Tecnologia meccanica e dei materiali - Materiali

Tipologie di acciaio

TRIP STEELS: cercano di avere buona resistenza meccanica e buona elongazione, verranno sostituiti dagli austenitici.

ACCIAI MARTENSITICI (II GEN): alta resistenza meccanica e pochissima elongazione, si usano nelle traverse, ma mai in zone che richiedono assorbimento di energia come la scocca. Durante la loro formazione si genera austenite residua.

SECONDA GENERAZIONE ACCIAI: sono acciai austenitici ad alta elongazione creati in laboratorio, giovando con le percentuali di silicio e manganese, riescono a portare l'austenite a temperature ambiente (diventa una austenite "twins", ovvero modificata). Si usano ad esempio nei paraurti, offrendo una buona resistenza. L'elongazione è piuttosto alta, averne troppa fa scadere alcune proprietà. Comunque, nell'industria automobilistica riducono notevolmente il peso della componentistica insieme agli AHSS.

ACCIAI (III GEN): stanno sostituendo i dual phase, sono sempre figli dei trattamenti termici ma le strutture finali vengono

atossico.-L'alluminio presenta una buona saldabilità, che richiede però tecniche specifiche;

L'alluminio presenta una buona duttilità anche a basse temperature grazie al reticolo CFC;

L'alluminio presenta una buona resistenza elettrica;

Il suo modulo di Young è 70k Mpa contro i 210k Mpa dell'acciaio, e ciò aumenta il campo elastico;

Questo grafico piuttosto interessante è un modello d'incrudimento con tensione/densità sulle ordinate, quindi se elevato, indice di elevata leggerezza... da notare come l'alluminio superi i MILDSTEEL (acciai classici), ecco perché trovano impiego nell'automotive, addirittura un alluminio vince rispetto le leghe di acciaio e il titanio! Il magnesio è l'unico che se la gioca, ma è costoso e richiede lavorazioni a caldo (potrebbe generare polveri infiammabili).

L'alluminio viene estratto sotto forma di bauxite dalla crosta terrestre e subisce

Due lavorazioni, da bauxite a allumina (un ossido con alta temperatura di fusione), e da allumina a alluminio. Questo ultimo passaggio disintossica l'allumina tramite elettrolisi ricavano alluminio puro sottraendo monossido di carbonio. L'alluminio nel settore aeronautico sta perdendo solo di recente a favore dei compositi, i Boeing747 sono composti da alluminio per il 70%! Continua comunque a mantenere una buona fetta di mercato, in quanto non raggiunge il connubio perfetto delle leghe ferrose, ma surclassa, anche in termini di disponibilità, magnesio e titanio! Viene impiegato anche in alcune strutture civili.

LE LEGHE DELL'alluminio
L'alluminio può essere migliorato mediante l'impiego di elementi in lega, che si occuperanno di ovviare a un suo difetto, il basso punto di fusione a 660 gradi centigradi. Per tale scopo vengono scelti Cu, Si (che aumentano elasticità e colabilità, il Rame genera le leghe di alluminio di serie.

II) Leghe di alluminio

Le leghe di alluminio sono composte da diversi elementi che conferiscono loro proprietà specifiche. Alcuni esempi sono:

• Mg (aumenta la resistenza alla corrosione e meccanica)
• Zn, Mn (con zinco e magnesio si ottiene la lega aeronautica per eccellenza, serie 6 e 7)

Il numero iniziale indica la serie. La designazione prevede AAXXXX con i numeri sopra, che indicano il grado di purezza dell'alluminio. Successivamente ci sono le sigle dei trattamenti termici.

ANALIZZIAMO LE LEGHE DI MAGGIORE IMPORTANZA!

SERIE 1XXXX

Alluminio quasi puro (non è propriamente una lega), conducibilità termica ed elettrica elevate, si usa nel settore alimentare.

SERIE 2XXXX

Leghe Al-Cu (nome commerciale Avional), hanno un punto di fusione piuttosto basso, e saldatura limitata, ma eccellente lavorabilità alle macchine utensili. Le applicazioni sono per quelle strutture con elevato rapporto resistenza/peso (sospensioni automobilistiche, velivoli per temperature di impiego fino a 150 gradi).

Ecco il diagramma rame-alluminio, ci sono numerosi eutettici e composti intermetallici. Di notevole importanza il...

THETAcentrale in basso CuAl2, che permette di indurire la lega precipitando.

TEMPRA DI SOLUZIONE E INVECCHIAMENTO PER PRECIPITAZIONE

Abbiamo preso la porzione a destra di theta del grafico grande di sopra e abbiamo ribaltato Alluminio e Rame come andamento delle percentuali, nella figura a destra abbiamo preso una lega Cu-Al con il 4% Cu, e la abbiamo riscaldata in forno e poi raffreddata moolto lentamente, seguendo il diagramma avrò il composto intermetallico stabile Theta. Se invece realizzo un raffreddamento repentino da tempra (Quench), non seguo il diagramma e CuAl2 non si forma, si forma CuAl solubilizzato, pertanto il reticolo CFC di Al sarà sovrassaturo di atomi di Cu. Se voglio che questa condizione permanga, ed evitare che Cu scappi dal reticolo portandosi dietro un po di Al e generando il composto intermetallico, che è piuttosto fragile.

IL TUTTO IN QUESTA SLIDE SINTETIZZATO

INVECCHIAMENTO PER PRECIPITAZIONE

Dopo il raffreddamento repentino, eseguo un

Riscaldamento fino a 150/200 gradi centigradi, una temperatura che non mi assicura la formazione del composto intermetallico CuAl2, il Cu invece dilegarsi con Al, si deposita sui bordi di grano non come elemento puro, ma come precipitato. Questi precipitati conferiranno una ulteriore resistenza meccanica. A seconda della temperatura di invecchiamento le sigle saranno T4 T5 T6… e aumenta la sigma di rottura.

Grazie a questo trattamento, l’alluminio si può paragonare agli acciai tradizionali solo con elementi in lega, vincendo su essi (non sono quelli AHSS), e vince a priori per leggerezza.

Queste leghe dell’alluminio erano di serie II… ora piccola parentesi sulla durezza secondaria degli acciai e analizziamo la serie III Alluminio Manganese ….

TORNIAMO SUGLI ACCIAI: LA DUREZZA SECONDARIA

Gli acciai per utensili, ossia quelli legati con Mo, Ni, W, Cr, a 500-600 gradi vedono gli elementi legati dissociarsi dalla lega e precipitare sui bordi di grano.

Conferendo proprio questa durezza secondaria. A sinistra l'andamento della durezza con la temperatura per acciaio non legato, a destra legato...SERIE 3XXXX- LEGHE ALLUMINIO-MANGANESE

Il manganese aumenta sia la resistenza alla corrosione che meccanica, il suo diagramma è pieno di peritettici e eutettoidici, non è trattabile termicamente, le applicazioni riguardano i recipienti in pressione e parti meccaniche soggette a carico.

SERIE 4XXXX - LEGHE COLABILI ALLUMINIO-SILICIO

Il diagramma è molto semplice, parziale miscibilità allo stato solido di Silicio in alluminio da un lato e miscibilità nulla di alluminio in silicio dall'altro, la precipitazione del silicio conferisce alla lega colabilità e riduzione del coefficiente di dilatazione termica. Anche queste leghe non sono trattabili termicamente.

SERIE 5XXXX - LEGHE ALLUMINIO MAGNESIO

Leggera, si usa nell'automotive, il magnesio conferisce ottime proprietà meccaniche.

inferiori a2XXXX, è resistente alla corrosione e non trattabile termicamente,

SERIE 6XXXX- LEGHE ALLUMINIO SILICIO MAGNESIO(Anticorodal)

Sono tra le migliori in termini di resistenza meccanica e trattabilità termica, il rafforzamento avviene per precipitazione nell'alluminio post invecchiamento di Mg2Si (le tre fasi generano composto intermetallico), sono anche abbastanza resistenti alla corrosione. Questa lega è paragonabile alla serie2, più leggera e elastica grazie a Magnesio e Silicio piuttosto che Cu, quindi è un buon connubio automobilistico e ferroviario. La più famosa è la 6061.

SERIE 6XXXX- LEGHE ALLUMINIO ZINCO

Sono le leghe più nobili, soprattutto se integrate con Magnesio. Possono essere trattate termicamente, si potrebbe usare nel settore automobilistico, ma è più costosa della serie 6XXXX, e inoltre se hanno elevate proprietà meccaniche potrebbero essere sensibili alla corrosione... Hanno

TRATTAMENTI SUPERFICIALI DELLE LEGHE DI ALLUMINIO

APPROFONDIMENTO SULL'ANODIZZAZIONE (CONSENTE DI COLORARE L'ALLUMINIO, come negli infissi)

09/11/20 UMBRELLO-MAGNESIO E LE SUE LEGHE

INTRODUZIONE AL MAGNESIO

Il magnesio rispetto all'alluminio ha una densità più bassa, dunque sarebbe l'elemento chimico più leggero (quasi 1000 kg/m^3 in meno dell'alluminio), ma rimangono punti di svantaggio come la bassa temperatura di fusione o la produzione di polveri infiammabili durante la lavorazione a caldo.

La struttura cristallina è HCP (esagonale compatta), è una cella del genere ha ottime proprietà anticorrosive intrinseche, senza particolari trattamenti con elementi in lega o anodizzazioni come l'alluminio. Le leghe di magnesio (il magnesio da solo non ha ruolo strutturale) hanno il miglior rapporto resistenza/peso.

LE SUE LEGHE HANNO OTTIME

Proprietà, ogni elemento che si lega col magnesio può solomigliorarlo, le leghe hanno anche impieghi nell'automotive. Il magnesio si lega solitamente con uno o altri due elementi chimici. AZ91D Mg sta ad indicare una lega con Alluminio e Zinco al 9% e 1% con magnesio elemento preponderante.

UN COFANO MOTORE (applicazione automotive) (Da notare la leggerezza rispetto all'alluminio) Un limite importante sorgerebbe nella lavorazione a caldo.

APPLICAZIONI BIOMEDICHE Il magnesio ha il pregio di essere biocompatibile, biodegradabile, bio-assorbibile e osteoconduttivo, viene utilizzato per le protesi ma non per quelle durature (che sono in titanio) bensì per gli organi di collegamento tra osso umano e protesi, in quanto biodegradibili non inibiscono la calcificazione crescita dell'osso. Un primo studio fu fatto sui suini. Ovviamente, non essendo il magnesio duraturo, la protesi tutta in magnesio non si può fare, la vite di magnesio ha una vita 10 settimane massimo.