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Il materiale alluminio
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Generalità
L’alluminio è l’elemento chimico di numero atomico 13. Il suo
simbolo è Al. Si tratta di un metallo duttile color argento.
Si estrae principalmente dai minerali di bauxite ed è notevole
la sua resistenza all’ossidazione, la sua morbidezza, e
la sua leggerezza. L’alluminio grezzo viene lavorato tramite
diversi processi di produzione industriale, quali ad esempio la
fusione, la forgiatura , lo stampaggio , o l’estrusione (che è il
processo che si utilizza per i profili per serramenti).
L’alluminio viene usato in molti campi di applicazione, specie
in quelli per i quali la leggerezza, la durata e la resistenza sono
requisiti richiesti; da tempo, almeno un quarantennio, è largamente
usato nel campo dei serramenti per costruzioni civili.
Produzione
Nonostante l’alluminio sia il 3º elemento in ordine d’abbondanza
sulla crosta terrestre, è molto raro in forma libera ed
in passato era considerato un metallo prezioso, con un valore
superiore a quello dell’oro. È quindi relativamente nuovo
come metallo industriale e la sua produzione in quantità commerciali
avviene da poco più di 100 anni.
Quando venne scoperto, l’alluminio era estremamente difficile
da separare dalle rocce di cui faceva parte, e poiché si
trovava solo legato in qualche composto era il più difficile da
ottenere, nonostante fosse uno dei più abbondanti elementi
disponibili in natura. Per un periodo l’alluminio costò più
dell’oro; i prezzi scesero sul finire dell’ottocento quando fu
scoperto il metodo elettrolitico di produzione del metallo da
allumina (ossido di alluminio, Al2O3).
Successivamente, fino ai giorni nostri, il recupero di questo
metallo dai rifiuti (attraverso il riciclaggio) è diventato una parte
consistente della sua produzione. Le fonti per il riciclaggio
dell’alluminio comprendono automobili e serramenti, elettrodomestici,
contenitori e altri prodotti (riciclarlo è molto conveniente:
1 Kg di alluminio riciclato pronto all’uso a partire da
scarti costa meno di 1 kWh, contro i circa 13÷14 kWh della
produzione dal minerale naturale).
Caratteristiche
L’alluminio è un metallo leggero ma resistente, con un aspetto
grigio argento a causa del leggero strato di ossidazione
che si forma rapidamente quando è esposto all’aria e che
previene la corrosione in quanto non solubile. L’alluminio ha
un peso specifico di circa 2.700 kg/m3 (pari a circa un terzo
dell’acciaio, che vale 7.800 kg/m3); è malleabile, duttile e può
essere lavorato facilmente; ha una eccellente resistenza alla
corrosione ed una lunga durata. Inoltre non è magnetico, non
fa scintille, ed è il secondo metallo per malleabilità ed il sesto
per duttilità.
L’alluminio è uno degli elementi più diffusi sulla terra (8,3% in
peso), secondo solo a ossigeno (45,5%) e silicio (25,7%) , e
paragonabile al ferro (6,2%) ed al calcio (4,6%) . In natura si
trova sempre combinato con altri elementi; è presente in numerosi
minerali. Dal punto di vista industriale questo metallo
leggero viene prodotto a partire dalla bauxite, roccia di colore
rosso bruno o giallo.
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Le proprietà salienti dell’alluminio sono:
• basso peso specifico;
• elevata resistenza alla corrosione;
• alta conducibilità termica ed elettrica;
• elevata plasticità;
• eccellente duttilità e malleabilità;
• basso potere radiante;
• difficile saldabilità.
Pochi elementi in natura si prestano a costituire un numero
così elevato di leghe come l’alluminio. Per migliorare le caratteristiche
meccaniche si aggiungono all’alluminio determinati
quantitativi di altri elementi alliganti. Quando si combina con
altri elementi, le caratteristiche di questo metallo, che allo stato
puro è tenero e duttile, cambiano radicalmente.
Per quanto riguarda le leghe metalliche formate dall’alluminio,
le peculiarità in comune per tutte sono:
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bassa temperatura di fusione (compresa tra i 510 ed i 650 °C);
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basso peso specifico, compreso tra 2.660 e 2.850 kg/m³ ;
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elevatissima conducibilità elettrica e termica;
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contenuto di alluminio maggiore del 95%.
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Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell’alluminio,
tuttavia rame (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese
(Mn) sono i leganti utilizzati con l’alluminio per costituire
le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare
elementi che migliorano alcuni aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi
particolari, piccole percentuali di nichel (Ni), titanio (Ti), zirconio
(Zr), cromo (Cr), bismuto (Bi), piombo (Pb), cadmio (Cd),
scandio (Sc) ed anche stagno (Sn) e ferro (Fe), quest’ultimo
peraltro sempre presente come impurezza. Ogni elemento
può conferire un particolare effetto, per esempio:
silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione
termica;
magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente
alcalino e in mare;
manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione;
rame:accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo;
zinco: conferisce un’elevata resistenza meccanica, soprattutto
se associato al magnesio.
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La lega EN AW-6060 per serramenti
La lega EN AW-6060 è quella di estrusione più diffusa sul
mercato europeo, per le sue doti di alta velocità di deformazione
a caldo, ed è quella utilizzata nel campo dei serramenti
per usi residenziali. Le sue caratteristiche consentono la realizzazione
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di profilati con sezione anche complessa, comprendente
molteplici cavità e scanalature, per avvicinare quanto
più possibile il disegno dell’estruso a quello del manufatto finito,
riducendo al minimo le lavorazioni intermedie.
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Estrusione
Tutti i profili in alluminio occorrenti per realizzare il sistema in
legno-alluminio, accoppiando la copertura esterna di alluminio
alle ante e telai in legno, sono prodotti per estrusione; questo
è un processo di produzione industriale di tipo deformazione
plastica che consente di sviluppare qualsiasi figura piana
lungo l’asse perpendicolare al piano su cui è stata disegnata.
E’ utilizzata oltre che per i materiali metallici anche per la gomma,
la plastica ed altre produzioni.
Consiste essenzialmente nel forzare per compressione il materiale,
opportunamente surriscaldato e allo stato pastoso,
a passare attraverso una sagoma (matrice) che riproduce la
forma esterna del pezzo che si vuole ottenere. Se la sezione
di questo è cava, sarà presente anche un’anima (cuore) che
riprodurrà il profilo della cavità interna.
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All’uscita dalla matrice il materiale viene raffreddato e, nel
caso dell’alluminio, sottoposto ad invecchiamento artificiale
(per il completo raggiungimento delle caratteristiche meccaniche
richieste).
La compressione del materiale a monte della matrice è ottenuta
da un pistone idraulico che spinge il materiale verso la
matrice (con potenze dell’ordine di migliaia di tonnellate).
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