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Prof. Cristiano Nicolella
Chimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica ApplicataChimica Applicata
Università di Pisa
Facoltà di Ingegneria
Leghe non ferroseLeghe non ferrose
Chimica Applicata – Materiale Didattico
Leghe non ferroseLeghe non ferroseLeghe non ferroseLeghe non ferrose
Chimica Applicata – Materiale Didattico
Minerali di alluminioMinerali di alluminioMinerali di alluminioMinerali di alluminio
� L’alluminio è uno degli elementi più abbondanti sulla crosta terrestre, ma , essendo prevalentemente in forma combinata, i suoi minerali debbono essere sottoposti a processi di riduzione per estrarre l’alluminio metallico.
� Il minerale più diffuso è la bauxite che viene purificata attraverso il processo Bayer per produrre allumina ad elevata purezza, dalla quale si ricava alluminio puro a seguito di elettrolisi.
Chimica Applicata – Materiale Didattico
PassivazionePassivazionePassivazionePassivazione
� L’alluminio, avendo un’elevata affinità con l’ossigeno, tende a formare superficialmente un rivestimento di ossido, di pochi strati atomici di spessore, particolarmente protettivo nei confronti di un’ulteriore ossidazione.
� La resistenza alla corrosione può essere accresciuta attraverso il processo di anodizzazione, nel corso del quale il componente in alluminio agisce da anodo in una cella elettrolitica. L’ossigeno, che nel corso del processo si libera all’anodo, incrementa attivamente lo spessore dello strato protettivo superficiale.
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Caratteristiche meccaniche dellCaratteristiche meccaniche dellCaratteristiche meccaniche dellCaratteristiche meccaniche dell’’’’alluminioalluminioalluminioalluminio
� La scarsa resistenza meccanica dell’alluminio puro ne limita l’applicazione tal quale, ma notevole interesse rivestono le sue leghe, particolarmente in virtù delle loro proprietàspecifiche.
� La cristallizzazione in un reticolo cubico a facce centrate, inoltre, garantisce il mantenimento di una buona duttilità, anche a basse temperature.
� Un grave difetto è invece la bassa temperatura di fusione (circa 660°C) che ne limita notevolmente la temperatura massima di utilizzo.
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Leghe di alluminioLeghe di alluminioLeghe di alluminioLeghe di alluminio
� Le leghe di alluminio si suddividono in due grandi categorie: � leghe non trattabili termicamente;
� leghe trattabili termicamente.
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Leghe non trattabili termicamente Leghe non trattabili termicamente Leghe non trattabili termicamente Leghe non trattabili termicamente
� Le leghe non trattabili termicamente leghe non trattabili termicamente leghe non trattabili termicamente leghe non trattabili termicamente sono quelle a base di Al-
Mn, Al-Mg ed Al-Si e possono essere rafforzate per soluzione
solida o per lavorazione a freddo (incrudimento).
� Il manganese entra in soluzione solida nel reticolo dell’alluminio
solo in quantità limitate (circa 1,25%); il magnesio, invece, entra
in soluzione solida in quantità più significative (circa 10% in
peso) inducendo un considerevole rafforzamento per soluzione
solida.
� Il silicio forma un eutettico con l’alluminio ed incrementa la
fluidità dell’alluminio fuso, rendendo le leghe Al-Si
particolarmente idonee al getto in stampo. Le leghe più usate
contengono circa il 10-13% in peso di silicio, cioè in prossimità
del punto eutettico (commercialmente questo prodotto viene
chiamato Silumin).
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Leghe Leghe Leghe Leghe AlAlAlAl----SiSiSiSi
� La miscela eutettica tende però a generare al
raffreddamento una microstruttura a grani
grossolani, abbastanza fragile.
� L’addizione alla lega fusa di piccole quantità di
sodio porta ad una struttura a grani fini, più
duttile e resistente.
� L’aggiunta di sodio induce un ulteriore
spostamento della composizione e temperatura
eutettica.
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Diagramma di stato Diagramma di stato Diagramma di stato Diagramma di stato AlAlAlAl----SiSiSiSi
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Leghe trattabili termicamente Leghe trattabili termicamente Leghe trattabili termicamente Leghe trattabili termicamente
� Le leghe trattabili termicamenteleghe trattabili termicamenteleghe trattabili termicamenteleghe trattabili termicamente sono a base di Al-Cu,
Al-Cu-Ni, Al-Mg-Si, Al-Zn-Cu, Al-Li e rispondono
positivamente ad un trattamento di rafforzamento per
precipitazione.
� Il miglioramento delle loro resistenze meccaniche
deriva da una distribuzione omogenea di fini precipitati
di una seconda fase, solubilizzazione del soluto, tempra
ed invecchiamento.
� Gli alliganti più attivi (Cu, Li, Zn) presentano un’elevata
solubilità allo stato solido nell’alluminio ad alta
temperatura.
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Leghe Leghe Leghe Leghe AlAlAlAl----CuCuCuCu (I) (I) (I) (I)
� Un tipico esempio di questo tipo di leghe è rappresentato dal
duralluminio, contenente 4,5% in peso di Cu, 0,5-1% di Mg e
0,5% di Mn. Il diagramma di stato Al-Cu mostra come, tra 500 e
580°C, la lega sia monofasica, essendo presente la soluzione
solida costituzionale α.
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Leghe Leghe Leghe Leghe AlAlAlAl----CuCuCuCu (II)(II)(II)(II)
� Al di sotto dei 500°C, la composizione del duralluminio entra nel
campo bifasico α + CuAl2 (composto intermedio θ). � I grani di composto intermedio si separano a bordo di grano, ove
si accrescono generando pochi precipitati di grandi dimensioni:
questa disposizione ed il loro numero limitato non sono
particolarmente efficaci a limitare il moto dislocativo e, pertanto,
la lega presenta una bassa resistenza.
� Attraverso il trattamento di solubilizzazione, tempra ed
invecchiamento (si esegue riscaldando la lega temprata a
150°C per parecchie ore) si ha la comparsa di fini precipitati di
CuAl2 distribuiti omogeneamente all’interno ed ai bordi di grano
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Dispersione dei precipitatiDispersione dei precipitatiDispersione dei precipitatiDispersione dei precipitati
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Classificazione delle leghe di alluminioClassificazione delle leghe di alluminioClassificazione delle leghe di alluminioClassificazione delle leghe di alluminio
� La classificazione internazionale prevede un sistema di quattro
cifre di cui la prima indica il principale elemento alligante,
secondo questo indice:
� 1XXX alluminio con purezza minima del 99%
� 2XXX Leghe Al-Cu
� 3XXX Leghe Al-Mn
� 4XXX Leghe Al-Si
� 5XXX Leghe Al-Mg
� 6XXX Leghe Al-Mg-Si
� 7XXX Leghe Al-Zn
� 8XXX Leghe Al con altri elementi
� Le leghe 5000 e 6000 sono quelle a più elevata resistenza alla
corrosione (nome commerciale Peraluman e Anticorodal
rispettivamente).
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ProprietProprietProprietProprietàààà meccaniche delle leghe di alluminiomeccaniche delle leghe di alluminiomeccaniche delle leghe di alluminiomeccaniche delle leghe di alluminio