L'alluminio è il metallo più abbondante al mondo ed è il terzo elemento più comune e costituisce l'8% della crosta terrestre. La versatilità dell’alluminio lo rende il metallo più utilizzato dopo l’acciaio.

Produzione di alluminio

L'alluminio è derivato dal minerale bauxite. La bauxite viene convertita in ossido di alluminio (allumina) tramite il processo Bayer. L'allumina viene quindi convertita in alluminio metallico utilizzando celle elettrolitiche e il processo Hall-Heroult.

Domanda annuale di alluminio

La domanda mondiale di alluminio è di circa 29 milioni di tonnellate all’anno. Circa 22 milioni di tonnellate sono alluminio nuovo e 7 milioni di tonnellate sono rottami di alluminio riciclato. L’uso dell’alluminio riciclato è vantaggioso dal punto di vista economico e ambientale. Per produrre 1 tonnellata di nuovo alluminio sono necessari 14.000 kWh. Al contrario, ne basta solo il 5% per rifondere e riciclare una tonnellata di alluminio. Non c'è differenza di qualità tra leghe di alluminio vergini e riciclate.

Applicazioni dell'alluminio

Puroalluminioè morbido, duttile, resistente alla corrosione e ha un'elevata conduttività elettrica. È ampiamente utilizzato per cavi in ​​lamina e conduttori, ma è necessaria la lega con altri elementi per fornire le resistenze più elevate necessarie per altre applicazioni. L'alluminio è uno dei metalli tecnici più leggeri, con un rapporto resistenza/peso superiore a quello dell'acciaio.

Utilizzando varie combinazioni delle sue proprietà vantaggiose quali robustezza, leggerezza, resistenza alla corrosione, riciclabilità e formabilità, l'alluminio viene impiegato in un numero sempre crescente di applicazioni. Questa gamma di prodotti spazia dai materiali strutturali fino ai fogli sottili per imballaggio.

Designazioni delle leghe

L'alluminio è più comunemente legato con rame, zinco, magnesio, silicio, manganese e litio. Vengono fatte anche piccole aggiunte di cromo, titanio, zirconio, piombo, bismuto e nichel e il ferro è invariabilmente presente in piccole quantità.

Esistono oltre 300 leghe per lavorazione plastica, di cui 50 di uso comune. Normalmente sono identificati da un sistema a quattro cifre che ha avuto origine negli Stati Uniti ed è ora universalmente accettato. La tabella 1 descrive il sistema per le leghe per lavorazione plastica. Le leghe fuse hanno designazioni simili e utilizzano un sistema a cinque cifre.

Tabella 1.Denominazioni per leghe di alluminio per lavorazione plastica.

Per le leghe di alluminio non legate per lavorazione plastica designate 1XXX, le ultime due cifre rappresentano la purezza del metallo. Corrispondono alle ultime due cifre dopo la virgola decimale quando la purezza dell'alluminio è espressa allo 0,01% più vicino. La seconda cifra indica modifiche nei limiti di impurità. Se la seconda cifra è zero, indica alluminio non legato con limiti di impurità naturali e da 1 a 9 indica impurità individuali o elementi di lega.

Per i gruppi da 2XXX a 8XXX, le ultime due cifre identificano le diverse leghe di alluminio del gruppo. La seconda cifra indica le modifiche della lega. Una seconda cifra pari a zero indica la lega originale e i numeri interi da 1 a 9 indicano modifiche consecutive della lega.

Proprietà fisiche dell'alluminio

Densità dell'alluminio

L'alluminio ha una densità pari a circa un terzo di quella dell'acciaio o del rame, il che lo rende uno dei metalli più leggeri disponibili in commercio. L'elevato rapporto resistenza/peso che ne risulta lo rende un importante materiale strutturale che consente maggiori carichi utili o risparmi di carburante in particolare per le industrie dei trasporti.

Forza dell'alluminio

L'alluminio puro non ha un'elevata resistenza alla trazione. Tuttavia, l'aggiunta di elementi di lega come manganese, silicio, rame e magnesio può aumentare le proprietà di resistenza dell'alluminio e produrre una lega con proprietà adatte a particolari applicazioni.

Alluminiosi adatta bene agli ambienti freddi. Ha il vantaggio rispetto all'acciaio in quanto la sua resistenza alla trazione aumenta con la diminuzione della temperatura pur mantenendo la sua tenacità. L'acciaio invece diventa fragile alle basse temperature.

Resistenza alla corrosione dell'alluminio

Quando esposto all'aria, uno strato di ossido di alluminio si forma quasi istantaneamente sulla superficie dell'alluminio. Questo strato ha un'eccellente resistenza alla corrosione. È abbastanza resistente alla maggior parte degli acidi ma meno resistente agli alcali.

Conduttività termica dell'alluminio

La conduttività termica dell'alluminio è circa tre volte maggiore di quella dell'acciaio. Ciò rende l’alluminio un materiale importante sia per applicazioni di raffreddamento che di riscaldamento come gli scambiatori di calore. Questa proprietà, unita al fatto che non è tossica, fa sì che l'alluminio sia ampiamente utilizzato negli utensili da cucina e nelle stoviglie.

Conduttività elettrica dell'alluminio

Insieme al rame, l'alluminio ha una conduttività elettrica sufficientemente elevata da poter essere utilizzato come conduttore elettrico. Sebbene la conduttività della lega conduttiva comunemente utilizzata (1350) sia solo circa il 62% del rame ricotto, pesa solo un terzo e può quindi condurre il doppio di elettricità rispetto al rame dello stesso peso.

Riflettività dell'alluminio

Dai raggi UV agli infrarossi, l'alluminio è un ottimo riflettore dell'energia radiante. Una riflettività della luce visibile pari a circa l'80% significa che è ampiamente utilizzato negli apparecchi di illuminazione. Le stesse proprietà di riflettività rendonoalluminioideale come materiale isolante per proteggere dai raggi solari in estate, mentre isola dalle dispersioni di calore in inverno.

Tabella 2.Proprietà dell'alluminio.

Proprietà meccaniche dell'alluminio

L'alluminio può deformarsi gravemente senza cedere. Ciò consente la formazione dell'alluminio mediante laminazione, estrusione, trafilatura, lavorazione meccanica e altri processi meccanici. Può anche essere fuso con una tolleranza elevata.

La legatura, la lavorazione a freddo e il trattamento termico possono essere utilizzati per personalizzare le proprietà dell'alluminio.

La resistenza alla trazione dell'alluminio puro è di circa 90 MPa ma può essere aumentata fino a oltre 690 MPa per alcune leghe trattabili termicamente.

Standard di alluminio

Il vecchio standard BS1470 è stato sostituito da nove standard EN. Le norme EN sono riportate nella tabella 4.

Tabella 4.Norme EN per l'alluminio

Gli standard EN differiscono dal vecchio standard, BS1470 nelle seguenti aree:

• Composizioni chimiche – invariate.
• Sistema di numerazione delle leghe – invariato.
• Le designazioni degli stati per le leghe trattabili termicamente ora coprono una gamma più ampia di stati speciali. Sono state introdotte fino a quattro cifre dopo la T per applicazioni non standard (es. T6151).
• Designazioni degli stati per leghe non trattabili termicamente: gli stati esistenti sono rimasti invariati ma gli stati sono ora definiti in modo più completo in termini di come vengono creati. La tempra morbida (O) è ora H111 ed è stata introdotta la tempra intermedia H112. Per la lega 5251 gli stati d'animo sono ora mostrati come H32/H34/H36/H38 (equivalente a H22/H24, ecc.). H19/H22 e H24 sono ora mostrati separatamente.
• Proprietà meccaniche – rimangono simili alle cifre precedenti. Lo 0,2% di stress di prova deve ora essere citato sui certificati di prova.
• Le tolleranze sono state inasprite a vari livelli.
  

  Trattamento termico dell'alluminio

  Alle leghe di alluminio possono essere applicati diversi trattamenti termici:

  • Omogeneizzazione – rimozione della segregazione mediante riscaldamento dopo la fusione.
  • Ricottura – utilizzata dopo la lavorazione a freddo per ammorbidire le leghe da incrudimento (1XXX, 3XXX e 5XXX).
  • Indurimento per precipitazione o invecchiamento (leghe 2XXX, 6XXX e 7XXX).
  • Trattamento termico di solubilizzazione prima dell'invecchiamento delle leghe indurenti per precipitazione.
  • Stufa per la polimerizzazione dei rivestimenti
  • Dopo il trattamento termico viene aggiunto un suffisso ai numeri di designazione.
  • Il suffisso F significa “come fabbricato”.
  • O significa “prodotti lavorati ricotti”.
  • T significa che è stato “trattato termicamente”.
  • W significa che il materiale è stato trattato termicamente con soluzione.
  • H si riferisce a leghe non trattabili termicamente che sono “lavorate a freddo” o “incrudite”.
  • Le leghe non trattabili termicamente sono quelle dei gruppi 3XXX, 4XXX e 5XXX.