del lingotto Lavorazione plastica a caldo (seguita eventualmente da una a

freddo) del lingotto fino alla formatura del pezzo Trattamento termico

Leghe non trattabili termicamente

Queste leghe sono rinforzate solo per deformazione plastica a freddo:

1100 3003, 3004 4043, 5005, 5052, 5056, 5083, 5056

Leghe trattabili termicamente

Principali trattamenti termici: Ricottura Distensione Solubilizzazione Indurimento per precipitazione o

invecchiamento

Ricottura

Viene eseguita per lo pi sulle leghe incrudite

Si riscalda a 350C e si raffredda a T ambiente

La struttura incrudita ricristallizza in nuovi grani privi di sforzi interni e si ottiene una struttura dolce e duttile

Distensione

Raccomandata per i giunti saldati di grande sezione

Riscaldamento a 230 per 4 h seguito da un raffreddamento in aria o in acqua

Principali leghe di alluminio

Lavorazioni meccaniche

LAl e le sue leghe sono caratterizzate da una favorevole attitudine alle lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo

Hanno eccellente lavorabilit: Leghe da deformazione plastica della serie 2xxx Leghe da fonderia Al-si e Al-Si-Cu con Si< 10%

Minore lavorabilit hanno: Alluminio commerciale Leghe da deformazione plastica della serie 3xxx e

5xxx

Saldatura delle leghe di alluminio

Lalluminio e le sue leghe sono saldabili in diversa misura a seconda della composizione chimica e delle peculiarit fisico-meccaniche

Problemi di saldatura: Formazione di film di ossido Al2O3 con alto

punto di fusione Ritiro durante la solidificazione (cricche

durante la saldatura)

Metodi di saldatura applicabili Saldatura a resistenza:

Tutte le leghe di Al ad eccezione di alcune 2xxx e 7xxx e di qualche lega da fonderia

Saldatura ad arco sotto gas inerte: Serie 1xxx (Al commerciale) 3xxx (Al-Mn) 5xxx (Al-Mg) 6xxx (Al-Mg-Si) 7xxx senza Cu (Al-Zn-Mg)

Giunzione per brasatura: Indicato per serie 1xxx e le leghe 3003 e 3004 Sconsigliato per le leghe ad elevata resistenza es. 7075 (Al-

Zn-Mg-Cu) e 2024 (Al-Cu-Mg)

Trattamenti superficiali/1

Trattamenti di preparazione delle superfici: Sgrassatura Decapaggio Lucidatura chimica Lucidatura elettrolitica

Trattamenti meccanici: Pallinatura Smerigliatura Lucidatura Barillatura Sabbiatura Spazzolatura

Trattamenti superficiali/2

Trattamenti chimici ed elettrolitici: passivazione chimica Anodizzazione Rivestimenti galvanici

Trattamenti fisici: Verniciatura Metallizzazione a spruzzo Metallizzazione sotto vuoto Metallizzazione per immersione

Passivazione chimica

Vi si ricorre quando lambiente non eccessivamente aggressivo

Ha costi bassi rispetto allanodizzazione Pu essere usata come base per verniciature Si esegue:

Bagni alcalini (cromato o bicromato di K e bicarbonato di sodio) per impieghi elettronici

Bagni acidi (a base di cromati) per impieghi aeronautici

Anodizzazione Crescita elettrochimica del film di passivit dellAl Si esegue in bagni di:

Acido solforico Acido cromico Acido ossalico

Permette di ottenere film spessi fino a 10 - 20 mm Si impiega per resistere alla corrosione atmosferica

Verniciatura

Si impone per: Ambienti particolarmente aggressivi (acqua di

mare per gli scafi delle imbarcazioni) Contenitori alimentari per alimenti con pH < 6 Per rapporti tra diametro e altezza del contenitore >

2/3

Non presenta particolari difficolt Pu essere preceduta da un trattamento

superficiale