Tutti i maggiori produttori mondiali di metallo leggero propongono nuove leghe per impieghi in vetture di grande serie.<\/p>\n
di Giuseppe Giordano <\/p>\n L\u2019innovazione nel settore automotive porta allo sviluppo di nuove leghe per tutte le varie parti dell\u2019automobile. Le conoscenze metallurgiche sono alla base dello sviluppo dell\u2019utilizzo di alluminio nei nuovi modelli di auto e sono utilizzate per rispondere alle diverse richieste dei produttori e non solo all\u2019esigenza prioritaria di alleggerimento. Infatti, le caratteristiche delle leghe leggere sono da tempo le scelte pi\u00f9 efficaci per un alleggerimento accompagnato da un miglioramento nella formabilit\u00e0, nella resistenza alla corrosione, ed in grado di rispondere a domande d\u2019attualit\u00e0 quali la richiesta di una garanzia di riciclabilit\u00e0 economicamente sostenibile. La spinta che il settore auto ha sempre dato alla Ricerca e Sviluppo delle leghe d\u2019alluminio \u00e8 oggi di particolare intensit\u00e0 per l\u2019inderogabile necessit\u00e0 dell\u2019industria dell\u2019auto di ridurre i consumi di carburante e le emissioni. Ogni riduzione del consumo passa , infatti, dallo sviluppo di alcune particolarit\u00e0 peculiari delle leghe d\u2019alluminio. Si \u00e8 di fronte ad una tendenza naturale nata quasi un secolo fa perch\u00e9 la bassa densit\u00e0 di volume delle leghe leggere ha sempre destato l\u2019interesse nei costruttori di qualsiasi tipo di veicolo; l\u2019alleggerimento sostenibile \u00e8 poi diventato in questi ultimi anni una stringente necessit\u00e0 resa possibile con l\u2019alluminio dall\u2019innovazione di materiali, processi, tecniche di elaborazione, e dall\u2019adozione di criteri di progettazione a misura delle attitudini delle leghe di alluminio. Le ragioni principali del protagonismo delle leghe leggere nell\u2019evoluzione dell\u2019auto sono schematizzate in Figura 1 [1]. 1 – Parti del body-in-white e getti per parti motore, per fluidi e ruote<\/strong> 2 – Parti strutturali e\/o in grado di assorbire energia in caso di crash<\/strong> 3 – Materiale per l\u2019impianto elettrico<\/strong> 4 – Materiali per lo scambio termico<\/strong> Tutti i maggiori produttori mondiali di metallo leggero propongono nuove leghe per impieghi in vetture di grande serie. di Giuseppe Giordano L\u2019innovazione nel settore automotive porta allo sviluppo di nuove leghe per tutte le varie parti dell\u2019automobile. Le conoscenze metallurgiche sono alla base dello sviluppo dell\u2019utilizzo di alluminio nei nuovi modelli di auto e sono …<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":118,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"give_campaign_id":0,"footnotes":""},"categories":[22],"tags":[],"class_list":["post-117","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-applicazioni"],"openstation_lock":null,"openstation_contributors":[],"openstation_attached_media":[118],"yoast_head":"\n
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\nLo sviluppo dell\u2019utilizzo dell\u2019 alluminio nei nuovi modelli di auto non riguarda solo la carrozzeria ma \u00e8 ben presente in altre parti dell\u2019 automobile. In una recente pubblicazione incentrata sulla Ricerca e Sviluppo del gruppo Rio Tinto nell\u2019automotive [2] viene presentata una suddivisione delle parti di auto nelle quali vengono proposte leghe innovative in grado di soddisfare specifiche esigenze.
\nIn particolare la classificazione dell\u2019auto proposta \u00e8 la seguente:
\n1) Parti componenti il body-in-white quali portiere, cofani, ruote e getti diversi come le teste cilindri e le pompe per i fluidi;
\n2) Parti strutturali che devono essere realizzate con elementi in grado di resistere a elevate sollecitazioni e contemporaneamente essere n grado di assorbire un\u2019elevata quantit\u00e0 di energia in caso di crash;
\n3) Materiale perl\u2019impianto elettrico principale, dalla batteria ai cavi con il recente ingresso di applicazioni sui motori di auto elettriche e\/o ibride;
\n4) Materiale per lo scambio termico sia nel circuito di raffreddamento motore sia nel sistema di climatizzazione.<\/p>\n
\nI pannelli componenti il body-in-white sono il settore pi\u00f9 interessante per l\u2019espansione dell\u2019utilizzo di alluminio nelle carrozzerie automobilistiche. In particolare, in questa applicazione possono essere utilizzate diverse composizioni di leghe delle famiglie 5xxx e 6xxx [3]. Le leghe Al-Mg-Si della serie 6xxx sono notoriamente leghe da trattamento termico a media resistenza, impiegate in diversi settori ed in particolare in estrusione. I laminati di leghe 6xxx hanno avuto recentemente un forte sviluppo nel settore automotive per la realizzazione di parti di carrozzeria stampate a caldo ed a freddo. Nelle Tabelle 1A e 2 si riporta la composizione chimica e qualche caratteristica propriet\u00e0 di alcune tra le pi\u00f9 diffuse leghe della serie, utilizzate anche nelle parti motore[7].
\nI pannelli interni del body-in-white sono in genere realizzati in leghe 5xxx. Di alcune di queste leghe \u00e8 riportata la composizione chimica nella Tabella 1B. I getti per motore e fluidi, ma anche e sempre pi\u00f9 le parti strutturali scatolate nei comparti telaio e trasmissione, sono principalmente ottenuti con tecniche di pressocolata. I getti prodotti con questa tecnologia mostrano una crescita interessante.<\/p>\n
\nPer la produzione di getti con metodi tradizionali [4] o per pressocolata (anche a pressione elevate) sono state sviluppate leghe specifiche in grado di offrire prestazioni diverse da quelle dei prodotti tradizionali [2]. I getti da colata ad alta pressione sono utilizzati come particolari strutturali delle vetture. Le leghe devono garantire il raggiungimento di alti valori di carico di rottura e soprattutto mantenere una elevata elasticit\u00e0 e capacit\u00e0 di assorbimento di energia in caso di crash. Tutti i maggiori produttori di leghe da fonderia primarie hanno esteso la gamma sviluppando composizioni specifiche; Alcoa (oggi Arconic) ha posto sul mercato interessanti casi di innovazione chiamati SupraCast, EZCast, VersaCast ed EverCast, nomi di fantasia che identificano raffinate elaborazioni di combinazioni di alliganti per avere caratteristiche meccaniche elevate e alti livelli di resistenza a fatica. Vi sono produttori che propongono solo leghe speciali per getti soggetti ad elevate sollecitazioni: ad esempio, il produttore tedesco Aluminium Rheinfelden \u00e8 stato tra i primi ad avvertire la grande importanza nei dettagli della composizione chimica delle nuove leghe leggere per getti, dal controllo delle impurezze alla scelta degli elementi di addizione per influenzare le caratteristiche granulometriche, sino alla ristretta combinazione degli alliganti principali per assicurare le migliori propriet\u00e0 metallurgiche, tecnologiche e di resistenza meccanica.
\nNella Figura 5 si riporta una sezione del catalogo di Aluminium Rheinfelden [7] che mostra il campo di utilizzo finale di alcune tra le molte leghe Al-Si ipoeutettiche ed eutettiche.
\nLe parti strutturali in leghe leggere non sono composte solo da getti e laminati, ma anche da estrusi, in modo particolare per la realizzazione di space frame delle vetture, \u201cl\u2019ossatura\u201ddel veicolo che svolge anche una funzione protettiva dell\u2019abitacolo in caso di incidente. La Figura 6A mostra le caratteristiche meccaniche ottenibili con leghe da estrusione della famiglia 6xxx tra le quali il ruolo maggiore \u00e8 svolto dalle leghe indicate in Figura 6B [3].<\/p>\n
\nLo sviluppo dell\u2019auto elettrica, preceduto dalla soluzione parziale dell\u2019auto ibrida, ha inciso sulla scelta dei materiali. Il sub settore dell\u2019auto elettrica \u00e8 ancora in fase di sperimentazione, ma i vantaggi conseguibili in termini di drastica riduzione del potere inquinante del veicolo spingono le case automobilistiche e le Autorit\u00e0 di Governo ad accelerare i tempi di sperimentazione. Un ruolo importante giocato dall\u2019alluminio nelle auto elettriche e\/o ibride si ritrova nella realizzazione di rotori per motori ricavati da getti per lavorazione meccanica [2]. Nel confronto con i tradizionali rotori in rame, i rotori in alluminio che presentano un alleggerimento di circa il 50%, risultano essere pi\u00f9 affidabili in quanti soggetti ad uno stress minore nei numerosi passaggi tra propulsione tradizionale ed elettrica che avvengono soprattutto nel ciclo urbano. Anche l\u2019impianto illuminante \u00e8 protagonista di un cambiamento epocale con l\u2019ingresso della tecnologia LED che vede interessati getti ed estrusi con funzione di dissipatori di calore.
\nVa anche ricordato che l\u2019alluminio potrebbe essere protagonista nel settore delle batterie metallo-aria. Le auto elettriche di prossima generazione saranno equipaggiate con batterie pi\u00f9 efficienti, e dal punto di vista tecnologico vi sono molte innovazioni, ma bisogna capire quale strada seguire per ottenere una sufficiente affidabilit\u00e0. Le varie case auto sono divise nella scelta; se per la nipponica Toyota e la tedesca BMW la risposta \u00e8 data dalle batterie litio-aria, c\u2019\u00e8 chi punta sulle batterie sodio-aria e chi ancora sperimenta la combinazione alluminio-aria. Le batterie alluminio-aria hanno una densit\u00e0 100 volte superiore a quella delle attuali batterie agli ioni di litio ma, anche in questo caso, il problema sta nella durata della vita. Le batterie sinora testate si esauriscono presto e non possono essere ricaricate, ma dovranno essere sostituite grazie allo sviluppo di una rete di stazioni di servizio simile a quella degli attuali distributori di carburante.<\/p>\n
\nNel giro di pochi anni, i sistemi di condizionamento aria sono passati dall\u2019essere costosi optional dei modelli di pi\u00f9 alta gamma ad essere dotazione di serie di tutti i modelli. Questo sviluppo ha portato con s\u00e9 la necessit\u00e0 di ridurre al minimo la dimensione delle batterie di scambio termico e\/o aumentarne l\u2019efficienza. E\u2019 stato cos\u00ec messo a punto un nuovo tipo di fin stock non pi\u00f9 in laminato nudo ma laccato con vernici in grado di condizionare la bagnabilit\u00e0 delle superfici di scambio. Attraverso tecniche di estrusione ad alta precisione dimensionale, sono stati definiti modi di scambio innovativi quali ad esempio le tecniche con i microtubi. Sotto la spinta della sostituzione del rame, divenuto da anni molto pi\u00f9 costoso dell\u2019alluminio, sono stati sviluppati sistemi \u201ctutto alluminio\u201d [8] con l\u2019uso di tubi a microcanali come mostrato nella Figura 11. Il risultato della sostituzione porta ai seguenti vantaggi: riduzione della carica di refrigerante dell\u2019impianto di circa 40%; miglioramento dell\u2019 efficienza energetica – coefficiente di prestazioni fino al 10 % riduzione (oltre il 50%) del consumo di materie prime; riduzione sensibile del costo rispetto agli scambiatori di calore in Al e Cu; miglior riciclabilit\u00e0 dell\u2019impianto completamente in alluminio a fine vita.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"