16 novembre 2016

L'alluminio e le sue leghe


Molte serie per ogni utilizzo

percentuale alluminio crosta terrestre

Presente in numerosi minerali ed in natura sempre combinato con altri elementi, l’alluminio è il terzo elemento più diffuso nella crosta terrestre (8,3%), dopo ossigeno (45,5%) e silicio (25,7%).

Il suo principale settore di utilizzo è nell’industria dei trasporti (28%): basta pensare che un solo Boeing 747 viene realizzato utilizzando più di 66 tonnellate di alluminio.

Il 23% viene utilizzato per la realizzazione di lattine, tubetti e contenitori vari; circa il 14% viene utilizzato nel settore dell’edilizia e delle costruzioni (dalle finestre alla costruzione di case mobili); mentre il restante 35% viene utilizzato in una vasta gamma di prodotti, come cavi elettrici, ponti, apparecchiature specializzate, ecc.

Venne identificato per la prima volta nel 1808 nell’allume dallo scienziato inglese Humphry Davy. Per decenni venne considerato più prezioso dell’oro: Napoleone III riservava un servizio da tavola in alluminio per gli ospiti più importanti. Gli altri dovevano accontentarsi, per così dire, di posate d’oro.

utensili cucina alluminio

L’alluminio è un metallo leggero ma resistente, e soprattutto autopassivante. La sua colorazione grigio-argento è infatti dovuta al leggero strato di ossido che si forma quando è esposto all’aria, e che ne previene la corrosione. Per questo motivo viene utilizzato in ambienti moderatamente aggressivi, oppure in cucina: pentole, padelle e caffettiere sono realizzate in alluminio perché non lascia nessun retrogusto ai cibi.

Il suo peso specifico, pari a circa 2,70 kg/dm3 equivale a circa un terzo di quello dell’acciaio (7,9 kg/dm3) o del rame (8,93 kg/dm3). Possiede un’elevata malleabilità e conducibilità termica ed elettrica. È un elemento atossico e possiede un’ottima saldabilità. La tensione di snervamento è quasi sempre inferiore a quella dell’acciaio. Questo svantaggio è però compensato dalla minore densità, che permette quindi di aumentare la sezione del pezzo fino a raggiungere la robustezza desiderata, mantenendo comunque un peso inferiore.

 

testata motore alluminio
Lega peso specifico carico di snervamento carico di rottura modulo elastico
2024-T3 2.780 kg/m3 345 MPa 483 MPa 73,1 GPa
7075-T6 2.810 kg/m3 503 MPa 572 MPa 71,7 GPa
7175-T66 2.800 kg/m3 520 MPa 590 MPa 72 GPa
2090-T3 2.590 kg/m3 210 MPa 320 MPa 76 GPa
6061-O 2.700 kg/m3 55,2 MPa 124 MPa 68,9 GPa

A scopo di comparazione riportiamo i valori caratteristici di alcune leghe di acciaio:

Lega peso specifico carico di snervamento carico di rottura modulo elastico
Acciaio S275 8.000 kg/m3   275 MPa 430 MPa 200 GPa
acciaio a basso tenore di  carbonio 7.850 kg/m3 400 MPa 700 MPa 200 GPa
acciaio ad alto carbonio, temprato e rinvenuto 7.800 kg/m3 1.500 MPa 1.700 MPa 205 GPa
Acciaio inossidabile 316L 7.900 kg/m3 > 200 MPa 500/700 MPa 200 GPa
facciata alluminio lamiera

Piegando l’alluminio, è importante tenere conto della direzione di laminazione. Piegando lungo l’asse delle fibre la probabilità di fessurazioni è molto superiore a quella dell’acciaio o altri metalli.

Altra importante caratteristica è la sua capacità di legarsi con altri elementi. Nonostante allo stato puro l’alluminio sia tenero e duttile, in combinazione con altri metalli le sue caratteristiche cambiano radicalmente. Le leghe di alluminio vengono raggruppate in serie, in base alla loro composizione.

Serie 1000

Composte da alluminio allo stato puro (99%). Le caratteristiche principali di questa serie sono: l’eccellente resistenza alla corrosione, l’elevata conducibilità termica ed elettrica e la buona lavorabilità.

Vengono solitamente utilizzate per impianti chimici, scambiatori di calori, conduttori elettrici ed applicazioni architettoniche e decorative. Un sottile strato di alluminio puro viene talvolta depositato sopra serie meno resistenti per proteggerle dalla corrosione.

 

Serie 2000

Chiamata anche Avional (o Duralluminio). Fin dagli anni ’30, sono impiegate nell’industria aeronautica per la costruzione degli elementi strutturali degli aeroplani. Grazie alla loro leggerezza e durezza, vengono inoltre utilizzate per la realizzazione di utensili di precisione. L’elemento principale di lega è il rame, anche se in alcune leghe vengono aggiunti anche magnesio e manganese, soprattutto dove occorrono buone caratteristiche meccaniche e leggerezza. Data la loro bassa resistenza alla corrosione, in alcune applicazioni vengono utilizzate lamiere placcate. Vengono utilizzate per lavori che richiedono elevati rapporti resistenza/peso fino a 150°C.

 

 

Serie 3000

Il principale elemento di lega è il manganese che aumenta la resistenza meccanica della serie, ma diminuisce la duttilità. Vengono usate per utensileria da cucina, recipienti e tubi in pressione.

 

Serie 4000

Il Silicio è il principale elemento di lega di questa serie, che conferisce una buona resistenza all’usura. Nell’uso commerciale vengono aggiunti altri elementi di lega, quali il rame ed il magnesio.

 

 

Serie 5000

Detta anche Peraluman. Il principale elemento di lega è il magnesio che conferisce duttilità. Si tratta di leghe da incrudimento, le cui caratteristiche meccaniche vengono aumentate mediante lavorazioni a freddo. Data la loro elevata resistenza alla corrosione e alla fusione, vengono utilizzate in particolar modo per le lavorazioni in ambiente marino e nell’industria automobilistica per la costruzione di carrozzerie con basse sollecitazioni, dove la saldabilità è una caratteristica fondamentale. Le caratteristiche sono generalmente inferiori a quelle del Duralluminio, precludendo l’uso nel settore aeronautico.

 

Serie 6000

Chiamata anche Anticorodal, i principali elementi di lega sono silicio e magnesio.

Dopo il trattamento termico sviluppano caratteristiche meccaniche intermedie, in generale inferiori a quelle delle leghe della serie 2000. Presentano buona formabilità, lavorabilità, truciolabilità e saldabilità. Possiedono buone resistenze meccaniche e buona resistenza alla corrosione.

Vengono utilizzate per applicazioni architettoniche, telai motociclistici e ciclistici, strutture saldate in genere.

 

Serie 7000

Commercialmente chiamata Ergal. L’elemento principale di questa serie è lo zinco, con eventuali aggiunte di magnesio che ne aumenta la resistenza alla corrosione. Presentano un buona lavorabilità alle macchine utensili, ma scarsa saldabilità per fusione. Questa lega d’alluminio viene in genere utilizzata quando sono necessarie particolari caratteristiche di robustezza meccanica e leggerezza.

Vengono utilizzate in particolar modo per strutture aeronautiche e di mezzi di trasporto, soprattutto nel settore motociclistico e nei telai delle biciclette.

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