Università di Pisa
Facoltà di Ingegneria
Leghe non ferrose
Chimica Applicata
Prof. Cristiano Nicolella
Leghe non ferrose
Chimica Applicata – Materiale Didattico
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.
Chimica Applicata – Materiale Didattico
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.
Chimica Applicata – Materiale Didattico
Caratteristiche meccaniche dell’
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.
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Leghe di alluminio
Le leghe di alluminio si suddividono in due
grandi categorie:
leghe non trattabili termicamente;
leghe trattabili termicamente.
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Leghe non trattabili termicamente
Le leghe non trattabili termicamente sono quelle a base di AlMn, 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).
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Leghe AlAl-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.
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Diagramma di stato AlAl-Si
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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.
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Leghe AlAl-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.
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Leghe AlAl-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
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Dispersione dei precipitati
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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
2XXX
3XXX
4XXX
5XXX
6XXX
7XXX
8XXX
alluminio con purezza minima del 99%
Leghe Al-Cu
Leghe Al-Mn
Leghe Al-Si
Leghe Al-Mg
Leghe Al-Mg-Si
Leghe Al-Zn
Leghe Al con altri elementi
Le leghe 5000 e 6000 sono quelle a più elevata resistenza alla
corrosione (nome commerciale Peraluman e Anticorodal
rispettivamente).
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Proprietà
Proprietà meccaniche delle leghe di alluminio
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