La maggior parte delle persone sceglie l'alluminio perché è leggero e resiste alla corrosione. Ma questo non significa che sia sempre all'altezza della situazione, soprattutto in situazioni di forte stress o calore. Se si progettano componenti che richiedono una maggiore resistenza o tenacità, l'alluminio non trattato potrebbe non essere sufficiente. Il trattamento cambia il comportamento del metallo, rendendolo più adatto a parti che devono durare nel tempo.
Il trattamento termico non è solo per l'acciaio. Anche l'alluminio ne trae vantaggio, soprattutto nelle parti strutturali o in movimento dove la resistenza è importante. Ecco come funzionano i metodi e perché vale la pena utilizzarli.
Che cos'è il trattamento termico dell'alluminio?
Il trattamento termico è un processo in cui l'alluminio viene riscaldato e poi raffreddato in un modo specifico. L'obiettivo è modificare la struttura interna del metallo. Questo cambiamento influisce sulla durezza, sulla resistenza e sulla flessibilità del metallo.
Il metallo attraversa un intervallo di temperatura prestabilito. Poi viene raffreddato ad aria, raffreddato ad acqua o raffreddato lentamente. Ogni metodo dà risultati diversi. La scelta dipende dal tipo di alluminio e dall'uso che se ne farà.
L'alluminio ha una struttura cristallina al suo interno. Quando si riscalda il metallo alla giusta temperatura, gli atomi iniziano a spostarsi. Mantenendo il metallo a quella temperatura, i cambiamenti avvengono all'interno.
Successivamente, il raffreddamento blocca questi cambiamenti. Un raffreddamento rapido, o quenching, può intrappolare gli atomi in un nuovo stato. Un raffreddamento più lento permette agli atomi di stabilizzarsi in una forma stabile. A volte si aggiunge l'invecchiamento per aumentare ulteriormente la durezza e la resistenza.
Classificazione delle leghe di alluminio
Le leghe di alluminio sono di diversi tipi. Ogni tipo si comporta in modo diverso a seconda di come viene prodotto e di come reagisce al calore. Conoscere le differenze aiuta a scegliere il materiale giusto per il lavoro.
Leghe di alluminio battute e fuse
Le leghe battute sono prodotte per laminazione, estrusione o forgiatura. Sono resistenti e presentano buone finiture superficiali. Sono utilizzate in prodotti come lamiere, barre e parti strutturali.
Le leghe fuse vengono versate in stampi. Sono adatte a forme complesse, ma possono presentare più difetti superficiali. Sono utilizzate in parti come alloggiamenti o staffe.
Le leghe battute sono spesso più resistenti di quelle fuse. Le leghe fuse sono migliori per i pezzi con forme dettagliate.
Leghe trattabili termicamente vs. leghe non trattabili termicamente
Le leghe sottoposte a trattamento termico possono essere rese più resistenti mediante riscaldamento e raffreddamento. Queste includono le serie 2xxx, 6xxx e 7xxx. La loro resistenza deriva da un processo chiamato indurimento per precipitazione.
Le leghe non trattabili a caldo non possono essere rafforzate con il calore. Vengono invece indurite mediante lavorazione a freddo. Queste leghe comprendono le serie 1xxx, 3xxx, 4xxx e 5xxx. Queste leghe sono spesso utilizzate nei casi in cui non è richiesta un'elevata resistenza, ma la resistenza alla corrosione.
Serie di alluminio comuni e loro caratteristiche
- Serie 1xxx: Alluminio puro. Molto morbido. Grande resistenza alla corrosione e conducibilità termica. Non trattabile termicamente.
- Serie 2xxx: Leghe di alluminio-rame. Alta resistenza. Trattamenti termici, ma minore resistenza alla corrosione.
- Serie 3xxx: Alluminio-manganese. Buona formabilità e resistenza alla corrosione. Non trattabile termicamente.
- Serie 5xxx: Alluminio-magnesio. Forte e resistente alla corrosione. Non trattabile termicamente.
- Serie 6xxx: Alluminio-magnesio-silicio. Buon equilibrio tra forza e resistenza alla corrosione. Trattabile termicamente.
- Serie 7xxx: Alluminio-zinco. Resistenza molto elevata. Trattabile termicamente ma più difficile da saldatura.
Processi di trattamento termico fondamentali
Ogni metodo di trattamento termico modifica l'alluminio in modo diverso. Alcuni lo rendono più morbido per formando. Altri ci rendono le cose più difficili. La scelta del processo giusto dipende dalla funzione del pezzo.
Ricottura
Ricottura ammorbidisce l'alluminio. In questo modo è più facile curva o forma senza incrinarsi. Inoltre, aiuta ad alleviare le tensioni lasciate dal freddo. Questa fase è utile prima della formatura o della lavorazione.
L'alluminio viene solitamente ricotto a temperature comprese tra 570°F e 770°F (300°C-410°C). Il metallo viene mantenuto a tale temperatura e poi raffreddato lentamente. Il raffreddamento in forno è comune. Questo raffreddamento lento mantiene il metallo morbido.
Soluzione Trattamento Termico
In questa fase, la lega viene riscaldata fino alla dissoluzione degli elementi di lega. In questo modo si crea una soluzione solida uniforme. Mantenendo la temperatura giusta, gli elementi si mescolano bene.
Le temperature del trattamento termico in soluzione sono solitamente comprese tra 890°F e 980°F (475°C-530°C). Il metallo viene immerso a questa temperatura per diverse ore, a seconda dello spessore del pezzo. Il controllo preciso della temperatura è fondamentale per evitare la fusione o un trattamento non uniforme.
Tempra
Dopo il trattamento termico in soluzione, il pezzo viene raffreddato rapidamente. Questa fase trattiene gli elementi disciolti. L'acqua è il mezzo più comune. A seconda della lega e della forma del pezzo, si utilizzano anche soluzioni di aria e polimeri.
Alcune leghe si raffreddano troppo lentamente e formano fasi indesiderate. Si tratta delle cosiddette leghe sensibili all'estinzione. Le leghe delle serie 2xxx e 7xxx sono particolarmente sensibili. La tempra rapida aiuta a mantenere la struttura corretta per il successivo invecchiamento.
Invecchiamento (indurimento per precipitazione)
Dopo la tempra, l'invecchiamento rende la lega più forte. L'invecchiamento naturale avviene a temperatura ambiente. L'invecchiamento artificiale utilizza il calore per accelerare il processo e controllare i risultati.
L'invecchiamento naturale può durare diversi giorni. L'invecchiamento artificiale utilizza temperature tra i 240°F e i 375°F (115°C-190°C) per diverse ore. Ogni lega ha un tempo e una temperatura di invecchiamento ideali per ottenere la migliore resistenza.
Metodi di trattamento termico specializzati
Alcuni componenti in alluminio necessitano di ulteriori trattamenti per raggiungere la giusta resistenza o stabilità. Questi metodi speciali aiutano a controllare le sollecitazioni interne, a migliorare la struttura o a perfezionare la durezza.
La tempra T5 e T6 spiegata
T5 e T6 sono trattamenti di rinvenimento comunemente utilizzati dopo il trattamento termico. T5 significa che il pezzo viene raffreddato da un processo ad alta temperatura e poi invecchiato artificialmente. Non viene effettuato alcun trattamento termico in soluzione.
T6 significa che il pezzo viene sottoposto a trattamento termico in soluzione, tempra e invecchiamento artificiale. Offre una maggiore resistenza rispetto al T5. Il T6 è ampiamente utilizzato in parti strutturali, telai e componenti che devono resistere alle sollecitazioni.
Omogeneizzazione per l'alluminio fuso
L'omogeneizzazione è utilizzata soprattutto per l'alluminio fuso. Riduce la segregazione e migliora l'uniformità del metallo.
Questa fase prevede il riscaldamento della colata a una temperatura elevata, appena inferiore al punto di fusione. Questo trattamento aiuta a uniformare gli elementi di lega che si separano durante la colata. Questo trattamento migliora la risposta del metallo alle lavorazioni successive, come ad esempio estrusione o di lavorazione.
Trattamenti di stabilizzazione e alleviamento dello stress
La stabilizzazione viene utilizzata quando i pezzi sono esposti a temperature variabili durante il servizio. Aiuta a prevenire la distorsione.
La distensione rimuove le forze interne accumulate durante la formatura o la lavorazione. Ciò avviene riscaldando il pezzo a una temperatura moderata e poi raffreddandolo lentamente.
Apparecchiature e controllo del processo
Un buon trattamento termico dipende dall'utilizzo degli strumenti giusti e dallo stretto controllo del processo. In caso contrario, i risultati possono essere irregolari o imprevedibili.
Forni e sistemi di riscaldamento
La maggior parte dei trattamenti termici dell'alluminio avviene in forni elettrici o a gas. I forni a lotti gestiscono carichi singoli. I forni continui spostano i pezzi su un nastro o un binario.
La scelta dipende dal volume, dalle dimensioni dei pezzi e dalle esigenze di riscaldamento. Il forno deve riscaldare i pezzi in modo uniforme e mantenere la giusta temperatura per tutto il ciclo.
Uniformità della temperatura e monitoraggio
È fondamentale mantenere l'intero carico alla temperatura corretta. Se una parte del lotto è più fredda o più calda, il trattamento non funzionerà correttamente.
Termocoppie e sistemi di controllo aiutano a controllare e mantenere la temperatura. Il riscaldamento uniforme garantisce che ogni pezzo raggiunga lo stesso livello di resistenza e struttura.
Controllo dell'atmosfera per prevenire l'ossidazione
Quando l'alluminio viene riscaldato all'aria aperta, può ossidarsi. Ciò crea una superficie ruvida che può influire sulla resistenza o sull'aspetto.
L'utilizzo di atmosfere controllate, come l'azoto o l'argon, contribuisce a ridurre l'ossidazione. In alcuni casi, prima del riscaldamento vengono aggiunti rivestimenti o impacchi protettivi.
Miglioramenti delle proprietà meccaniche e fisiche
Il trattamento termico modifica il comportamento dell'alluminio. Aumenta la resistenza, ma può anche influenzare la facilità con cui il materiale si piega, l'aspetto e la resistenza ai danni.
Miglioramenti della resistenza e della durezza
L'alluminio trattato termicamente può essere molto più resistente delle versioni non trattate. Processi come il trattamento in soluzione e l'invecchiamento aumentano la durezza e la resistenza alla trazione.
Ciò è utile per i componenti che sopportano carichi, resistono all'usura o devono mantenere tolleranze ristrette. Serie come 6xxx e 7xxx rispondono bene a questo tipo di rafforzamento.
Duttilità e formabilità dopo il trattamento termico
Mentre la resistenza aumenta, la duttilità può diminuire. Ciò significa che il materiale diventa più difficile da piegare o modellare dopo il trattamento.
Alcuni trattamenti termici, come la ricottura, fanno il contrario. Rendono l'alluminio più morbido e più plasmabile. La scelta del processo giusto dipende dalla necessità di modellare il pezzo o di mantenerlo resistente.
Modifiche della finitura superficiale e della resistenza alla corrosione
Il trattamento termico può influire sull'aspetto della superficie. Alcuni trattamenti possono scurire o irruvidire la finitura. La tempra può lasciare segni o causare lievi deformazioni.
Anche la resistenza alla corrosione può cambiare. Le leghe della serie 2xxx, ad esempio, perdono un po' di resistenza alla corrosione dopo il trattamento. Altre, come le 5xxx, mantengono una buona resistenza anche senza trattamento termico.
Le migliori pratiche di trattamento termico
Per ottenere risultati costanti dal trattamento termico non bastano il riscaldamento e il raffreddamento. Ogni fase, prima, durante e dopo, deve essere gestita con cura.
Parametri di trattamento specifici della lega
Ogni lega reagisce in modo diverso al calore. La temperatura, il tempo di immersione e il metodo di raffreddamento corretti variano a seconda della serie di leghe.
Ad esempio, la 6061 ha bisogno di circa 985°F per il trattamento in soluzione. Il 7075 potrebbe richiedere un intervallo diverso. L'uso di impostazioni sbagliate può portare a una scarsa resistenza o addirittura alla formazione di crepe.
Requisiti di pulizia pre-trattamento
Prima del riscaldamento, la superficie deve essere pulita. Sporco, olio e ossidi possono influenzare il passaggio del calore attraverso il pezzo.
La pulizia può essere effettuata con solventi, lavaggi alcalini o sfregamento meccanico. In alcuni casi, per rimuovere gli ossidi superficiali si utilizza un leggero bagno acido.
Manipolazione e stoccaggio post-trattamento
Dopo la tempra o l'invecchiamento, i pezzi devono essere maneggiati con cura. La caduta o la piegatura possono creare tensioni o modificare la struttura del metallo.
Conservare i pezzi trattati in ambienti asciutti e puliti. Evitare di impilare oggetti pesanti su di essi.
Conclusione
Il trattamento termico dell'alluminio è un processo chiave per migliorare la resistenza, la durata e le prestazioni. Metodi come la ricottura, il trattamento in soluzione, la tempra e l'invecchiamento hanno ciascuno uno scopo. La scelta di quello giusto dipende dalla lega, dal progetto del pezzo e dall'applicazione.
Avete bisogno di parti in alluminio di precisione con il giusto trattamento termico? Contattateci oggi stesso per discutere del vostro progetto. Siamo pronti ad aiutarvi a scegliere la soluzione migliore per le vostre esigenze.
Ciao, sono Kevin Lee
Negli ultimi 10 anni mi sono immerso in varie forme di lavorazione della lamiera, condividendo qui le mie esperienze in diverse officine.
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Kevin Lee
Ho oltre dieci anni di esperienza professionale nella fabbricazione di lamiere, con specializzazione nel taglio laser, nella piegatura, nella saldatura e nelle tecniche di trattamento delle superfici. In qualità di direttore tecnico di Shengen, mi impegno a risolvere sfide produttive complesse e a promuovere innovazione e qualità in ogni progetto.
