Prof. Cristiano Nicolella

Chimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica Applicata

Università di Pisa

Facoltà di Ingegneria

Leghe non ferroseLeghe non ferrose

Chimica Applicata – Materiale Didattico

Leghe non ferroseLeghe non ferroseLeghe non ferroseLeghe non ferrose

Chimica Applicata – Materiale Didattico

Minerali di alluminioMinerali di alluminioMinerali di alluminioMinerali 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.

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PassivazionePassivazionePassivazionePassivazione

� 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.

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Caratteristiche meccaniche dellCaratteristiche meccaniche dellCaratteristiche meccaniche dellCaratteristiche meccaniche dell’’’’alluminioalluminioalluminioalluminio

� 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 proprietàspecifiche.

� 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 alluminioLeghe di alluminioLeghe di alluminioLeghe 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 Leghe non trattabili termicamente Leghe non trattabili termicamente Leghe non trattabili termicamente

� Le leghe non trattabili termicamente leghe non trattabili termicamente leghe non trattabili termicamente 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).

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Leghe Leghe Leghe Leghe AlAlAlAl----SiSiSiSi

� 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 Diagramma di stato Diagramma di stato Diagramma di stato AlAlAlAl----SiSiSiSi

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Leghe trattabili termicamente Leghe trattabili termicamente Leghe trattabili termicamente Leghe trattabili termicamente

� Le leghe trattabili termicamenteleghe trattabili termicamenteleghe trattabili termicamenteleghe 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 Leghe Leghe Leghe AlAlAlAl----CuCuCuCu (I) (I) (I) (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 Leghe Leghe Leghe AlAlAlAl----CuCuCuCu (II)(II)(II)(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 precipitatiDispersione dei precipitatiDispersione dei precipitatiDispersione dei precipitati

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Classificazione delle leghe di alluminioClassificazione delle leghe di alluminioClassificazione delle leghe di alluminioClassificazione 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).

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