Piccola presentazione, creata in contesto universitario (2016/17). "L'alluminio e le sue leghe" spazia su: - Categorie di leghe e applicazioni; - Classi di lega battuta; - Classi di lega colata; - Leganti e costituenti della seconda fase; - Effetti di specifici elementi di lega e impurità. BUONA LETTURA.

1. Corso di Metallurgia
“L’ALLUMINIO e LE SUE LEGHE”
Università del Salento
FACOLTÀ DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
Giuseppe Mininni 20022812
1
SELECTED REFERENCES

2. INDICE

3. 3
Introduzione – Caratteristiche generali
Le combinazioni uniche delle proprietà fornite dall’alluminio e le sue
leghe, fanno di quest’ultimo uno dei materiali metallici più versatili,
economici e interessanti per una vasta gamma di usi: da morbido foglio
di imballaggio altamente duttile, alle applicazioni ingegneristiche più
esigenti. Le leghe di alluminio sono seconde solo a quelle in acciaio, in
uso come metalli strutturali.
L'Alluminio ha una densità di soli 2,7 g / cm3, circa un terzo dell'acciaio
(7.83 g / cm3). Un piede cubico di acciaio pesa circa 490 libbre; un piede
cubico di alluminio, solo 170 libbre. Tale leggerezza, insieme all'alta
resistenza di alcune leghe di alluminio (superiore a quella di acciaio
strutturale), permette la progettazione e costruzione di resistenti strutture
leggere, che sono particolarmente vantaggiose per qualsiasi cosa si
muova: veicoli spaziali e vari velivoli, come tutti i tipi di veicoli terrestri e
veicoli di origine idrica.

4. 4
Introduzione – Caratteristiche generali
L'alluminio resiste all’ossidazione progressiva che causa nell'acciaio,
della ruggine che lo espellerà via. Nell'alluminio, la superficie esposta
all'ossidazione, si combina con l'ossigeno per formare una pellicola
inerte di ossido di alluminio che blocca ulteriori ossidazioni, pari circa a
dieci milionesimi di un pollice di spessore. A differenza della ruggine del
ferro, il film di ossido di alluminio non si sfalda e non espone la superficie
fresca ad ulteriori ossidazioni. Se lo strato protettivo di alluminio è
graffiato, esso immediatamente risigillerà se stesso.
Lo strato di ossido sottile, si aggrappa saldamente al metallo, ed è
incolore e trasparente, nonché invisibile ad occhio nudo. La
decolorazione e desquamazione di ferro e acciaio arrugginiti, non sono
presenti nell'alluminio.
Opportunamente legato e trattato, l'alluminio può resistere alla
corrosione da acqua, sale, e altri fattori ambientali, e da una vasta
gamma di altri agenti chimici e fisici.

5. 5
Introduzione – Caratteristiche generali
La superficie di alluminio può essere altamente riflettente. L'energia
radiante, luce visibile, calore radiante, e le onde elettromagnetiche si
riflettono in modo efficiente, mentre le superfici anodizzate e anodizzate
scure, possono essere riflettenti o assorbenti.
La riflettanza dell'alluminio lucidato, su una vasta gamma di lunghezze
d'onda, porta alla sua selezione per una varietà di decorazioni e usi
funzionali.
L'alluminio mostra tipicamente eccellente conducibilità elettrica e termica,
ma alcune leghe specifiche, hanno messo a punto un alto grado di
resistività elettrica. Queste leghe ci sono utili, per esempio, nei motori
elettrici a coppia elevata. L'alluminio è spesso scelto per la sua
conducibilità elettrica, che quasi è due volte quella del rame a peso
equivalente. I requisiti di alta conducibilità e resistenza meccanica possono
essere soddisfatti mediante l'uso di palangari, ad alta tensione, cavi di
trasmissione rinforzata in alluminio con anima in acciaio. La conducibilità
termica delle leghe di alluminio, è circa fra il 50% e il 60% di quella del
rame, è vantaggioso in scambiatori di calore, evaporatori, elettrodomestici,
utensili riscaldati, testate automobilistiche e radiatori.

6. 6
Introduzione – Caratteristiche generali
L'alluminio non è ferromagnetico, una proprietà di importanza nel settore
elettrico ed elettronico. È non piroforico, il che lo rende importante in
applicazioni che coinvolgono movimentazione di materiali infiammabili,
esplosivi o sensibili all'esposizione. L'alluminio è atossico ed è
solitamente usato in contenitori per alimenti e bevande. Ha un aspetto
attraente nella sua finitura naturale, che può essere morbida e brillante o
lucida e brillante. Esso può essere virtualmente di qualsiasi colore o
forma.
La facilità con cui l'alluminio può essere fabbricato in qualsiasi forma è
una delle risorse più importanti. Spesso può competere con successo
con materiali meno costosi, aventi un minor grado di lavorabilità. Il
metallo può essere fuso con qualsiasi metodo noto ai fonditori. Può
essere arrotolato a qualsiasi spessore desiderato fino a diventare una
lamina più sottile rispetto alla carta. I fogli di alluminio possono essere
disegnati, filati, o rotolo formati. Il metallo può anche essere martellato o
forgiato. Non vi è quasi limite per i diversi profili (forme) in cui il metallo
può essere estruso.

7. 7
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
E‘ conveniente dividere le leghe di alluminio in due grandi categorie:
composizioni battute e composizioni ottenute per colata. Un
ulteriore differenziazione per ciascuna categoria si basa sul meccanismo
primario di sviluppo delle proprietà. Molte leghe rispondono al
trattamento termico basato su fasi solubili. Questi trattamenti
comprendono solubilizzazione, tempra, e precipitazioni, o età di
indurimento. Per entrambe le categorie, tali leghe sono lavorabili
termicamente. Un gran numero di altri battuti, hanno le composizioni che
si basano invece su incrudimento attraverso la riduzione meccanica, di
solito in combinazione con varie procedure di ricottura per lo sviluppo.
Queste leghe sono indicate come incrudite. Alcune leghe metalliche non
sono lavorabili termicamente e sono utilizzate solo come fuso o in
condizioni termiche modificate, e sono estranee agli effetti di soluzione o
di precipitazione.

8. 8
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
Sono state sviluppate nomenclature per le leghe da fusione e per le
leghe battute. Il sistema Aluminum Association è il più ampiamente
riconosciuto negli Stati Uniti. Il loro sistema di identificazione impiega
diverse nomenclature per leghe in battuto e leghe ottenute per colata,
ma divide le leghe in famiglie per semplificazione.

9. 9
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
Per leghe in battuto si utilizza un sistema a quattro cifre, per produrre un
elenco delle famiglie come segue:
• 1xxx: composizione non in lega, controllata, utilizzato principalmente
nelle industrie elettriche e chimiche;
• 2xxx: leghe nelle quali il rame è il principale elemento di lega, anche se
altri elementi, in particolare magnesio, possono essere specificati.
Le leghe della serie 2xxx sono ampiamente usati in aerei in cui è valutata la loro
alta resistenza (punti di forza di rendimento: 455 MPa, o 66 ksi);
• 3xxx: leghe in cui il manganese è il principale elemento di lega, utilizzati come
leghe a scopo generale, per applicazioni architettoniche e in vari prodotti.

10. 10
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
• 4xxx: leghe in cui il silicio è il principale elemento di lega, usata in barre di
saldatura e fogli di brasatura.
• 5xxx: leghe in cui il magnesio è il principale elemento di lega, utilizzato in scafi
delle imbarcazioni, passerelle e altri prodotti esposti ad ambienti marini.
• 6xxx: leghe in cui il magnesio è il principale elemento di lega, usata per estrusi
architettonici e componenti automotivi.
• 7xxx: leghe in cui zinco è il principale elemento di lega (benché altri elementi,
come il rame, magnesio, cromo e zirconio, possono essere specificati), utilizzati
in componenti strutturali di aerei e altre applicazioni ad alta robustezza. La serie
7xxx sono le leghe di alluminio più forti, con punti di Resa> 500 MPa (> 73 ksi).
• 8xxx: le leghe che caratterizzano le varie composizioni. Le leghe della serie
8xxx possono contenere quantità apprezzabili di latta, litio, e o di ferro.
• 9xxx: riservato per uso futuro.

11. 11
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
Le leghe battute, che costituiscono leghe trattabili con il calore (per
precipitazione temprabile), includono le 2xxx, 6xxx, 7xxx, e alcune delle
leghe 8xxx. Le varie combinazioni di lega e meccanismi per rafforzarle
sono riportate in tabella 1. Il range di forza ottenibile con varie leghe
battute e leghe stampate, è riportato nelle tabelle 2 e 3.
Le composizioni ottenute per colata sono descritte da un sistema a tre
cifre, seguito da un valore decimale. Il .0 decimale in tutti i casi riguarda i
limiti di colata della lega. I decimali .1, .2 interessano le composizioni a
lingotto, che, dopo la fusione e la lavorazione, dovrebbero comportare
caratteristiche chimiche conformi ad un requisito specifico di lega. Le
famiglie di lega per colata comprendono:
• 1xx.x composizione non in lega, controllata (puri), in particolare utilizzata per la
produzione del rotore;
• 2xx.x leghe nelle quali il rame è il principale elemento di lega. Altri elementi di
lega possono essere specificati.

12. 12
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
• 3xx.x leghe in cui il silicio è il principale elemento di lega. Sono specificati gli
altri elementi leganti quali rame e magnesio. La serie 3xx.x comprende quasi il
90% di tutti i prodotti ottenuti per fusione.
• 4xx.x leghe in cui il silicio è il principale elemento di lega.
• 5xx.x leghe in cui il magnesio è il principale elemento di lega
• 6xx.x inutilizzato
• 7xx.x lega in cui lo zinco è il principale elemento di lega. Altri leganti come
rame e magnesio possono essere specificati.
• 8xx.x lega nelle quali lo stagno è il principale elemento di lega
• 9xx.x inutilizzato
Leghe termicamente trattabili comprendono il 2xx, 3xx e la serie 7xx.

13. 13
Introduzione – Caratteristiche generali
Categorie di leghe
Le tabelle 4 e 5 (che incontreremo
dopo) danno una lista nominale di
composizioni per leghe in battuto e
leghe di alluminio pressofuso. Va
notato che le composizioni di lega
elencati in queste tabelle
costituiscono piuttosto una piccola
percentuale della quantità totale di
composizioni sviluppate. Più di 500
denominazioni in lega e
composizioni sono state registrate
dalla Aluminum Association Inc. per
le leghe di alluminio.
Tabella 1. Classificazione delle leghe di alluminio battuto
secondo il loro meccanismo di rafforzamento

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Introduzione – Caratteristiche generali
Applicazioni
Le leghe di alluminio sono
economiche in molte applicazioni.
Sono utilizzati nell'industria
automobilistica, aerospaziale, nella
costruzione di macchine,
elettrodomestici, strutture, utensili
da cucina, come copertine per
custodie di apparecchiature
elettroniche, come recipienti a
pressione per applicazioni
criogeniche, e in innumerevoli altre
aree. Le tabelle 6 e 7 (che
incontreremo dopo) elencano le
più comuni applicazioni per alcuni
dei battuti e delle leghe per colata.
Tabella 2. Gamme di resistenza di varie leghe di
alluminio battuto
Tabella 3. Gamme di resistenza di varie leghe di
alluminio temprate

15. 15
Introduzione – Caratteristiche generali
Applicazioni
Tabella 4. Forme di prodotto e composizioni nominali
delle comuni leghe di alluminio battuto

16. 16
Classi di lega battuta
Come descritto nella "Introduzione – Caratteristiche generali" di questo
articolo, le leghe in alluminio sono comunemente raggruppate in una
serie di designazione della lega.
Le caratteristiche generali dei gruppi in lega battuta sono descritte di
seguito. Campi di forza, composizioni nominali e applicazioni per le leghe
in alluminio battuto sono elencati nelle tabelle 2, 4, e 6, rispettivamente.
Serie 1xxx. Alluminio al 99,00% o superiore purezza ha molte
applicazioni, particolarmente nei campi elettrici e chimici. Questi tipi di
alluminio sono caratterizzati da ottima resistenza alla corrosione, alta
resistenza termica e conduttività elettrica, basse proprietà meccaniche,
ed eccellente lavorabilità. Moderati aumenti di forza possono essere
ottenuti tramite indurimento. Ferro e silicio sono le principali impurità.

17. 17
Classi di lega battuta
Tabella 5. Designazioni e composizioni nominali di
comuni leghe di alluminio utilizzate per la fusione
Tabella 6. Applicazioni per leghe di alluminio
battuto.

18. 18
Classi di lega battuta
Serie 2xxx Il rame è il principale elemento di lega nella serie 2xxx , spesso è
presente il magnesio come aggiunta secondaria. Queste leghe richiedono un
trattamento termico in soluzione per ottenere proprietà ottimali; nella soluzione
trattata termicamente, le proprietà meccaniche sono simili a, e a volte superano,
quelle dell'acciaio a basso tenore di carbonio. In alcuni casi, il trattamento termico
per precipitazione (invecchiamento) è impiegato per aumentare ulteriormente le
proprietà meccaniche . Questo trattamento aumenta il punto di snervamento, con
conseguente perdita dell'allungamento; il suo effetto sulla resistenza alla trazione
non è così grande.
Le leghe della serie 2xxx non hanno una buona resistenza alla corrosione rispetto
alla maggior parte delle altre leghe di alluminio, e in certe condizioni possono essere
soggette a corrosione. Pertanto, queste leghe in forma di foglio, sono di solito
rivestiti con un alluminio di elevata purezza, una lega di magnesio-silicio della serie
6xxx, o una lega contenente 1% di Zn. Il rivestimento, di solito dal 2 al 5% dello
spessore totale su ogni lato, fornisce una protezione galvanica la protezione del
nucleo del materiale, e quindi aumenta notevolmente la resistenza alla corrosione.
Leghe della serie 2xxx sono particolarmente adatte per parti e strutture che
richiedono elevati rapporti di forza-peso e sono comunemente utilizzati per ruote di
camion e aerei, sospensioni di camion, fusoliera di aeromobili, parti strutturali, e
quelle parti che richiedono una buona resistenza a temperature fino a 150 °C (300
° F).

19. 19
Classi di lega battuta
Tabella 7. Applicazioni per leghe di alluminio fuso

20. 20
Classi di lega battuta
La Figura 1 mostra i rapporti tra alcune delle leghe più comunemente usata nella serie 2xxx.

21. 21
Classi di lega battuta
Serie 3xxx. Il manganese è il principale elemento di lega per la serie 3xxx.
Queste leghe in genere sono non trattabili termicamente ma hanno circa il 20% in
più di forza rispetto alle leghe della serie 1xxx. In quanto solo una percentuale
limitata di manganese (fino a circa 1,5%) può essere efficacemente aggiunto
all'alluminio, il manganese è usato come un elemento portante in poche leghe.
Tuttavia, una di queste, la popolare lega 3003, è ampiamente usata come lega
per le applicazioni che richiedono resistenza moderata e buona lavorabilità.
Serie 4xxx. Il principale elemento di lega in leghe di serie 4xxx è il silicio, che può
essere aggiunto in quantità sufficiente (fino al 12%) e causare sostanziale
abbassamento del punto di fusione senza produrre fragilità. Per questo motivo, le
leghe di alluminio-silicio vengono utilizzati in fili di saldatura.
La maggior parte delle leghe di questa serie non sono trattabili termicamente, ma
se usate in saldatura di leghe , raccolgono alcuni costituenti di queste, ottenendo
quindi una risposta al trattamento termico in misura limitata. Le leghe contenenti
quantità apprezzabili di silicio diventano grigio scuro tendente al carbone quando
si applicano finiture di ossidi anodici. Questo le rende richieste per le applicazioni
architettoniche. La lega 4032 ha un basso coefficiente di espansione termica ed
elevata resistenza all'usura; quindi è ben adatta alla produzione di pistoni del
motore forgiati.

22. 22
Classi di lega battuta
Serie 5xxx. Il principale elemento di lega in leghe di serie 5xxx è il
magnesio. Quando viene utilizzato come un importante elemento di lega
o con manganese, il risultato è una lega con medio-alta resistenza. Il
magnesio è molto più efficace del manganese come indurente, circa lo
0,8% Mg è pari al 1,25% Mn, e può essere aggiunto in quantità
considerevolmente maggiori. Leghe di questa serie possiedono buone
caratteristiche di saldatura e buona resistenza alla corrosione in ambienti
marini. Tuttavia, alcune limitazioni devono essere imposte sulla quantità
di lavorazione a freddo e sulle temperature di esercizio ammissibili per
rendere sicure le leghe a maggiore concentrazione di magnesio(più del ~
3,5% per temperature superiori a ~ 65 ° C o 150 ° F) onde evitare
suscettibilità allo stress-corrosione.

23. 23
Classi di lega battuta
La Figura 2 mostra la relazioni tra alcune delle leghe più comunemente utilizzate nella serie 5xxx.

24. 24
Classi di lega battuta
Serie 6xxx. Leghe della serie
6xxx contengono silicio e
magnesio approssimativamente
nelle proporzioni necessarie
per la formazione di “siliciuro di
magnesio” (Mg2Si), rendendoli
così trattabili termicamente.
Anche se non sono così forti
come la maggior parte delle
leghe 2xxx e 7xxx , le leghe
della serie 6xxx hanno una
buona lavorabilità, saldabilità,
lavorabilità, e resistenza alla
corrosione con resistenza
media.
Le leghe di questo gruppo
trattabili termicamente,
possono essere formate nella
tempra T4 e rafforzate dopo la
formazione di proprietà T6 per il
trattamento termico di
precipitazione.
La Figura 3 mostra le relazioni tra alcune delle più comuni leghe usate nella
serie 6xxx.

25. 25
Classi di lega battuta
Serie 7xxx. Zinco, in quantità
da 1% a 8%, è il principale
elemento di lega nelle serie
7XXX, che se accoppiate con
una piccola percentuale di
magnesio risultano leghe
trattabili termicamente ad
elevata resistenza.
Solitamente altri elementi,
come il rame e cromo, sono
aggiunti in piccole quantità.
Diluendo piccole aggiunte di
scandio, ne migliora anche le
proprietà. Le leghe della serie
7xxx sono utilizzate in strutture
cellulari, attrezzature mobili, e
altre parti altamente sollecitate.
L’alta resistenza delle leghe
7XXX riduce la resistenza allo
stress e alla rottura per
corrosione.
La Figura 4 mostra la relazione tra alcune delle più comuni leghe
utilizzate della serie 7xxx .

26. 26
Classi di lega battuta
Le leghe della serie 8xxx costituiscono una vasta gamma di
composizioni chimiche. Ad esempio, il miglioramento delle prestazioni
ad elevata temperatura viene raggiunta attraverso l'uso di leghe Al-Fe-
Ce a dispersione rinforzata (ad esempio, 8019) o le leghe Al-Fe-V-Si (ad
esempio, 8009) realizzate dalla lavorazione metallurgica delle polveri.
Bassa densità e maggiore rigidità possono essere raggiunti in leghe
contenenti il litio (ad esempio, 8090). Quest'ultima lega, ha sostituito in
alcuni aerei/applicazioni aerospaziali (come componenti di elicotteri)
leghe delle serie 2xxx e 7xxx di resistenza medio-alta .

27. 27
Classi di lega colata
Le leghe di alluminio fuso sono basate sugli stessi sistemi delle leghe
dell’alluminio battuto, vengono rafforzati dagli stessi meccanismi (con
l'eccezione generale dell’incrudimento), e sono classificati in lavorabili
per trattamento termico e non. La differenza principale è che le leghe da
fonderia utilizzate nei più grandi volumi contengono aggiunte in lega di
silicio in eccesso nella maggior parte delle leghe battute.
Il silicio è l'elemento di lega che regola letteralmente la fattibilità
commerciale di elevati volumi di alluminio colato. Il Silicio contenuto a
partire da ~ 4% fino al livello eutettico di ~ 12% permette di ridurre le
perdite di scarto, cioè rende possibile la produzione di disegni molto più
intricati con maggiori variazioni di sezione, spessore e rendimento del
pezzo colato con maggiore superficie e qualità interna.
Questi vantaggi derivano dagli effetti di silicio capaci di aumentare la
fluidità, riducendo cracking, e migliorando l'alimentazione per
minimizzare porosità da ritiro.

28. 28
Classi di lega colata
La Figura 5 mostra il diagramma di fase
completo del sistema binario dell’
alluminio-silicio. Si tratta di un semplice
sistema eutettico con solubilità limitata ed
è la base per le leghe 4xx.x.
Strutture metallografiche dei componenti puri e di diverse composizioni intermedie
mostrano tipica morfologie. Le composizioni intermedie sono miscele di alluminio
contenenti ~ 1% di Si in soluzione solida come fase continua, con particelle di silicio
sostanzialmente puro. Le leghe con quantità <12% di Si sono indicate come
"Ipoeutettiche", quelle con quasi il 12% di Si come "eutettiche", e quelle con quantità > 12%
di Si come "ipereutettiche”.
Le caratteristiche generali delle serie di lega fusa sono descritte di seguito. Campi di forza,
composizioni nominali, e le applicazioni delle leghe di alluminio fuso sono elencati
rispettivamente nelle tabelle 3, 5, e 7.

29. 29
Classi di lega colata
Serie 2xx.x. Il gruppo 2xx.x di alluminio e rame include composizioni in grado di
sviluppare più alti punti di forza tra tutte le leghe. Queste leghe (A201.0, 202,0,
204,0, e A206.0) contengono da 4% a 6% di Cu e da 0,25% a 0,35% Mg, con
alti limiti restrittivi di impurità (ferro e silicio), in alcuni casi sono anche contenuti
da 0,25% allo 0,35% di Mn, o di Cr (in leghe 201.0, A201.0, e 202,0) e 0,7% di
Ag. Un buon design casting e tecniche di fonderia, devono essere impiegati per
ottenere la piena funzionalità delle proprietà meccaniche per queste leghe,
garantendo qualità elevata e costante. Le leghe 2xx.x hanno anche i punti più
alti di forza e durezza di tutte le leghe a temperature elevate (300 ° C o 600
°F), e questo fattore rappresenta il loro uso in alcune applicazioni. Leghe
222,0, 224,0, 238,0, 240,0, 242,0 e 243,0, alcune con contenuti più elevati di
rame fino al 2% Mg (6% in lega 240.0) e aggiunta di manganese, nichel,
vanadio, e / o zirconio, sono utilizzati principalmente a temperature elevate. Il
trattamento termico è richiesto con le leghe 2xx.x per lo sviluppo di alta
resistenza e duttilità e va applicato correttamente per garantire elevata
resistenza allo stress- sotto corrosione. La generale resistenza a corrosione di
queste leghe è inferiore a quella di altri tipi di leghe da colata, e in applicazioni
critiche è richiesta la protezione da superfici rivestite.

30. 30
Classi di lega colata
Serie 3xx.x. Le leghe di più alto volume e utilizzo sono quelle del
gruppo 3xx.x, oltre al silicio, contengono magnesio, rame, o entrambi, e
in casi specifici, le aggiunte supplementari di nichel o berillio. In
generale, si sintetizzano in uno di questi tre tipi: Al-Si-Mg, Al-Si-Cu o Al-
Si-Cu-Mg. Il contenuto di silicio va da 5 a 22%. Il Contenuto di rame
gamma da 0% (leghe 356,0 attraverso 361.0) ad un massimo di 4,5%.
La maggior parte queste leghe hanno contenuto di magnesio nominali
che vanno da un minimo di 0,3% a ~ 0,6% per le composizioni ad alta
resistenza e 1,0% per le leghe pistone 332,0 e 336,0. Le principali leghe
di questo gruppo che richiedono basso contenuto di magnesio (0,10%
massimo) sono le composizioni pressofusione 380.0 attraverso 384.0.

31. 31
Classi di lega colata
Precise quantità di Rame e Magnesio, determinano un aumento di
resistenza e durezza nello stato temprato “as-cast” attraverso un
maggiore indurimento solido-soluzione. I più grandi aumenti sono offerti
solo da invecchiamento artificiale (temperamenti di tipo T5) o da
trattamenti di invecchiamento di soluzioni complete più artificiali
(temperamenti di tipo T6 o T7). A seconda della composizione,
l'indurimento da precipitazione è il risultato di strutture precipitate basate
su Mg2Si, Al2Cu, Al2CuMg, o combinazioni di queste fasi. Le leghe
contenenti sia rame che magnesio hanno maggiori resistenze a
temperature elevate. Le leghe ad alto contenuto di silicio sono preferite
per eliminare muffa permanente attraverso il processo di fusione. Il
coefficiente di espansione termica diminuisce all'aumentare del silicio e
del nichel contenuti. A bassa espansione, il coefficiente è vantaggioso
per applicazioni come motori, pistoni e cilindri. Quando il contenuto di
silicio supera il 12%, come in leghe 390.0 attraverso 393.0, sono
presenti i cristalli di silicio primari che se raffinati e ben distribuiti,
migliorano la resistenza all'usura.

32. 32
Classi di lega colata
Serie 4xx.x. Le leghe del gruppo 4xx.x si basano sul sistema binario
alluminio-silicio , esse contengono dal 5 al 12% di Si; le troviamo in
molte applicazioni dove combinazioni di resistenza moderata, elevata
duttilità e resistenza ad impatto sono necessari . Ringhiere di supporto
per ponti, sono un esempio.
Serie 5xx.x. Le leghe di alluminio-magnesio del gruppo 5xx.x sono
leghe binarie essenzialmente monofase con forza moderata-alta e
proprietà di tenacità. Alta resistenza alla corrosione, in particolare
all'acqua marina e atmosfere marine, questo è il principale vantaggio di
getti in leghe Al-Mg. Una miglior resistenza alla corrosione richiede
basse impurità, quindi le leghe devono essere preparate da metalli di
alta qualità e maneggiate con cura in fonderia. Queste leghe sono adatte
per l’assemblaggio di gruppi saldati e sono spesso utilizzati in
architettura, per edifici o per altre esigenze decorative. Le leghe
alluminio-magnesio hanno anche una buona lavorabilità e un aspetto
attraente quando anodizzate.

33. 33
Classi di lega colata
Serie 7xx.x. Le leghe 7xx.x (alluminio-zinco-magnesio), sono notevoli
per le loro combinazioni di buone caratteristiche di finitura, buona
resistenza a corrosione e per la capacità di sviluppare alta resistenza
tramite invecchiamento naturale senza alcun trattamento termico.
Serie 8xx.x. Le leghe del gruppo 8xx.x contengono ~ 6% di Sn e piccole
quantità di rame e nichel per rafforzarle. Queste leghe sono state
sviluppate per le applicazioni riguardanti i cuscinetti (lo stagno impartisce
lubrificante), per esempio, collegando aste e cuscinetti carter per motori
diesel.

34. 34
Leganti e Costituenti della seconda fase
Il motivo predominante per cui si sviluppano materiali di lega riguarda
l’aumento della resistenza, della durezza, della resistenza all'usura, allo
strisciamento, allo stress o all’affaticamento. Gli effetti di queste
proprietà sono specifici per i diversi elementi di lega e per le differenti
combinazioni, sono collegati ai loro diagrammi di lega e le microstrutture
e sottostrutture che formano sono il risultato di solidificazione, storia
termo-meccanica, trattamento termico e/o lavorazione a freddo.
La resistenza allo snervamento a trazione dell’alluminio super-puro nel
suo stato ricotto (più morbido) è di circa 10 MPa (1,5 ksi), mentre quelle
di alcune leghe commerciali ad alta resistenza trattate termicamente
supera 550 MPa (80 ksi). Resistenza alte, fino ad un limite di
snervamento di 690 MPa (100 ksi) e oltre, possono essere elaborate
facilmente, ma la resistenza alla frattura di tali leghe non soddisfa livelli
considerati essenziali per gli aerei o di altre applicazioni critiche per la
struttura.

35. 35
Gli elementi che sono più
comunemente presenti nelle
leghe commerciali e
forniscono una maggiore
resistenza soprattutto
quando accoppiate con
incrudimento mediante
lavorazione a freddo o con
trattamento termico, o
entrambi sono: rame,
magnesio,manganese, silicio
e zinco.
Leganti e Costituenti della seconda fase
La Figura 6, mostra le principali leghe di alluminio.

36. 36
Leganti e Costituenti della seconda fase
Questi elementi hanno tutti significativa solubilità solida in alluminio, e in tutti i casi la
solubilità aumenta con l'aumentare della temperatura.
Fig. 7 Costante di solubilità solido binario in funzione della temperatura per gli
elementi di lega più aggiunti all'alluminio

37. 37
Leganti e Costituenti della seconda fase
Per quegli elementi che formano soluzioni solide, l'effetto di
rafforzamento quando l'elemento è in soluzione tende ad aumentare con
l'aumento della differenza del raggio atomico del solvente (Al) e atomi di
soluto (elemento di lega). Questo fattore è evidente nei dati ottenuti da
leghe solido-soluzione binarie super-pure, allo stato ricotto, presentate
nella tabella 8, ma è evidente che altri effetti sono coinvolti, primo fra
tutti è l’incollaggio elettronico. Gli effetti di più soluti in soluzione solida
sono meno additivi e quasi gli stessi quando si ha un soluto con raggio
atomico grande e l'altro con raggio atomico inferiore a quello
dell'alluminio quando entrambi sono sia piccoli o più grandi.
Il Manganese in soluzione solida è altamente efficace nel rafforzare
leghe binarie. Il suo contributo alla resistenza di leghe commerciali è
inferiore, perché in queste composizioni, come risultato di operazioni di
fabbricazione a mulino, il manganese è ampiamente precipitato.

38. 38
Leganti e Costituenti della seconda fase
Le principali leghe che sono rafforzate da elementi di lega in soluzioni
solide (spesso accoppiate con lavorazione a freddo) sono quelle della
serie in alluminio-magnesio, che vanno dal 0,5% al 6wt%Mg. Queste
leghe spesso contengono piccole aggiunte di elementi di transizione,
come il cromo e il manganese, e meno frequentemente di zirconio, per
controllare strutture di grani o sottograni, e impurità del ferro e del silicio
che normalmente sono presenti sotto forma di particelle intermetalliche.
La figura 8 illustra l'effetto del magnesio in soluzione solida sul carico di
snervamento e di rottura per allungamento, maggiore delle leghe
commerciali comuni in alluminio-magnesio.

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Leganti e Costituenti della seconda fase
Costituenti della seconda fase
Elementi e combinazioni che formano prevalentemente costituenti della
seconda fase con relativamente bassa solubilità alla stato solido
comprendono ferro, silicio, magnesio, rame, manganese e cromo, e le
loro combinazioni. La presenza di crescenti frazioni volumetriche delle
fasi del composto intermetallico formato da questi elementi e
l'elementare costituente di silicio formato da silicio durante la
solidificazione o da precipitazioni allo stato solido durante il
riscaldamento post-solidificazione può aumentare la resistenza e la
durezza. I tassi di crescita per unità di peso degli elementi di lega
aggiunti, sono spesso simili ma di solito inferiori a quelli derivanti dalla
soluzione solida. Queste particelle di forma irregolare si formano
durante la solidificazione e si verificano per lo più lungo i bordi di grano
e tra i bracci dendritici. Manganese e cromo sono inclusi nel gruppo di
elementi che formano costituenti prevalentemente di seconda fase,
perché in leghe commerciali hanno una molto bassa solubilità
all’equilibrio solido. In questo caso molte composizioni contengono
manganese, questo perché il ferro e il silicio sono anche presenti e
formano la fase quaternaria Al12 (Fe, Mn) 3Si.

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Leganti e Costituenti della seconda fase
Costituenti della seconda fase
In leghe contenenti rame e manganese, la fase ternaria Al20Cu2Mn3 è
formata. La maggior parte delle leghe in cui il cromo è presente possono
contenere anche magnesio, in modo che durante il riscaldamento dallo
stato solido formino Al12Mg2Cr, che ha anche una costante di solubilità
solida molto bassa. Le concentrazioni di manganese e/o cromo tenuto in
soluzione solida in un lingotto grezzo da colata che è stato rapidamente
solidificato e raffreddato notevolmente dallo stato fuso superano la
solubilità d’equilibrio. La soluzione solida viene così sovra-saturata e
diviene metastabile. Il Preriscaldamento del Lingotto per leghe
commerciali lavorate, contenenti questi elementi, è progettato per
causare la precipitazione allo stato solido della fase complessa
contenente uno o l'altro di questi elementi che è appropriato alla
composizione della lega. Questa precipitazione non causa un
apprezzabile indurimento, né è previsto che dovrebbe. Il suo scopo è
quello di produrre particelle disperse che ritardino o inibiscano la
ricristallizzazione e la crescita di grani nella lega durante riscaldamenti
successivi.

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Leganti e Costituenti della seconda fase
Costituenti della seconda fase
Le particelle precipitate di Al12 (Fe, Mn) 3Si, Al20Cu2Mn3, o
Al12Mg2Cr sono incoerenti con la matrice, e in concomitanza con la
precipitazione del solido originale la soluzione diventa meno
concentrata. Queste condizioni di precipitazione non forniscono
apprezzabile indurimento. Le variazioni di conducibilità elettrica
costituiscono una misura efficace della completezza di queste
precipitazioni che avvengono nel preriscaldamento. Per leghe che
sono composte sia da solido-soluzione e costituenti della seconda fase
e/o precipitati dispersi, tutti questi componenti della microstruttura
contribuiscono alla resistenza, in modo all'incirca additivo. Questo è
mostrato in Fig. 9 per le leghe Al-Mg-Mn allo stato ricotto.

42. 42
Effetti di specifici elementi di lega e impurità
Le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche delle leghe di alluminio
dipende dalla composizione e dalla microstruttura. L'aggiunta di
elementi di alluminio puro selezionato, migliora notevolmente le sue
proprietà e la sua utilità. A causa di questo, la maggior parte delle
applicazioni per l'alluminio utilizzano leghe avente uno o più
integrazioni elementari. Le principali aggiunte di lega, utilizzate con
l'alluminio sono: rame, manganese, silicio, magnesio e zinco. La
quantità totale di questi elementi possono costituire fino al 10% della
composizione della lega (Tutte le percentuali sono espresse in peso
percentuale, salvo diversa indicazione). Gli elementi di impurità sono
anche presenti, ma la loro percentuale totale è di solito inferiore allo
0,15% nelle leghe di alluminio.

43. SELECTED REFERENCES
Alloying : understanding the basics / edited by J.R. Davis.
p. cm.
Includes bibliographical references and index.
1. Alloys. I. Davis, J.R. (Joseph R.)
TA483 .A45 2001
669—dc21 2001053280
ISBN: 0-87170-744-6
SAN: 204-7586
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FACOLTÀ DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
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