Università di Pisa Facoltà di Ingegneria. Leghe non ferrose. Chimica Applicata. Prof. Cristiano Nicolella

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Stefano Gasparini
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1 Università di Pisa Facoltà di Ingegneria Leghe non ferrose Chimica Applicata Prof. Cristiano Nicolella

2 Leghe non ferrose

3 Minerali di alluminio L alluminio è uno degli elementi più abbondanti sulla crosta terrestre, ma, essendo prevalentemente in forma combinata, i suoi minerali debbono essere sottoposti a processi di riduzione per estrarre l alluminio metallico. Il minerale più diffuso è la bauxite che viene purificata attraverso il processo Bayer per produrre allumina ad elevata purezza, dalla quale si ricava alluminio puro a seguito di elettrolisi.

4 Passivazione L alluminio, avendo un elevata affinità con l ossigeno, tende a formare superficialmente un rivestimento di ossido, di pochi strati atomici di spessore, particolarmente protettivo nei confronti di un ulteriore ossidazione. La resistenza alla corrosione può essere accresciuta attraverso il processo di anodizzazione, nel corso del quale il componente in alluminio agisce da anodo in una cella elettrolitica. L ossigeno, che nel corso del processo si libera all anodo, incrementa attivamente lo spessore dello strato protettivo superficiale.

La resistenza alla corrosione può essere accresciuta attraverso il processo di anodizzazione, nel corso del quale il componente in

5 Caratteristiche meccaniche dell alluminio La scarsa resistenza meccanica dell alluminio puro ne limita l applicazione tal quale, ma notevole interesse rivestono le sue leghe, particolarmente in virtù delle loro proprietà specifiche. La cristallizzazione in un reticolo cubico a facce centrate, inoltre, garantisce il mantenimento di una buona duttilità, anche a basse temperature. Un grave difetto è invece la bassa temperatura di fusione (circa 660 C) che ne limita notevolmente la temperatura massima di utilizzo.

La cristallizzazione in un reticolo cubico a facce centrate, inoltre, garantisce il mantenimento di una buona duttilità, anche a

6 Leghe di alluminio Le leghe di alluminio si suddividono in due grandi categorie: leghe non trattabili termicamente; leghe trattabili termicamente.

7 Leghe non trattabili termicamente Le leghe non trattabili termicamente sono quelle a base di Al- Mn, Al-Mg ed Al-Si e possono essere rafforzate per soluzione solida o per lavorazione a freddo (incrudimento). Il manganese entra in soluzione solida nel reticolo dell alluminio solo in quantità limitate (circa 1,25%); il magnesio, invece, entra in soluzione solida in quantità più significative (circa 10% in peso) inducendo un considerevole rafforzamento per soluzione solida. Il silicio forma un eutettico con l alluminio ed incrementa la fluidità dell alluminio fuso, rendendo le leghe Al-Si particolarmente idonee al getto in stampo. Le leghe più usate contengono circa il 10-13% in peso di silicio, cioè in prossimità del punto eutettico (commercialmente questo prodotto viene chiamato Silumin).

Il manganese entra in soluzione solida nel reticolo dell alluminio solo in quantità limitate (circa 1,25%); il magnesio, invece, entra in soluzione solida in quantità più significative (circa 10% in

8 Leghe Al-Si La miscela eutettica tende però a generare al raffreddamento una microstruttura a grani grossolani, abbastanza fragile. L addizione alla lega fusa di piccole quantità di sodio porta ad una struttura a grani fini, più duttile e resistente. L aggiunta di sodio induce un ulteriore spostamento della composizione e temperatura eutettica.

L addizione alla lega fusa di piccole quantità di sodio porta ad una struttura a grani

9 Diagramma di stato Al-Si

10 Leghe trattabili termicamente Le leghe trattabili termicamente sono a base di Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Mg-Si, Al-Zn-Cu, Al-Li e rispondono positivamente ad un trattamento di rafforzamento per precipitazione. Il miglioramento delle loro resistenze meccaniche deriva da una distribuzione omogenea di fini precipitati di una seconda fase, solubilizzazione del soluto, tempra ed invecchiamento. Gli alliganti più attivi (Cu, Li, Zn) presentano un elevata solubilità allo stato solido nell alluminio ad alta temperatura.

Il miglioramento delle loro resistenze meccaniche deriva da una distribuzione omogenea di fini precipitati di una seconda fase,

11 Leghe Al-Cu (I) Un tipico esempio di questo tipo di leghe è rappresentato dal duralluminio, contenente 4,5% in peso di Cu, 0,5-1% di Mg e 0,5% di Mn. Il diagramma di stato Al-Cu mostra come, tra 500 e 580 C, la lega sia monofasica, essendo presente la soluzione solida costituzionale α.

12 Leghe Al-Cu (II) Al di sotto dei 500 C, la composizione del duralluminio entra nel campo bifasico α + CuAl2 (composto intermedio θ). I grani di composto intermedio si separano a bordo di grano, ove si accrescono generando pochi precipitati di grandi dimensioni: questa disposizione ed il loro numero limitato non sono particolarmente efficaci a limitare il moto dislocativo e, pertanto, la lega presenta una bassa resistenza. Attraverso il trattamento di solubilizzazione, tempra ed invecchiamento (si esegue riscaldando la lega temprata a 150 C per parecchie ore) si ha la comparsa di fini precipitati di CuAl2 distribuiti omogeneamente all interno ed ai bordi di grano

limitato non sono particolarmente efficaci a limitare il moto dislocativo e, pertanto, la lega presenta una bassa resistenza.

13 Dispersione dei precipitati

14 Classificazione delle leghe di alluminio La classificazione internazionale prevede un sistema di quattro cifre di cui la prima indica il principale elemento alligante, secondo questo indice: 1XXX alluminio con purezza minima del 99% 2XXX Leghe Al-Cu 3XXX Leghe Al-Mn 4XXX Leghe Al-Si 5XXX Leghe Al-Mg 6XXX Leghe Al-Mg-Si 7XXX Leghe Al-Zn 8XXX Leghe Al con altri elementi Le leghe 5000 e 6000 sono quelle a più elevata resistenza alla corrosione (nome commerciale Peraluman e Anticorodal rispettivamente).

Al-Cu 3XXX Leghe Al-Mn 4XXX Leghe Al-Si 5XXX Leghe Al-Mg 6XXX Leghe Al-Mg-Si 7XXX Leghe Al-Zn 8XXX Leghe Al con altri

15 Proprietà meccaniche delle leghe di alluminio

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