La nuova lega Hydro HS 400 Al-Mg-Si per estrusi ad alta resistenza

La ricerca di Hydro sui materiali ha portato allo sviluppo di una nuova lega di alluminio con elevate prestazioni basata sulla 6082, particolarmente utile per i componenti strutturali dei veicoli di nuova generazione

di Alberto Pomari

Sviluppata all’Innovation and Technology Center di Hydro a Finspång, in Svezia, la lega Hydro High Strength 400 (HHS 400) è dedicata all’industria dell’auto e ora è disponibile per le qualificazioni da parte dei produttori di componenti di primo impianto (OEM). Per approfondire questa interessante novità metallurgica, abbiamo intervistato Susanne Koch, ingegnere metallurgico presso il laboratorio di Finspång, e Nunzio Cuppoletta, direttore del mercato automotive per la Business area Extruded Solutions di Hydro.

Perché e come avete pensato a una nuova lega 6000 nel già ricco elenco delle composizioni Al-Mg-Si a medie caratteristiche meccaniche?
Lo sviluppo della HHS 400 fa parte di un’iniziativa più ampia riguardante leghe ad alta resistenza ed elevate prestazioni basate sulla lega 6082 (carico di snervamento di 320-340 MPa), portato avanti dal nostro centro di ricerca di Finspång in Svezia. La nuova lega HHS 400, di interesse particolare per l’industria automobilistica, è stata sviluppata in tre anni di studi e test condotti nel nostro laboratorio di metallurgia. La lega è stata progettata in tre fasi: siamo partiti dall’analisi delle composizioni chimiche di molte leghe, confrontate con le relative proprietà metallurgiche, per giungere a una prima scelta di diverse combinazioni possibili di alliganti. Nella seconda fase, con la produzione dei primi lotti sperimentali, abbiamo testato i parametri di fusione e in particolare di omogeneizzazione. Nella terza fase abbiamo colato un significativo lotto industriale, per effettuare i test e le prove di estrusione. La lega HHS 400 è stata ideata innanzitutto per gli estrusi destinati a impieghi strutturali non-crash e in particolare per l’automotive. Dal punto di vista metallurgico è una lega della serie 6000 (Al-Mg-Si) concepita per competere con le leghe meno cariche della serie 7000 (Al-Zn-Mg); queste ultime dispongono senza dubbio di ottime doti di resistenza meccanica, ma presentano problemi dal punto di vista del recupero e del riciclo degli scarti di lavorazione. In effetti, queste non possono essere mescolate con le più diffuse leghe 6000 per il loro contenuto di zinco, costringendo quindi i produttori e gli utilizzatori ad affrontare extra costi di selezione e di separazione del rottame. Inoltre le leghe 7000 hanno una minore estrudibilità delle leghe 6000 e questo comporta non solo una produttività più bassa, ma anche dei vincoli di forma nelle figure ottenibili, in particolare per i profili complessi cavi. Questo è un punto molto importante legato allo sviluppo di questa nuova lega, non a caso molte tra le maggiori case automobilistiche stanno cambiando le loro specifiche per permettere l’uso delle sole leghe della classe 6000.

Quali prestazioni può raggiungere questa nuova lega?
Come noto, normalmente le leghe 6000 standard disponibili oggi sul mercato difficilmente superano valori di limite di snervamento (YS Yield strength) di 320-330 MPa. Con la HHS 400 abbiamo raggiunto valori di YS superiori ai 370 MPa, valori di carico di rottura a trazione (UTS Ultimate tensile strength) superiori a 400 MPa e valori di allungamento % superiori a 8% su un range di sezioni di estrusi con spessori inferiori a tre millimetri. Con queste caratteristiche, la nuova lega HHS 400 regge bene il confronto con le leghe 7000 in termini di prezzo, movimentazione, produttività e disponibilità ed è anche un potenziale sostituto dell’acciaio e di altre leghe della serie 6000, grazie all’alta resistenza che permette profili con pareti più sottili. Nonostante sia un prodotto premium per le sue caratteristiche meccaniche superiori, offre però un giusto compromesso tra i vantaggi tecnologici e prestazionali e i costi di produzione.

Per quali tipi di componenti automotive è più adatta la nuova lega?
La HHS 400 è secondo noi molto adatta per la realizzazione di particolari strutturali dell’automobile, come lo space frame, e comunque per elementi dello chassis sottoposti a sollecitazioni. In questo senso stiamo ottenendo tutte le qualificazioni necessarie con gli OEM. E’ chiaro che stiamo comunque pensando anche ad altre applicazioni.
La nuova lega può essere usata in componenti strutturali o del telaio per camion o autobus, e nelle vetture elettriche, ad esempio per gli elementi di protezione laterale delle batterie.

I vostri clienti come hanno accolto questa nuova lega?
Il mercato dell’automotive è difficile ma evoluto. E’ sensibile ai costi di acquisto ma sa ben valorizzare il miglioramento delle prestazioni e la sostenibilità del processo. Le reazioni sono state quindi molto positive, tutti i nostri clienti riconoscono il valore delle migliori caratteristiche meccaniche, che contribuiscono alla riduzione dei costi del prodotto finale.
Oltre alla riduzione di costi e peso, questa lega può aiutare i produttori di automobili a migliorare anche la sicurezza del veicolo. Le soluzioni in alluminio ad alta resistenza sono importanti poiché l’automotive usa metalli leggeri in misura crescente per costruire veicoli più sicuri e durevoli, in particolare per adeguarsi a normative più rigide sull’efficienza nell’uso dei carburanti.

Concludiamo con un commento generale sui possibili sviluppi dell’uso degli estrusi, guardando in particolare all’automotive.
L’attuale media di 165 kg di alluminio per auto ha visto crescere la quota degli estrusi negli ultimi anni. Da 14 kg per auto di 4 anni fa, si è oggi arrivati a una media di 19 kg. Secondo le nostre analisi, questa quota crescerà anche per le nuove opportunità di impiego degli estrusi, soprattutto nelle auto elettriche. Per quanto riguarda gli altri settori, la R&D di Hydro è fortemente impegnata per soddisfare al meglio le esigenze dei propri clienti nell’industria. Per esempio con la nuova lega 5083 per costruzioni navali e strutture offshore, che oltre alle buone caratteristiche meccaniche e alla resistenza alla corrosione e alla tensocorrosione, offre ottima tenacità e saldabilità migliorata.

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