ISO N – Materiali non ferrosi

Che cosa sono i materiali non ferrosi ISO N?

• Questo gruppo contiene metalli teneri, non ferrosi, con durezze inferiori a 130 HB, ad eccezione dei bronzi ad alta resistenza (>225 HB)
• Il gruppo più consistente è rappresentato dalle leghe di alluminio (Al) con meno del 12-13% di silicio (Si)
• MMC: Compositi a matrice di metallo: Al + SiC (20-30%)
• Leghe a base di magnesio
• Rame: rame elettrolitico con il 99.95% di Cu
• Bronzo: rame con stagno (Sn) (10-14%) e/o alluminio (3-10%)
• Ottone: rame (60-85%) con zinco (Zn) (40-15%)

Lavorabilità dell’alluminio

• Materiale a truciolo lungo
• Se legato, il controllo truciolo è relativamente facile
• L’Al puro è tendente all’incollamento e richiede taglienti affilati e alta v_c
• Forza di taglio specifica: 350-700 N/mm²
• Le forze di taglio e quindi la potenza richiesta alla macchina sono basse
• Questo materiale può essere lavorato con qualità di metallo duro a grana fine non rivestito se il tenore di Si è inferiore al 7-8% e con qualità con taglienti di PCD nel caso dell’alluminio con un tenore maggiore di Si
• L’Al eutettico con tenore di Si superiore al 12% è molto abrasivo

​Componenti comuni

Blocchi motore, testate, scatole di trasmissione, carcasse, componenti di telai per l’industria aerospaziale.

Le origini

L’alluminio è l’elemento metallico più abbondante sulla terra e costituisce circa l’ 8,5% della litosfera o crosta terrestre; tuttavia, non essendo un elemento abbastanza inerte chimicamente, non lo si può trovare in natura allo stato libero ma solamente combinato con ossigeno e vari minerali, principalmente sotto forma di silicati e di ossido di alluminio (Al2O3 ). Fra i silicati più noti il è il caolino, costituente principale delle argille comunemente usate per le ceramiche. Il minerale che contiene l’ossido, per circa il 50%, è la BAUXITE; l’ossido puro cristallizzato è il corindone incolore (cristallo che segue subito il diamante nella scala della durezza), quando i cristalli di corindone sono colorati per impurità metalliche si hanno: rubino, zaffiro, smeraldo – topazio – ametista d’oriente. L’ alluminio deriva il suo nome da Alum, più tardi allume, che è un solfato di alluminio da millenni conosciuto ed utilizzato per la preparazione dei colori; trovò poi ulteriori applicazioni come astringente per la cura della pelle ed alla fabbricazione delle comuni matite emostatiche. Fino alla metà del 18° secolo l’esistenza dell’alluminio come metallo rimase però sconosciuta, fino a quando il chimico tedesco Andres Marggraf usò l’allume per produrre il primo ossido di alluminio od allumina. Questa scoperta fu importante perché fornì la prova che l’allume conteneva un metallo sconosciuto. Solo nel 1825 Hans Cristian Oersted riuscì a produrre alcune gocce di alluminio, le ricerche furono portate avanti da un suo discepolo Freidirich Wohler, ma bisogna arrivare intorno al 1840 perché si riuscissero ad ottenere delle piccole lamine di alluminio che consentirono di poter stabilire le caratteristiche di malleabilità e leggerezza di questo nuovo metallo. Nel 1850 l’alluminio era ancora prodotto unicamente in laboratorio con procedimenti di riduzione dell’ossido che dovevano compiersi in crogioli di platino ed usando il potassio, molto costoso, così che il prezzo dell’alluminio prodotto aveva un costo di gran lunga superiore a quello dell’oro.

La produzione: metodo Hall – Heroult

Il metodo finora usato anche se in seguito migliorato non consentiva la produzione a carattere industriale ed occorre arrivare al 1886 perché l’americano Charles Martin Hall scoprisse il primo metodo elettrolitico pratico, per produrre l’alluminio in forti quantitativi. Il suo metodo prevedeva il passaggio della corrente elettrica da un elettrodo positivo di carbone (anodo) attraverso il bagno fuso di allumina sciolta nella criolite; (un clorito di sodio che si trovava solo in Groenlandia, la capacità della criolite di solubilizzare l’ossido ne eliminava così la costosa operazione di riduzione in sale); all’elettrodo negativo (catodo) che era costituito dal crogiolo. La corrente elettrica scomponeva l’allumina in alluminio metallico che si depositava sul fondo del crogiolo ed ossigeno che si combinava con l’anodo di carbone sviluppando monossido o biossido di carbonio. Questo metodo consentì la produzione in forti quantità ed a costi bassi grazie anche agli enormi progressi che si erano intanto venuti a creare per la produzione di energia elettrica per mezzo delle moderne dinamo. La casualità volle che nello stesso momento in Francia un giovane scienziato, Paul Heroult, lavorasse in modo indipendente per sviluppare un processo identico, pur non essendo nessuno dei due a conoscenza dei rispettivi esperimenti. Le casualità non finiscono qui: i due scienziati erano nati lo stesso giorno, brevettarono insieme le loro scoperte e morirono lo stesso giorno!! Così Hall ed Heroult ricevettero il brevetto ed il diritto di sfruttamento rispettivamente il primo negli Stati Uniti ed il secondo in Francia. Più tardi venne dato il nome congiunto di Hall – Heroult a tale metodo che, pur nei vari miglioramenti, è rimasto fino ad oggi il sistema di produzione usato per la produzione dell’alluminio.

Leghe e stati

Sebbene l’alluminio puro sia molto tenero e duttile, può tuttavia raggiungere una notevole resistenza alla trazione e migliorare le altre caratteristiche meccaniche con la lavorazione a freddo, i trattamenti termici e con l’alligazione, ossia la miscelazione con altri metalli per esaltare le caratteristiche del metallo di base.

Vi sono due categorie principali di leghe:

1. leghe da fonderia
2. leghe da lavorazione plastica.

Le leghe da fonderia sono quelle usate per prodotti la cui forma non viene cambiata dopo la colata negli stampi e la successiva solidificazione.

Le leghe da lavorazione plastica dopo la solidificazione sono quelle che subiranno delle variazione di forma mediante lavorazione meccanica, ed in particolari a queste ci riferiremo per una maggiore conoscenza delle caratteristiche.

Leghe da lavorazione plastica

Il rame (Cu), il silicio (Si), il manganese (Mn), e zinco (Zn) sono gli elementi di alligazione maggiormente usati con l’alluminio insieme ad altri per ottenere leghe di particolari caratteristiche, tale gamma si compone di almeno cento differenti tipi anche se le produzioni si concentrano su 15-20 di maggior uso.

La loro designazione si basa su una serie di quattro numeri adottata dalla ALLUMINUM ASSOCIATION -AA- (USA) ed oggi universalmente adottata insieme alle singole normative nazionali.

Tale designazione è cosi strutturata:

1000 alluminio da un minimo del 99% 2000 alligante: rame, Cu 3000 alligante: manganese, Mn 4000 alligante: silicio, Si 5000 alligante: magnesio, Mg 6000 alligante: magnesio + silicio 7000 alligante: zinco, Zn 8000 alligante: ferro Fe + silicio.

Le serie da 2000 ad 8000 raggruppano le leghe secondo i loro principali costituenti, la prima cifra indica i principali alliganti, la seconda indica eventuali modifiche della lega e delle impurezze, le ultime due servono a differenziare una lega dalle altre dello stesso gruppo.

Designazione degli stati

La designazione degli stati indica il tipo di trattamento termico, di lavorazione meccanica od entrambi a cui la lega è stata sottoposta, tale designazione integra e completa la definizione di una lega. I quattro stati fondamentali vengono indicati con una lettera:

O Ricotto F Grezzo di lavorazione H Incrudito T Trattato termicamente gli stati H e T sono seguiti da cifre per meglio definire le variazioni al trattamento base. Ad esempio lo stato TA 16 che distingue lo stato dei profili per serramento indica che la lega e stata temprata ed invecchiata artificialmente

Il caso delle leghe della serie 6000

Le leghe della serie 6000 sono quelle al Mg + Si e costituiscono per la loro temprabilità alla pressa e le loro caratteristiche le più usate per l’ottenimento di profilati estrusi. In particolare nel campo dei serramenti la lega prevalentemente usata è la 6060 (UNI 3569) che garantisce dopo il processo di anodizzazione uniformità di colorazione e lucentezza.