L'alluminio è il metallo più comune al mondo, quindi è logico che sia ampiamente utilizzato nella produzione di componenti e nell'industria manifatturiera. Ma è così diffuso solo perché è facile da trovare? Certo che no! L'alluminio è persino superiore all'acciaio in termini di rapporto resistenza/peso. Le diverse qualità di leghe di alluminio sono flessibili e facili da lavorare. Sono quindi utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni.
Come accennato in precedenza, esistono diversi gradi di alluminio, ognuno con le proprie proprietà. Pertanto, questo articolo servirà da guida alla scelta del materiale. Innanzitutto, descriverà i diversi gradi di alluminio, i loro utilizzi e il loro funzionamento. Inoltre, descriverà i diversi tipi di lavorazioni meccaniche di precisione che possono essere eseguite con ciascun grado di alluminio. Scorri fino alla fine per scoprire come selezionare rapidamente il grado di metallo migliore per la produzione di componenti.
Sommario
Proprietà dell'alluminio
Le leghe di alluminio sono composte principalmente da alluminio, ma vengono aggiunti anche rame, zinco, magnesio e silicio per migliorarne determinate proprietà. I diversi gradi di leghe di alluminio si basano sulla loro composizione chimica e ogni grado offre vantaggi specifici per diversi utilizzi. Il tipo di lega di alluminio utilizzata è molto importante per la prototipazione rapida. Questo perché influenza l'efficacia del prototipo finale, il suo costo e la sua conformità ai requisiti.
- Proprietà fisiche. L'alluminio puro è un metallo molto tenero. Tuttavia, le leghe di alluminio sono molto resistenti. Grazie alla loro densità relativamente bassa, le leghe di alluminio hanno il miglior rapporto resistenza/peso tra tutti i metalli. Le leghe di alluminio sono anche resistenti al freddo e alla corrosione.
- Proprietà termiche ed elettriche. L'alluminio è un ottimo materiale per la produzione di componenti per lo scambio termico nelle automobili grazie alla sua elevata conduttività termica. Inoltre, diverse leghe di alluminio possono sia condurre che resistere all'elettricità. Pertanto, alcune leghe di alluminio possono essere utilizzate per realizzare cavi elettrici, mentre altre vengono utilizzate laddove è richiesta una buona resistività.
- Proprietà meccaniche. La resistenza alla trazione dell'alluminio può essere elevata o bassa, a seconda del grado di alluminio. Alcuni tipi di alluminio hanno una resistenza alla trazione pari a 100 ksi, mentre altri raggiungono solo 1,5 ksi.
- Riflessione. Lucidando l'alluminio, si può ottenere una superficie molto brillante. Di conseguenza, le leghe di alluminio sono eccellenti nel riflettere l'energia radiante, una qualità ricercata in molte lampade e accessori decorativi.
Vantaggi e svantaggi dell'alluminio per scopi di lavorazione
L'alluminio è un metallo molto utile che può essere utilizzato in molti modi. Alcune delle sue proprietà lo rendono molto popolare per lavorazione meccanicaTuttavia, come tutte le altre cose buone, l'alluminio presenta vantaggi e svantaggi.
Vantaggi dell'alluminio nella lavorazione meccanica
Resistenza alla corrosione
L'alluminio non arrugginisce né si corrode. Uno strato protettivo di ossido di alluminio si forma rapidamente sulla superficie delle leghe di alluminio, aiutandole a resistere alla corrosione causata dagli agenti atmosferici. Se sottoposto a un buon trattamento superficiale e a una manutenzione regolare, l'alluminio non si corroderà nemmeno negli ambienti più difficili. Grazie a questa proprietà, l'alluminio può essere utilizzato per produrre componenti esposti a condizioni ambientali difficili.
Basso costo
L'alluminio non ha il costo di produzione più basso, ma considerando i suoi vantaggi, il costo è piuttosto basso. Ciò significa che è più economico di altri metalli con gli stessi vantaggi e rappresenta la scelta migliore nella maggior parte dei casi.
Robusto e leggero
L'alluminio è il metallo con il miglior rapporto resistenza/peso ed è quindi molto resistente. Per questo motivo, può essere utilizzato dove è richiesta una maggiore resistenza. L'elevato rapporto resistenza/peso indica che questa resistenza non va a discapito del peso. Le leghe di alluminio vengono utilizzate per componenti meccanici che devono essere il più leggeri possibile ma comunque molto resistenti. Questo perché le leghe di alluminio hanno una densità quasi tre volte superiore a quella dell'acciaio.
Riciclabilità
L'alluminio può essere riciclato più e più volte. È anche più facile da riciclare rispetto a molti altri metalli, il che lo rende una scelta ecologicamente sostenibile.
Può essere utilizzato per la realizzazione rapida di stampi
Un metodo di produzione chiamato "rapid tooling" è diventato popolare. Questo perché consente di risparmiare sui costi e ridurre i tempi di consegna. L'alluminio è un materiale comunemente utilizzato per la produzione rapida di stampi. Le leghe di alluminio sono facili da formare e non costano moltoLe ragioni per cui i produttori lo preferiscono sono ovvie.
Nessuna necessità di manutenzione eccessiva
I componenti in alluminio mantengono la loro qualità e le loro prestazioni anche nelle condizioni più avverse. Pertanto, sono un'ottima scelta per componenti difficili da sottoporre a manutenzione regolare. Inoltre, l'alluminio può resistere anche a temperature estremamente basse senza rompersi o creparsi.
Personalizzabile
Grazie alla sua facilità di lavorazione, l'alluminio può essere modellato in quasi tutte le forme. Non solo si vernicia bene, ma la sua superficie mantiene bene la maggior parte delle finiture.
Svantaggi dell'alluminio nella lavorazione meccanica
- Conduttività facile. Questo rappresenta sia un vantaggio che uno svantaggio, a seconda del luogo di utilizzo. Tuttavia, significa che le leghe di alluminio non possono essere utilizzate in determinate applicazioni in cui la resistenza elettrica è importante.
- Basso punto di fusione. Poiché l'alluminio ha un basso punto di fusione, non è adatto all'uso in ambienti con temperature elevate. Tuttavia, esistono alcune leghe di alluminio che possono risolvere questo problema.
Gradi di lega di alluminio
Esistono due tipi principali di leghe di alluminio: leghe lavorate e leghe fuse.
Leghe forgiate
Per la maggior parte, questi tipi di leghe di alluminio sono più resistenti dei metalli fusi. Utilizzano anche il metodo a quattro cifre, ma senza punto decimale. La prima cifra indica l'elemento di lega primario, proprio come il nome della ghisa. Se è diverso da zero, il secondo numero indica che la lega è stata modificata, e gli ultimi due numeri indicano a quale lega della serie appartiene. Di seguito è riportato un elenco delle sette serie di leghe per forgiatura:
Serie 1xxx
Queste leghe di alluminio sono talvolta chiamate "alluminio puro" perché devono contenere almeno alluminio 99%. Non sono molto resistenti, ma gli operatori scelgono di utilizzarle. Questo perché non arrugginiscono e sono ben energizzate. È anche possibile saldarle, ma l'operatore deve prestare molta attenzione poiché hanno un punto di fusione molto basso.
Serie 2xxx
Il rame è l'elemento principale di questa serie. Il metodo migliore per trattare questi metalli è il trattamento termico in soluzione solida. Di conseguenza, le leghe di questa serie sono molto resistenti e dure, ma non sono resistenti alla corrosione come le altre serie. Per questo motivo, quando è necessario utilizzare queste leghe in aree soggette a corrosione, l'operatore solitamente le riveste con una vernice o un rivestimento in metallo antiruggine.
Serie 3xxx
Il manganese è l'elemento principale che compone queste leghe. Non sono molto resistenti, ma hanno un'ottima resistenza al calore e alla ruggine. Questo le rende ideali per l'uso come utensili da cucina. Queste leghe in alluminio sono comunemente utilizzate nelle centrali elettriche e nelle automobili per le parti di ricambio.
Serie 4xxx
Le leghe della serie 4xxx vengono utilizzate come metalli d'apporto nella saldatura grazie al loro basso punto di fusione. In queste serie, il metallo è costituito da una miscela di alluminio e silicio.
Serie 5xxx
Queste leghe di alluminio non possono essere riscaldate, ma presentano la massima resistenza alla trazione. Il loro principale elemento di lega è il magnesio. Di conseguenza, non arrugginiscono e sono facili da saldare, il che le rende un'ottima scelta per veicoli e componenti di attrezzature navali. Inoltre, la loro resistenza alla trazione massima è compresa tra 18 ksi e 51 ksi.
Serie 6xxx
Le leghe di questa serie presentano una buona resistenza alla corrosione. La loro massima resistenza alla trazione è compresa tra 18 ksi e 58 ksi. Magnesio e silicio sono i principali elementi di lega in questa combinazione di oro. Queste leghe vengono utilizzate per rivestimenti su metalli soggetti a corrosione. Questi metalli contengono anche magnesio e silicio, dando origine al siliciuro di magnesio. Questo materiale può essere riscaldato in soluzione, il che lo rende più resistente.
Serie 7xxx
Lo zinco è il principale elemento di lega in queste leghe di alluminio. Presentano la più elevata resistenza alla trazione tra tutte le leghe di alluminio, con valori che vanno da 32 a 88 ksi. Questo tipo di metallo viene utilizzato dagli operatori per realizzare utensili e componenti di ingranaggi sottoposti a sollecitazioni più elevate, come ingranaggi sportivi e aerospaziali. Oltre all'alluminio, è possibile aggiungere altri metalli come il rame per modificare il funzionamento dell'alluminio lavorato.
Leghe fuse
Queste leghe possono essere trattate con o senza calore. Utilizzano il metodo a quattro cifre con una virgola prima dell'ultima. La prima cifra indica gli elementi principali che compongono il metallo. Le due cifre successive indicano il tipo di materiale e la cifra dopo la virgola indica se si tratta di un lingotto o di una fusione.
Differenze tra leghe lavorate e fuse
- La resistenza alla trazione delle leghe fuse è solitamente inferiore a quella delle leghe lavorate a causa della difficoltà di eliminare i difetti durante la processo di fusione.
- A parità di peso, le leghe fuse costano meno delle leghe lavorate.
- Le leghe di alluminio lavorato sono più facili da lavorare rispetto ai metalli fusi.
- Le parti realizzate in leghe di alluminio lavorato possono avere una finitura superficiale migliore rispetto alle parti realizzate in metallo fuso.
Tipi comuni di alluminio
Alluminio 6061-T6
Questa lega di alluminio appartiene alla serie 6xxx, come si può dedurre dal nome. Poiché il secondo numero è zero, sappiamo che si tratta di alluminio industriale con diverse impurità. Gli ultimi due numeri, 61, indicano la composizione di questo metallo: 97,9% di alluminio, 0,6% di silicio, 1,0% di magnesio, 0,2% di cromo e 0,28% di rame.
In questo caso, T6 indica il trattamento termico di solubilizzazione e l'invecchiamento. Sono necessari 40 ksi per allungare l'alluminio 6061 e 45 ksi per separarlo completamente. Ciò significa che il metallo è molto resistente e può essere utilizzato nelle strutture edilizie. L'alluminio 6061 non arrugginisce. Viene utilizzato principalmente nella produzione di componenti automobilistici, scambiatori di calore ed elettronica.
Alluminio 7075-T6
Il numero di serie dell'alluminio 7075, 7xxx, indica che lo zinco è il suo principale elemento di lega e che questo metallo ha un'elevata resistenza alla trazione. È composto principalmente da alluminio (90%), zinco (5,6%), manganese (2,5%), rame (1,6%) e manganese (0,23%). L'alluminio 7075 è una delle leghe di alluminio più resistenti e leggere. Ha una densità di 2,81 g/cm³ e una resistenza alla trazione massima di 83 kSI. Naturalmente, il numero T6 indica che è stato trattato termicamente. Questo metallo è comunemente utilizzato nella produzione di ingranaggi per macchine utensili e componenti aeronautici.
Alluminio 5052
L'alluminio 5052 è piuttosto robusto e ha un'eccellente resistenza alla corrosione. Non contenendo rame, è molto utile nelle applicazioni in acqua salata. Appartenendo alla serie 5xxx, questo metallo non può essere riscaldato né deformato. Questa lega è comunemente utilizzata per realizzare componenti per utensili marini.
Alluminio 6063
L'alluminio 6063, noto anche come alluminio decorativo, è una lega di alluminio composta da magnesio e silicio. Questa lega è moderatamente resistente e duttile, il che la rende ideale per la realizzazione di stampi. È altamente resistente alla corrosione e può essere utilizzata all'esterno grazie al suo basso contenuto di rame e siliciuro di magnesio. Il metallo utilizzato per realizzare questi componenti può essere utilizzato in materiali da costruzione, tubi e mobili.
Come scegliere il giusto grado di alluminio?
È possibile scegliere diversi gradi di alluminio. I diversi gradi di alluminio presentano proprietà diverse come saldabilità, resistenza e resistenza alla corrosione. È possibile scegliere il grado di alluminio in base alle caratteristiche più importanti necessarie per il proprio caso d'uso. Prima di prendere una decisione, è opportuno considerare i seguenti punti.
Comprendere la sua valutazione di lavorabilità
Classificare la facilità di lavorazione di una lega di alluminio vi darà un'idea di quanto bene la lega funzionerà con una macchina CNC. Una lega di alluminio facile da lavorare è facile da tagliare e rifinire. Di conseguenza, può essere utilizzata per realizzare componenti meccanici complessi. Ad esempio, l'alluminio 2011 è molto facile da lavorare.
Costi e disponibilità
Uno dei fattori più importanti nella scelta di un grado di alluminio per un progetto è il costo della lega. Un passaggio fondamentale nell'avvio del processo produttivo è trovare il giusto equilibrio tra il costo target e le migliori proprietà in quella fascia di prezzo. Anche la disponibilità del grado di alluminio selezionato dipende dal suo prezzo. La disponibilità è fondamentale, poiché le leghe di alluminio rare e difficili da reperire possono rallentare il processo produttivo.
Quanto è pratico?
Si riferisce alla facilità di formatura di una particolare lega di alluminio. Le leghe con elevata duttilità sono facili da lavorare e vengono utilizzate principalmente dove è richiesta resistenza alla fatica, come nei componenti aeronautici.
Può essere saldato?
È importante considerare la saldabilità di una lega se il pezzo prodotto deve essere saldato ad altri componenti. In tal caso, l'alluminio 3003 è una buona scelta.
Resistenza alla corrosione
Il luogo di utilizzo del componente determina se deve essere resistente alla corrosione. Ad esempio, i componenti utilizzati in ambienti chimici o marini devono essere altamente resistenti alla corrosione.
Può essere trattato termicamente?
La tempra dell'alluminio prevede il riscaldamento a temperature molto alte o molto basse. Questo processo, chiamato trattamento termico, rende l'alluminio più resistente. È importante notare quali serie di leghe di alluminio possono essere riscaldate e quali no.
Quanto è forte?
La forza che una lega può sopportare prima di deformarsi dipende dalla sua resistenza. È naturale utilizzare alluminio ad alta resistenza per componenti sottoposti a forze elevate.
A seconda del progetto, potrebbe essere necessario utilizzare anche l'acciaio. Come scegliere quindi il giusto grado di acciaio? È possibile fare riferimento a Guida alla selezione dell'acciaio inossidabile 304 e 316 per un aiuto professionale.
Diversi usi dell'alluminio
L'alluminio ha molteplici utilizzi in diversi settori. Ecco alcuni dei settori in cui i prodotti e i componenti in alluminio vengono comunemente utilizzati:
Campo medico
I componenti e i prodotti in alluminio sono molto comuni nei settori che richiedono pulizia e biocompatibilità. Gli strumenti medicali, come quelli chirurgici e ortopedici, sono realizzati con diversi tipi di alluminio. Inoltre, l'alluminio è un componente fondamentale di alcuni oggetti di uso quotidiano come vassoi e secchi.
Aerospaziale
I materiali utilizzati per costruire gli aerei devono essere sia leggeri che resistenti. L'alluminio è particolarmente adatto a questo scopo grazie alla sua leggerezza e all'elevata resistenza. Per questo motivo, può sostenere lo stesso peso di metalli più resistenti. Inoltre, l'alluminio è altamente resistente alla corrosione e può contribuire a proteggere gli aerei dai danni causati da agenti atmosferici avversi.
Industria elettrica
Le leghe di alluminio sono sempre utilizzate dalle aziende che producono elettronica di consumo per la loro eccellente conduttività termica. Componenti elettrici come radiatori e componenti di raffreddamento per sistemi grafici utilizzano leghe di alluminio.
Industria automobilistica
Le automobili migliori dovrebbero essere leggere, resistenti ed ecologiche. Le leghe di alluminio sono adatte a questo scopo perché sono un materiale leggero e resistente. Pertanto, le auto possono essere sia flessibili che resistenti. Inoltre, i componenti in alluminio possono essere riciclati, il che rende le auto con parti metalliche in alluminio più ecologiche.
Conclusione
L'alluminio è un metallo molto flessibile che cambia le sue qualità se miscelato con altri elementi. Diversi tipi di alluminio sono adatti a diverse attività grazie alle loro diverse proprietà. Tuttavia, data l'ampia varietà di leghe di alluminio disponibili, potrebbe essere difficile decidere quale lega di alluminio utilizzare nel progetto del campione.
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