Leghe di alluminio utilizzate nella lavorazione CNC di precisione

Cosa sono le leghe?

Le leghe sono metalli mescolati con altri metalli o elementi non metallici. Ad esempio, le leghe di alluminio, costituite principalmente da alluminio e altri elementi come ferro, rame e magnesio, vengono spesso utilizzate nella lavorazione.

La lavorabilità delle diverse leghe di alluminio è determinata principalmente dalla loro composizione, rendendo alcune leghe più adatte per applicazioni specifiche. Vale la pena notare che l'aggiunta di altri elementi ha un impatto significativo sulle proprietà fisiche di una lega, come resistenza, duttilità e resistenza alla corrosione. Pertanto, comprendere queste proprietà è fondamentale per determinare l'idoneità del materiale per una determinata parte.

Le leghe di alluminio sono classificate in tre gruppi: alluminio commercialmente puro, leghe trattabili termicamente e leghe non trattabili termicamente. Sebbene l'alluminio commercialmente puro non sia comunemente utilizzato nella lavorazione dell'alluminio (sebbene le parti della macchina possano utilizzare l'alluminio 1060), questo articolo si concentra su cinque leghe degli ultimi due gruppi.

Diverse leghe di alluminio per lavorazione CNC

Lavorazione CNC prevede l'uso di trapani e utensili di tornitura per rimuovere materiale da un blocco solido di materiale, creando una parte. È un metodo di produzione convenzionale che consente una produzione rapida ed estremamente precisa di parti con tolleranze strette. Questo processo versatile può essere applicato a una gamma di materiali rigidi, tra cui plastica, metalli e fibra di vetro, dove l'alluminio è uno dei materiali preferiti dai team di sviluppo prodotto.

Sebbene vari metalli possano essere lavorati utilizzando macchine CNC, le proprietà distintive dell'alluminio lo hanno reso una scelta popolare per la lavorazione CNC. La lega di alluminio è disponibile in diversi gradi e ciascuna lega di alluminio è più adatta per applicazioni specifiche.

Leghe trattabili termicamente

Le leghe trattabili termicamente sono costituite da una combinazione di componenti metallici e non metallici, compreso l'alluminio puro che viene riscaldato a una temperatura specifica prima che gli elementi leganti vengano aggiunti in modo uniforme. Questa aggiunta di materiale legante provoca la solidificazione dell'alluminio, anche se ancora ad alta temperatura, dopodiché viene rapidamente raffreddato mediante tempra. Questo rapido raffreddamento può far solidificare gli atomi degli elementi della lega.

Tipicamente, le leghe di alluminio trattabili termicamente si formano quando gli atomi di alluminio e gli atomi degli elementi della lega si combinano naturalmente durante il processo di invecchiamento a temperatura ambiente. Tuttavia, in alcuni casi, questo processo viene indotto artificialmente attraverso l'invecchiamento in un forno regolato a bassa temperatura.

Alluminio 2024-T4

L'alluminio 2024-T4 è una lega da moderata ad alta che offre buona resistenza alla fatica e tenacità alla frattura. Non è resistente come il 7075-T6, ma è comunque adatto per applicazioni aerospaziali.

Le applicazioni comuni per l'alluminio 2024-T4 includono fusoliera di aerei, parti di veicoli da trasporto e elementi di tensione delle ali. Tuttavia, i team di prodotto devono tenere presente che questo tipo di alluminio ha una scarsa resistenza alla corrosione ed è altamente sensibile allo shock termico.

Specifiche meccaniche:

Carico di rottura massimo: 200 – 540 MPa

Allungamento a rottura: 14 – 20%

Modulo di elasticità: 71 – 73.1 GPa

Durezza: 70 – 120 HB

Temperatura massima di servizio: 200 °C

Alluminio 6061

Il grado di alluminio più comunemente utilizzato nella lavorazione CNC è noto per le sue eccezionali capacità di lavorazione, elevata tenacità, buone proprietà meccaniche, buona resistenza alla corrosione, assenza di deformazione post-elaborazione, facile formazione del film colorato ed eccellenti effetti di anodizzazione. È una delle leghe di alluminio più comuni utilizzate nell'industria. Questo tipo di alluminio viene utilizzato in vari settori, tra cui la produzione di camion, l'edilizia, la costruzione navale, la produzione di tram, la produzione di mobili, la lavorazione meccanica di precisione e un'ampia gamma di applicazioni industriali.

Specifiche meccaniche:

Resistenza alla trazione: 45,000 psi

Resistenza allo snervamento: 40,000 psi

Modulo di elasticità: 10,000,000 psi

Resistenza al taglio: 31,000 psi

Durezza: 95 Brinell

Densità: 2.7 g / cm3

Punto di fusione: 582°C (1080°F)

Conduttività termica: 170 W/mK

Coefficiente di dilatazione termica: 23.6 µm/mK

Alluminio 6082

L'alluminio 6082 vanta proprietà simili all'alluminio 6061, con una resistenza alla trazione leggermente superiore. Detiene il primato di avere la resistenza più elevata tra tutte le leghe della serie 6000, oltre ad un'eccellente resistenza alla corrosione. Per gli ingegneri che cercano una resistenza maggiore rispetto a quella fornita dal 6061 ma non sono interessati a investire nella serie 7000, il 6082 è un'opzione interessante.

Questo materiale è particolarmente adatto per applicazioni generiche che richiedono maggiore resistenza e tenacità, con un uso diffuso nel settore edile in ponti, torri e capriate. Tuttavia, i progettisti devono tenere presente che è difficile creare pareti sottili utilizzando l'alluminio 6082.

Specifiche meccaniche:

Carico di rottura massimo: 140 – 340 MPa

Allungamento a rottura: 6.3 – 18%

Modulo di elasticità: 69 – 71 GPa

Durezza: 35-56 HRB

Temperatura massima di servizio: 130 – 150 °C

MIC6 in alluminio

MIC 6 Aluminium possiede una combinazione unica di leghe e metodi di fusione, appositamente progettati per produrre piastre stabili e ad alta tolleranza. Le sue eccezionali proprietà di distensione, precisione e lavorabilità lo rendono un'opzione molto ricercata per la lavorazione di componenti, elettronica e tecnologia laser. Inoltre, è privo di contaminanti e porosità, offrendo una scelta liscia e leggera.

Tuttavia, rispetto all'alluminio 6061, le filettature MIC 6 non sono così resistenti, soprattutto con filettature sottili che potrebbero causare una rottura prematura della filettatura. Pertanto, i progettisti dovrebbero tenere conto di questa limitazione durante la selezione del materiale.

Specifiche meccaniche:

Resistenza alla trazione massima: 166 MPa

Allungamento alla rottura: 3%

Modulo di elasticità: 71 GPa

Durezza: 65HB

Temperatura massima di servizio: 427 °C

Alluminio 7075

AA7075 è una lega di alluminio che contiene zinco come elemento legante primario. Questa lega possiede proprietà meccaniche eccezionali e dimostra elevata duttilità, tenacità e resistenza, insieme a una buona resistenza alla fatica. Nonostante la sua suscettibilità all'infragilimento dovuto alla microsegregazione, ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto alle leghe della serie 2000. Ha la stessa resistenza dell'acciaio dolce ma 1/3 del peso. È ampiamente utilizzato in applicazioni strutturali altamente sollecitate, in particolare nelle parti strutturali degli aeromobili, rendendolo una delle leghe di alluminio più frequentemente utilizzate.

Specifiche meccaniche:

Resistenza alla trazione: 83,000 – 83,000 psi (570 – 570 MPa)

Limite di snervamento: 73,000 – 73,000 psi (503 – 503 MPa)

Allungamento a rottura: 11 – 11%

Modulo di elasticità: 10,200 – 10,200 ksi (70.3 – 70.3 GPa)

Modulo di taglio: 3,800 – 3,800 ksi (26.2 – 26.2 GPa)

Rapporto di Poisson: 0.33 – 0.33

Resistenza alla fatica: 47,000 – 47,000 psi (324 – 324 MPa) a 500 milioni di cicli

Leghe non trattabili termicamente

Le leghe di alluminio non trattabili termicamente vengono create combinando l'alluminio con elementi di lega prima di qualsiasi trattamento termico. La resistenza iniziale di queste leghe si ottiene attraverso l'aggiunta di questi elementi. Le leghe non trattabili termicamente includono leghe di alluminio puro, leghe di manganese, leghe di silicio e leghe di magnesio. Per aumentare ulteriormente la resistenza di queste leghe, vengono utilizzati vari processi di lavorazione a freddo e incrudimento.

I metodi più comuni di lavorazione a freddo e incrudimento comportano la laminazione, l'imbutitura attraverso stampi, lo stiramento o altre operazioni simili che comportano una riduzione dell'area. Le proprietà finali della lega sono determinate dalla riduzione dell'area totale del materiale. Inoltre, la “stabilizzazione” è un processo effettuato a temperature elevate che garantisce che le proprietà meccaniche finali della lega rimangano costanti nel tempo.

Alluminio 3003

La lega di alluminio 3003 appartiene alla famiglia dell'alluminio-manganese lavorato, conosciuta anche come serie 3000 o 3xxx. Questo tipo di lega può essere lavorata a freddo per ottenere stati con maggiore resistenza ma ridotta duttilità, poiché non può essere trattata termicamente come alcune altre leghe di alluminio. Le sue proprietà sono simili a quelle di altre leghe di alluminio-manganese, poiché è una lega versatile che possiede una resistenza moderata, una buona lavorabilità e un'eccellente resistenza alla corrosione. Sebbene possa essere laminato ed estruso, in genere non è forgiato e non è adatto alla fusione a causa della sua natura lavorata. Applicazioni in lamiera come grondaie, pluviali, coperture e rivestimenti utilizzano comunemente questa lega.

Specifiche meccaniche:

Resistenza alla trazione: 130-185 MPa (19,000-27,000 psi)

Limite di snervamento: 55-115 MPa (8,000-17,000 psi)

Allungamento: 10-30%

Durezza (Brinell): 40-60 HB

Alluminio 5052

Forte, lavorabile e resistente alla corrosione, l'alluminio 5052, realizzato con magnesio e cromo, tra gli altri componenti, è ampiamente utilizzato nelle applicazioni marine grazie alla sua resistenza all'acqua salata. È anche la lega non trattabile termicamente più resistente disponibile. I fogli di alluminio 5052 hanno una resistenza sufficiente per la maggior parte delle applicazioni e non sono troppo fragili per rompersi durante la piegatura. Sono probabilmente i fogli di alluminio più comuni utilizzati nelle lavorazioni di lamiera.

Specifiche meccaniche:

Resistenza alla trazione: 210-260 MPa (da 30,000 a 37,000 psi)

Limite di snervamento: 160-200 MPa (da 23,000 a 29,000 psi)

Allungamento: 12% -25%

Modulo di elasticità: 70.3 GPa (10,200 ksi)

Durezza: 60 Brinell

Resistenza alla fatica: 110 MPa (16,000 psi) a 5×10^8 cicli

Conclusione

In conclusione, l’ampia gamma di leghe di alluminio disponibili per la lavorazione CNC offre agli ingegneri una serie diversificata di opzioni per diverse applicazioni. La scelta di una lega di alluminio adeguata dipende da vari fattori quali robustezza, flessibilità, resistenza alla corrosione e lavorabilità, che sono significativamente influenzati dalla composizione della lega. Pertanto, comprendere le proprietà di ciascuna lega è fondamentale per selezionare il materiale ideale per una determinata parte. Le leghe di alluminio comunemente utilizzate nella lavorazione CNC includono leghe trattabili termicamente e leghe non trattabili termicamente, con diverse proprietà fisiche e chimiche. Tenendo conto delle caratteristiche di ciascuna lega, i produttori possono produrre pezzi meccanici di alta qualità, efficienti ed economici per vari settori.