Guida all'ottimizzazione dei processi di fusione in lega di alluminio

La tecnologia di fusione dell'alluminio ha svolto un ruolo significativo nelle industrie automobilistiche e aerospaziali per decenni, con un'adozione diffusa iniziata a metà degli anni '70. Tra le varie leghe, i sistemi alluminio-silicio (Al-Si) hanno acquisito particolare rilievo grazie alle loro superiori caratteristiche di fusione, spesso potenziate con aggiunte di rame e/o magnesio per una maggiore resistenza.

Nelle applicazioni di fusione per gravità, le leghe A319 e A356 dominano l'uso industriale. Per la pressofusione ad alta pressione (HPDC), le leghe A380 e A383 sono ampiamente impiegate. Mentre la A380 serve principalmente applicazioni non strutturali come alloggiamenti e coperture, la A383 offre una maggiore resistenza per componenti strutturali con requisiti di prestazioni impegnativi.

La spinta verso la leggerezza automobilistica ha stimolato lo sviluppo di leghe avanzate come AURAL-2, Silafont-36 e Magsimal-59. Questi materiali soddisfano rigorosi requisiti per componenti strutturali della carrozzeria che richiedono elevata resistenza e duttilità. Tuttavia, le loro rigide limitazioni sul contenuto di ferro (<0.2%) limitano l'uso di leghe secondarie, con conseguenti costi più elevati rispetto alle leghe convenzionali A319 e A380.

Il sistema di leghe da fonderia più diffuso offre eccellenti caratteristiche di fusione e resistenza alla corrosione. La regolazione del contenuto di silicio consente il controllo di resistenza, duttilità e fluidità.

Queste leghe forniscono elevata resistenza e buona lavorabilità, ma presentano una resistenza alla corrosione relativamente scarsa. Il trattamento termico migliora tipicamente le proprietà meccaniche.

Notevoli per un'eccezionale resistenza alla corrosione, in particolare in ambienti marini. Le loro caratteristiche di fusione più impegnative richiedono una lavorazione precisa.

Pur offrendo elevata resistenza e durezza, queste leghe dimostrano una minore capacità di fusione e resistenza alla corrosione, richiedendo spesso trattamenti specializzati.

Le leghe di alluminio fuse subiscono vari trattamenti termici tra cui omogeneizzazione, trattamento termico di solubilizzazione, tempra e rinvenimento. Alcuni componenti utilizzano il metodo "casting-trimming-shipping" (CTS) senza trattamento termico, in particolare nelle applicazioni di fusione a pressione.

Le leghe di alluminio si classificano come il secondo metallo strutturale più utilizzato dopo l'acciaio, apprezzato per la sua bassa densità, l'elevato rapporto resistenza-peso e l'eccellente resistenza alla corrosione. Queste proprietà le rendono ideali per applicazioni aerospaziali, automobilistiche, marine ed elettroniche di potenza.

La fusione laser selettiva (SLM) è emersa come una promettente tecnologia di produzione additiva per componenti in alluminio. Questo processo consente geometrie complesse con microstrutture fini e proprietà meccaniche migliorate. Tuttavia, il post-processing rimane necessario per ottenere una qualità superficiale e un'accuratezza dimensionale di grado industriale.

I produttori scelgono tra quattro metodi di fusione primari:

• Fusione in sabbia (alimentata per gravità)
• Fusione a cera persa (alimentata per gravità in stampi ceramici)
• Fusione per gravità in stampi permanenti
• Pressofusione in stampi metallici permanenti

L'industria della fusione dell'alluminio ha assistito a significativi progressi nei metodi di lavorazione, inclusi vari trattamenti di solidificazione e nuove composizioni di leghe. Circa il 20% della produzione globale di alluminio è destinato ad applicazioni di fusione, con la temperatura di fusione relativamente bassa dell'alluminio ma un significativo ritiro durante la solidificazione (3,5%-8,5%) che richiede un'attenta progettazione dello stampo.

Essendo il sistema di alluminio da fonderia più importante, le leghe Al-Si presentano un semplice diagramma di fase eutettico. Il raffinamento della microstruttura tramite raffreddamento rapido o modificazione (aggiunta di composti di sodio) migliora significativamente le proprietà meccaniche. La lega con rame, magnesio o nichel migliora la resistenza e le prestazioni ad alta temperatura per applicazioni impegnative come i componenti del motore.