Lancio alluminio le leghe sono materiali fondamentali nel settore automobilistico, aerospaziale, macchinari industriali, ed elettronica di consumo, apprezzati per le loro proprietà leggere (densità 2,5–2,8 g/cm³), Ottima castabilità, e prestazioni meccaniche sintonizzabili.
In base ai loro elementi di lega primari, le leghe di alluminio pressofuso sono classificate a livello internazionale in quattro sistemi principali: Al-Si (alluminio-silicio), Al-Cu (alluminio-rame), Al-mg (alluminio-magnesio), E Al-Zn (alluminio-zinco).
Ogni sistema presenta caratteristiche distinte adattate ai requisiti applicativi specifici, dai componenti aerospaziali ad alta resistenza alle parti marine resistenti alla corrosione.
Questo articolo fornisce un'analisi completa della loro classificazione, Proprietà chiave, meccanismi di lega, e applicazioni industriali, con messa a terra ASTM B179, Iso 3116, e altri standard internazionali.
1. Classificazione: quattro famiglie principali di leghe di alluminio fuso
| Famiglia | Composizione tipica (WT%) | Proprietà chiave | Applicazioni tipiche |
| Al - Sì (Alluminio-silicio) | E ≈ 7–12%; + minore Mg (≈0,2–0,6%), opzionale Con (fino al ~4%) | Ottima fluidità e basso ritiro da solidificazione; Buona castabilità e macchinabilità; buona resistenza all'usura e stabilità termica (particolarmente ipereutettico); induribile con l'età se è presente Mg | Blocchi del motore, testate, Cali di trasmissione, getti strutturali, componenti pressofusi, pistoni (ipereutettico per bassa dilatazione termica) |
| Al-Cu (Alluminio-Rame) | Cu ≈ 3–10%; Si basso (≤ ~2%); Sono possibili aggiunte di Mg/Mn | Elevata resistenza allo stato fuso e trattabile termicamente; resistenza alle temperature elevate e allo scorrimento viscose superiori (rafforzamento delle precipitazioni tramite Al₂Cu) | Componenti del motore hot-end, sedili della valvola, getti strutturali ad alto carico e parti che operano a temperature elevate |
| Al - Mg (Alluminio-Magnesio) | Mg ≈ 3–6%; Si piccolo (≈0,5–1,0%) opzionale per favorire la lanciabilità | Ottima resistenza alla corrosione (ottimo in acqua di mare); bassa densità e buona tenacità; possibili microstrutture monofase o quasi monofase | Hardware marino, alloggiamenti sottomarini, parti strutturali leggere dove la resistenza alla corrosione e la massa ridotta sono fondamentali |
| Al - Zn / Al - Zn - Mg (Sistemi portanti zinco) | Zn diversi% in peso con Mg presente (Zn e Mg combinati per l'indurimento per precipitazione) | Resistenza molto elevata ottenibile dopo il trattamento con la soluzione + invecchiamento (T6); buona forza specifica | Precisione, componenti ad alta resistenza e parti strutturali che verranno solubilizzati e invecchiati (utilizzato dove è richiesta la massima resistenza statica) |
2. La famiglia dominante nella fusione: le leghe Al-Si
Composizione tipica & microstruttura
- E: in genere 7–12% in peso in molti gradi di fusione; quasi eutettico (~12,6% in peso di Si) le composizioni mostrano la migliore fluidità e il ritiro di colata più basso.
- Altre aggiunte mirate: Mg (≈0,3–0,6% nell'A356) per l'indurimento dell'età (Precipita Mg₂Si); Cu (in pistoni o leghe resistenti al calore) per resistenza a temperature elevate;
In in servizio ad alta temperatura e leghe ipereutettiche per controllare la fragilità del silicio. - Microstruttura grezza: primario α-Al dendriti più silicio eutettico (UN + E).
Nelle leghe non modificate il Si eutettico è grossolano e piastriforme; dopo la modifica il Si diventa fine e fibroso.
Modificazione eutettica (scopo e agenti)
Obiettivo: convertire grossolano, platey Si ad una morfologia fibrosa fine che migliora la duttilità, lavorabilità e resistenza alla fatica.
- Sodio (N / a) — modificatore molto efficace ma volatile; richiede un dosaggio sigillato e un attento controllo.
- Stronzio (Sr) — il modificatore commerciale più utilizzato; dosaggio tipico 0.015–0,03% in peso; il sovradosaggio è inefficace e può essere dannoso.
- Antimonio (Sb) — utilizzato in combinazione con Sr in alcuni sistemi per stabilizzare la modifica.
- Terre rare — piccole aggiunte possono stabilizzare e prolungare gli effetti della modifica in alcune leghe.
Impurità nocive e loro controllo
- Ferro (Fe) — comune impurità vagante che si forma dura, intermetallici fragili (PER ESEMPIO., FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) che infragiliscono i getti e degradano la finitura superficiale e la resistenza alla corrosione.
Mitigazione: aggiungere Mn (≈0,3–0,5%) O Cr (≈0,1–0,2%) modificare le fasi Fe in morfologie meno dannose (Al₆(Fe,Mn)), e controllare le materie prime di scarto. - Fosforo (P) — reagisce con Na e degrada la modifica; controllare attentamente il contenuto di P della carica del forno.
- Sn/Pb — forma eutettici a basso punto di fusione che causano brevità a caldo e combustione; Mantenere < ~0,05% se possibile.
- Calcio (CA) — può formare composti altofondenti che riducono la fluidità e favoriscono il ritiro; Controllo Ca < ~0,05% per una buona colabilità.
Leghe da colata Al-Si rappresentative e applicazioni
- A356.0 / E Ac-Asi7mg (≈Si 7,0–7,5%, Mg 0,3–0,5%) — sabbia ampiamente utilizzata & lega a stampo permanente; trattabile con calore (T6); applicazioni: Blocchi del motore, alloggiamenti strutturali, ruote.
- A357 — simile all'A356 ma con un controllo più rigoroso del Fe e proprietà meccaniche più elevate.
- A319 / A380 (famiglie di pressofusi) — Leghe per pressofusione Al–Si–Cu utilizzate per alloggiamenti di pompe automobilistiche, mozzi di ruote, Alloggi per il cambio.
- Al-Si ipereutettico (E > 12%) — utilizzato per pistoni e applicazioni di scorrimento grazie alla bassissima dilatazione termica e al buon comportamento all'usura (spesso legato con Ni/terre rare per ridurre la fragilità). Composizione di esempio: AlSi12Cu2Mg per leghe per pistoni ad alta temperatura.
3. Leghe fuse Al-Cu: elevata resistenza e capacità di temperature elevate
Metallurgia & prestazione
- La forza deriva da Al₂cu (th) precipitati formati durante l'invecchiamento; Il Cu favorisce un'elevata resistenza allo stato grezzo e trattato termicamente e una buona resistenza allo scorrimento viscoso a temperature elevate.
- Scambio: Il Cu aumenta la tendenza alla brevità del calore, segregazione e ritiro durante la solidificazione; la pratica del casting deve affrontare questi problemi.
Composizioni tipiche & usi
- Leghe da fusione ad alto contenuto di Cu (PER ESEMPIO., Al-Cu con 3-10% Cu): utilizzato per le valvole, sedili, e componenti che richiedono stabilità termica e resistenza meccanica a temperature elevate.
- Rinforzo multicomponente (aggiunta di Mn, Mg, ecc.) può produrre dispersioni complesse che migliorano sia la resistenza che la lavorabilità a caldo.
4. Leghe fuse Al-Mg: resistenza alla corrosione e alleggerimento
Attributi chiave
- Mg 3–6% in peso nelle varianti colate produce fasi Al₃Mg₂; quando adeguatamente elaborato, molte leghe fuse Al-Mg presentano un'eccellente resistenza alla corrosione (in particolare nel settore marino, ambienti con cloruro) e densità inferiore rispetto alle tipiche leghe da colata Al-Si.
- La finitura superficiale e la qualità dell'ossido sono importanti; Il Mg è soggetto a ossidazione durante la fusione, quindi il controllo della fusione è fondamentale.
Applicazioni tipiche
- Componenti marini, strutture galleggianti, alloggiamenti resistenti alla corrosione e parti leggere dove sono richieste un'elevata resistenza specifica alla corrosione e una resistenza moderata.
Note di elaborazione
- Utilizzare atmosfera controllata o flussaggio, ridurre al minimo la turbolenza per ridurre le scorie e l'accumulo di idrogeno, e spesso aggiungiamo piccolo Si per migliorare la colabilità.
5. Al - Zn (compreso Al-Zn-Mg) leghe fuse: elevata resistenza dopo il trattamento termico
Caratteristiche
- Zn (spesso abbinato a Mg) fornisce un sistema di leghe che risponde bene al trattamento di solubilizzazione e all'invecchiamento (T6) produrre snervamento e resistenza alla trazione molto elevati.
- La producibilità “as-cast” è meno amichevole (maggiore tendenza alla porosità e alla lacerazione a caldo) sono quindi necessari un attento controllo della colata e della solidificazione.
Applicazioni
- Precisione, parti ad alta resistenza per le quali è accettabile il trattamento termico post-fusione: raccordi aerospaziali e alcuni componenti della strumentazione di precisione.
6. Castabilità comparativa e guida alla selezione
| Famiglia delle leghe | Castabilità | Forza tipica (as-cast / T6) | Corrosione | Usi migliori tipici |
| Al - Sì | Eccellente (migliore) | Moderato → buono (T6 migliora) | Bene | Getti generali, Blocchi del motore, Alloggi, ruote |
| Al-Cu | Discreto → impegnativo | Alto; buona forza T elevata | Moderare | Componenti del motore, valvole, parti lavoranti calde |
| Al - Mg | Moderare (necessario il controllo della fusione) | Moderare | Eccellente (marino) | Marino, leggero, parti resistenti alla corrosione |
| Al - Zn / Al - Zn - Mg | As-cast da moderato a scarso; meglio dopo il trattamento termico | Molto alto dopo T6 | Variabile; spesso inferiore a Al-Mg | Precisione, parti ad alta resistenza dopo l'invecchiamento |
7. Trattamento termico dell'alluminio pressofuso: regole pratiche
Il trattamento termico è lo strumento principale per convertire una microstruttura di alluminio grezzo in una microstruttura controllata, condizione utile.
Per leghe fuse, gli obiettivi comuni sono:
(1) aumentare la resistenza mediante il trattamento con soluzione + spegnere + invecchiamento (Trattamenti T);
(2) ridurre la segregazione e la disomogeneità chimica mediante omogeneizzazione;
(3) alleviare le sollecitazioni di fusione e ripristinare la duttilità mediante ricottura;
(4) stabilizzare la microstruttura per la stabilità dimensionale in servizio.
Finestre di trattamento tipiche (riferimento pratico)
(I valori sono indicazioni tecniche; verificare con il fornitore della lega e lo standard di prodotto i regimi esatti.)
| Trattamento | Temperatura tipica (° C.) | Tempo di immersione tipico | Leghe tipiche / note |
| Omogeneizzazione | 420–520 ° C. | 2–12 h (dipendente dallo spessore) | Utile per getti Al-Cu di grandi dimensioni e alcune leghe Al-Si ad alto contenuto di Cu |
| Trattamento della soluzione | 480–520 ° C. | 1–6 ore (dipendente dalla sezione) | Al-Si-Mg (A356/A357): ~495°C; Leghe Al-Cu spesso ~ 495–505 ° C |
| Spegnere | acqua (~20–40 °C) o tempra polimerica | immediato; ridurre al minimo il tempo tra il forno e la tempra | La gravità del quench è critica per la risposta T6; le sezioni pesanti necessitano di modellazione temprata |
Invecchiamento artificiale (T6) |
150–185°C | 4–12 h (dipende dalla lega & proprietà desiderate) | A356 T6: tipico 160–180 °C per 4–8 h; Le leghe Al-Zn-Mg variano: seguire le specifiche |
| Stabilizzante / T7 (superamento dell'età) | 170–200 ° C. | invecchiamento più lungo (PER ESEMPIO., 8–24 ore) | Utilizzato dove stabilità termica > priorità alla temperatura del servizio (minore forza di picco, più stabilità) |
| Ricottura / sollievo da stress | 300–400 ° C. (Basso) | 0.5–2 h | Per il recupero della duttilità e il sollievo dallo stress; evitare di soffermarsi negli intervalli che formano sigma (non applicabile per la maggior parte dell'Al) |
Importante: scala dei tempi di immersione in base alle dimensioni della sezione. Utilizzare i calcoli della massa termica o le tabelle dei fornitori per determinare i tempi di attesa per sezioni trasversali di fusione specifiche.
Difetti comuni del trattamento termico e prevenzione
- Soluzione insufficiente (bassa temperatura / breve tempo) → dissoluzione incompleta delle fasi solubili; comporta una risposta all’invecchiamento inferiore e proprietà meccaniche scadenti.
Prevenzione: seguire i profili tempo-temperatura adeguati alle dimensioni della sezione; utilizzare termocoppie o simulazioni per verificare l'assorbimento. - Soluzioni eccessive (temperatura troppo alta / tempo troppo lungo) → fusione incipiente delle fasi eutettiche bassofondenti (soprattutto nelle leghe ad alto contenuto di Cu) e ingrossamento del grano.
Prevenzione: rispettare la T massima ed evitare il surriscaldamento; utilizzare il controllo del forno & grafici. - Estingui il cracking / distorsione → gradiente termico eccessivo o vincolo durante il raffreddamento.
Prevenzione: infissi di progettazione, utilizzare la tempra graduale o la tempra polimerica per parti molto grandi; consentire l'estrazione controllata del calore. - Ammorbidimento dell'età in servizio → se il servizio si avvicina alla temperatura di invecchiamento, si verifica un ammorbidimento prematuro.
Prevenzione: scegli T7/condizione di età eccessiva, oppure selezionare una lega termicamente più stabile (Stabilizzato al Ni) per T elevato. - Corrosione superficiale dopo il trattamento termico → residui di sali di raffreddamento o acqua contaminata possono attaccare l'alluminio.
Prevenzione: pulizia approfondita immediata (acqua deionizzata), neutralizzare i sali dissetanti, e applicare conversioni o rivestimenti protettivi.
Considerazioni speciali per famiglia di leghe
- Al-Si-Mg (PER ESEMPIO., A356/A357): T6 comune: soluzione ~495 °C, spegnere, età 160–180 °C.
Sensibile agli effetti della porosità; il trattamento termico migliora la resistenza ma il gas intrappolato può ridurre l’efficienza meccanica. - Leghe Al-Cu: richiedono omogeneizzazione per getti di grandi dimensioni per ridurre la segregazione prima della soluzione; controllo accurato per evitare l'incipiente scioglimento dei costituenti a basso punto di fusione.
- Leghe Al–Zn–Mg: altamente reattivo al T6 ma molto sensibile al quench; rischio di tensocorrosione in caso di sequenza di invecchiamento/tempra e tensioni residue inadeguate: controllare i livelli di impurità e la distensione.
- Leghe Al-Mg: molti non sono induribili mediante precipitazione (o solo in minima parte); il trattamento termico si concentra sulla ricottura/distensione dallo stress piuttosto che sul rafforzamento del T6.
8. Esempi pratici di leghe e abbinamenti alle applicazioni
- Struttura generale, getti trattabili termicamente: A356/A357 (Al-Si-Mg) — alloggiamenti del motore, ingranaggi, parti della ruota.
- Parti strutturali pressofuse (automobile): A380 / Famiglia A319 (Pressofuso Al-Si-Cu) — corpi pompa, scatole del cambio, mozzi di ruote.
- Pistoni ad alta temperatura / parti a bassa espansione: Al-Si ipereutettico (Si 12–18% in peso) con aggiunte Ni/RE — pistoni, cuscinetti di precisione.
- Marino / critico per la corrosione: Varianti di fusione Al-Mg (Mg 3–6% in peso) — raccordi e alloggiamenti per l'acqua di mare.
- Ad alta resistenza, parti trattate termicamente: Leghe da fusione Al–Zn–Mg (soggetto a trattamento T6) — componenti di precisione che richiedono elevata resistenza statica.
9. Conclusioni
Le leghe di alluminio pressofuso sono una famiglia versatile che può essere messa a punto su un'ampia gamma di aspetti meccanici, prestazioni termiche e di corrosione grazie ad un'accurata selezione della lega, Pratica di scioglimento, modifica, trattamento termico e formatura.
Al–Si alloys sono la spina dorsale del mondo dell'alluminio fuso perché uniscono una colabilità superiore con buone prestazioni meccaniche e risposta al trattamento termico.
Al-Cu E Al - Zn i sistemi forniscono maggiore robustezza e resistenza al calore a scapito della colabilità; Al - Mg le leghe sono insostituibili dove la resistenza alla corrosione e la bassa densità sono fondamentali.
Per prestazioni affidabili dei componenti, accoppiare una scelta di lega adeguata (utilizzare denominazioni internazionali riconosciute come A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg ecc.) con un rigoroso controllo delle impurità, pratica di modifica corretta per le famiglie Al-Si (Signor/Na) e il giusto percorso di fusione/trattamento termico.
FAQ
Qual è la lega di alluminio pressofuso più utilizzata?
A356.0 (Serie Al) è il più comune, rappresenta circa il 40% della produzione globale di alluminio fuso grazie alla sua colabilità equilibrata, forza, e resistenza alla corrosione.
Quale lega di alluminio fuso è la migliore per le applicazioni marine?
535.0 (Serie Al-Mg) offre un'eccezionale resistenza alla corrosione dell'acqua di mare (tasso di corrosione <0.005 mm/anno) e proprietà leggere, rendendolo ideale per l'attrezzatura marina.
Le leghe Al-Cu possono essere utilizzate per fusioni complesse?
No, le leghe Al-Cu hanno una scarsa colabilità (bassa fluidità, elevato restringimento) e non sono adatti per geometrie complesse. Utilizzare A356.0 o A380.0 per parti complesse che richiedono elevata resistenza.
Quale trattamento termico è richiesto per le leghe Al-Zn-Mg?
Leghe Al-Zn-Mg (PER ESEMPIO., 712.0) richiedono un trattamento termico T6 (Trattamento della soluzione + Invecchiamento artificiale) per ottenere un'elevata resistenza: la resistenza allo stato grezzo è troppo bassa (~180MPa) e non è adatto per applicazioni pratiche.
Come migliorare la colabilità delle leghe Al-Mg?
Aggiungere lo 0,5–1,0% di Si per formare fasi eutettiche, migliorare la fluidità, e utilizzare una protezione con gas inerte durante la fusione per prevenire l'ossidazione del Mg.
