Leghe dell ALLUMINIO

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1 Leghe dell ALLUMINIO (versione ottobre 2004) Appunti ad esclusivo uso personale degli studenti del corso di Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni tenuto dall ing. Alberto Colombo presso ITIS VARESE specializzazione meccanici. E vietato l impiego diverso da quanto consentito dalla legge italiana sul copyright (n. 633/41 e succ. mod.) anche la presente pagina deve essere riprodotta nelle copie Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 1 di 12

2 ALLUMINIO Leggero, lucente, duttile, facilmente lavorabile, meccanicamente resistente, buon conduttore del calore e dell elettricità, resistente agli agenti atmosferici. Queste le più importanti proprietà dell alluminio, il metallo più usato dopo l acciaio. Gli usi delle leghe d alluminio sono molto vari. Tra gli impieghi più noti: serramenti a perfetta tenuta, parti pressofuse per mezzi di trasporto, pistoni per motori a scoppio, teste per cilindri e interi blocchi motore, telai di biciclette, ecc. LEGHE LEGGERE Le leghe leggere sono leghe di alluminio con uno o più elementi fra i quali i più usati sono: - rame - silicio - magnesio - manganese - ferro - nichel. Esse hanno massa volumica di norma minore di 3 kg/dm 3, carichi unitari di rottura a trazione e caratteristiche tecnologiche decisamente superiori a quelle dell'alluminio, che possono essere modificate mediante appropriati trattamenti termici. Le leghe leggere dell alluminio si suddividono nelle seguenti due famiglie: 1) leghe leggere da fonderia; 2) leghe leggere da lavorazione plastica. LEGHE DI ALLUMINIO DA FONDERIA DESIGNAZIONE NOME COM- MERCIALE R m N/mm 2 Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 2 di 12 A % IMPIEGO G-Al Cu 12 Termafond C12T 280 1,5 Pistoni G-Al Cu 10 Fe Mg Termafond C10T 320 0,4 Pistoni G-Al Cu 10 Ni Si Mg Tremafond C ,7 Pistoni G-Al Cu 8 Inafond C ,5 Usi generali Pistoni resistenti G-Al Cu 4,6 Mg Ti Inafond C a fatica G-Al Cu 4,5 Inafond C Usi generali G-Al Cu 4 Ni Mg Termafond Y 280 Parti lavorate a 0,5 caldo G-Al Cu 3 Fe Mg Ni Termafond C3 370 Parti lavorate a 2,5 caldo

3 G-Al Si 21 Cu Ni Co Stantufond ,3 Pistoni G-Al Si 14 Cu Ni Mg Termafond Co 245 NT 210 0,3 Pistoni G-Al Si 13 Inafond S Usi generali G-Al Si 12 Ni Mg Cu Termanal Parti lavorate a 0,5 caldo G-Al Si 13 Cu Mn Inafond S ,5 Usi generali G-Al Si 13 Cu 2 Mn Inafond S Usi generali G-Al Si 12 Mn Mg Inafond S Getti con pareti 1,5 sottili G-Al Si 10 Cu Mg Ni Termafond S ,5 Pistoni G-Al Si 9 Mn Mg Inafond S ,5 Usi generali G-Al Si 5,5 Cu Pressofond S5C 200 2,5 Usi generali Buona colabilità G-Al Si 5 Cu Mg Inafond S e saldabilità G-Al Si 4,5 Mn Mg Anticorodal Resistenza alla 1,5 corrosione Fonderia G-Al Si 4 Mn Corrofon S artistica G-Al Si 2 Mn Mg Anticorodal G Usi generali G-Al Mg 10 Corrofond M Usi generali G-Al Mg 7 Corrofond M Usi generali G-Al Mg 5 Corrofond M Usi generali G-Al Mg 3 Corrofond M Usi generali G-Al Zn 5 Fe Inafond Z5F 250 4,5 Buone caratteristiche tecnologiche Cuscinetti G-Al Sn 6 Si Cu Lubral N monoblocco LEGHE LEGGERE DA FONDERIA Le leghe leggere da fonderia, per le loro elevate doti di fusibilità, sono utilizzate per la fabbricazione di getti. Le principali leghe binarie, da cui derivano tutte le altre leghe leggere da fonderia, molte delle quali unificate, sono: - leghe alluminio-silicio; - leghe alluminio-rame; - leghe alluminio-magnesio. Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 3 di 12

4 Leghe alluminio-silicio Diagramma di equilibrio Al Si Con il silicio l'alluminio si mescola completamente, allo stato liquido, dando origine ad una serie di leghe fluidissime, molto usate in fonderia. x 100 HF 0,5% Lega ipoeutettica G - Al Si 9 Mn Mg UNI 3051 Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 4 di 12

5 x 1000 circa HF 0,5% Lega ipoeutettica Al Si con 7% di Si Eutettico [α(al - Si) β(al - Si)] su fondo di soluzione α(al - Si) Date le composizioni in gioco si scrive anche: Eutettico [α(al) - Si] su fondo di soluzione α(al) L'aggiunta del silicio, oltre che la fusibilità, fa aumentare anche il carico di rottura, che raggiunge il massimo con una percentuale di silicio del 12%. x 100 HF 0,5% Lega ipereutettica G - Al Si 13 UNI 4514 Tale lega, come altre con simili percentuali di Si, è utilizzata, per il suo basso punto di fusione (570 C) e per la buona colabilità, per fabbricare getti a pareti sottili. Questa lega e in genere tutte le leghe Al Si con percentuale piuttosto elevata di silicio, durante la colata devono essere sottoposte al trattamento di modificazione. Questo consiste nell'aggiungere alla lega fusa una certa quantità di sodio metallico che affina i grani di silicio, rendendo il getto tenace e resistente. Ciò perché, durante la solidificazione, il silicio della lega solidifica in grani poligonali grossi e duri, che rendono la lega stessa fragile e difficilmente lavorabile. Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 5 di 12

6 Con l'aggiunta del sodio invece, per un meccanismo ancora non del tutto noto, tali cristalli, anziché in grossi poligoni, solidificano in forme minute, che rendono il getto non più fragile e soprattutto lavorabile. x 500 HF 0,5% Lega ipereutettica G - Al Si 13 UNI 4514 Getti colati in conchiglia e in sabbia, senza trattamento di modifica: sono presenti rari cristalli di Si primario in una matrice eutettica α(al ) - Si. Il fondo è costituito da soluzione solida β(al - Si) Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 6 di 12

7 Leghe alluminio-rame Diagramma di equilibrio Cu Al completo Diagramma di equilibrio Al Cu (porzione adiacente alla verticale dell alluminio) Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 7 di 12

8 x 100 HF 0,5% Lega ipoeutettica Gc - Al Cu 12 UNI 3040 Eutettico [α(al - Cu) CuAl 2 ] su fondo di soluzione α(al - Cu) x 500 HF 0,5% Lega ipoeutettica Gc - Al Cu 12 UNI 3040 I1 rame, unito all'alluminio, migliora le caratteristiche meccaniche, la fusibilità, tanto che con tali leghe si possono ottenere getti sottili e di forme complicate. La percentuale massima di rame nell'alluminio può raggiungere anche il 33%, però normalmente non supera il 12%, per impedire che la lega diventi molto fragile. Infatti, con l'aumentare della percentuale di rame, aumentano la durezza, il carico di rottura a trazione e diminuiscono invece l'allungamento e la deformabilità. Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 8 di 12

9 Leghe alluminio-magnesio Diagramma di equilibrio Al Mg I1 magnesio, metallo molto leggero (massa volumica 1,75 kg/dm 3 ), quando è unito all'alluminio, forma una serie di leghe dotate, oltre che di leggerezza, anche di notevole resistenza alla corrosione. Tali leghe, con percentuali di magnesio comprese tra il 2 e il 12%, hanno anche buone caratteristiche meccaniche, suscettibili di modificazione mediante trattamento termico di tempra e rinvenimento. x 100 H 3 PO 4 10% Lega G - Al Mg 10 UNI 3056 [β(al - Mg) Al 3 Mg 2 ] su fondo di soluzione α(al - Mg) Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 9 di 12

10 x 500 H 3 PO 4 10% Lega G - Al Mg 10 UNI 3056 Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 10 di 12

11 LEGHE LEGGERE DA LAVORAZIONE PLASTICA Le leghe leggere da lavorazione plastica sono leghe complesse formate da più elementi, con costituente ponderale prevalente l'alluminio. Hanno massa volumica non maggiore di 3 kg/dm 3. Possono essere lavorate con deformazione plastica a caldo e a freddo, mediante laminazione, estrusione e trafilatura. LEGHE DI ALLUMINIO DA LAVORAZIONE PLASTICA DESIGNAZIONE NOME COM- MERCIALE R m N/mm 2 A % IMPIEGO P-Al Mn 1,2 Aluman Imbutitura P-Al Mg 0,9 Anoxidal 0, Applicazioni decorative P-Al Mg 2,5 Peraluman Parti strutturali P-Al Mg 3,5 Peraluman Applicazioni marine P-Al Mg 4,4 Peraluman Applicazioni marine P-Al Mg 5 Peraluman Applicazioni marine P-Al Si1 Mg Mn Anticorodal Strutture resistenti alla corrosione P-Al Mg Si Anticorodal Applicazioni edilizie Pistoni fucinati o P-Al Si 12 Mg Cu Ni Termanal stampati P-Al Cu 4,4 Si Mn Mg Avional Parti strutturali P-Al Cu 2,5 Mg Si Avional Ribattini P-Al Cu 4 Mg Mn Avional Duralluminio Parti strutturali P-Al Cu 4,5 Mg Mn Avional Parti strutturali P-Al Cu 3,5 Fe Mg Ni Duralite Parti strutturali P-Al Zn 5,8 Mg 2,5 Cu Ergal Strutture fortemente sollecitate 15 P-Al Zn 7,8 Mg 2,5 Cu Ergal Strutture fortemente sollecitate 15 P-Al Cu 5,5 Pb Bi Per C.N. Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 11 di 12

12 Le leghe leggere da lavorazione plastica sono, analogamente alle leghe da fonderia, numerosissime. Possono essere distinte nelle seguenti due grandi famiglie: - leghe da bonifica; - leghe da incrudimento. Leghe da bonifica Sono leghe utilizzate allo stato bonificato, perché tale trattamento esalta tutte le loro caratteristiche meccaniche e tecnologiche. Ad esempio la lega: P-AlCu4MgMn, nota anche con il nome di Duralluminio (dal nome della città tedesca DUREN, dove è stato fabbricato per la prima volta), o con il nome commerciale di Avional 100. Altro esempio lega: P-AlZn5,8Mg2,5Cu, nota con il nome commerciale Ergal 55. Con altre simili, trova largo impiego in parti fortemente sollecitate, ma per le quali occorre una favorevole massa volumica, in campo aeronautico, motociclistico e ciclistico. Da notare il valore relativamente non elevatissimo del carico unitario massimo; il progettista deve comunque prevedere una corretta distribuzione dei carichi sulle varie parti del pezzo, prestando la massima attenzione a pericolosi punti sede di sovrasollecitazioni. Leghe da incrudimento Sono leghe che vengono normalmente impiegate allo stato di durezza controllata e indotta mediante lavorazione plastica (incrudimento). Ad esempio la lega: P - AlMg3,5, nota anche con il nome commerciale di Peraluman 35, utilizzata, per la sua resistenza alla corrosione e per le doti di ottima finitura superficiale, in costruzioni di particolari estetici esposti alle intemperie. LTM - ITIS VARESE esercitazioni di analisi metallografica Atlante metallografico delle leghe di alluminio da fonderia Ettore Di Russo - EDIMET Tecnologia Meccanica ed Esercitazioni LEGHE DELL ALLUMINIO Pagina 12 di 12