Alluminio: tabelle e leghe alluminio, caratteristiche meccaniche alluminio

Leghe alluminio

Conoscere le leghe di alluminio è importante per comprendere un materiale di largo utilizzo che oggi è parte integrante del nostro quotidiano. 

Questo metallo non è quasi mai allo stato puro ma si presenta a noi combinato con altri metalli (leganti), relativamente alle caratteristiche e alle proprietà che si vuole ottenere dalla loro lega finale (Lega Madre).

La sigla dell’alluminio è (Al).

In chimica, l’alluminio è l’elemento chimico che occupa la tavola periodica degli elementi nel gruppo dei metalli, tra Boro(B) e Gallio(Ga), e Magnesio(Mg) e Silicio(Si), con numero atomico 13. 

La lega di alluminio

Innanzitutto cos’è una lega?

Una lega è una “combinazione di due o più elementi (di cui almeno uno è un metallo), e la cui lega risultante possiede proprietà metalliche differenti da quelle dei relativi componenti”.

In particolare, l’alluminio è una lega metallica ottenuta principalmente con la combinazione tra alluminio e rame, zinco, manganese, silicio, o magnesio, le cui combinazioni variano in base alle proprietà ricercate.

Composizione chimica alluminio

Le Leghe di Alluminio, o Leghe Leggere, solitamente contengono almeno il 90% di Alluminio e gli elementi con cui prevalentemente questo viene combinato sono:

• Magnesio (Mg) : maggiore resistenza alla corrosione
• Manganese (Mn) : oltre ad aumentare la resistenza alla corrosione ne migliora la resistenza meccanica.
• Rame (Cu) : migliore resistenza meccanica soprattutto ad alte temperature.
• Silicio (Si) : coefficiente di dilatazione più basso e migliore colabilità.
• Zinco (Zn) : migliore resistenza meccanica che si accentua ulteriormente se si va ad aggiungere anche il Magnesio.
• Oltre a questi elementi possiamo trovare piccole percentuali di Bismuto, Cadmio, Cromo, Nichel,  Piombo, Scandio, Titanio, Zirconio, Stagno e anche Ferro … Ferro che per altro a livello di impurità è sempre presente.

IL numero di elementi aggiunti a formare la Lega Madre definisce la tipologia di Lega:

Leghe Binarie – quando di elementi aggiunti ne troviamo uno solo

Leghe Ternarie – quando nella Lega Madre troviamo due elementi aggiunti

Leghe Quaternarie – in presenza di tre elementi aggiunti.

La norma UNI 10681:2010 ci offre indicazioni su:

• Qualità dei materiali relativamente al tipo di finitura che necessitiamo di ottenere: protettiva, decorativa, brillante o grezza per uso industriale.

• Spessore dell’ossido mediante ossidazione anodica e in particolare significato di spessori medi e puntuali per la scelta della classe di spessore e i tre metodi di misurazione dello spessore stesso.

– a) microscopio metallografico

– b) sistema a correnti indotte

– c) microscopio ottico

• Qualità del fissaggio, viene indicata la Norma UNI 9178 che prevede il metodo distruttivo della perdita di peso.

• Resistenza alla luce e alle radiazioni UV, per gli strati d’ossido colorato per applicazioni esterne che devono possedere elevate caratteristiche di resistenza alla luce, viene indicata la norma ISO 6581 come metodo accelerato che ne valuta la resistenza alle radiazioni UV.

Leghe alluminio: Sistema Internazionale di classificazione a 4 cifre

Lo standard ASTM definisce le leghe di alluminio da utilizzare per la Lavorazione Plastica attraverso una numerazione a 4 cifre (di cui il primo numero indica l’elemento principale) seguite da un trattino, una lettera e un ulteriore numero composto fino a 4 cifre a identificare tempra e invecchiamento.

Di seguito la classificazione a 4 cifre dell’alluminio

• 1XXX

Alluminio industriale con purezza minima del 99% rispetto al contenuto in peso.

Eccellente resistenza alla corrosione, ha un’elevata conducibilità termica ed elettrica, basse caratteristiche meccaniche e buona lavorabilità. Mediante incrudimento si possono aumentare le caratteristiche meccaniche.

Trattamenti indicati: Incrudimento per migliorarne la resistenza e ottenerne un aumento della durezza.

Campi di impiego: impianti chimici, riflettori, scambiatori di calore, applicazioni decorative, condensatori elettrici.

• 2XXX (Avional)

L’alluminio serie 2000 è una lega di Alluminio e Rame tra le più comunemente utilizzate per uso aerospaziale e in tutte le applicazioni ove si richieda un ottima resistenza a fatica.

Principale elemento di lega è il Rame, con l’aggiunta in alcune leghe di magnesio e manganese. Leghe che necessitano di trattamento termico a fronte del quale sviluppano caratteristiche meccaniche che si avvicinano a quelle degli acciai al carbonio.

Non sono particolarmente resistenti alla corrosione e nel caso di applicazioni critiche richiedono ulteriori sistemi di protezione, come ad esempio la placcatura con altre leghe di alluminio in questo senso più performanti.

Eccellente lavorabilità alle macchine utensili. Con l’aggiunta di Mg, Mn, Si, Ni, Li vediamo un ampio utilizzo sugli aerei a livello strutturale …buone caratteristiche meccaniche e leggerezza.

Trattamenti indicati: Indurimento per precipitazione, ne migliora le proprietà meccaniche di resistenza.

Campi di impiego: industria aeronautica, trasporti, automotive.

• 3XXX

Lega Alluminio/Manganese con ampio utilizzo nell’utensileria da cucina e nella produzione di serbatoi o tubi soggetti ad alte pressioni.

Manganese come principale elemento in lega che in genere conferisce una maggiore resistenza meccanica e una minore sensibilità alla corrosione.

La presenza di composti intermetallici causa una diminuzione di duttilità.

Trattamenti indicati: Incrudimento.

Alluminio 4000: Serie 4xxx 

• 4XXX

Lega Alluminio/Silicio, in percentuale tra il 4,5 e il 20% per la produzione di pistoni.

Principale elemento di lega è il Silicio. Maggiore fluidità e ridotto coefficiente di dilatazione termica rende questa lega particolarmente utile nella tecnologia dei getti e nelle saldature.

Buona resistenza all’usura.TABELLA SERIE

• 5XXX (Peraluman)

Lega Alluminio/Magnesio, ampiamente utilizzata nella produzione di serbatoi per i carburanti, componenti meccanici, stampi e applicazioni navali in genere.

Peraluman è una lega che ha il Magnesio come principale elemento.

Particolarmente resistente alla corrosione, buona resistenza al calore e ottima duttilità e lavorabilità. Generalmente non necessita di trattamento termico di invecchiamento e gode di una buona saldabilità per fusione.

Caratteristiche meccaniche inferiori alla Serie 2000, ma l’eccellente resistenza alla corrosione e la buona saldabilità rendono queste leghe particolarmente adatte alla produzione di carrozzerie in alluminio.

Trattamenti indicati: Deformazione a freddo per migliorarne la durezza. Ottima resistenza alla corrosione. Si tratta infatti di leghe da incrudimento le cui caratteristiche meccaniche possono essere aumentate mediante laminazione a freddo e non mediante trattamento termico.

• 6XXX (Anticorodal)

Lega Alluminio/Silicio/Magnesio ha buona saldabilità con ampia applicazione nel campo navale, ferroviario e nella produzione di infissi come di profili cavi.

Anticorodal è una lega di Silicio e Magnesio come principali elementi, leghe da trattamento termico a fronte del quale sviluppano caratteristiche meccaniche medie, inferiori a quelle delle leghe della Serie 2000.

Buona formalità, lavorabilità e saldabilità. Indicate nelle applicazioni architettoniche, nell’industria motociclistica e ciclistica. Classe principale delle leghe per pezzi lavorati a caldo come per quelli ricavati da fusione.

Buona resistenza meccanica, sensibilità bassa alla tempra e buona resistenza alla corrosione.

Trattamenti indicati: Indurimento per precipitazione.

• 7XXX (Ergal)

Lega Alluminio/Zinco/Magnesio (Ergal).

I campi di utilizzo sono l’Aerospaziale e strutturale dove si necessita di avere le migliori prestazioni meccaniche tra tutte le leghe di alluminio. Le leghe 7XXX le possiamo trovare con o senza l’aggiunta di rame, nel primo caso le prestazioni meccaniche saranno notevoli ma la lega non è  saldabile, nel secondo caso (con l’aggiunta di rame) abbiamo una notevole capacità autotemprante che rende la lega particolarmente adatta alla saldatura.

Lo Zinco è il principale elemento di lega, elemento che ha la più elevata solubilità nell’alluminio. Generalmente le leghe binarie non vengono usate preferendo leghe Al-Zn-Mg. Si tratta di leghe da trattamento termico con le più elevate caratteristiche meccaniche tra le leghe di alluminio; grazie allo Zinco si aumenta resistenza e durezza oltre ad una migliore temprabilità.

Inoltre le leghe Al-Zn-Mg a seguito di trattamento termico hanno la più elevata resistenza trazione tra tutte le leghe di alluminio.

Buona lavorabilità alle macchine utensili e scarsa saldabilità per fusione. Utilizzate in generale per parti molto sollecitate.

Alluminio 8000: Serie 8xxx 

• 8XXX

E’ il gruppo che racchiude le leghe miste, leghe di alluminio con altri elementi non presenti nei gruppi precedenti.

Alluminio 9000: Serie 9xxx 

• 9XXX

In questo gruppo troviamo le leghe ancora in fase sperimentale.

Identificazione del “Trattamento Termico”

F – Grezzo di estrusione

H – Incrudito per deformazione a freddo

O – Ricotto

W – Solubilizzato

T3 – Solubilizzato a caldo, lavorato a freddo ed invecchiato naturalmente.

T6 – Solubilizzato, temprato ed invecchiato artificialmente.