L'A380 è una comune lega di alluminio utilizzata per la pressofusione. Gli elementi chiave sono il silicio (7,5-9,5%) e il rame (2,5-3,5%). L'elevato contenuto di silicio garantisce una buona scorrevolezza negli stampi. Offre una buona resistenza, pari a circa 325 MPa (UTS) in fase di colata. L'A380 è leggero (2,7 g/cm³) e ha una buona capacità di gestione del calore.
Scopriamo perché questa lega è la scelta migliore. Capire come può produrre pezzi affidabili, conoscendo la sua colabilità e il suo utilizzo, oltre alle proprietà specifiche.
Composizione e proprietà della lega di alluminio A380
1. Composizione chimica
Elementi primari:
Silicio (Si):
L'elemento principale della lega A380 è il silicio. La sua proporzione è di circa 7,5-9,5%. Queste particelle riducono il punto di fusione, creando una fase eutettica con l'alluminio.
Il silicio è fragile e duro. Per questo motivo migliora la fluidità e riduce al minimo il ritiro. Tuttavia, una quantità eccessiva (>9,5%) non è sempre adatta. Ciò comporta l'accumulo di particelle grossolane, che influiscono sulla duttilità.
Rame (Cu):
2,5-3,5% di rame sono mescolati al metallo di alluminio per produrre un'elevata resistenza. Durante l'invecchiamento si formano precipitati di Al₂Cu.
L'aggiunta di un elemento di rame superiore a 3,5% causa problemi durante la solidificazione. Provoca cricche a caldo.
Ferro (Fe):
La quantità di ferro nell'A380 è di circa 0,5-1,5%. Questo metallo impedisce ai lingotti fusi di attaccarsi allo stampo. Questo perché ci sono composti di AlFeSi. Questo è abbastanza difficile da gestire. L'uso eccessivo di ferro, al di sopra di 1,5 %, rende fragile la struttura β-AlFeSi. Riduce l'impatto della tenacità.
Manganese (Mn):
La lega A380 a base di alluminio è composta da 0,1-0,5% di manganese. Alterna la fase pericolosa di β-AlFeSi a quella minimamente dannosa di α-AlFeMnSi. Inoltre, affinano i grani durante la solidificazione.
Magnesio (Mg):
La quantità di magnesio (0,1-0,5%) si combina con il contenuto di silicio per produrre precipitati di Mg₂Si. Aumenta la durezza. Tuttavia, la colabilità si riduce con mg superiori a >0,5%
Zinco (Zn):
0,1-0,5% di lega di zinco riduce al minimo l'impatto sul metallo dell'A380. Ciò nonostante, provoca una diminuzione della resistenza alla corrosione. Questo accade di solito con la presenza di impurità.
Oligoelementi:
- Fino a 0,5% di nichel si ottiene una migliore stabilità alle alte temperature. Ciò è dovuto alla formazione della fase Al₃Ni.
- La presenza di stagno (Sn) e piombo (Pb) inferiore a 0,1% migliora la lavorabilità. Tuttavia, influisce sulla saldabilità.
- L'incorporazione di <0,1% di cromo (Cr) affina la grana.
Standard:
Nella forma ASTM B85, le specifiche della lega A380 mostrano alcuni limiti. Ad esempio, Fe ≤1,5%, Cu ≤3,5%. La norma prevede che la composizione debba superare i test chimici attraverso spettrometria.
2. Proprietà fisiche
- Densità: 2,7 g/cm³
- Intervallo di fusione: Da 565°C a 630°C
- Conduttività termica: 100 W/m-K a 25°C
- Conducibilità elettrica: 35% IACS
- Espansione termica: 21,8 µm/m-°C (20-100°C)
- Resistenza alla corrosione: Moderata
3. Proprietà meccaniche
A. Resistenza e duttilità:
As-Cast (senza trattamento termico):
- Resistenza alla trazione finale (UTS): 325 MPa.
- Resistenza allo snervamento (YS): 160 MPa con offset di 0,2%.
- Allungamento: 3% (limitato dall'elevato contenuto di silicio e dalle fasi fragili α-AlFeMnSi e β-AlFeSi).
- Durezza: 80 HB (Brinell).
T5 Tempera:
- Invecchiamento a 150-200°C per 2-8 ore
- UTS: 330 MPa
- YS: 170 MPa.
- Allungamento: 2%
- Durezza: 85 HB
T6 Tempra:
- Solubilizzato a 500°C per 4-12 ore + Invecchiato
- UTS: 350 MPa
- YS: 185 MPa.
- Allungamento: 2,5%
- Durezza: 90 HB
B. Microstruttura:
La lega di alluminio A380 crea una grana di 50-200 µm come matrice primaria.
Fasi intermetalliche:
- Le particelle simili a piastre di α-AlFeMnSi con una lunghezza di 5-20 µm migliorano la resistenza all'usura.
- Le fasi aghiformi (β-AlFeSi) fino a 10-30 µm mostrano siti di induzione di cricche.
- Gli elementi Mn migliorano la dimensione dei grani, riducendola a <100 µm. Creano una migliore tenacità.
C. Proprietà specializzate:
La lega A380 ha una buona resistenza alla fatica che va da 150 MPa a 10⁷ cicli (R = -1). Questa qualità è vantaggiosa per la produzione di staffe per motori.
Inoltre, la resistenza al taglio di questo lingotto è di circa 200 MPa. È molto importante per creare filettature o fissare vari assemblaggi.
Oltre a tutto ciò, la lega è limitata alla sua tenacità all'impatto (test di Charpy), che è di 5 J a 25°C. Questo limite ne riduce al minimo l'utilizzo per carichi dinamici.
D. Effetti della temperatura:
Le temperature più elevate diventano la causa della precipitazione di particelle grossolane. Per questo motivo, la UTS scende a 260 MPa (-20%).
Al punto di bassa temperatura, inferiore a -50°C, si verifica un aumento del livello di durezza intorno a 88 HB (+10%). Questo perché il movimento delle dislocazioni diventa più lento.
Applicazioni della lega di alluminio A380
1. Uso dell'industria automobilistica
Il rapporto forza-peso della lega A380 la rende una scelta ottimale. Ecco perché l'industria automobilistica la utilizza per una vasta gamma di applicazioni.
Componenti e proprietà principali:
I componenti automobilistici, come staffe e alloggiamenti, hanno una resistenza alla trazione di circa 325 MPa. Inoltre, costituiscono una barriera contro il calore eccessivo fino a 200°C.
Ciò significa che il pezzo non richiede più energia o consumo di carburante rispetto ai vecchi blocchi di ferro.
Vantaggi termici e meccanici:
I produttori sfruttano la conducibilità termica della lega A380 (100 W/m-K) nelle testate dei cilindri.
Possiedono un'efficiente dissipazione del calore. Il materiale siliconico scorre dolcemente durante la colata per assumere qualsiasi forma complessa.
Durata e limiti:
Gli alloggiamenti del cambio dopo un processo di rinvenimento T6 sarebbero più duri. Si raggiunge una durezza di 90 HB.
I pezzi, tuttavia, non soddisfano le esigenze di duttilità, il che ne limita l'uso in applicazioni ad alto impatto. Per questo motivo, si utilizzano leghe sostitutive come l'A383 per fabbricare pezzi critici.
Applicazioni aerospaziali della lega di alluminio A380
Uso dei componenti non strutturali:
Le caratteristiche di resistenza e colabilità del lingotto A380 lo rendono preferibile. Le industrie aerospaziali lo utilizzano per la fabbricazione di alloggiamenti per spoiler, staffe per flap e supporti per alettoni.
Temperatura e prestazioni di resistenza:
Questa lega può sopportare temperature moderate (da -50°C a 150°C). Hanno una resistenza allo snervamento di 185 MPa dopo la tempra T6. Nel caso delle apparecchiature di controllo del volo, questo trattamento le rende più adatte.
Vantaggi della fusione di precisione
Il materiale A380 offre un'adeguata colabilità, in grado di assumere i profili più complessi. Per questo motivo, è possibile utilizzarlo per cose come le cerniere del timone con esattezza dimensionale.
Limitazioni e miglioramenti:
Nonostante la lega offra molte qualità eccezionali, non ha le qualità del grado aerospaziale (7075). Ad esempio, una lega ad alta resistenza.
Il miglioramento che si può apportare è la durata in condizioni di umidità. Questo può essere ottenuto con il processo termico T6 o con rivestimenti anticorrosione.
Altre applicazioni industriali della lega di alluminio A380
Utilizzi del settore edile:
Nel settore delle costruzioni, la lega A380 viene fusa per produrre stampi architettonici e telai di finestre.
L'industria sfrutta le sue caratteristiche più ottimali. Con la resistenza alla corrosione e le tolleranze strette per la precisione.
Applicazioni marine:
La resistenza dell'A380 crea parti durevoli e robuste per i supporti del motore e i raccordi del ponte.
Il trattamento, come l'anodizzazione, aumenta ulteriormente la resistenza all'acqua salata.
Vantaggi per l'industria elettrica:
Questo materiale è utile per produrre dissipatori di calore e alloggiamenti per motori. Conferisce loro un buon IACS e una buona conduttività termica. Ecco perché questa opzione rappresenta un'offerta conveniente.
Vantaggi specifici del settore:
Le proprietà chiave dell'A380 includono, di solito, la stabilità dimensionale nella costruzione e la resistenza alla corrosione in mare.
Nel frattempo, le tute per la gestione termica sono per i sistemi elettrici. Ciò significa che la lega A380 rientra nella categoria dei metalli versatili.
Caratteristiche di fusione della lega di alluminio A380
Processo di fusione
Poiché la lega A380 ha una fluidità molto migliore, viene fusa con parametri di processo. Questi parametri includono punti di fusione di 660-680°C e pressioni di iniezione di 30-150 MPa.
Pressofusione:
Pressofusione di alluminio è la tecnica migliore da utilizzare. Produce risultati in pochi minuti e offre una tolleranza ristretta. Questo processo, tuttavia, rischia di far aderire la muffa alle particelle di ferro.
Colata in sabbia:
Nella colata in sabbia non è necessario utilizzare alte pressioni o alte temperature. Questo perché forma una forma a profilo con la lega fusa utilizzando una quantità inferiore (1-5 pressione a 600-650°C).
È possibile utilizzare questo processo per fondere parti più lunghe, come i blocchi motore. Tuttavia, è molto lento e produce superfici ruvide.
Colata in stampo permanente:
La colata in stampo permanente offre vantaggi equilibrati in termini di costi e risultati di precisione.
Funziona a 630-670°C.
Le giuste velocità di raffreddamento sono necessarie per controllare la solidificazione. In questo modo si riduce il rischio di lacerazioni a caldo.
Difetti di fusione
I difetti di fusione che si verificano durante la produzione possono essere porosità, ritiro o inclusioni.
- Porosità: l'aria o i gas mescolati nella colata causano porosità. Scopritelo con un'ispezione a raggi X. Per controllare questo fenomeno, utilizzare il degasaggio sotto vuoto.
- Ritiro: Un raffreddamento non uniforme della colata produce un ritiro dei pezzi. Il software di simulazione termica aiuta ad analizzare i punti caldi. Affrontate questi errori con progetti di alimentatori ottimizzati.
- Inclusione: Si verifica a causa della presenza di impurità. Filtrare il metallo prima dell'uso per ridurre al minimo le dimensioni delle particelle. Inoltre, si deve optare per tecniche di stampaggio con preriscaldamento.
Trattamento termico
Trattamento termico in soluzione:
In questo tipo di trattamento, i produttori riscaldano il metallo a 500°C per 4-12 ore. In questo modo si dissolvono i precipitati di Al₂Cu. Ciò avviene tramite una velocità di raffreddamento >100°C/s (acqua di spegnimento).
Invecchiamento artificiale
L'invecchiamento artificiale, come la tecnica di tempra T6, funziona a 150-200°C per 2-8 ore. Produce una resistenza eccessiva nei lingotti. A tal fine, si formano fasi di Mg₂Si e Al₂Cu. Aumenta anche la durezza.
Tuttavia, l'invecchiamento eccessivo oltre i 250°C provoca una precipitazione grossolana. Ciò influisce sulla resistenza, riducendola fino al 15%.
Inoltre, la tempra T6 migliora la resistenza alla fatica, creando una microstruttura raffinata. Tuttavia, riduce il tasso di allungamento fino a 2,5%.
Resistenza alla corrosione della lega di alluminio A380
Meccanismi di corrosione:
Negli A380 è possibile che si verifichi una corrosione per vaiolatura nelle aree ricche di cloruri, come le coste. Analogamente a questo problema, la corrosione interstiziale si verifica in punti stagnanti (sotto i bulloni).
Corrosione galvanica si verifica quando si verificano differenze di potenziale elettrochimico. Il contenuto di ferro e rame è anche la causa del peggioramento della corrosione.
Protezione dalla corrosione:
Esistono molte opzioni per proteggere i pezzi dalla corrosione. Tra queste, l'anodizzazione, che aggiunge uno strato di ossido di 10-25 µm.
Il processo di cromatura aiuta a eliminare l'umidità o a resistere al sale. Nel frattempo, i rivestimenti di vernice (epossidica) aumentano la resistenza bloccando l'esposizione.
Le altre opzioni sono i rivestimenti in polvere e i sigillanti. Questi ultimi migliorano le prestazioni dei componenti marini o automobilistici e ne aumentano la durata.
Lavorazione e fabbricazione della lega di alluminio dell'A380
Lavorazione:
Con una valutazione di 65 a 70%, la lega di alluminio a380 è molto facile da lavorare. Vi è un contenuto di elementi di lega che possono essere duri, come le particelle di silicio. Per questo motivo, è possibile utilizzare utensili in carburo o PCD per tagliarla.
Ad esempio, un angolo di spoglia di 15° e bordi affilati aiutano il processo di taglio. Come mostra l'immagine, taglio a 300-500 m/mi, avanzamento 0,5 mm/giro e profondità ≤3,25 mm.
Inoltre, una corretta tecnica di raffreddamento può evitare il surriscaldamento degli utensili e aumentarne la durata.
Fabbricazione:
È piuttosto difficile saldare il materiale A380. Perché si crepa. Ma è possibile utilizzare la saldatura per attrito. Fa un ottimo lavoro a 500-1500 giri/min, 1-3 mm/s.
Anche il preriscaldamento e il riempimento di alluminio e silicio sono utili per la brasatura. Per fissare o rivettare, è necessario lavorare manualmente per forare o utilizzare rivetti resistenti da 1 a 5 mm.
Conclusione:
La lega di alluminio A380 è il metallo più importante. Contiene un peso ridotto ma un contenuto resistente. La sua eccellente colabilità consente di produrre molteplici applicazioni con un'impressionante resistenza al calore. È una combinazione di economicità e prestazioni equilibrate.
Tuttavia, si potrebbe lottare con la sua bassa duttilità. Il trattamento di tempra T6 e i rivestimenti possono migliorarne la durata. Per questo motivo è importante per la maggior parte dei grandi settori, come quello automobilistico e industriale.