L'alluminio è il metallo più abbondante al mondo ed è 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-Héroult.

Domanda annuale di alluminio

La domanda mondiale di alluminio si aggira intorno ai 29 milioni di tonnellate all'anno. Circa 22 milioni di tonnellate sono costituite da alluminio vergine e 7 milioni di tonnellate da rottami di alluminio riciclato. L'utilizzo di alluminio riciclato è vantaggioso sia dal punto di vista economico che ambientale. Per produrre una tonnellata di alluminio vergine occorrono 14.000 kWh. Al contrario, per rifondere e riciclare una tonnellata di alluminio ne basta solo il 5%. Non vi è alcuna differenza di qualità tra le leghe di alluminio vergine e quelle di alluminio riciclato.

Applicazioni dell'alluminio

PuroalluminioL'alluminio è morbido, duttile, resistente alla corrosione e possiede un'elevata conduttività elettrica. È ampiamente utilizzato per cavi in ​​lamina e conduttori, ma la sua lega con altri elementi è necessaria per ottenere la maggiore resistenza richiesta per altre applicazioni. L'alluminio è uno dei metalli ingegneristici più leggeri, con un rapporto resistenza/peso superiore a quello dell'acciaio.

Grazie alla combinazione di diverse proprietà vantaggiose come resistenza, leggerezza, resistenza alla corrosione, riciclabilità e formabilità, l'alluminio trova impiego in un numero sempre crescente di applicazioni. Questa gamma di prodotti spazia dai materiali strutturali ai sottili fogli per imballaggio.

Designazioni del GCL

L'alluminio viene comunemente legato con rame, zinco, magnesio, silicio, manganese e litio. Vengono inoltre aggiunte piccole quantità di cromo, titanio, zirconio, piombo, bismuto e nichel, mentre il ferro è sempre presente in piccole quantità.

Esistono oltre 300 leghe lavorate, di cui 50 di uso comune. Vengono generalmente identificate tramite un sistema a quattro cifre, originario degli Stati Uniti e ora universalmente accettato. La Tabella 1 descrive il sistema per le leghe lavorate. Le leghe fuse hanno designazioni simili e utilizzano un sistema a cinque cifre.

Tabella 1.Denominazioni per le leghe di alluminio lavorate.

Per le leghe di alluminio non legate designate 1XXX, le ultime due cifre rappresentano la purezza del metallo. Corrispondono alle ultime due cifre dopo la virgola quando la purezza dell'alluminio è espressa con una precisione di 0,01%. La seconda cifra indica le modifiche ai 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 all'interno del gruppo. La seconda cifra indica le modifiche della lega. Una seconda cifra pari a zero indica la lega originale, mentre 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 deriva lo rende un materiale strutturale importante, consentendo di aumentare il carico utile o di ottenere un risparmio di carburante, in particolare nel settore dei trasporti.

Resistenza dell'alluminio

L'alluminio puro non possiede un'elevata resistenza alla trazione. Tuttavia, l'aggiunta di elementi di lega come manganese, silicio, rame e magnesio può aumentarne le proprietà meccaniche e produrre una lega con caratteristiche adatte a specifiche applicazioni.

AlluminioÈ particolarmente adatto agli ambienti freddi. Rispetto all'acciaio, presenta il vantaggio che la sua resistenza alla trazione aumenta al diminuire della temperatura, mantenendo al contempo la sua tenacità. L'acciaio, al contrario, diventa fragile a basse temperature.

Resistenza alla corrosione dell'alluminio

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

Conducibilità termica dell'alluminio

La conducibilità 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 ad esempio gli scambiatori di calore. A ciò si aggiunge la sua atossicità, che fa sì che l'alluminio venga ampiamente utilizzato nella produzione di utensili da cucina e altri articoli per la tavola.

Conduttività elettrica dell'alluminio

Insieme al rame, l'alluminio possiede una conduttività elettrica sufficientemente elevata da poter essere utilizzato come conduttore. Sebbene la conduttività della lega conduttrice comunemente utilizzata (1350) sia solo circa il 62% di quella del rame ricotto, il suo peso è solo un terzo e può quindi condurre il doppio dell'elettricità rispetto al rame di pari peso.

Riflettività dell'alluminio

Dall'UV all'infrarosso, l'alluminio è un eccellente riflettore di energia radiante. La riflettività della luce visibile di circa l'80% significa che è ampiamente utilizzato negli apparecchi di illuminazione. Le stesse proprietà di riflettività lo rendonoalluminioIdeale 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 meccaniche dell'alluminio

L'alluminio può essere fortemente deformato senza rompersi. Ciò consente di modellare l'alluminio mediante laminazione, estrusione, trafilatura, lavorazione meccanica e altri processi. Può anche essere fuso con elevata precisione.

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

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

Standard di 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

Le norme EN differiscono dalla vecchia norma BS1470 nei seguenti aspetti:

• Composizione chimica – invariata.
• Sistema di numerazione delle leghe: invariato.
• Le designazioni di tempra per le leghe trattabili termicamente ora coprono una gamma più ampia di tempere speciali. Sono state introdotte fino a quattro cifre dopo la T per applicazioni non standard (ad esempio T6151).
• Designazioni di tempra per leghe non trattabili termicamente: le tempere esistenti rimangono invariate, ma ora sono definite in modo più completo in termini di come vengono create. La tempra morbida (O) è ora H111 ed è stata introdotta una tempra intermedia H112. Per la lega 5251 le tempere sono ora indicate come H32/H34/H36/H38 (equivalenti a H22/H24, ecc.). H19/H22 e H24 sono ora indicate separatamente.
• Proprietà meccaniche: rimangono simili ai valori precedenti. Il carico di snervamento dello 0,2% deve ora essere indicato sui certificati di prova.
• Le tolleranze sono state inasprite in misura variabile.
  

  Trattamento termico dell'alluminio

  Alle leghe di alluminio possono essere applicati diversi trattamenti termici:

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