Leghe di alluminio leghe leggere

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LEGHE DI ALLUMINIO (LEGHE LEGGERE)

Notizie storiche.
L’alluminio in natura è molto abbondante e diffuso in forma combinata: costituisce circa il 75% della litosfera ed è il terzo degli elementi in ordine di abbondanza, dopo l’ossigeno e il silicio. Data la sua elevata affinità per l'ossigeno non è reperibile allo stato nativo, ma si trova come composto nella maggior parte delle rocce, specialmente come ossido Al2O3 idrato nelle bauxiti, uno dei minerali più sfruttati per la preparazione dell'allumina (Al2O3), la materia prima per l'estrazione del metallo. L'alluminio si ottiene per elettrolisi dell'allumina disciolta in un bagno fuso di criolite ad una temperatura di poco inferiore ai 1000°C. Il consumo di energia elettrica è notevolmente più elevato di quello di analoghi processi elettrochimici in soluzioni acquose perché, oltre a compiere il lavoro elettrochimico di decomposizione dell'allumina, una discreta quantità di energia elettrica deve impiegarsi per mantenere il bagno all'elevata temperatura necessaria. L'alluminio fu scoperto all'inizio del 1800. La storia dell’alluminio è quindi relativamente recente rispetto agli altri metalli e l’evoluzione dei processi è stata rapida anche a causa della nascita degli apparecchi destinati al volo, dove la leggerezza del materiale, unita alla facilità di lavorazione e alla resistenza, è di enorme importanza. Nel 1887 il dirigibile Schwartz venne dotato, in alcune parti, di strutture in alluminio. Data la bassa densità (2,7 kg/dm3) è il metallo di impiego strutturale più leggero dopo il magnesio (1,7 kg/dm3) anche se non possiede particolari doti di rigidezza: da qui la necessità di legarlo con altri metalli quali zinco, rame, nichel, magnesio, silicio. Caratteristica importante dell'alluminio è l'ottima resistenza alla corrosione atmosferica: nonostante il valore fortemente negativo del suo potenziale standard, si ricopre spontaneamente di uno strato passivante sottilissimo e molto aderente di Al2O3 per reazione con l'ossigeno atmosferico. C'è poi da ricordare che, essendo una struttura reticolare CFC (Cubica a Facce Centrate), è ottimamente lavorabile (minore impedimento allo spostamento delle dislocazioni rispetto ad altri tipi di reticolo) anche se presenta una cattiva saldabilità. Questo è dovuto al fatto che il sottile strato di ossido, sempre presente sulla sua superficie, è refrattario (fonde a 2000 °C) ed ha massa volumica superiore al metallo stesso: per tali motivi si usano particolari procedimenti di saldatura. L'alluminio è dotato inoltre di buona conducibilità sia termica che elettrica. Viene usato infatti per la fabbricazione di conduttori elettrici ove la leggerezza sia una necessità, poiché la sua conducibilità è circa il 60% di quella del rame; la forte differenza fra le masse volumiche fa sì che, a parità di conduttanza, i cavi d'alluminio pesino circa la metà di quelli di rame. Ecco perché la quasi totalità dei collegamenti elettrici negli aerei viene realizzata in alluminio. Unico inconveniente è la bassa temperatura di fusione, che non permette la circolazione di correnti di intensità troppo elevate, a meno di antieconomici aumenti di sezione dei cavi. Il basso punto di fusione ne limita inoltre l'utilizzazione già in ambienti a temperatura mediamente elevata. Le prime applicazioni dell’alluminio risalgono dunque alla fine dell’ottocento e sfruttano le qualità più appariscenti del nuovo metallo allo stato puro, cioè la bassa temperatura di fusione e l’aspetto brillante pressoché inalterabile nel tempo (uno strato sottile, duro e trasparente di allumina incolore ricopre immediatamente ogni manufatto esposto all’aria preservandolo dall’ossidazione ulteriore) stimolarono infatti immediatamente la fonderia alla produzione di vasellame di pregio e oggetti d’arte. Simbolo perfetto della prima infanzia dell’alluminio è la statua di Eros presente nel cuore di Londra dal 1894. Già dal 1900 lo si iniziò ad usare nel settore dei trasporti: in Inghilterra si produssero dei giunti per i telai delle biciclette, si utilizzò l’alluminio in una lega con piccole e calcolate empiricamente quantità di rame (una delle prime leghe ad essere usate è stata la lega alluminio-rame, le cui proprietà meccaniche sono migliori dell’alluminio puro a scapito di una più scarsa resistenza alla corrosione). Nel 1903 il blocco motore del primo aeroplano era in lega di alluminio – rame, prodotto dall’azienda che sarebbe divenuta l’Alcoa. Successivamente a questo risultato l’alluminio entrò nel settore dell’auto con leghe a base di rame e zinco, in grado di sopportare sollecitazioni fino a 120 MPa (120 N/mm2). Fondamentale fu la scoperta, agli inizi del ventesimo secolo (1907-1910) che alcune leghe, sottoposte a un trattamento termico a 500° C seguito da tempra e invecchiamento, presentavano valori di durezza notevolmente più elevati. Un’opportuna scelta dei parametri di temperature e tempi di permanenza consente di ottenere, per ogni lega, una combinazione ottimale di proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione, tanto che i trattamenti termici risultano un passaggio imprescindibile nell’elaborazione delle leghe dell’alluminio. In Germania, pur senza capirne il motivo, si scoprì che sottoponendo a bonifica le leghe contenenti piccole quantità di rame e magnesio si raggiungevano carichi di rottura di 250 MPa (250 N/mm2). Con la scoperta della bonificabilità nasce così la metallurgia dell’alluminio, a cui soprattutto i costruttori di mezzi di trasporto richiedono leghe con prestazioni meccaniche sempre più elevate, senza compromettere la naturale leggerezza, l’alta tenacità, l’ottima conducibilità termica ed elettrica, la buona lavorabilità, la resistenza alla corrosione del metallo di base. Date fondamentali sono il 1921 (scoperta che l’addizione di sodio globulizza i cristalli altrimenti aciculari e quindi infragilenti dei composti eutettici Al-Si e quindi disponibilità della famiglia 4XXX (vedere in seguito la classificazione), dotata di colabilità superiore alle primitive leghe Al-Cu e Al-Zn), il 1932 messa a punto delle leghe Al-Si-Mg a bassa dilatazione termica per la realizzazione di pistoni per motori endotermici e 1939 con la definizione della composizione di AlSi5Cu3, prodotto mediante rottami opportunamente depurati e corretti e quindi la nascita delle leghe secondarie, indispensabili vista la scarsità di alluminio primario dovuta agli eventi bellici. In Italia il primo stabilimento di produzione di alluminio sorge nel 1907 presso Pescara. Solo nel 1928 si realizza però l’ingresso nel mondo dell’alluminio grazie ad Alusuisse e Montecatini che fondano indipendentemente ben sei stabilimenti di produzione nel Nord-Est della penisola, vicino alle ricche cave dell’Istria. Nel 1937 viene fondato il Centro ISML, dedito alla ricerca e allo sviluppo, e tuttora l’unico ente italiano dedicato al settore. Inizia così anche in Italia la sostituzione dei materiali tradizionali con l’alluminio. Alla metà degli anni ’40 il metodo di colata in terra è ancora preponderante e perciò le leghe più utilizzate sono le alluminio-rame che a tale tecnologia ben si prestano e possono raggiungere carichi di rottura di circa 270 MPa (270 N/mm2) dopo bonifica; i getti così ottenuti sono facilmente corrodibili. Verso la fine del decennio iniziano le pubblicazioni UNI ancora oggi, riviste e corrette, in vigore: per ogni lega, individuata da un preciso codice alfanumerico, sono indicati i tenori imposti e ammessi degli otto elementi fondamentali: (Cu, Fe, Si, Mg, Mn, Zn, Ti, Ni), le caratteristiche fisiche, le proprietà meccaniche dei getti, i parametri dei trattamenti termici e le caratteristiche tecnologiche. Verso il 1955 si affermano anche in Italia le leghe Al-Si, meccanicamente prestanti, poco corrodibili, con buona tenuta a pressione ma soprattutto dotate di colabilità ed utilizzabili quindi anche nella colata in conchiglia, che i lotti di produzione numericamente sempre più consistenti cominciano a richiedere. Le leghe Al-Mg, apprezzate per la resistenza alla corrosione e l’ottimo aspetto dopo lucidatura, vengono notevolmente migliorate (in particolare l’addizione di berillio riduce l’ossidazione del magnesio nel corso della fusione). Compaiono molte leghe nuove destinate a usi specifici: le Al-Sn per manufatti antifrizione (boccole e cuscinetti), le durissime Al-Si ipereutettiche (Si>13%) affinate al fosforo per pistoni, le Al-Cu-Ni e le Al-Si-Ni per impieghi ad alta temperatura come testate e basamenti per motori a scoppio. Verso la fine degli anni settanta del secolo ventesimo si ripropongono le leghe Al-Zn-Mg, dette autotempranti perché in grado di assumere autonomamente, dopo un breve stazionamento a temperatura ambiente, le condizioni di bonifica. La vera novità italiana degli anni ottanta deriva da un processo innescatosi negli USA circa venti anni prima a causa della richiesta di componenti leggeri ed affidabile da parte delle industrie aeronautiche ed aerospaziali: la realizzazione dei cosiddetti getti "Premium", richiesti in maniera sempre più massiccia dai costruttori di automobili dopo la crisi petrolifera del 1981. Come tutti i maggiori produttori europei SAVA e Alluminio Italia rendono così più sofisticate e prestazionali le proprie leghe specificatamente dedicate al settore dei trasporti: intervalli più ristretti degli alliganti silicio, magnesio e rame per rendere più precisa la risposta alla bonifica, ferro "basso" (<0.20%) per aumentare la tenacità, fosforo praticamente assente per facilitare la modifica morfologica degli eutettici Al-Si, rigoroso controllo di ogni impurità per la miglior costanza delle caratteristiche, riduzione delle dimensioni del grano mediante titanio e boro, premodifica mediante stronzio. Anche per le leghe secondarie si assiste al miglioramento delle proprietà. Negli ultimi anni non si è assistito a ulteriori importanti innovazioni infatti, le leghe Al-Ag (elevate proprietà tensili) e Al-Li (bassa densità, bassi allungamenti) non hanno trovato spazio in fonderia a causa dell’alto costo di entrambe e della tossicità della seconda in sede di fusione.
Caratteristiche fisiche, meccaniche e chimiche.
Proprietà fisiche. Non ci sono ancora nomenclature adottate universalmente per i vari gradi di purezza dell’alluminio. L’alluminio ha massa volumica 2,7 kg/dm3, la sua fusione è accompagnata da un cambio di volume compreso tra il 6,5 e il 6,7%, a seconda del grado di purezza del metallo; presenta un coefficiente di dilatazione lineare tra 20 e 300 °C di circa 24×10-6 °C-1 (circa il doppio di quello dell’acciaio; tuttavia per le leghe è molto più basso), il punto di fusione per l’alluminio puro al 99,99% è 660 °C ed il calore di fusione è 387 kJ/kg. La conduttività termica dell’alluminio ad alta purezza e ricotto per temperature sopra i 200 °C è circa 240 W/m×K (circa la metà di quella del rame puro) ed è relativamente insensibile all’aggiunta di piccole quantità di impurezze. La resistività elettrica dell’alluminio puro al 99,99% a 20 °C è 2,6548×10-8 ohm, cioè il 63,8% dello IACS (International Annealed Copper Standard). La conduttività è isotropica finché non vi sono linee di dislocazione orientate: infatti il materiale lavorato a freddo presenta una conduttività migliore nella direzione della deformazione.
Proprietà meccaniche. Il modulo di Young è relativamente basso se confrontato con altri metalli, 64000 N/mm2 per purezze del 99,99%, ma è sensibile a piccole variazioni nelle quantità delle impurezze, infatti per una purezza del 99,95% si rileva che il modulo elastico passa a 69000 N/mm2 (la cella c.f.c., cubica a facce centrate, forma in cui cristallizza l’alluminio, è la responsabile di questo fenomeno). L’estensione elastica dell’alluminio e delle sue leghe, a parità di sforzo applicato, è circa tre volte maggiore di quella degli acciai: questo è un vantaggio nei pezzi meccanici dove è richiesta resistenza all’impatto e quindi anche nella costruzione delle carrozzerie per automobili. Come gli altri metalli non ferrosi, l’alluminio e le sue leghe non hanno un limite elastico netto e ben definito. Per questo si valuta, per il limite di snervamento, il carico per cui si ottiene una deformazione permanente dello 0,2%. Nella seguente tabella si riportano lo sforzo di snervamento (in MPa=N/mm2), il carico di rottura a trazione (in MPa=N/mm2) e l’allungamento percentuale per tre diversi gradi di purezza.

purezza	carico di snervamento	carico di rottura a trazione	allungamento %
99,99	10	45	50
99,80	20	60	45
99,60	30	70	43

Il modulo di rigidità a torsione è circa 25 MPa (25 N/mm2), il modulo di Poisson vale 0,34. La durezza Vickers HV è 17 punti e cresce fino a 40 se il metallo viene laminato a freddo. L’alluminio e le sue leghe di tipo c.f.c. (cubica a facce centrate) non hanno problemi di frattura fragile a basse temperature: non subiscono clivaggio. Per il materiale commerciale puro, i valori di creep (scorrimento viscoso) crescono rapidamente per temperature superiori ai 100 °C: per questo motivo l’alluminio non è adatto ad impieghi sotto sforzo ad alta temperatura; tuttavia questo comporta una facilità di lavorazione a caldo.
Proprietà chimiche (ossidazione). Per la sua posizione nella serie elettrochimica, l’alluminio è classificato come elemento molto reattivo e facilmente ossidabile. In realtà esso si dimostra molto resistente alla corrosione, sia come metallo puro, sia nelle leghe. Questa proprietà è dovuta alla formazione di uno strato di ossido molto compatto e resistente e con volume molecolare 1,3 volte quello del metallo consumato nell’ossidazione, portando in questo modo la superficie in uno stato di compressione. Lo strato di ossido è insolubile in acqua e in molti altri composti chimici; esso protegge il metallo sottostante dall’ambiente esterno, anche se lo strato di ossido formato in aria è molto sottile: 5×10-6 mm a temperatura ambiente. Tramite il meccanismo dell’ossidazione anodica lo spessore dello strato di ossido può essere aumentato sino a 0,03 mm. In entrambi i casi esso è amorfo ed è chiamato a. Al riscaldamento esso si trasforma in una forma cristallina più dura conosciuta come g-Al2O3. L’ossido a ottenuto per anodizzazione può assorbire e trattenere le vernici. La legge dell’accrescimento dell’ossido a temperature moderate ha andamento logaritmico. L’alluminio incorre nella corrosione generalizzata solo sotto l’influenza di solventi che, una volta dissolta la pellicola passivante, attaccano il metallo con la formazione di sali. Gli agenti più aggressivi per l’alluminio sono gli acidi alogenidrici (acido cloridrico e acido fluoridrico), l’acido solforico concentrato, le soluzioni acquose di idrossidi alcalini, i carbonati di sodio e di potassio. Vi sono molte sostanze che non reagiscono, o lo fanno molto blandamente, con il metallo: tra queste le soluzioni concentrate di acido nitrico, l’ammoniaca e molti acidi organici, eccetto l’acido formico e l’acido ossalico, che sono solventi sia dell’alluminio che del suo ossido.

LEGHE LEGGERE D’ALLUMINIO

Le leghe a base d’alluminio sono anche note come leghe leggere in virtù del loro peso specifico. Gli elementi che generalmente compaiono in queste leghe da soli o insieme sono rame, magnesio, silicio formando così leghe d’alluminio-rame, alluminio-silicio, alluminio-magnesio ma anche alluminio-rame-silicio o alluminio-zinco (generalmente usata nell’industria aeronautica).

Le principali caratteristiche dell'alluminio sono:

leggerezza (massa volumica 2,7 kg/dm3);
ottima resistenza alla corrosione atmosferica;
ottima lavorabilità (struttura CFC, cioè Cubica a Facce Centrate);
scarse proprietà meccaniche;
cattiva saldabilità;
buona conducibilità elettrica e termica;
pratica inutilizzabilità alle alte temperature (punto di fusione 660°C).

Sfruttando quindi le qualità dell'alluminio e aumentandone le proprietà meccaniche con alliganti quali il rame, il silicio, il magnesio, il manganese, il nichel, lo zinco, ecc. si possono ottenere delle leghe (le leghe leggere appunto; nb. una lega viene chiamata leggera se la massa volumica è minore di 3 kg/dm3)) il cui impiego come materiali da costruzione, soprattutto nel campo aeronautico, è notevolissimo. Le leghe d'alluminio possono essere classificate in relazione al procedimento tecnologico produttivo in leghe da lavorazione plastica ed in leghe da fonderia.

CLASSIFICAZIONE

Ci riferiremo al sistema più usato che è quello elaborato dalla Aluminium Association (A.A.) un organismo costituito in U.S.A. dai fabbricanti di alluminio e sue leghe. Il simbolo base della nomenclatura è costituito da un gruppo di quattro indici numerici consecutivi, il primo dei quali individua le famiglie di materiali secondo lo schema seguente:
1xxx
Alluminio (99% minimo)

2xxx
Leghe al rame
3xxx
Leghe al manganese
4xxx
Leghe al silicio
5xxx
Leghe al magnesio
6xxx
Leghe al magnesio-silicio
7xxx
Leghe allo zinco
8xxx
Leghe contenenti altri elementi; leghe Al-Li
9xxx
Leghe particolari

Il secondo indice definisce le eventuali varianti della lega originaria, alla quale è riservato l'indice 0.
Le ultime due cifre, infine, indicano, nella serie 1xxx, il grado di purezza dell'alluminio (ad esempio 1050 è un alluminio 99,50%); in tutte le altre serie non hanno altro significato se non quello di individuare le singole leghe all'interno del gruppo. L’alluminio puro, come dianzi accennato, trova impiego soprattutto nell’elettrotecnica e nell’industria chimica ma, a causa delle sue scadenti proprietà meccaniche, per le altre applicazioni quasi sempre vengono impiegate le leghe. Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell’alluminio, ma solo alcuni, silicio, magnesio, rame, zinco, manganese e litio, sono i principali costituenti delle leghe commerciali. Talvolta sono aggiunte, per scopi particolari, piccole percentuali di nichel, titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo, cadmio ed anche stagno e ferro, quest’ultimo peraltro sempre presente come impurezza. Ogni elemento possiede il suo particolare effetto, per esempio:

il silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione;

il magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare;
il manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione;
il rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo;
lo zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce una elevata resistenza meccanica.

Designazioni delle leghe d’alluminio, secondo l’UNI sono:

G leghe per getti, in particolare: Gs getti colati in terra, Gc getti colati in conchiglia, GD getti colati sotto pressione;
P leghe per lavorazione plastica, in particolare: Pl laminati, Pe estrusi, Pf fucinati, Ps stampati, Pt trafilati.

In base al trattamento termico subito avremo:

T tempra di soluzione con raffreddamento in acqua 10¸30 °C;
Ts tempra di soluzione dipendente da raffreddamento nella forma di sabbia;
Tc tempra di soluzione dipendente da raffreddamento nella forma in conchiglia;
Tb tempra di soluzione con raffreddamento in acqua calda 60¸100 °C;
To tempra di soluzione con raffreddamento in olio;
Ta tempra di soluzione con raffreddamento in aria soffiata;
N stagionatura naturale dopo qualsiasi tempra di soluzione;
A rinvenimento a temperatura maggiore di 60 °C dopo tempra di soluzione;
S stabilizzazione dimensionale;
R ricottura;
B bonifica (tempra di soluzione seguita da stagionatura o da rinvenimento); NB. stagionatura: invecchiamento naturale, rinvenimento: invecchiamento artificiale. Per bloccare l’invecchiamento collocare il manufatto dopo tempra di soluzione a temperatura minore di 0 °C.

3.2 Principali sistemi alliganti.

Alluminio - rame. Il rame è un elemento in lega molto importante per l’alluminio, vista la sua apprezzabile solubilità ed il suo effetto rinforzante. Molte leghe commerciali (serie 2XXX) contengono rame come principale elemento in lega, in concentrazioni variabili dall’1 al 10% in peso; è spesso usato in combinazione con magnesio per ottenere un migliore comportamento meccanico. Il sistema alluminio - rame possiede un eutettico Al-AlCu2 alla temperatura di 548 °C e alla composizione 33% di Cu in peso. L’indurimento avviene per precipitazione. Le leghe binari Al-Cu non sono molto usate commercialmente. Con l’aggiunta di elementi quali Mg, Mn, Si, Ni, Li, esse vengono usate spesso per applicazioni strutturali sugli aerei e in generale dove occorrono buone caratteristiche meccaniche e leggerezza.

Alluminio - magnesio. Il magnesio mostra una buona solubilità nell’alluminio (seconda solo allo zinco) e, per questo, leghe con concentrazioni minori del 7% non mostrano una apprezzabile precipitazione (tuttavia se sono presenti altri elementi questa percentuale diminuisce), ma è possibile comunque ottenere un discreto effetto indurente tramite la lavorazione a freddo, visto che il magnesio permette di conservare un’ottima duttilità. Il magnesio fornisce inoltre un’eccellente resistenza alla corrosione e una buona saldabilità: queste caratteristiche vengono sfruttate nella costruzione delle carrozzerie in alluminio. L’eutettico Al-Mg2Al3 si ha ad una concentrazione di 35% di Mg in peso ad una temperatura di 450 °C. Per causare la precipitazione di Mg2Al3 (fase b), che ha un reticolo c.f.c., la lega deve essere trattata a temperature tra 200 e 300 °C e per un tempo dipendente dalla temperatura scelta. La precipitazione avviene preferenzialmente sui piani {100}, seguita da quella sui piani {120}. La precipitazione può essere continua o discontinua, a seconda della temperatura di tempra adottata; quella continua genera una struttura di tipo "Wiedmastaetten", la cui dimensione principale decresce all’aumentare della temperatura di tempra e mostra un limitato effetto indurente. La modalità di formazione della fase b è importante anche per la resistenza alla corrosione: per ottimizzarla, essa deve presentarsi in particelle discrete priva di struttura tipo network a bordo grano, da evitare anche perché riduce drasticamente la duttilità.

Alluminio - silicio.

L’importanza del silicio è dovuta all’aumento di fluidità e alla riduzione del coefficiente di dilatazione termica conferito dall’aggiunta di piccole quantità di alligante, proprietà molto utile nei getti e nelle saldature. Il sistema Al-Si forma un eutettico alla temperatura di 577 °C ad una percentuale di silicio dell’11.7% in peso; poiché questo sistema non forma composti intermetallici, il silicio precipita direttamente dalla matrice della soluzione solida primaria. La durezza delle particelle di silicio conferisce infine una buona resistenza all’usura. Nell’uso commerciale a questo sistema vengono aggiunti altri elementi in lega quali per esempio il rame e il magnesio.

Alluminio - manganese.
Le leghe Al-Mn formano un eutettico alla temperatura di 658 °C e per una composizione del 2% in manganese; la fase intermetallica che si separa è MnAl6. Questo sistema si trova raramente in equilibrio e il manganese, che ha una solubilità molto ridotta nell’alluminio, non è portato in soluzione solida nella percentuale prevista dal diagramma di stato, e così MnAl6 appare come micro costituente anche per percentuali molto basse di manganese; infatti è usato in percentuali di poco superiori all’1% in peso nelle leghe non trattabili termicamente e in quantità maggiori nelle leghe trattabili al calore. In generale il vantaggio conferito dal manganese è quello di aumentare la resistenza meccanica delle leghe lavorate e di ridurre la sensibilità alla corrosione intergranulare ed alla stress corrosion, ma l’eventuale presenza di composti intermetallici causa una diminuzione di duttilità.

Alluminio - litio.
Il sistema Al-Li permette di ottenere densità molto basse e allo stesso tempo elevati moduli elastici. Infatti è l’unico elemento (oltre al berillio) che riduce la densità e che contemporaneamente aumenta il modulo elastico dell’alluminio: ogni aumento percentuale (in peso) di litio, diminuisce la densità dell’alluminio di circa il 3% e aumenta il suo modulo elastico del 6%. Queste leghe, tuttavia, non sono del tutto mature tecnologicamente e mostrano una bassa duttilità. La composizione eutettica si ha per il 9.9% Li (in peso) e per una temperatura di 602 °C. L’effetto indurente deriva dalla precipitazione, soprattutto del composto intermetallico metastabile Al3Li.

Alluminio - zinco.

Lo zinco è l’elemento che ha la solubilità più elevata nell’alluminio, e con esso forma un eutettico ad una concentrazione del 95% in peso di Zn alla temperatura di 382 °C: così, per quasi tutte le composizioni, si ha solidificazione di una soluzione solida primaria; al calare della temperatura il suo campo di stabilità crolla e si ha precipitazione di zinco. Generalmente le leghe binari Al-Zn non vengono usate, ma vengono preferite leghe Al-Zn-Mg, impiegate nelle costruzioni aeronautiche.

Alluminio - rame - litio.

L’aggiunta di rame al sistema Al-Li riduce significativamente la solubilità del litio attorno all’1.5% in peso di litio alla temperatura di 515 °C (senza Cu si era a 2,55% a 500 °C). Nella zona del diagramma di stato ad alta concentrazione di Al, vi sono tre composti in equilibrio con l’allumino; a seconda delle composizioni e delle temperature è possibile variare la quantità delle diverse fasi presenti per ottimizzare le particolari caratteristiche meccaniche desiderate.

Alluminio - magnesio - silicio.

Questo sistema costituisce la classe principale di leghe per i pezzi lavorati a caldo e per quelli ricavati da fusione. Esse riescono a combinare alcune caratteristiche favorevoli: buone resistenze meccaniche, sensibilità relativamente bassa alla tempra, buona resistenza alla corrosione. L’indurimento avviene soprattutto per precipitazione del composto Mg2Si. Per ottenere prodotti estrusi con questa lega normalmente si mantengono Mg e Si al di sotto dell’1,5% in peso. Il silicio, infine, aumenta la fluidità del fuso e riduce il coefficiente di dilatazione, come già detto anche per le leghe Al-Si.

Alluminio - rame - magnesio.

Le leghe commerciali contenenti magnesio e rame come maggiori alliganti contengono generalmente anche sufficiente silicio da conferire loro caratteristiche di leghe quaternarie piuttosto che ternarie. Peraltro le principali reazioni di rinforzo da precipitazione sono quelle del sistema Al-Cu-Mg. Normalmente l’alligante più abbondante è il rame, e la matrice subisce indurimento per precipitazione delle fasi intermetalliche CuAl2 e CuMgAl2. La reazione di precipitazione coinvolgente il silicio, con formazione del composto intermetallico Mg2Si, avviene solo per certe composizioni e comunque dà un contributo minoritario all’effetto rinforzante.

Alluminio - magnesio - litio.

L’aggiunta di magnesio al sistema binario Al-Li porta ad una diminuzione di densità e ad un certo aumento dei moduli elastici della lega. In particolare il magnesio contribuisce al rinforzo in due modi: aggiunge una componente alla soluzione solida e riduce la solubilità del litio nell’alluminio, aumentando (a parità di altri fattori) la frazione volumica del precipitato Al3Li.

Alluminio - magnesio - zinco e alluminio - rame - magnesio - zinco

Questi sistemi formano una classe importante di leghe trattabili termicamente e, per il sistema quaternario, possono sopportare gli sforzi più alti di qualunque altra lega di alluminio commerciale (eccetto quelle rinforzate per dispersione di particolato ceramico). In molti casi lo zinco è il maggior elemento alligante. Il rinforzo avviene per precipitazione di composti intermetallici come MgZn2, Mg3Zn3Al2, Mg5Al3 o CuMgAl2.

Leghe di alluminio leghe leggere