Che cos'è l'alluminio? Panoramica del materiale e considerazioni progettuali

Alluminio , chiamato anche Alluminio , è il metallo non ferroso più utilizzato grazie alle sue caratteristiche uniche che non si trovano nei metalli a base di ferro. Comprendere le sue proprietà e selezionare il grado, il metodo di lavorazione e il trattamento termico corretti sono fondamentali nella progettazione di prodotti. Esploriamo ’le diverse tipologie e proprietà dell'alluminio.

Caratteristiche principali dell'alluminio

L'alluminio possiede numerose eccellenti caratteristiche, tra cui: leggerezza, resistenza, resistenza alla corrosione, lavorabilità, elevata conducibilità termica, elevata conducibilità elettrica, riciclabilità, non magnetismo, resistenza a basse temperature, riflettività di calore e luce, aspetto gradevole e non tossicità.

Leggero

L'alluminio ha un peso specifico (densità) di circa 2,7, pari a circa un terzo rispetto all'acciaio. Il suo peso leggero lo rende molto ricercato in settori come i trasporti (aeromobili, satelliti e treni proiettile), le costruzioni e l'elettronica (telefoni cellulari).

Forte

Legando l'alluminio puro con altri metalli è possibile migliorarne la resistenza specifica. Leghe come la serie 7000, trattate termicamente con zinco e magnesio aggiunti, presentano un'elevata resistenza. L'A7075 (duraluminio extra super), ad esempio, è ampiamente utilizzato nelle parti degli aeromobili.

Resistente alla corrosione

L'alluminio reagisce facilmente con l'ossigeno, formando un film di ossido denso sulla sua superficie che agisce come strato protettivo, prevenendo la corrosione. L'elevata resistenza alla corrosione lo rende ideale per applicazioni marine, nella cantieristica navale e nell'architettura. Esistono anche segnalazioni di assenza di problemi anche dopo 30 anni di utilizzo in zone esposte alle brezze marine.

Funzionante

L'alluminio è altamente malleabile, il che lo rende adatto a diversi metodi di lavorazione. Il suo basso punto di fusione e le buone caratteristiche di scorrevolezza lo rendono ideale per la fusione. Può essere facilmente tagliato e saldato, consentendo la creazione di una vasta gamma di forme, dalle forme sottili come la carta d'alluminio fino a forme complesse.

Alta Conduttività Termica

Alluminio ’la sua conducibilità termica è approssimativamente tripla rispetto a quella del ferro, rendendolo ideale per l'uso nei radiatori automobilistici, negli scambiatori di calore e nei radiatori per dispositivi elettronici.

Alta Conduttività Elettrica

L'alluminio trasporta il doppio della corrente rispetto al rame dello stesso peso. Questa proprietà, unita alla sua leggerezza, lo rende un materiale attraente per le linee di trasmissione dell'energia. Contribuisce ad aumentare la distanza tra i tralicci e a ridurre i costi.

Riciclabile

L'alluminio non si deteriora facilmente, nemmeno dopo un uso prolungato, e ha un punto di fusione basso, rendendolo facilmente riciclabile sciogliendo il prodotto dopo l'uso. Il riciclo dell'alluminio richiede solo il 3% dell'energia necessaria per produrre nuovi materiali, e la qualità dell'alluminio riciclato è quasi equivalente a quella dei prodotti nuovi.

Non magnetico

L'alluminio è non magnetico ed è immune ai campi magnetici circostanti. Questa proprietà lo rende adatto per l'uso in antenne paraboliche, apparecchiature mediche, bussole magnetiche e prodotti correlati alla superconduttività. È inoltre più economico rispetto ad altri materiali non magnetici come oro, argento e rame.

Resistente alle basse temperature

Anche a temperature estremamente basse, come quelle dell'azoto liquido (-196 °F) e dell'ossigeno liquido (-183 °F), l'alluminio mantiene la sua resistenza e può persino aumentarla. Questa proprietà lo rende adatto per l'uso in impianti a bassa temperatura, serbatoi di GNL (gas naturale liquefatto), esplorazione spaziale e biotecnologie.

Riflettente al calore e alla luce

L'alluminio ha la capacità di riflettere i raggi infrarossi, i raggi ultravioletti e le onde elettromagnetiche. Aumentandone la purezza o applicando una finitura speculare, è possibile migliorarne ulteriormente la riflettanza, rendendolo adatto per l'uso in riflettori termici, tute spaziali e specchi poligonali.

Attraente visivamente

L'alluminio possiede una bellezza naturale, che può essere ulteriormente valorizzata mediante trattamenti superficiali come il trattamento Alumite. Può inoltre essere colorato mediante colorazione elettrolitica, risultando adatto per l'uso in facciate edilizie e materiali per imballaggio.

Non tossico

L'alluminio non reagisce con gli alimenti ed è atossico. Anche se ingerito, oltre il 99% viene espulso dall'organismo, senza arrecare danni al suolo. È comunemente utilizzato in contenitori per imballaggi alimentari e farmaceutici e in dispositivi medici.

Considerazioni nell'uso dell'alluminio

Sebbene l'alluminio presenti numerose caratteristiche eccellenti, ci sono anche alcuni aspetti da considerare:

Resistenza inferiore rispetto all'acciaio

Sebbene l'alluminio abbia un'elevata resistenza specifica, la sua resistenza è inferiore a quella dell'acciaio. È adatto a strutture morbide e flessibili come le ali degli aeroplani, ma potrebbe non essere adatto a parti che richiedono alta resistenza, come gli ingranaggi.

Considerazioni sulla corrosione

Sebbene l'alluminio sia resistente alla ruggine, può corrodersi in ambienti salini o quando entra in contatto con metalli diversi. Per prevenire la corrosione, potrebbe essere necessario un trattamento alodine.

Elevato coefficiente di dilatazione lineare

L'alluminio ha un coefficiente di dilatazione lineare quasi doppio rispetto ai materiali a base ferrosa. Le parti soggette a elevate sollecitazioni termiche e sottoposte ripetutamente a riscaldamento e raffreddamento possono andare incontro a rottura per fatica termica.

Assenza di limite di fatica

A differenza dei materiali ferrosi, l'alluminio non presenta un limite di fatica —il limite inferiore di sollecitazione al di sotto del quale non si verifica la fatica del metallo. Pertanto, durante la progettazione, è necessario confrontare la sollecitazione variabile che si verifica durante l'uso con il diagramma SN per garantire l'assenza di problemi di resistenza anche nel caso in cui si sviluppino crepe durante la vita utile prevista del prodotto.

Difficile da saldare

Alluminio ’il film di ossido di alluminio ha un punto di fusione elevato di circa 3632 °F, richiedendo la sua rimozione prima della saldatura. Inoltre, l'elevata conducibilità termica dell'alluminio e il suo basso punto di fusione fanno sì che il calore generato durante la saldatura venga rapidamente trasmesso al metallo di base, il che potrebbe causare la caduta del metallo stesso. La saldatura dell'alluminio richiede un controllo accurato della velocità della torcia di saldatura. Per ottenere i migliori risultati, si consiglia di rivolgersi a un'azienda con comprovata esperienza nella saldatura dell'alluminio. ’la conducibilità termica elevata dell'alluminio e il suo basso punto di fusione fanno sì che il calore generato durante la saldatura venga rapidamente trasmesso al metallo di base, il che potrebbe causare la caduta del metallo stesso. La saldatura dell'alluminio richiede un controllo accurato della velocità della torcia di saldatura. Per ottenere i migliori risultati, si consiglia di rivolgersi a un'azienda con comprovata esperienza nella saldatura dell'alluminio.

Tipologie tipiche di alluminio

L'alluminio puro ha una resistenza bassa, quindi vengono generalmente aggiunti altri metalli per formare una lega. Aggiungendo ferro, zinco, magnesio, rame, ecc. all'alluminio, è possibile creare diversi tipi di leghe.

I materiali in alluminio industriale sono classificati principalmente in leghe di alluminio da lavorazione plastica e leghe di alluminio da fusione, a seconda dell'uso del prodotto finale. ’l'alluminio da lavorazione plastica può essere lavorato mediante deformazione plastica, mentre l'alluminio da fusione è utilizzato per la colata. Esaminiamo qui i tipi di leghe di alluminio da lavorazione plastica. ’esaminiamo qui i tipi di leghe di alluminio da lavorazione plastica.

Leghe di alluminio da lavorazione plastica

• lega di alluminio 1050

la lega di alluminio 1050 (1050 AA) è un tipico grado di alluminio puro. Sebbene abbia una bassa resistenza, presenta un'eccellente lavorabilità e resistenza alla corrosione, risultando adatto per articoli decorativi e linee di trasmissione elettrica.

• lega di Alluminio 2017

la lega di alluminio 2017 (2017 AA), nota anche come duraluminio, ha una bassa resistenza alla corrosione ma un'elevata resistenza meccanica, risultando adatta per l'uso in aerei, automobili e componenti meccanici.

• lega di alluminio 2024

la lega di alluminio 2024 (2024 AA), o super duraluminio, offre una resistenza superiore rispetto alla 2017 AA.

• lega di alluminio 5052

l’lega di alluminio 5052 (5052 AA) ha un'eccellente resistenza alla corrosione, lavorabilità e saldabilità, rendendola la lega di alluminio più diffusa. Viene utilizzata per materiali strutturali e componenti in metallo laminato .

• lega di alluminio 6061

la lega di alluminio 6061 (6061 AA) è una lega di alluminio con eccellente resistenza alla corrosione. Il trattamento termico, come il trattamento T6, ne migliora ulteriormente la resistenza alla corrosione.

• lega d'alluminio 6063

la lega di alluminio 6063 (6063 AA) è una lega di alluminio con eccellente resistenza alla corrosione e proprietà per i trattamenti superficiali, utilizzata principalmente in prodotti estrusi come infissi in alluminio e materiali elettrici.

• lega di alluminio 7075

la lega di alluminio 7075 (7075 AA), o duraluminio super resistente, ha la resistenza più elevata tra le leghe di alluminio. Ampiamente utilizzata nell’industria aeronautica, è stata fondamentale nella costruzione di aerei, contribuendo in modo significativo alle prestazioni aeronautiche durante i periodi bellici.