Leghe metalliche non ferrose

ITIS “G. Galilei” AREZZO
TECNOLOGIE MECCANICHE DI PROCESSO E DI PRODOTTO
LEGHE METALLICHE NON FERROSE
CLASSE 3° MECCANICI
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LEGHE METALLICHE NON FERROSE
Leghe metalliche non ferrose
leghe metalliche realizzate con metalli diversi dal ferro
Metalli non ferrosi:
3
• pesanti
massa volumica > 5 kg/dm
rame, piombo, nichel, stagno, cromo, zinco, oro, argento
3
• leggeri
massa volumica 2 ÷ 5 kg/dm
alluminio, titanio
3
• ultraleggeri
massa volumica < 2 kg/dm
magnesio
RAME E LEGHE DEL RAME
Il rame è un metallo di colore rosso usato fin dal 4000 a.C. perché reperibile allo stato nativo (puro allo stato naturale) oltre che
combinato.
Principali caratteristiche:
• temperatura di fusione Tf = 1083 °C
3
• elevata massa volumica ( r = 8,94 kg/dm )
• discreta resistenza meccanica anche a bassa temperatura ( Rm = 220 ÷ 430 MPa; E = 130000 MPa )
-9
• ottima conducibilità elettrica (resistività elettrica r = 17,24 x 10 Wm )
• ottima conducibilità termica (conduttività termica k = 391 MW/mK )
• elevata resistenza alla corrosione (in aria forma una pellicola di ossido o di carbonati che “passivano” il materiale, cioè
impediscono ulteriori reazioni chimiche e quindi anche la corrosione)
• buona plasticità (allungamento percentuale a rottura A = 30% )
• buona saldabilità
• buona truciolabilità
• buona fondibilità
• possibilità di riciclaggio totale
Il rame è riciclabile al 100%
mantiene le proprietà chimico-fisiche-tecnologiche e quindi non ha limitazioni di uso
rame in uso proviene dal riciclaggio (anche di quello dell’antichità)
buona parte del
Leghe del rame
Leghe di rame
rame come elemento fondamentale di lega in quantità > 50%
1) da lavorazione plastica
P
Designazione convenzionale delle leghe di rame:
2) da fonderia
G
1) Leghe di rame da deformazione plastica
Si distinguono in:
a)
Leghe allo stato grezzo di fusione
EX:
elemento di alligazione
P – Cu Zn 28 Sn 1 UNI 6400
deformazione
plastica
%Zn %Sn
elemento fondamentale di lega
questa lega è un ottone, perché l’elemento di lega è lo zinco
(primo elemento elencato dopo il rame) con 28% di Zn e 1%
di Sn
b) Leghe allo stato di semilavorati
si distinguono in base la
metodo di ottenimento
EX:
Ps – Cu Zn 40 UNI 4891
%Zn
metodo di ottenimento: elemento fondamentale di lega
Ps = stampati
Pf = fucinati
categorie Pe = estrusi
Pl = laminati
Pt = trafilati
questa lega è un ottone, perché l’elemento di lega è lo zinco
(primo elemento elencato dopo il rame) con 40% di Zn
2) Leghe di rame da fonderia
Secondo lo stato di finitura si distinguono in:
a)
Leghe allo stato di pani
EX:
rifuse per ottenere getti
G – Cu Sn 10 UNI 7013
%Sn
getti (fonderia) elemento fondamentale di lega
questa lega è un bronzo, perché l’elemento di lega è lo
stagno (primo elemento elencato dopo il rame) con 10%
di Sn
b) Leghe allo stato di getti
EX:
Gs – Cu Sn 12 UNI 7013
%Sn
tecnica di
elemento fondamentale di lega
ottenimento:
Gs = getti colati in sabbia
Gc = getti colati in conchiglia
categorie Gd = getti colati a pressione
Gcf = getti colati in centrifuga Gct = getti colati in continua
questa lega è un bronzo, perché l’elemento di lega è lo stagno
(primo elemento elencato dopo il rame) con 12% di Sn
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Tipi di leghe di rame
OTTONE
Lega binaria di rame + zinco
(Cu = metallo di base; Zn = elemento fondamentale di lega, Zn < 45%)
Ottoni binari
solo rame + zinco
freddo e a caldo
facilmente deformabili a
Ottoni speciali
rame + zinco + altri elementi
caratteristiche
degli ottoni binari elevate dalla presenza degli elementi di
alligazione (Pb, Sn, Al)
Caratteristiche degli ottoni: buone proprietà meccaniche; ottima resistenza alla corrosione; buona lavorabilità alle macchine utensili;
buona lavorabilità per deformazione plastica (estrudibili, stampabili, forgiabili, trafilabili); buona fondibilità.
Impieghi degli ottoni: elettricità (apparecchiature elettriche, interruttori, contatti, portalampada); autotrasporti (radiatori per veicoli, impianti
elettrici); settore marino (scambiatori di calore, piastre); munizionamento (bossoli); idrosanitaria (rubinetti, valvole, radiatori, tubazioni);
industria chimica (scambiatori); industria meccanica (bulloni, viti, ingranaggi, minuterie metalliche); edilizia e arredamento (cerniere,
serramenti, elementi di mobili, maniglie); monetazione e simili (monete, targhe, medaglie, decorazioni); strumenti musicali (gli ottoni).
BRONZO
Lega binaria di rame + stagno
(Cu = metallo di base; Sn = elemento fondamentale di lega, Sn = 2 ÷ 30 %)
Bronzi binari
solo rame + stagno
sottoposti a deformazioni
plastiche, contengono piccole quantità di fosforo
Bronzi speciali
rame + stagno + altri elementi
caratteristiche
dei bronzi binari elevate dalla presenza degli elementi di
alligazione (Pb, Zn, Cd)
Caratteristiche dei bronzi: ottima resistenza alla corrosione; buone caratteristiche meccaniche; basso coefficiente di attrito; buona
lavorabilità per deformazione plastica (estrudibili, stampabili, forgiabili, trafilabili); ; buona fondibilità; costo elevato.
Impieghi del bronzo: cuscinetti (bronzine, particolari meccanici con basso attrito radente), lavorazioni di fusione in getti (corpi per valvole,
rubinetti, corpi per ruote dentate, campane); monete; medaglie; sculture (statue); strumenti musicali (piatti per batteria, piatti per
orchestra, trombe, sax).
CUPRALLUMINI (detti anche bronzi all’alluminio)
Leghe binarie di rame + alluminio (Cu = metallo di base; Al = elemento fondamentale di lega, Al = 6 ÷ 12 %) + eventuali altri elementi (Fe
– migliora Rm; Ni – migliora E e resistenza a corrosione; Mn – stabilizza la struttura cristallina).
Caratteristiche dei cuprallumini: resistenza alla corrosione, alla cavitazione, all’erosione, all’ossidazione, all’usura; buone proprietà
meccaniche; buona saldabilità.
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CUPRONICHEL (detti anche bronzi al nichel)
Leghe binarie di rame + nichel (Cu = metallo di base; Ni = elemento fondamentale di lega, Ni = 10 ÷ 30 %) + eventuali altri elementi (Mn e
Fe – migliorano Rm, resistenza all’erosione, lavorabilità).
Caratteristiche dei cupronichel: elevata resistenza alla corrosione e all’erosione, anche in acqua di mare.
ALPACCHE (dette anche leghe bianche, nichel-silver, argentana, nichelina, costantana)
Leghe terziarie di rame + nichel + zinco (Cu = metallo di base, Cu = 50 ÷ 70 %; Ni = elemento fondamentale di lega, Ni = 10 ÷ 18 %; Zn =
elemento fondamentale di lega, Zn = la restante %).
Caratteristiche delle alpacche: buona resistenza alla corrosione; buone proprietà meccaniche; buona lavorabilità; ottima deformabilità
plastica; facilmente lucidabili e argentabili.
ALLUMINIO E LEGHE DELL’ALLUMINIO
L’alluminio è un metallo di colore bianco-argenteo, usato dalla fine del 1800.
Principali caratteristiche:
• temperatura di fusione Tf = 660 °C
3
• bassa massa volumica ( r = 2,7 kg/dm )
• bassa resistenza meccanica ( Rm = 70 MPa; E = 67500 MPa )
migliorano molto nelle leghe di alluminio
-9
• elevata conducibilità elettrica (resistività elettrica r = 27,2x10 Wm )
• elevata conducibilità termica (conduttività termica k = 237 W/mK )
• buona resistenza alla corrosione (con l’ossigeno forma una pellicola di ossido che impedisce ulteriori reazioni chimiche e quindi
lo protegge superficialmente)
• buona plasticità (allungamento percentuale a rottura A = 50% ), e quindi buona deformabilità (laminabile, trafilabile, estrudibile,
piegabile, imbutibile, stampabile)
• buona truciolabilità
• buona saldabilità
• buona fondibilità
• possibilità di riciclaggio totale
Metallurgia dell’alluminio
Il minerale più importante per la produzione industriale dell’alluminio è la bauxite, che è un insieme di ossidi idrati tra cui l’allumina Al2O3.
Le principali fasi del processo di ottenimento dell’alluminio sono tre:
fase 1:
produzione dell’allumina dalla bauxite
fase 2:
riduzione dell’allumina ad alluminio primario
fase 3:
raffinazione dell’alluminio primario
Classificazione dell’alluminio
Alluminio puro tecnico
alluminio da lavorazione plastica P
1) alluminio primario ALP
Tipi di alluminio puro tecnico
(metallo puro al 99,0 ÷ 99,8 %)
alluminio da fonderia G
G–ALP
alluminio da lavorazione plastica P
2) alluminio secondario ALS
P–ALP
metallo di prima fusione
riciclato da rottami
alluminio da fonderia G
G–ALS
P–ALS
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Impieghi dell’alluminio puro tecnico:
• elementi di strutture poco sollecitati
• scambiatori e utensili da cucina (discreta conduttività termica)
• industria elettrica (elevata conduttività elettrica)
• involucri e scatolame (leggerezza)
• industrie chimiche ed alimentari (resistenza alla corrosione)
• edilizia, arredamenti, infissi (aspetto estetico)
• pannelli, coperture, fasciami di serbatoi (elevata resistenza agli
agenti atmosferici)
Leghe dell’alluminio (o leghe leggere)
Leghe di alluminio
alluminio come elemento fondamentale di lega in quantità > 50%; massa volumica < 3 kg/dm
3
leganti = formano leghe binarie (Al + 1 legante) o leghe complesse (Al + più leganti)
Cu; Si; Mg; Zn; Mn; Li
Elementi che formano leghe con l’alluminio:
correttivi
affinazione grano, neutralizzazione impurità, miglioramento lavorabilità,
incremento caratteristiche meccaniche
Fe; Ni; Ti; Sn; Cr; B; Zr
Classificazione delle leghe di alluminio in base a:
a) impiego generale
leghe da lavorazione plastica o leghe da fonderia
b) composizione chimica
in base al legante che conferisce le particolari proprietà
classi di leghe ed effetto dell’elemento di lega:
• Leghe Al-Cu (Al-Cu-Mg, Al-Cu-Si): piccole percentuali di Cu aumentano la resistenza meccanica
• Leghe Al-Si (Al-Si-Mg, Al-Si-Cu): migliora la colabilità e la resistenza meccanica
• Leghe Al-Mg (Al-Mg-Mn, Al-Mg-Si): migliora la resistenza alla corrosione, l’attitudine alle lavorazioni plastiche e all’utensile
• Leghe Al-Zn:
migliora la resistenza meccanica e la lavorabilità
• Leghe Al-Mn (Al-Mn-Mg): buone proprietà meccaniche e buona deformabilità plastica
• Leghe Al-Li:
diminuisce la massa volumica
• Leghe Al-Sn:
hanno proprietà antifrizione
• Leghe Al-Mn-Ni: elevate proprietà ad alta temperatura
c) attitudine al trattamento termico di bonifica
leghe bonificabili (adatte ad essere indurite attraverso la bonifica) o leghe non bonificabili
d) attitudine al trattamento meccanico di incrudimento
leghe da incrudimento (resistenza e durezza possono essere incrementate solo
attraverso incrudimento) o leghe non da incrudimento
e) impiego specifico
classi di leghe:
• Leghe per usi generali
• Leghe resistenti alla corrosione
● Leghe resistenti a caldo
● Leghe per usi speciali
Designazione convenzionale delle leghe di alluminio:
1) Leghe per lavorazione plastica
P
A) In base alla destinazione di uso
2) Leghe per getti
G
1) Ps = semilavorati stampati; Pf = semilavorati fucinati; Pe = semilavorati estrusi;
Pl = semilavorati laminati; Pt = semilavorati trafilati
B) In base alla destinazione di uso
2) Gs = getti colati in sabbia; Gc = getti colati in conchiglia; Gd = getti colati a pressione;
Gcf = getti colati in centrifuga; Gct = getti colati in continua
1) Leghe di prima qualità o primarie
ottenute da materie prime
nessun prefisso davanti
C) In base alla qualità
2) Leghe di seconda qualità o secondarie
ottenute da riciclaggio
prefisso S
1) composizione qualitativa
nella sigla ci sono solo i simboli chimici degli elementi di lega, ma non le
loro percentuali
EX: SG–AlCu ; Gc–AlCu ; Pt–AlSi
D) In base alla composizione
2) Composizione quantitativa
nella sigla ci sono solo i simboli chimici degli elementi di lega seguiti
dalle loro percentuali
EX: G–AlSi7 ; G–AlCu3Ni