A seconda degli elementi di lega e del trattamento termico, i tipi di alluminio possono presentare una vasta gamma di proprietà. Queste vanno dall’aspetto gradevole, alla facilità di lavorazione e alla buona resistenza alla corrosione, fino a un elevato rapporto resistenza/peso, una buona saldabilità e un’elevata tenacità alla frattura. In definitiva, la scelta del tipo di alluminio più adatto dipende dall’applicazione prevista e dalle condizioni di lavoro a cui dovrà essere sottoposto.
Le sezioni che seguono descrivono una per una ciascuna serie di leghe di alluminio, riassumendone le caratteristiche distintive, i gradi tipici e gli impieghi più comuni che guidano la scelta del materiale.
Tabella 1. Confronto tra diverse serie di leghe di alluminio
Serie
Elemento legante principale
Gradi rappresentativi
Trattabili termicamente
Caratteristiche tipiche
Applicazioni comuni
1xxx
Alluminio puro (≥99%)
1050, 1060, 1100, 1350
No
Eccellente resistenza alla corrosione, eccellente conduttività elettrica e termica, bassa resistenza meccanica, eccellente formabilità
Conduttori elettrici, apparecchiature per la lavorazione chimica, riflettori, industrie alimentari e chimiche
2xxx
Rame (Cu)
2014, 2024, 2219
Sì
Elevata resistenza, buona lavorabilità, resistenza alla corrosione ridotta, saldabilità limitata
Strutture aerospaziali, componenti per aeromobili, elementi strutturali ad alta resistenza
3xxx
Manganese (Mn)
3003, 3004, 3105
Resistenza moderata, eccellente formabilità, buona resistenza alla corrosione
Coperture e rivestimenti, pentole, scambiatori di calore, serbatoi di stoccaggio
4xxx
Silicio (Si)
4032, 4043, 4643
Generalmente no*
Punto di fusione più basso, buona resistenza all'usura, adatto alla saldatura e alla brasatura
Filo d'apporto per saldatura, materiali per brasatura, componenti automobilistici
5xxx
Magnesio (Mg)
5005, 5052, 5083, 5086
Resistenza da moderata ad alta, eccellente resistenza alla corrosione (soprattutto in ambienti marini), ottima saldabilità
Strutture marine, recipienti a pressione, mezzi di trasporto, cantieristica navale
6xxx
Magnesio + silicio (Mg₂Si)
6061, 6063
Resistenza media, buona resistenza alla corrosione, eccellente estrudibilità, buona saldabilità
Profilati strutturali, componenti architettonici, telai automobilistici, macchinari
7xxx
Zinco (Zn)
7050, 7075
Resistenza molto elevata, buona resistenza alla fatica, resistenza alla corrosione inferiore rispetto alla maggior parte delle altre serie
Strutture aeronautiche, componenti aerospaziali, attrezzature per la difesa, articoli sportivi
8xxx
Altri elementi (Fe, Ni, Li, ecc.)
8006, 8011, 8079, 8090
Varia
Le proprietà dipendono dalla composizione della lega e dall’applicazione prevista
Fogli e imballaggi, conduttori elettrici, leghe speciali per il settore aerospaziale
9xxx
Non assegnata
—
Serie attualmente non in uso
I gradi di alluminio della serie 1xxx (1050, 1060, 1100, 1145, 1200, 1230, 1350 e altri) sono caratterizzati da un'eccellente resistenza alla corrosione, un'elevata conduttività termica ed elettrica, proprietà meccaniche modeste e un'ottima lavorabilità. È possibile ottenere un moderato aumento della resistenza tramite l'incrudimento. Il ferro e il silicio sono le principali impurità presenti in questa serie.
Le leghe di alluminio della serie 2xxx (2011, 2014, 2017, 2018, 2124, 2219, 2319, nonché i gradi per fusione quali 201.0, 203.0, 206.0, 224.0 e 242.0) richiedono un trattamento termico in soluzione per raggiungere le loro proprietà ottimali. Nello stato di trattamento termico di soluzionamento, le loro proprietà meccaniche sono simili a quelle dell’acciaio a basso tenore di carbonio e talvolta le superano. In alcuni casi, viene applicato un trattamento termico di precipitazione (invecchiamento) per migliorare ulteriormente le proprietà meccaniche. Questo trattamento aumenta il limite di snervamento, sebbene a scapito di una certa perdita di allungamento, mentre il suo effetto sulla resistenza alla trazione è relativamente minore.
La serie 2xxx non offre una resistenza alla corrosione pari a quella della maggior parte delle altre leghe di alluminio e, in determinate condizioni, queste leghe possono essere soggette a corrosione intergranulare. Ciononostante, offrono buone prestazioni in componenti che richiedono una buona resistenza a temperature fino a 150 °C (300 °F). Ad eccezione del grado 2219, queste leghe presentano una saldabilità limitata, sebbene alcune offrano una lavorabilità superiore. Il grado di alluminio 2024 è la lega più diffusa in questa serie ed è ampiamente utilizzata nella costruzione di aeromobili.
Le leghe di alluminio della serie 3xxx (3003, 3004, 3105 e i gradi per fusione quali 383.0, 385.0, A360 e 390.0) sono generalmente non trattabili termicamente, ma offrono una resistenza superiore di circa il 20% rispetto alla serie 1xxx. Poiché all’alluminio è possibile aggiungere efficacemente solo una quantità limitata di manganese (fino a circa l’1,5%), il manganese funge da elemento principale solo in poche leghe.
Il silicio è il principale elemento di lega nella serie 4xxx (4032, 4043, 4145, 4643 e altre) e può essere aggiunto in quantità fino al 12%, riducendo notevolmente l'intervallo di fusione. Per questo motivo, le leghe di alluminio-silicio vengono utilizzate nei fili per saldatura e come leghe per brasatura per la giunzione dell’alluminio, laddove è richiesto un intervallo di fusione inferiore rispetto al metallo di base. Le leghe contenenti quantità apprezzabili di silicio assumono una colorazione che va dal grigio scuro al grigio antracite quando vengono sottoposte a finiture con ossido anodico, rendendole molto apprezzate per le applicazioni architettoniche.
Il magnesio è il principale elemento legante della serie 5xxx. Se utilizzato da solo o in combinazione con il manganese, produce una lega di resistenza da moderata ad alta, induribile per deformazione. Il magnesio è notevolmente più efficace del manganese come agente indurente — circa lo 0,8% di Mg equivale all’1,25% di Mn — e può essere aggiunto in quantità significativamente maggiori. Le leghe di alluminio di questa serie (5005, 5052, 5083, 5086 e altre) offrono buone caratteristiche di saldabilità e una resistenza relativamente buona alla corrosione in ambienti marini. Tuttavia, per le leghe a più alto contenuto di magnesio è necessario limitare l’entità della lavorazione a freddo e la temperatura di esercizio (circa 150°F) per evitare la suscettibilità alla criccatura da tensocorrosione.
Le leghe di alluminio della serie 6xxx (6061, 6063) contengono silicio e magnesio in proporzioni approssimativamente pari a quelle necessarie per formare il siliciuro di magnesio (Mg₂Si), il che le rende trattabili termicamente. Sebbene non siano resistenti quanto la maggior parte delle leghe delle serie 2xxx e 7xxx, le leghe della serie 6xxx offrono una buona formabilità, saldabilità e lavorabilità, oltre a una resistenza alla corrosione relativamente buona e a una resistenza media. I gradi di questo gruppo trattabile termicamente possono essere lavorati nella condizione T4 (trattati termicamente in soluzione ma non sottoposti a trattamento termico di precipitazione) e successivamente induriti dopo la formatura fino a raggiungere le proprietà complete della condizione T6 tramite trattamento termico di precipitazione.
Lo zinco, in percentuali comprese tra l’1 e l’8%, è il principale elemento di lega nella serie 7xxx (7075, 7050, 7049 e gradi per fusione come il 710.0 e il 711.0). Se combinato con una percentuale minore di magnesio, si ottiene una lega trattabile termicamente con resistenza da moderata a molto elevata. Di solito vengono aggiunti in piccole quantità anche altri elementi, come il rame e il cromo. La serie 7xxx viene utilizzata nelle strutture delle cellule degli aeromobili, nelle attrezzature mobili e in altre parti sottoposte a sollecitazioni elevate. Le leghe 7xxx a maggiore resistenza presentano una ridotta resistenza alla criccatura da tensocorrosione e vengono quindi spesso utilizzate in uno stato di tempra leggermente sovrainvecchita per ottenere un migliore equilibrio tra resistenza, resistenza alla corrosione e tenacità alla frattura.
La serie 8xxx (8006, 8111, 8079 e i gradi per fusione quali 850.0, 851.0 e 852.0) è riservata agli elementi di lega diversi da quelli utilizzati nelle serie da 2xxx a 7xxx. Il ferro e il nichel aumentano la resistenza senza una perdita significativa di conduttività elettrica, il che li rende utili nelle leghe per conduttori come l’8017. La lega di alluminio-litio 8090, nota per la sua resistenza e rigidità eccezionalmente elevate, è stata sviluppata per applicazioni aerospaziali. Le leghe della serie 8000 corrispondono alle designazioni del Sistema di Numerazione Unificato (Unified Numbering System), quali A98XXX.
La serie 9xxx non è attualmente in uso.
Questo articolo classifica l'alluminio in base alle serie di leghe. Le guide correlate della serie "Alluminio" trattano gli argomenti che ti serviranno come complemento a questo articolo. La sezione "Proprietà dell'alluminio" descrive in dettaglio le caratteristiche meccaniche, fisiche e prestazionali che distinguono una serie dall'altra. La sezione "Specifiche dell'alluminio" spiega il sistema di designazione a quattro cifre e di tempra utilizzato per definire con precisione ciascun grado, mentre la sezione "Standard dell'alluminio" illustra i quadri normativi che regolano tali designazioni nelle diverse regioni.
I tipi di alluminio sono classificati in serie da 1xxx a 9xxx in base al loro principale elemento di lega. Ciascuna serie offre una combinazione specifica di resistenza meccanica, resistenza alla corrosione, lavorabilità e trattabilità termica.
Le serie 2xxx, 6xxx e 7xxx sono trattabili termicamente e acquisiscono resistenza grazie al trattamento termico di soluzionamento e di precipitazione. Le serie 1xxx, 3xxx, 4xxx e 5xxx sono generalmente non trattabili termicamente e la loro resistenza deriva principalmente dall'incrudimento.
La serie 7xxx, legata principalmente con zinco, comprende alcune delle leghe di alluminio a più alta resistenza, come la 7075. Queste leghe sono ampiamente utilizzate nel settore aerospaziale e in altre applicazioni soggette a sollecitazioni elevate.
La serie 5xxx, legata con magnesio, offre una resistenza alla corrosione relativamente buona in ambienti marini, rendendo gradi come il 5083 e il 5086 scelte molto diffuse per le applicazioni marine.
Il silicio abbassa l'intervallo di fusione dell'alluminio; per questo motivo le leghe della serie 4xxx vengono utilizzate nei fili per saldatura e nelle leghe per brasatura, dove è richiesto un punto di fusione inferiore a quello del metallo di base.