Leghe Alluminio

CARATTERISTICHE DELLE PRINCIPALI LEGHE DI ALLUMINIO

Leghe alluminio serie 1000

In questa serie vi sono due categorie di metallo: i “raffinati” e gli altri, quali l’alluminio 1050° ed il 1200. I “raffinati”: 1199 e 1198 con titolo pari a 99,98% fino a 99,999%: A seconda del titolo, sono utilizzati nella fabbricazione di condensatori elettrici (metallo “etchè”), di parabole per l’illuminazione(qualità speciali), in applicazioni decorative nell’edilizia, nell’imballaggio di lusso (cosmetici e profumi). Il metallo è frequentemente anodizzato.

Il metallo 1050° , avente titolo superiore a 99,50% è quello più usato. Esso rappresenta un buon compromesso tra i valori di resistenza meccanica, l’idoneità alla deformazione plastica e la proprietà dell’aspetto. I campi dell’applicazione sono molteplici: imballaggio, edilizia, caldaie ria, lattone ria, alette e tubi per scambiatori di calore, conduttori elettrici, etc.

L’alluminio 1200, con titolo tra 99 e 99,5%, sostituisce il 1050° allorchè la plasticità è sufficiente a soddisfare l’impiego voluto (imballaggio, dischi per usi casalinghi e culinari, etc.).

Leghe alluminio serie 2000

L’elemento di addizione più importante in questa serie è il rame,seguito dal magnesio e dal silicio. I criteri generali per la scelta di questa serie sono:

  • La resistenza meccanica allo stato T6,
  • La bassa velocità di propagazione delle fessurazioni allo stato T4,
  • La resistenza e tenuta di calore,
  • La buona lavorabilità alle macchine utensili.

Semplificando, possiamo individuare in questa serie tre gruppi di leghe. Esse sono utilizzate:

ALLO STATO TEMPRATO E INVECCHIATO T4 O T451

La 2017A presenta una resistenza meccanica media e di buona lavorabilità all’utensile. Questa lega è molto utilizzata nelle applicazioni meccaniche (prodotti estrusi o lastre di grosso spessore).

La 2024, con tenore in magnesio più elevato, è una variante migliorativa della 2017°. Essa presenta caratteristiche meccaniche superiori, una buona tenacità ed una buona resistenza alla propagazione delle cricche. Le sue applicazioni sono da ricercarsi prioritariamente in campo aeronautico: lastre sottili e medie (stato T351) e prodotti estrusi.

La 2124 T351 è una variante della 2024 e la sua base (1080) è meno carica in ferro e silicio. Presenta una tenacità migliore rispetto alla 2024.

ALLO STATO RINVENUTO T6 (T651) O T8 (T851)

La 2014, con tenore in silicio più elevato (0,50 a 1,20%), presenta allo stato T6 caratteristiche meccaniche particolarmente elevate. Viene impiegata in campo aeronautico ed in varie applicazioni meccaniche.

La 2214 è una variante della 2014 con un tenore in ferro più basso. Ciò migliora la tenacità e la resistenza alla propagazione delle cricche nelle lastre a grosso spessore per l’aeronautica. E’ indicata nelle applicazioni meccaniche e, in particolare, nella fabbricazione dei tamburi per i magnetoscopi.

La 2024 allo stato T8 presenta, sui prodotti di forte spessore, u buon livello di resistenza meccanica. La resistenza alla corrosione intergranulare è soddisfacente per i semilavorati con spessori inferiori a 10 millimetri. Una operazione di incrudimento, a metà strada tra la tempra ed il rinvenimento, aumenta ulteriormente la resistenza meccanica (stato T8). I principali campi d’applicazione sono l’aeronautica ed il militare.
Ulteriori aggiunte di ferro, nichel, manganese e vanadio garantiscono buone caratteristiche meccaniche a temperatura compresa tra 100° e 300°C. le leghe 2618° e 2219 allo stato T6 presentano una buona stabilità a caldo ed allo scorrimento fino a 100/150°C.

La 2618A è utilizzata nelle costruzioni aeronautiche (il Concorde, ad esempio) ed in applicazioni meccaniche.

La 2219 è la lega industriale con il più elevato tenore di rame: 6% con aggiunta di manganese, vanadio, zirconio, titanio. Dopo la tempra, una operazione di incrudimento permette di aumentare il livello delle caratteristiche meccaniche. La lega è utilizzata agli stati fisici T3, T6, T8 e offre buone prestazioni:

  • Resistenza allo scorrimento ed alla trazione a temperature di 200 – 300°C,
  • Buone caratteristiche meccaniche alle temperature criogeniche,
  • Saldabilità all’arco(MIG e TIG),
  • Resistenza alla corrosione sotto tensione allo stato T6.

E’ utilizzata per costruire e saldare i serbatoi dei razzi propulsori aerospaziali.

Infine, aggiunte di piombo e/o bismuto, conferiscono alla lega buona lavabilità all’utensile, facilitando la frammentazione dei trucioli, così come avviene per le leghe 2011 e 2030.
Ricordiamo che, eccezione fatta per la 2219, queste leghe non sono saldabili con i tradizionali sistemi MIG e TIG. Esse presentano, inoltre, una mediocre resistenza alla corrosione. Pertanto devono essere ben protette se utilizzate in ambiente umido o, a maggior ragione, aggressivo.

Leghe alluminio serie 3000

Le leghe industriali della serie 3000 contengono 1-1,5% di manganese. Questo elemento migliora sensibilmente le caratteristiche meccaniche dell’alluminio puro. La resistenza meccanica viene incrementata da 40 a 50 Mpa, pur mantenendo una buona deformabilità plastica.

La lega più rappresentativa di questa serie è la 3003 . L’addizione di rame fino allo 0,20% aumenta ulteriormente la resistenza meccanica, quella del ferro allo 0,70% facilita l’ottenimento di una struttura a grani fini.

Come per tutte le leghe di questa serie, è allo stato ricotto “O” che si raggiungono le migliori caratteristiche di deformazione plastica.

Le principali applicazioni si incontrano nell’edilizia (rivestimenti, lattone ria), nella caldaie ria, nei tubi per scambiatori termici, nei dischi per pentolame e così via.

La lega 3103 è una variante della 3003, senza rame.

La lega 3004 con una addizione complementare di magnesio pari all’1% circa, presenta caratteristiche meccaniche migliori pur conservando le proprietà generali della 3003. E’ utilizzata soprattutto per produrre contenitori (barattoli per conserve), i dischi per pentole, nell’edilizia (prodotti laccati).

Le leghe 3005 e 3105 presentano caratteristiche meccaniche e di plasticità con valori intermedi tra la 3003 e la 3004. Sono utilizzate in edilizia,lattone ria, cldaieria, e per produrre cpsule e dispersori di calore.

Leghe alluminio serie 4000

Siamo in presenza di due categorie di leghe:

  • Quelle con tenori in silicio minori del 2%, con o senza aggiunta di manganese, rappresentate dalle leghe 4006 e 4007. Esse sono lavorate allo stato ricotto e sono principalmente impiegate nella fabbricazione di pentole smaltate. La ricottura dello smalto, effettuata a 550 gradi centigradi circa e per un tempo molto breve, seguita da un raffreddamento rapido, induce un leggero effetto di solubilizzazione e di tempera sufficiente ad incrudire il metallo.
  • Quelle ad elevato tenore di silicio, nell’ordine del 5-15% con altre ulteriori addizioni e rappresentate dalle leghe 4004, 4104, 4043° ed altre. Queste leghe sono laminate in abbinamento ad altre leghe della serie 3000 e 6000. Si realizza in tal modo un prodotto laminato bimetallico. Questi semilavorati sono impiegati nella brasatura degli scambiatori termici per l’automobile, nella fabbricazione dei contenitori di liquefazione dei gas naturale, etc. Per la saldatura TIG e MIG si utilizza un filo d’apporto in lega 4043°.

Leghe alluminio serie 5000

Le caratteristiche meccaniche delle leghe di questa serie aumentano con l’aumentare del tenore di magnesio. Le leghe usate industrialmente ne contengono fino al 5%. Tenori superiori comprometterebbero la stabilità della lega, soprattutto sotto l’effetto della temperatura. La permanenza della lega in temperatura provoca la precipitazione, ai bordi dei grani, del composto intermetallico Al3Mg2.
Allorchè le applicazioni lo richiedano, è possibile effettuare trattamenti termici di stabilizzazione per le leghe contenenti più del 3% di magnesio (stati fisici H3X, H116).

Le leghe della serie 5000 contengono altri elementi d’addizione quali il manganese, il cromo, il titanio: Essi hanno l’effetto di aumentare la resistenza meccanica e, o, di migliorare alcune proprietà quali la resistenza alla corrosione, la saldabilità ed altre ancora.

Queste leghe sono caratterizzate da:

  • Una buona attitudine alla saldatura, eccezione fatta per le leghe contenenti magnesio da 1,8 a 2,2%. La resistenza meccanica della zona saldata, in particolare in corrispondenza del cordone di saldatura, è pressoché analoga a quella misurata sul materiale di base, allo stato ricotto,
  • Un buon comportamento alle basse temperature,
  • Una buona resistenza alla corrosione, anche sui materiali saldati.

I trattamenti della superficie, quali la brillantatura o l’anodizzazione, conferiscono a queste leghe un aspetto superficiale molto bello, soprattutto se la lega è a basso contenuto di ferro e di silicio, com’è il caso della lega 5657, prodotta a partire da un alluminio 1080.

Le leghe principali di questa serie sono:

  • La 5005, con lo 0,60% di magnesio, che sostituisce l’alluminio 1050° e 1200 allorchè siano richieste buone caratteristiche meccaniche. Anodizzata o preverniciata in nastri, questa lega è molto utilizzata nell’edilizia (rivestimenti di facciate,etc.).
  • La 5657 è una variante della 5005, ottenuta da una base di alluminio più puro (1085). Essa permette di ottenere le “Qualità Speciali” utilizzate per contenitori di profumi, per la cosmetica di lusso, per le parabole d’illuminazione, per le decorazioni.
  • La 5052, con il 2,5% di magnesio e con una aggiunta di cromo, offre un buon compromesso tra resistenza meccanica, deformabilità plastica, resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica. E’ molto utilizzata, allo stato fisico H28, per fabbricare contenitori per alimenti e per altri impieghi come caldaie, carrozzerie industriali, pannelli stradali, etc.
  • La 5049, senza cromo ma con manganese, è una variante della 5052 ed è molto utilizzata per i dispersori di calore e per la caladaieria.
  • Le leghe 5454, 5754 e 5154°, che contengono dal 2,5 al 4% di magnesio, con addizioni minori di manganese e cromo, soo molto utilizzate nell’edilizia, nei cantieri, nei veicoli industriali e civili, nell’industria meccanica. La 5154° è molto utilizzata per produrre rivetti e, in filo molto sottile, per fabbricare zanzariere, oltre che per fili coassiali.
  • La 5086 e la 5083, con magnesio dal 3 al 5% e addizioni di cromo e manganese, presentano le migliori caratteristiche tra i semilavorati laminati della serie 5000, anche alle temperature criogeniche. Garantiscono inoltre una buona saldabilità e una interessante tenuta alla corrosione, soprattutto in ambiente marino. Sono molto utilizzate nelle costruzioni navali ed industriali in genere.
  • La 5383, che contiene anch’essa magnesio dal 4 al 5%, si differenzia dalle precedenti per un alto tenore in manganese (0,70%) ed un basso tenore in ferro. Rispetto alle leghe 5086 e 5083, questa nuova lega presenta, dopo saldatura, caratteristiche ancora migliori. Ciò dovrebbe assicurarle importanti sviluppi nelle costruzioni navali e nella caldaie ria.
  • La 5182, contenente dal 4 al 5% di magnesio ma con tenori bassi in ferro e silicio, presenta allo stato ricotto un buon compromesso tra resistenza meccanica e deformabilità. Essa è utilizzata per produrre rinforzi interni nelle carrozzerie auto. Preverniciata ed allo stato fisico H28, conserva un buon valore di resistenza meccanica ed una residua buona deformabilità, tale da essere utilizzata per fabbricare i coperchi delle lattine per bevande.
  • La 5019, al 5% di magnesio, è soprattutto utilizzata per applicazioni specifiche quali il filo per rivetti, le piattine per le cerniere lampo e le graffette per insaccati alimentari.

Leghe alluminio serie 6000

I due elementi caratteristici della lega sono il magnesio ed il silicio. Le caratteristiche delle leghe di questa serie sono:

  • Buona lavabilità a caldo per laminazione, estrusione, forgiatura,
  • Buona resistenza alla corrosione in generale ed a quella atmosferica in particolare,
  • Buone caratteristiche meccaniche, migliorabili sia con l’aggiunta di silicio (oltre il valore stechiometrico per cui si ottiene la precipitazione del composto Mg2Si indurente), sia con l’aggiunta di rame,
  • Buona attitudine alle lavorazioni plastiche (coniatura dei profili, imbutitura dei laminati) allo stato”O” e, un po’ meno, allo stato T4,
  • Buona saldabilità all’arco ed alla saldobrasatura,
  • Bell’aspetto superficiale dopo la brillantatura o anodizzazione.

Queste prerogative spiegano l’enorme sviluppo delle applicazioni di questa serie, in particolare per produrre minuterie metalliche.
Queste leghe sono disponibili:

  • In semilavorati estrusi per le 6005°, 6106, 6056, 6060, 6262,
  • In semilavorati estrusi e trafilati per le 6061 e 6082.

La 6060 è la lega da estrusione per eccellenza. Essa permette di ottenere forme assai complesse. Può essere temprata direttamente all’uscita della pressa (stato fisico T5). Esistono numerose varianti che si differenziano tra di loro per tenori diversi di magnesio e silicio, con eventuali addizioni di rame o cromo. L’obiettivo è di migliorare una o l’altra proprietà , oppure di ottimizzare un insieme di caratteristiche,quali la facilità di estrusione, l’aspetto della superficie, la migliore passibilità della anodizzazione, le caratteristiche meccaniche, etc.

La 6005A presenta una buona estrudibilità ed è temperabile all’uscita della pressa. Allo stato T5 presenta una resistenza meccanica di 290 Mpa, oltre ad un’ottima tenacità. Può quindi essere utilizzata come elemento strutturale nei veicoli industriali, nelle costruzioni ferroviarie, negli impianti meccanici, etc.

La 6106 è una lega da estrusione elaborata da Pechiney per numerose applicazioni in struttura leggera. Ha buone caratteristiche di estrudibilità, di temprabilità all’uscita della pressa e buone caratteristiche meccaniche con Rm pari a 265 Mpa, valore intermedio tra quello delkla 6060 e quello della 6005°

La 6056 allo stato T6 presenta le più alte caratteristiche meccaniche di tutta la serie: Rm tra 450 e 470 Mpa. È utilizzata come rinforzo delle portiere delle automobili.

La 6262, con aggiunta di piombo o bismuto, è una lega da lavorazione per macchine utensili.

La 6082 allo stato fisico T6 presenta un Rm da 320 a 340 Mpa. Come la 6005°, è molto utilizzata nei veicoli industriali, nelle costruzioni ferroviarie e navali, nelle applicazioni meccaniche in genere e per sbozzati da forgiatura.

La 6016 allo stato T4 presenta un Rm medio pari a 220 Mpa, unito a buone caratteristiche di imbutibilità. È molto usata nel campo delle carrozzerie per autoveicoli.

La 6061 è una lega a media resistenza meccanica (Rm = 310 Mpa allo stato fisico T6). È disponibile sotto forma di estrusi (barre, profili, tubi), trafilati, laminati e forgiati. È utilizzata per strutture a media resistenza con buone caratteristiche di anticorrosione. Le sue applicazioni sono da ricercarsi nel campo dei trasporti industriali e ferroviari, degli oleo-gasdotti, delle caldaie rie saldate,dei tubi per mobili ed in altri impieghi meccanici.

Leghe alluminio serie 7000

LEGHE 7000 SENZA AGGIUNTA DI RAME

La 7020 è la lega più utilizzata per produrre semilavorati laminati o estrusi destinati a diversi campi d’applicazione quali i trasporti, la meccanica, le armi.

Viene correntemente impiegata allo stato temprato o rinvenuto (T5 o T6) con Rm = 360-400 Mpa. Se non sottoposta a saldatura, la sua resistenza alla corrosione è soddisfacente.

Alla temperatura di 120-130°C, la sua resistenza meccanica si riduce notevolmente e riscaldamenti a temperature superiori ai 200°C possono innescare corrosioni sfoglianti.
Questa lega è saldabile all’arco (metallo d’apporto 5356) e, dopo saldatura, si riscontrano caratteristiche meccaniche equivalenti a quelle del metallo base allo stato fisico T4. Essa presenta però una forte sensibilità alla corrosione con sfogliatura nella zona interessata termicamente, sia da un lato che dall’altro del cordone di saldatura. Questo inconveniente ne limita l’impiego nelle strutture saldate e le eventuali specifiche realizzazioni dovranno essere particolarmente controllate.

LEGHE 7000 CON AGGIUNTA DI RAME

Con l’addizione di rame al sistema ternario alluminio-zinco-magnesio, si ottengono le leghe d’alluminio con le più elevate caratteristiche meccaniche (stato fisico T6)

Per ottenere prodotti resistenti alla corrosione in atmosfera aggressiva e, in particolare, resistenti alla corrosione sotto tensione orientata nel senso trasversale corto, occorre effettuare alcuni rinvenimenti termici doppi (stati fisici T73 e T76), con conseguente abbassamento dei valori delle caratteristiche meccaniche dell’ordine del 20%.

La lega 7075, in prodotti laminati, estrusi, stampati e forgiati, è la più utilizzata nel settore aeronautico, meccanico, negli articoli sportivi e per il tempo libero. Le sue proprietà, negli stati fisici T6, T73, T76, sono illustrate dalla figura 21.

La lega 7475, che è una variante della 7075 con un tenore più basso in ferro e silicio (base Al 1080), presenta una buona tenacità e resistenza alla propagazione delle cricche. Anche in questo caso, le applicazioni son soprattutto dirette al campo aeronautico.

La necessità di utilizzare prodotti con spessori superiori a 80 mm., ha portato allo sviluppo di due leghe: la 7050 e la 7010 che differiscono dalla 7075 essenzialmente per:

  • La sostituzione del cromo con lo zirconio per aumentarne la temprabilità,
  • Un più elevato tenore in rame che, dopo il trattamento termico di doppio rinvenimento (stati fisici T73 e T76), conferisce alle leghe la possibilità di raggiungere un buon compromesso tra caratteristiche meccaniche e resistenza alla corrosione.

Tra le leghe normalmente commercializzate, quella che offre le migliori caratteristiche meccaniche è la lega 7049 allo stato T6.
I valori medi sono:

  • Rpo,2 570 Mpa,
  • Rm 650 Mpa
  • A 10%

Essa è utilizzata sotto forma di pezzi estrusi o forgiati, in campo aeronautico e militare.

Leghe alluminio serie 8000

L’addizione contemporanea di ferro, che affina la struttura cristallina, e di silicio, ha la conseguenza di aumentare la resistenza meccanica dell’alluminio. Queste leghe, avendo una grana fine e una buona isotropia, possiedono attitudini alla deformabilità, operazione sempre difficile allorchè si è in presenza di laminati con spessori da 50 a 200 microns.
Ciò spiega il perché dello sviluppo della serie 8000 in molte applicazioni: alette per scambiatori termici, tubi flessibili, nastri sottili in generale. Le due leghe più utilizzate sono la 8086 (con manganese) e la 8011.

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