L\u2019ampliamento della gamma di leghe d\u2019alluminio per estrusione,
con composizioni di nuova formulazione, \u00e8 una straordinaria opportunit\u00e0 per soddisfare le prestazioni crescenti richieste agli estrusi in molte applicazioni industriali<\/p>\n\n\n\n
di Giuseppe Giordano<\/em><\/p>\n\n\n\n Nel 2017 le diverse composizioni di leghe d\u2019alluminio registrate presso Aluminum Association assommavano a 540, circa 7 volte le 75 composizioni presenti nel 1954. Si noti che questi numeri riguardano le leghe con denominazione numerica \u201cfour digits\u201d, numeri maggiori si avrebbero inserendo anche le denominazioni di fantasia spesso utilizzate dai maggiori gruppi industriali. Questa situazione sta a certificare che l\u2019industria dell\u2019alluminio ha sempre cercato di sviluppare nuove leghe che potessero meglio soddisfare le esigenze dettate dalle applicazioni finali, e questo riguarda naturalmente anche l\u2019estrusione. Leghe da taglio rapido \u201cecofriend\u201d <\/strong> L\u2019ampliamento della gamma di leghe d\u2019alluminio per estrusione, con composizioni di nuova formulazione, \u00e8 una straordinaria opportunit\u00e0 per soddisfare le prestazioni crescenti richieste agli estrusi in molte applicazioni industriali di Giuseppe Giordano Nel 2017 le diverse composizioni di leghe d\u2019alluminio registrate presso Aluminum Association assommavano a 540, circa 7 volte le 75 composizioni presenti nel …<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":1944,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"give_campaign_id":0,"footnotes":""},"categories":[323],"tags":[],"class_list":["post-1920","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-estrusione"],"openstation_lock":null,"openstation_contributors":[],"openstation_attached_media":[1944],"yoast_head":"\n
La ricerca e la messa a punto di nuove leghe nasce da diverse esigenze dell\u2019applicazione finale e nel tentativo di miglioramento delle diverse prestazioni del materiale.
Divengono perci\u00f2 motivazioni della ricerca di nuove leghe da estrusione vari obiettivi quali:
\u2022 ottenere semilavorati con migliorate caratteristiche tensili;
\u2022 raggiungere una maggiore resistenza a fatica dei prodotti derivati;
\u2022 ridurre lo spessore di parete negli estrusi cavi;
\u2022 aumentare la velocit\u00e0 di estrusione;
\u2022 ottimizzare i processi di indurimento;
\u2022 migliorare la qualit\u00e0 della superficie degli estrusi.
La \u201droad map \u201cper lo sviluppo di nuove leghe valuta di solito la scelta di un nuovo alligante o di nuovi combinazioni di alliganti senza cambiare la famiglia di leghe, con lo studio dell\u2019effetto di elementi minori antiricristallizzanti.
Leghe con un nuovo alligante: leghe alluminio – scandio <\/strong>
La ricerca sull\u2019uso dello scandio quale alligante di leghe di alluminio \u00e8 iniziata negli anni \u201860\u2013\u201870. Da subito sono apparsi gli effetti positivi dell\u2019aggiunta di questo elemento, sin dalle operazioni di fonderia primaria nelle quali lo scandio si comporta da efficace affinante del grano. Come si pu\u00f2 poi notare nel diagramma di stato binario riportato in Figura 1, alluminio e scandio formano un composto Al3Sc. E\u2019 relativamente semplice ottenere soluzioni solide sature ad alta temperatura che possono subire tempra e trasformarsi in soluzioni solide soprassature e dar luogo a un processo di precipitazione indurente per invecchiamento naturale ed artificiale.
La presenza di scandio in lega ha inoltre una capacit\u00e0 di interazione con lo zirconio. Se si aggiungono anche piccole percentuali di quest\u2019ultimo elemento, ad esempio in leghe 7xxx arricchite di piccole frazioni di scandio, si possono ottenere materiali con altissima tenacit\u00e0 (Tabella 1).
Ulteriori vantaggi derivanti dall\u2019aggiunta di scandio a leghe di alluminio (principalmente delle famiglie 5xxx e 7xxx)
sono inoltre:<\/p>\n\n\n\n
\nLeghe di questo tipo sono state utilizzate negli anni \u201880 in applicazioni aeronautiche speciali, tra le quali sono note quelle per particolari strategici dei famosi MIG dell\u2019aeronautica sovietica. Dopo un periodo negli anni \u201c90 caratterizzato da un buon successo, i semilavorati in leghe allo scandio sono stati abbandonati e sostituiti con materiali che rendevano meno costosi i prodotti finiti. La ragione principale della non diffusione di queste leghe \u00e8 sempre stato il costo della lega madre, a sua volta determinato dalla difficolt\u00e0 di produzione di composti di scandio sufficientemente puri. Questo fatto \u00e8 legato alle caratteristiche chimico\u2013fisiche delle cosiddette \u201cTerre rare\u201d (scandio, ittrio e lantanoidi), che poi non sono affatto rare ma abbondanti soprattutto nel Nord del mondo. Ad esempio lo scandio \u00e8 due volte pi\u00f9 diffuso del piombo e ben dieci volte pi\u00f9 presente nella crosta terrestre rispetto allo stagno. Se per\u00f2 si devono produrre composti puri di una sola terra, si incontrano grandissime difficolt\u00e0 di separazione, con una fortissima riduzione della resa della reazione volta ad ottenere una purezza sufficientemente elevata. Peraltro \u00e8 noto il motivo dell\u2019incremento del costo dei composti puri: alcune terre rare sono diventate negli ultimi anni additivi fondamentali per tecnologie strategiche nei settori dell\u2019elettronica e delle batterie. Senza i composti delle terre rare non potrebbero funzionare strumenti moderni a larga diffusione come smartphone, auto ibride ed elettriche, pale eoliche, oltre a molti sistemi avanzati di difesa.
\nIl completamento in corso dell\u2019impianto di Rusal della regione degli Urali per la produzione di ossido di scandio con purezza superiore al 99%, estraendolo dai fanghi rossi provenienti dalla lavorazione dell\u2019allumina, rende probabile nel medio termine una drastica riduzione dei costi di produzione. Il risultato positivo della sperimentazione condotta da Rusal \u00e8 proprio la riduzione dei costi di molte delle operazioni del processo. L\u2019impianto pilota russo \u00e8 in grado di produrre circa 100 Kg\/anno di ossido di scandio puro al 99%. Va sottolineato che il fabbisogno mondiale di ossido di scandio puro per leghe madri \u00e8 stimato in circa 15 tonnellate\/anno, per la produzione di circa 3.500 tonnellate di leghe con un\u2019alligazione di tenore di 0,2%.
\nLeghe alluminio-litio di nuova generazione
\nIl settore delle costruzioni aeronautiche per usi civili ha di fronte a s\u00e9 circa due decenni di crescita con fatturato stimato di circa 6.000 miliardi dollari, generato dalla costruzione di circa 40.000 nuovi aerei tra passeggeri e cargo. Nel 2016 sono state utilizzate oltre 300.000 tonnellate di leghe d\u2019alluminio per la costruzione di circa 1.400 velivoli. Senza considerare possibili aumenti della quota d\u2019alluminio per aereo, il fabbisogno di leghe previsto nei prossimi due decenni per l\u2019aeronautica civile \u00e8 pari a circa 9.000.000 di tonnellate. La maggioranza di questi materiali sono estrusi, laminati e forgiati di leghe ad alta resistenza tra le quali un ruolo importante \u00e8 svolto da semilavorati in leghe Al-Li di nuova generazione. Le leghe Al-Li tradizionali necessitano di particolari tecniche di produzione per evitare reazioni esplosive al contatto del metallo liquido con acqua o umidit\u00e0. Inoltre, le leghe Al-Li sviluppate negli anni \u201870-\u201880 presentano problemi di scarsa resistenza alla tensocorrosione. Le nuove leghe hanno una percentuale di litio inferiore alle tradizionali e rientrano nella famiglia Al-Cu (2xxx ). Attualmente queste leghe sono impiegate nell\u2019industria aeronautica, ma anche per la produzione di particolari alto-resistenziali per i settore dei trasporti terrestri, come le pinze freni di auto di alta gamma, e per numerose attrezzature sportive. I principali vantaggi delle leghe al litio sono legati alla bassa densit\u00e0 dell\u2019alligante, che determina un abbassamento della densit\u00e0 di lega, e all\u2019aumento del modulo elastico. Inoltre le nuove composizioni sono studiate per migliorare la resistenza alla tensocorrosione e incrementare la resistenza fatica. A titolo di esempio, si riportano composizione e caratteristiche di alcune leghe di nuova generazione. In Tabella 2 \u00e8 riportata la composizione di due leghe tra le pi\u00f9 diffuse e nella Tabella 3 sono mostrati i valori di alcune caratteristiche meccaniche della lega 2099 nello stato fisico T83 (Arconic C460). Questo stato \u00e8 ottenuto portando il metallo a temperatura elevata al di sopra della curva di solubilizzazione; successivamente si applica una deformazione plastica del 3% per poi finire con un trattamento di invecchiamento naturale.
\nLa composizione della lega non \u00e8 scelta solo per massimizzarne le caratteristiche tensili ma anche per avere una precipitazione indurente controllata e per evitare fenomeni indesiderati legati alla precipitazione di fasi di non equilibrio in grado di incidere sulla resistenza alla tensocorrosione, sulla velocit\u00e0 di propagazione delle cricche, sui valori di Rp0,2. Questa situazione \u00e8 ben illustrata nelle Figure 3A e 3B, dove sono indicate le variazioni percentuali dei valori di alcune caratteristiche della lega AA2050 T84 rispetto alla lega AA7050 T74 (Figura 3A) e alla lega AA2219 T87 (Figura 3B). La Tabella 4 mostra la composizione delle tre leghe. <\/li><\/ul>\n\n\n\n
La ricerca per la sostituzione del piombo nelle leghe da taglio rapido ha portato allo sviluppo di sistemi di leghe quali Ultra Alloy 6020 di Alcoa adottata in sostituzione della lega 6262. Quest\u2019ultima \u00e8 una lega 6xxx con un tenore di piombo intorno allo 0.5%, sufficiente a conferire a barre e tubi realizzati con questo materiale un\u2019ottima lavorabilit\u00e0 all\u2019utensile. Nella Ultra Alloy il ruolo dell\u2019elemento basso fondente che consente la rottura del truciolo durante le lavorazioni all\u2019utensile viene svolto dallo stagno. E\u2019 molto interessante notare che le leghe Ultra Alloy negli stati T651, T8 e T9, oltre a superare la pericolosit\u00e0 ambientale determinata dalla presenza di piombo, mostrano prestazioni pi\u00f9 elevate di lavorabilit\u00e0, raggiungendo valori del parametro di lavorabilit\u00e0 utilizzato nel settore automotive superiori a quelli della lega 6262 al piombo (coefficiente Ultra Alloy 90 su scala 100). Oltre ad Alcoa, anche l\u2019italiana Eural ha sviluppato la lega AA 6026 LF (Tabella 5), materiale innovativo che abbiamo descritto in dettaglio con un\u2019intervista a Giorgio Di Betta, direttore vendite di Eural, nel numero 3\/2016 di A&L.
Le principali caratteristiche della lega Eural, oltre al fatto sostanziale dell\u2019assenza di Pb, sono cos\u00ec riassumibili:
idonea alle lavorazioni ad alta velocit\u00e0 con macchine automatiche;
buona resistenza alla corrosione;
caratteristiche meccaniche medio alte;
buona attitudine all\u2019ossidazione anodica decorativa;
buona attitudine all\u2019ossidazione dura per uso industriale.
Una caratteristica molto interessante, come si osserva nella Tabella 5, \u00e8 l\u2019assenza di stagno. Da ricordare inoltre che Eural ha sviluppato recentemente la lega 2033 da taglio rapido ad elevate prestazioni, anche questa oggetto di un\u2019intervista a Giorgio Di Betta pubblicata sul numero 1\/2019 di A&L.
La lega sviluppata da Eural e inserita nell\u2019elenco delle denominazioni registrate nell\u2019agosto 2018, ha composizione in accordo con le Direttive Europee RoHSII, ELV e Reach. Nella Tabella 6 si riportano alcuni valori di caratteristiche meccaniche e fisiche di questa nuova lega che gi\u00e0 insieme alla 6026 LF sta imponendosi con successo sui mercati mondiali. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"