L'alluminio è il metallo più abbondante al mondo e il terzo elemento più comune, costituendo l'8% della crosta terrestre. La versatilità dell'alluminio lo rende il metallo più utilizzato dopo l'acciaio.
Produzione di alluminio
L'alluminio si ricava dal minerale bauxite. La bauxite viene convertita in ossido di alluminio (allumina) tramite il processo Bayer. L'allumina viene poi 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 di alluminio riciclato è conveniente sia dal punto di vista economico che ambientale. Per produrre 1 tonnellata di alluminio nuovo sono necessari 14.000 kWh. Al contrario, per rifondere e riciclare una tonnellata di alluminio ne basta solo il 5%. Non vi è alcuna differenza qualitativa tra leghe di alluminio vergine e riciclato.
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 necessario legarlo ad altri elementi per ottenere le maggiori resistenze richieste per altre applicazioni. L'alluminio è uno dei metalli ingegneristici più leggeri, con un rapporto resistenza/peso superiore a quello dell'acciaio.
Grazie alle sue molteplici proprietà vantaggiose, come 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 ai sottili fogli per imballaggio.
Designazioni delle leghe
L'alluminio è comunemente legato a rame, zinco, magnesio, silicio, manganese e litio. Vengono anche apportate piccole aggiunte di cromo, titanio, zirconio, piombo, bismuto e nichel, mentre il ferro è sempre presente in piccole quantità.
Esistono oltre 300 leghe lavorate per deformazione plastica, di cui 50 di uso comune. Sono normalmente identificate da un sistema a quattro cifre, originario degli Stati Uniti e ormai universalmente accettato. La Tabella 1 descrive il sistema per le leghe lavorate per deformazione plastica. Le leghe fuse hanno designazioni simili e utilizzano un sistema a cinque cifre.
Tabella 1.Designazioni per le leghe di alluminio lavorato.
| Elemento di lega | Battuto |
|---|---|
| Nessuno (99%+ Alluminio) | 1XXX |
| Rame | 2XXX |
| Manganese | 3XXX |
| Silicio | 4XXX |
| Magnesio | 5XXX |
| Magnesio + Silicio | 6XXX |
| Zinco | 7XXX |
| Litio | 8XXX |
Per le leghe di alluminio non legato per lavorazione plastica designate con la sigla 1XXX, le ultime due cifre rappresentano la purezza del metallo. Sono equivalenti alle ultime due cifre dopo la virgola quando la purezza dell'alluminio è espressa allo 0,01% più vicino. La seconda cifra indica le variazioni nei limiti di impurità. Se la seconda cifra è zero, indica alluminio non legato con limiti di impurità naturali, mentre i numeri da 1 a 9 indicano singole impurità o elementi di lega.
Per i gruppi da 2XXX a 8XXX, le ultime due cifre identificano le diverse leghe di alluminio presenti nel gruppo. La seconda cifra indica le modifiche apportate alla lega. Una seconda cifra, pari a zero, indica la lega originale e i numeri interi da 1 a 9 indicano le modifiche successive apportate alla 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 deriva lo rende un importante materiale strutturale, consentendo di aumentare i carichi utili o di risparmiare carburante, in particolare nel settore dei trasporti.
Resistenza 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 specifiche per applicazioni specifiche.
AlluminioÈ adatto agli ambienti freddi. Ha il vantaggio rispetto all'acciaio di aumentare la resistenza alla trazione con il diminuire della temperatura, pur mantenendo la sua tenacità. L'acciaio, invece, diventa fragile a 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 superiore a quella dell'acciaio. Questo rende l'alluminio un materiale importante sia per applicazioni di raffreddamento che di riscaldamento, come gli scambiatori di calore. Questa proprietà, unita alla sua atossicità, fa sì che l'alluminio sia ampiamente utilizzato in utensili da cucina e utensili da cucina.
Conduttività elettrica dell'alluminio
Come il rame, l'alluminio ha una conduttività elettrica sufficientemente elevata da poter essere utilizzato come conduttore elettrico. Sebbene la conduttività della lega conduttrice comunemente utilizzata (1350) sia solo circa il 62% di quella del rame ricotto, pesa solo un terzo e può quindi condurre il doppio dell'elettricità rispetto al rame dello stesso peso.
Riflettività dell'alluminio
Dai raggi UV agli infrarossi, l'alluminio è un eccellente riflettore dell'energia radiante. La riflettività della luce visibile di circa l'80% ne fa un materiale ampiamente utilizzato negli apparecchi di illuminazione. Le stesse proprietà di riflettività lo rendono...alluminioideale come materiale isolante per proteggere dai raggi solari in estate e per isolare dalla dispersione di calore in inverno.
Tabella 2.Proprietà dell'alluminio.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Numero atomico | 13 |
| Peso atomico (g/mol) | 26,98 |
| Valenza | 3 |
| Struttura cristallina | FCC |
| Punto di fusione (°C) | 660.2 |
| Punto di ebollizione (°C) | 2480 |
| Calore specifico medio (0-100°C) (cal/g.°C) | 0,219 |
| Conduttività termica (0-100°C) (cal/cms. °C) | 0,57 |
| Coefficiente di espansione lineare (0-100°C) (x10-6/°C) | 23.5 |
| Resistività elettrica a 20°C (Ω.cm) | 2.69 |
| Densità (g/cm3) | 2.6898 |
| Modulo di elasticità (GPa) | 68.3 |
| Rapporto di Poisson | 0,34 |
Proprietà meccaniche dell'alluminio
L'alluminio può essere deformato gravemente senza rompersi. Questo consente di lavorarlo mediante laminazione, estrusione, trafilatura, lavorazione meccanica e altri processi meccanici. Può anche essere fuso con tolleranze elevate.
Per adattare le proprietà dell'alluminio è possibile ricorrere alla lega, alla lavorazione a freddo e al trattamento termico.
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 dell'alluminio
La vecchia norma BS1470 è stata sostituita da nove norme EN. Le norme EN sono riportate nella tabella 4.
Tabella 4.Norme EN per l'alluminio
| Standard | Ambito |
|---|---|
| EN485-1 | Condizioni tecniche per l'ispezione e la consegna |
| EN485-2 | Proprietà meccaniche |
| EN485-3 | Tolleranze per materiale laminato a caldo |
| EN485-4 | Tolleranze per materiale laminato a freddo |
| EN515 | Designazioni di temperamento |
| EN573-1 | Sistema di designazione numerica delle leghe |
| EN573-2 | Sistema di designazione dei simboli chimici |
| EN573-3 | Composizioni chimiche |
| EN573-4 | Forme di prodotto in diverse leghe |
Gli standard EN differiscono dal vecchio standard BS1470 nei seguenti ambiti:
- Composizioni chimiche – invariate.
- Sistema di numerazione delle leghe: invariato.
- Le designazioni dello stato di invecchiamento per le leghe trattabili termicamente ora coprono una gamma più ampia di stati di invecchiamento speciali. Sono state introdotte fino a quattro cifre dopo la T per applicazioni non standard (ad esempio T6151).
- Designazioni degli stati di bonifica per leghe non trattabili termicamente: gli stati di bonifica esistenti rimangono invariati, ma ora sono definiti in modo più completo in termini di come vengono creati. Lo stato di bonifica (O) è ora H111 ed è stato introdotto uno stato di bonifica intermedio H112. Per la lega 5251, gli stati di bonifica sono ora indicati come H32/H34/H36/H38 (equivalenti a H22/H24, ecc.). H19/H22 e H24 sono ora indicati separatamente.
- Proprietà meccaniche: rimangono simili ai valori precedenti. Ora sui certificati di prova deve essere indicato uno sforzo di snervamento pari allo 0,2%.
- Le tolleranze sono state inasprite in vari gradi.
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 soluzione prima dell'invecchiamento delle leghe indurite per precipitazione.
- Cottura per la stagionatura dei rivestimenti
- Dopo il trattamento termico viene aggiunto un suffisso ai numeri di designazione.
- Il suffisso F significa "come fabbricato".
- O significa "prodotti lavorati e ricotti".
- T significa che è stato “trattato termicamente”.
- W significa che il materiale è stato sottoposto a trattamento termico di soluzione.
- H si riferisce alle leghe non trattabili termicamente che sono "lavorate a freddo" o "incrudite".
- Le leghe non trattabili termicamente sono quelle dei gruppi 3XXX, 4XXX e 5XXX.
Data di pubblicazione: 16-06-2021