Scienza e tecnologia dei materiali - le leghe

Leghe di alluminio

Prima di discutere delle leghe di alluminio, è necessario esaminare il processo di rafforzamento per precipitazione che è utilizzato per aumentare la resistenza dei metalli e delle leghe.

Rafforzamento per precipitazione

Rafforzamento per precipitazione di una generica lega binaria Lo scopo del rafforzamento per precipitazione è di produrre, in una lega trattata termicamente, una distribuzione fine e dispersa di precipitati in una matrice metallica deformabile, poiché la presenza dei precipitati ostacola il movimento delle dislocazioni e quindi rinforza le leghe trattate termicamente. Il processo di rafforzamento per precipitazione può essere spiegato in generale facendo riferimento al diagramma di stato binario di due metalli A e B. Perché una lega possa essere indurita per precipitazione per una determinata composizione, deve esserci una soluzione solida limite per la quale la solubilità allo stato solido diminuisce al

diminuire della temperatura. Ad esempio, nel diagramma di stato in figura si ha la diminuzione della solubilità allo stato solido nella soluzione solida α dal punto a al punto b lungo la linea di solvus indicata. Utilizzando tale diagramma, esaminiamo ora il processo di rafforzamento per precipitazione di una lega di composizione , per la quale si ha una notevole diminuzione della solubilità diminuendo la temperatura da a .

Il processo di rafforzamento per precipitazione è suddiviso in tre stadi:

1. Trattamento termico di solubilizzazione. Il pezzo di lega in esame viene riscaldato ad una temperatura compresa tra le temperature di solvus e quella di solidus e mantenuto a tale temperatura per il tempo necessario ad ottenere una soluzione solida uniforme. Per la lega viene scelta la temperatura corrispondente al punto c, in quanto è intermedia tra le linee di solvus e di solidus della soluzione solida α.
2. Tempra di soluzione. Il campione viene raffreddato

velocemente a bassa temperatura, di solito quella ambiente, e il mezzo di tempra è solitamente acqua a temperatura ambiente. La struttura del campione di lega temprato in acqua è in genere costituita da una soluzione soprassatura di B in A. la struttura della lega dopo tempra alla temperatura , corrispondente al punto d, è una soluzione solida soprassatura di fase α. 3. Invecchiamento. È il processo necessario perché si formino precipitati finemente dispersi. Se viene realizzato a temperatura ambiente, si chiama invecchiamento naturale; se viene realizzato a elevata temperatura si chiama invecchiamento artificiale. Una lega nelle condizioni di soluzione solida soprassatura si trova ad un alto livello energetico. Tale stato energetico è relativamente instabile e la lega tende a raggiungere uno stato energetico più basso attraverso la trasformazione spontanea della soluzione solida soprassatura in fasi metastabili o nella fase diequilibrio.Il lavoro motore per la precipitazione delle fasi metastabili o della fase di equilibrio è fornito dalla diminuzione di energia del sistema che si verifica in seguito alla formazione delle fasi stesse. Quando una soluzione solida soprassatura di una lega induribile per precipitazione viene invecchiata a temperature relativamente basse, condizione in cui è disponibile solo una ridotta energia di attivazione, si formano addensamenti di atomi segregati, chiamati zone di Guinier-Preston o zone GP. Nel caso della lega A-B, le zone saranno regioni ricche di atomi di B in una matrice costituita prevalentemente da atomi di A. Dopo un