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Lingotti e fusioni in tutte le leghe non ferrose,

boccole industriali e disegno, centrifugazione metalli non ferrosi

Leghe speciali: Bronzi all'Alluminio

Generalmente si indicano come bronzi all’alluminio, o cuprallumini, quelle leghe il cui principale elemento aggiunto al rame è appunto l’alluminio.

A seconda delle specificità e caratteristiche ricercate nelle leghe ottenute, si hanno variazioni di alluminio che vanno dal 5% al 14% oltre all’addizione di altri elementi come il ferro, il silicio, il nichel, il manganese.

La fortuna dei bronzi all’alluminio è dovuta alle ottime proprietà di queste leghe: durezza, bassa permeabilità magnetica, proprietà anti-scintilla, alta resistenza meccanica ma anche all’usura, alla fatica e alla corrosione. In particolare, quest’ultima  peculiarità si deve alla patina protettiva che si forma sulla superficie: ricca di ossido di alluminio, questa patina si crea immediatamente ed è allo stesso tempo, assai sottile, solida ed aderente alla lega medesima. Tutte proprietà che ne consentono l’utilizzo in ambienti soggetti a alta corrosione o stress meccanico.

In linea di massima i cuprallumini si dividono in 4 grandi famiglie: 1) leghe contenenti meno dell’8% di alluminio (buona duttilità e adatti per lavorazioni a freddo); 2) leghe con valori di alluminio compresi tra l’8 e l’11%, spesso con aggiunta di nichel e ferro per aumentarne la resistenza metallica, sono leghe adatte per le lavorazioni a caldo e la fusione; 3) leghe contenenti silicio (fino al 2%), caratterizzate da bassa permeabilità magnetica, sono particolarmente dure e ben lavorabili tramite utensile; 4) leghe contenenti manganese, indicate per fusione presentano eccellente saldabilità pur non essendo forti tanto quanto le altre, recentemente sono state rimpiazzate da leghe con nichel.

Pur rimanendo all’interno di percentuali di lega ben definiti, si noti che tutti i bronzi all’alluminio sono caratterizzati da una solidificazione decisamente omogenea, quasi alla stregua di un metallo puro.

Come detto le leghe di rame e alluminio sono facilmente lavorabili, sia a caldo che a freddo, nonostante ciò, il loro utilizzo maggiore avviene con i getti, ottenuti attraverso la colata in sabbia, in conchiglia, per centrifugazione, colata continua sia in verticale che in orizzontale, nonché microfusione (o fusione a cera persa) e pressofusione. I componenti ottenuti in bronzo all’alluminio possono quindi essere piccoli oggetti con altissimi livelli di precisione fino alle enormi eliche di navi di elevato tonnellaggio.

Nonostante sia comunque necessario porre attenzione nello sviluppo degli stampi, poiché è essenziale evitare che la scoria di ossido d’alluminio che si forma istantaneamente nel processo di raffreddamento non resti intrappolata nel pezzo, o che si formino cavità a causa di processi di raffreddamento non corretti della lega, i bronzi all’alluminio consentono anche di ottenere getti compositi, dove la lega viene solidificata attorno ad un altro componente metallico, quale ad esempio l’acciaio: in questi casi l’anima interna di acciaio conferisce ulteriore robustezza alla lega esterna.

Il processo di fusione della lega si ottiene in diverse maniere, sebbene alcune regole base valgano per tutti i metodi, ad esempio il fatto che la fusione debba avvenire il più velocemente possibile e con l’accortezza di evitare surriscaldamenti che condurrebbero alla presa di gas. I lingotti ottenuti possono essere rifusi per dar vita a getti specifici: la ri-fusione, sebbene più dispendiosa, consente un maggior controllo della fusione della lega stessa, ad esempio abbassando la probabilità che la scoria resti intrappolata nel pezzo solido, andando così ad inficiare gravemente le proprietà meccaniche del pezzo.

Oltre alla composizione chimica, un fattore che determina fortemente le proprietà della lega, è il metodo di colata e i tempi di raffreddamento. Ad esempio un raffreddamento moderatamente repentino, che si verifica ad esempio con le tecniche della colata continua, della centrifuga e della pressofusione, accresce le proprietà meccaniche della lega dei getti. In questo senso è evidente che a maggior spessore dei getti, corrispondono per forza di cose tempi di raffreddamento più lunghi e, quindi, proprietà meccaniche proporzionalmente meno interessanti (parliamo ad esempio dello snervamento, o del carico di rottura).

La tecnica della colata in sabbia è tendenzialmente la tecnica più versatile per il bronzo, usata per produrre valvole, cuscinetti, pompe, filtri, raccordi, eliche ecc. La colata in conchiglia è previlegiata nel caso della produzione di pezzi in cui si richiede una precisione dimensionale più alta e finiture migliori, il classico esempio sono i rotori delle pompe centrifughe. La colata in forma ceramica è abbastanza rara ed è utilizzata per quei pezzi che necessitano di un’eccellente finitura superficiale, tipicamente destinati all’industria aeromeccanica. L’utilizzo della tecnica di fusione a cera persa è invece comune per produzioni di grandi lotti di oggetti relativamente piccoli e senza anime interne, si tratta di un processo ad elevata automatizzazione. La pressofusione di bronzi all’alluminio, alla stregua di ogni altra pressofusione, è riservata a pezzi mediamente piccoli ma piuttosto complessi geometricamente, di cui sono richieste grandi quantità e per giunta con tolleranze dimensionali abbastanza restrittive; il settore di maggior destinazione è in questo caso l’automotive, si noti che è possibile incrementare ulteriormente le proprietà metalliche dei getti pressofusi intervenendovi con lavorazioni successive. La tecnica della colata centrifuga e solitamente utilizzata per i particolari in bronzo all’alluminio di forma cilindrica fino a 2 metri di diametro, ivi compresi sbozzati per ruote e bronzine; peculiare nella colata centrifuga è la solidificazione direzionale, dove la solidificazione avviene dall’esterno verso l’interno: la superficie esterna risulta perfetta e se ci sono imperfezioni queste si reificano nella parte interna, tecnica quindi ideale per pezzi sottoposti ad usura della superficie esterna. La colata continua, o semi-continua, è una tecnica utilizzata per ottenere tipicamente billette e barre destinate a rifusione.

Nelle operazioni di fusione in getti di bronzo, ed allo stesso modo per i composti con alluminio, i pericoli maggiori sono 3: l’inclusione di ossidi, le porosità da gas e le cavità da ritiro. Se i primi due dipendono molto dalle tecniche fusorie, il terzo è piuttosto connesso alla geometria del pezzo da ottenere.