Le leghe d’alluminio protagoniste dell’innovazione

Una panoramica sui contenuti del convegno “Alluminio, la leggerezza del metallo, la versatilità delle sue leghe” che si è tenuto lo scorso 20 febbraio a Provaglio d’Iseo con l’obiettivo raggiunto di mostrare le tante possibilità di scelta tra le leghe commerciali per estrusione, laminazione, trafilatura, forgiatura, additive manufacturing, colata getti e pressocolati

di Giuseppe Giordano

Organizzato da AQM, dalla rivista Alluminio & Leghe e da Metef, si è svoltolo scorso 20 febbraio un Convegno dal titolo significativo: “Alluminio, la leggerezza del metallo, la versatilità delle sue leghe”.
Il Convegno si è tenuto a Provaglio d’Iseo, tra i vigneti della Franciacorta, nella sede di AQM, società senza scopo di lucro fondata nel 1982, che opera con imprese metallurgiche e manifatturiere nazionali e internazionali, sviluppando competenze d’eccellenza sui materiali industriali in svariati campi applicativi, sui loro processi produttivi, sul miglioramento continuo dell’organizzazione e sull’implementazione di sistemi di gestione integrati secondo standard internazionali nei vari campi di applicazione. L’evento è stato un primo esempio di collaborazione tra la rivista Alluminio & Leghe, AQM e Metef, l’esposizione internazionale dell’alluminio che da sempre oltre all’aspetto fieristico offre agli operatori la possibilità di essere informati sulle novità del settore. Il tema centrale del convegno era la versatilità del metallo leggero come carta vincente per i trasformatori e gli utilizzatori di alluminio; versatilità intesa in senso metallurgico come la scelta della lega giusta in ogni circostanza ed esigenza applicativa con la miglior combinazione possibile di resistenza meccanica, formabilità, conducibilità, resistenza alla corrosione, attitudine ai trattamenti superficiali decorativi e protettivi, lavorabilità meccanica, riciclabilità.
Un convegno quindi di taglio tecnologico per creare nuove opportunità di mercato, destinato a imprenditori, manager e tecnici di aziende delle trasformazioni di alluminio, per evidenziare che con una scelta ragionata si può ottenere il massimo delle prestazioni del pezzo e del componente finito, insieme alle condizioni ottimali di rendimento produttivo. Ricco e completo il programma di relazioni tecniche e di testimonianze, focalizzato sulle più significative possibilità di scelta tra le leghe commerciali per estrusione, laminazione, forgiatura, produzione di vergella, additive manufacturing, colata getti e pressocolati.

La platea del convegno, seguito da oltre cento partecipanti
La platea del convegno, seguito da oltre cento partecipanti

La presenza di oltre 100 partecipanti conferma il successo dell’iniziativa.

Nel convegno ci sono state quindici relazioni suddivise tra presentazioni generali volte a illustrare soprattutto le diverse tendenze nell’uso di specifiche leghe nei vari settori produttivi e presentazioni di testimonianza circa esperienze recenti di innovazione.
Tutti i partecipanti hanno potuto scaricare l‘intero materiale iconografico delle presentazioni dai siti web di A&L, AQM e METEF. Ricordati gli interventi di apertura dedicati al quadro di mercato, con Paolo Kauffmann di F.A.R.O. Club che ha analizzato, da attento analista, il comparto dei metalli non ferrosi e Mauro Cibaldi di Centroal-Assomet che ha presentato il segmento industriale dell’alluminio in Italia, e rimandando comunque i lettori all’esame di dettaglio delle diverse relazioni che potranno richiedere direttamente agli organizzatori, in questa sintesi della giornata ci soffermeremo brevemente su alcuni degli interventi che più hanno colpito l’interesse del pubblico per i contenuti innovativi.

L’assortimento di leghe abitualmente utilizzato da Trimet per la produzione di vergelle d’alluminio
L’assortimento di leghe abitualmente utilizzato da Trimet per la produzione di vergelle d’alluminio

Eural presenta la nuova lega 2077 LF per lavorazione meccanica

Nel seguito saranno brevemente trattati gli interventi che hanno descritto progetti e prodotti nello sviluppo dei quali è di grande importanza la scelta della lega. Il giorno del Convegno ha visto un grande successo di un’industria italiana dell’alluminio del quale si sente il dovere di parlarne prima di quanto altro offerto dall’evento. Una delle più famose aziende familiari dell’alluminio bresciano, EURAL Gnutti, ha sviluppato una nuova lega che, dopo aver passato tutte le complesse verifiche previste dalla procedura di registrazione, è stata ufficialmente inserita nell’elenco dell’Aluminum Association con il numero 2077. Non è per nulla facile ottenere l’inserimento di una propria lega in quell’elenco, anche se la lista è ormai in uso da circa sessant’anni e comprende più di 550 specifiche tra leghe da lavorazioni plastiche e da fonderia. Gli ostacoli sono talvolta difficili da superare in particolare per le medie aziende. EURAL, rappresentata dal Direttore vendite Giorgio Di Betta, ha spiegato per quali motivi sia stato necessario lo sviluppo di una nuova lega d’alluminio dura, con elevate caratteristiche meccaniche. Infatti, mancava una lega per torneria, che creasse un truciolo fine per alte produttività. Inoltre alcune delle leghe utilizzate prima della novità hanno presentato in diversi ambienti, problemi di tensocorrosione, per cui occorre passare attraverso particolari trattamenti termici di stabilizzazione della sensibilità alla tensocorrosione che però spingono al ribasso le caratteristiche tensili.Per una più approfondita conoscenza delle caratteristiche della lega si ricorda l’articolo specifico apparso sul numero 1-2020 di Alluminio & Leghe, disponibile anche on-line.

Comportamento dei composti intermetallici diversi in semilavorati sottoposti a differenti trattamenti superficiali
Comportamento dei composti intermetallici diversi in semilavorati sottoposti a differenti trattamenti superficiali

Nuove leghe e processi produttivi per la vergella d’alluminio

Quasi galvanizzato dalla notizia della registrazione della nuova lega, il Convegno ha proposto una serie di presentazioni per ognuna delle quali andrebbe redatto un articolo, non solo per i dati presentati ma anche per la passione e l’impegno mostrato dai relatori. Il compito di chi scrive è di essere un cronista che sceglie quali temi approfondire tra le memorie da commentare più a lungo segnalandole a chi non c’era e ricordandole a chi era presente. Fanno parte di questa sceltale due memorie sulla vergella presentate da Claudia Pizzanelli di Trimet e Carmelo Maria Brocato di GMS. La vergella, molto spesso, viene dimenticata sia nelle statistiche sia nelle memorie scientifiche. Nella giornata di Provaglio si è avuto invece la fortunata concomitanza di due relatori con grande esperienza professionale, l’una nel settore del prodotto, l’altro nel campo dei macchinari specifici.
Nella presentazione di Claudia Pizzanelli la vergella è stata protagonista nella descrizione dei prodotti utilizzati in diversi settori. Colpisce in particolare che una tecnologia “matura” sia coinvolta in nuovi sviluppi quali ad esempio l’auto elettrica. Per far questo la strada maestra è quella della conoscenza metallurgica dei prodotti senza timore della complessità. Ad esempio, è stato mostrato che per la vergella per usi meccanici sono utilizzate in Trimet una quindicina di leghe diverse, utilizzabili in numerosi stati fisici e con una varietà di prodotti con caratteristiche meccaniche nel vasto range mostrato nella stessa tabella.

L’impiego principale della vergella si ha nelle applicazioni in elettrotecnica. L’importanza di ricercare nuove soluzioni metallurgiche anche per la vergella “elettrica “ è a mio avviso ben rappresentata da una foto presentata da Carmelo Brocato: quale migliore esempio dell’importanza della leggerezza tipica dell’alluminio che vedere conduttori elettrici così troppo pesanti! Il ghiaccio ha appesantito i cavi (usualmente cavi in rame con anima di acciaio), ma l’effetto poteva essere diverso se il conduttore fosse stato realizzato in alluminio, ben più leggero.
Il passo dalla vergella alla lingottiera per alluminio di seconda fusione è concettualmente semplice (vi è nei due casi la colata continua di una barra) ma tecnologicamente complesso, come ben illustrato da Brocato che ha sottolineato le somiglianze e le differenze dei due processi.

Le leghe d’alluminio protagoniste dell’Additive Manufacturing

Nuove possibilità per le leghe leggere sono venute in questi ultimi anni dalle tecnologie di Additive Manufacturing delle quali ha trattato la presentazione di Paolo Folgarait (AQM-Seamthesis). L’Additive Manufacturing con uso di polveri di metalli è oggi una tecnologia sempre più diffusa non solo in ambito accademico e sempre più particolari stampati in 3D sono realizzati per un uso non più prototipale ma di produzione industriale. Tra I metalli più studiati, già utilizzati per molti prodotti e con le migliori prospettive di sviluppo, vi sono le leghe d’alluminio che offrono una buona disponibilità d’approvvigionamento accompagnato spesso da un accettabile rapporto tra costi e prestazioni. Non tutte le leghe sono però utilizzabili così come sono in quanto, in funzione della composizione chimica, rispondono in maniera differente alle tecniche di sinterizzazione con tecnologia laser. Le polveri di alluminio derivate da tali processi di sinterizzazione possono essere sottoposte a procedure definibili di mescolamento per ottenere la composizione ottimale per la stampa tridimensionale dell’Additive Manufacturing. Con tali polveri si ottengono strutture granulari molto fini senza dover ricorrere all’aggiunta di affinanti. Le caratteristiche tensili ottenibili sono elevate e in quasi tutti i casi si ottengono buoni risultati di resistenza a fatica, creep, propagazione di cricca e caratteristiche elettriche. In alcuni casi, però, si rilevano riduzioni di plasticità che devono essere corrette con trattamenti termici che riducono la durezza di lega. Partendo da queste genericità della nuova tecnica, la memoria ha riportato dati sulle caratteristiche di prodotti ottenuti da polveri di diverse leghe e si è sviluppata con un aspetto didascalico utile a tutti.

Una panoramica sulle più utilizzate per l’estrusione

In ogni convegno c’è per ciascuno di noi la presentazione preferita. Per me questa è stata quella presentata da Alberto Pomari sui trend delle leghe in estrusione e laminazione. L’autore ha avuto la possibilità di presentare dei numeri di previsione proiettati sino al prossimo decennio. Ritrovare molti dati deve esser stato un lavoro faticoso e impegnativo. Sono numeri dispersi in varie fonti, talvolta condizionati anche da strategie di marketing dei maggiori produttori. Giustamente laddove non era possibile trovare numeri ufficiali è stato sfruttato quel fattore di giudizio molto potente che è l’esperienza. Chi ha passato buona parte della propria vita professionale nei settori in esame “sente” come si muove il mercato e “vede” dove punta la tecnologia. Grazie alle sue riflessioni e in base al confronto con altri esperti si disegna una linea di trend che non ha bisogno di esser precisa ma che non sbaglia bersaglio, anche se non sempre lo colpisce al centro perfetto.

I veicoli elettrici aprono nuove opportunità alle leghe secondarie nella fabbricazione di componenti strutturali pressocolati
I veicoli elettrici aprono nuove opportunità alle leghe secondarie nella fabbricazione di componenti strutturali pressocolati

Applicazioni innovative per il foglio d’alluminio

Il foglio d’alluminio viene comunemente identificato con le applicazioni nel packaging, ma a Provaglio Ciro Sinagra, R&D manager del gruppo Laminazione Sottile, ne ha mostrata un’applicazione affatto diversa nella realizzazione di pannelli honeycomb, che da prodotto di nicchia per applicazioni aeronautiche o sportive è diventato un prodotto utilizzato per l’allestimento di pannelli per varie applicazioni dove la leggerezza è la richiesta principale.
Nella presentazione di Sinagra è stata descritta un’applicazione ancora destinata all’aeronautica nella quale il cuore dei pannelli a nido d’ape è ottenuto con tecniche d’incollaggio di fogli in lega ENAW 5056. Dal punto di vista metallurgico è stato interessante seguire il processo di laminazione dalla placca sino a fogli di spessore di circa 70 micron. Laminare a questi ridotti spessori una lega con un tenore di magnesio compreso tra 4,5 e 5,6% è un processo difficile e impegnativo anche per le attrezzature di deformazione.

La presentazione di Giampaolo Barbarossa di AITAL su “Leghe da trattamenti superficiali“ ci ha ricordato come il rispetto dell’aspetto e delle caratteristiche funzionali dello strato superficiale dipenda non solo dall’utilizzo dei corretti parametri del processo di anodizzazione e di trattamento superficiale e dall’uso d’idonei prodotti di rivestimento ma anche dalla valutazione della composizione chimica e dello stato metallurgico della lega di alluminio. E’ inoltre n fattore importante l’omogeneità strutturale del semilavorato.
E’ parsa di particolare interesse la tabella che elenca e distingue il comportamento dei diversi composti intermetallici presentii semilavorati di varie leghe. In particolare i composti (1) si ossidano e si disciolgono molto rapidamente e lo strato d’ossido che si forma è sottile e poroso. I composti (2) possono dare luogo a parziali dissoluzioni nello strato d’ossido mentre i (3) vi rimangono inglobati.

Le caratteristiche tensili ottenibili dalla gamma di leghe HyCrush™ in funzione della loro produttività in estrusione
Le caratteristiche tensili ottenibili dalla gamma di leghe HyCrush™ in funzione della loro produttività in estrusione

Low-carbon aluminium per il settore automotive

La presentazione di Roberto Mastrangelo di Hydro era divisa in due parti, la prima dedicata al prodotto “verde” Reduxa™, l’altra finalizzata a presentare nuove leghe a elevata capacità di assorbimento d’energia per applicazioni automobilistiche.
Reduxa è definito da Hydro come “prodotto“ ma si tratta in realtà di alluminio primario ottenuto con la massima attenzione agli aspetti ambientali, tanto da diventare uno specifico “Low-carbon aluminium“. L’obiettivo è trovare le condizioni per raggiungere il target di 4 chilogrammi di CO2 per chilogrammo d’alluminio entro il 2030 partendo da un valore europeo attuale di 6,7 kg di CO2 e un valore globale di 18 kg, fortemente influenzato dal valore cinese di 20 kg determinato dal grande uso in questo paese di carbone per la produzione di energia elettrica. Reduxa è prodotto solo con energia rinnovabile e con il massimo utilizzo di sfridi e rottami. L’obiettivo quantitativo legato all’uso di Reduxa è di ridurre le emissioni di CO2 di circa 4 milioni di tonnellate, pari alle emissioni di 1,2 milioni di automobili.
La seconda parte della presentazione è stata dedicata, come detto, alle nuove leghe con elevata capacità di assorbimento di energia che Hydro sta in già in parte producendo industrialmente e in parte ancora oggetto di R&D. Tali leghe sono chiamate HyCrush™. La figura mostra il livello di caratteristiche tensili ottenibili con le diverse leghe in funzione della loro produttività in estrusione. Le leghe HyCrush appartengono alla famiglia 6000 ma con valori diversi del rapporto tra Mg e Si che si presenta in un ampio intervallo, così da offrire una capacità di assorbimento d’energia differenziata.

Claudio Mus, Technical-R&D Director of Endurance Overseas
Claudio Mus, Technical-R&D Director of Endurance Overseas

Le novità in fonderia

La fonderia, le leghe specifiche per pressocolata, le nuove applicazioni nei maggiori settori di sviluppo, sono stati i temi della seconda metà del convegno. Veramente didascalica e completa la presentazione di Annalisa Pola (Università di Brescia) sulle leghe da fonderia in conchiglia e da pressocolata. E’ stata una lezione completa, ricca di tabelle, micrografie e immagini virtualizzate da analisi SEM. La collezione di slides potrebbe diventare un’ottima lezione online: invito la professoressa Pola a pensarci!
Pochi settori produttivi hanno subito intensi cambiamenti come la fonderia d’alluminio e, all’interno del settore, ancora più sorprendenti sono i progressi della pressocolata. Come non restare ammirati di fronte a una Gigapressa come quella presentata da Riccardo Ferrario, General manager di IDRA, voluta da TESLA per realizzare un’idea che appare a prima vista un sogno: ridurre da 70 a quattro e poi a uno il numero di parti del telaio di un’automobile. La trasformazione del sogno in realtà passa attraverso la realizzazione della più grande macchina di pressocolata al mondo. Se oggi 70 robot si affannano ad assemblare i componenti del telaio, appare chiaro che il sogno porterà anche un forte risparmio in termini d’investimenti e gestione di una linea di montaggio che diverrà molto più semplice.

Nella presentazione di Enio Gritti, responsabile della fonderia FMB (Gruppo OMR), l’autore ha inteso dimostrare che nei getti le caratteristiche tensili sono principalmente determinate dalla distanza tra i rami delle dendriti espressa dal parametro SDAS (Secondary Dendrites Arm Space) e non dal tipo di lega e nemmeno dalle operazioni di colata, ma dai disegnatori dei getti che definiscono i rami di colata, da chi progetta gli stampi e da chi sviluppa la simulazione di colata. Non sono esperto di fonderia ma mi sembra un’affermazione interessante, certamente supportata da un ammirevole lavoro sperimentale. Per dimostrare quanto sopraddetto, sono state prese in considerazione sia la lega 42100 primaria e la lega 43000 secondaria. Sono state colate in uno stampo dopo un’intensa pulizia del forno, una buona scorificazione e un forte degrassaggio. Fissata la temperatura dello stampo per avere una transizione liquido- solido in pochi secondi e generare strutture con SDAS inferiori a 30 micron, sono state rilevate caratteristiche tensili che sono risultate simili per le due leghe e sui livelli massimi previsti dalla norma.

The use of complex structural parts in car making is now common place across Europe and the USA L’impiego di complessi componenti strutturali nelle linee di montaggio di automobili è un approccio diffuso in Europa e in USA
L’impiego di complessi componenti strutturali nelle linee di montaggio di automobili è un approccio diffuso in Europa e in USA

Stuart Wiesner di Aluminium Rheinfelden ha presentato alcune leghe specificatamente sviluppate per nuove applicazioni strutturali in vari settori. Ad esempio nel settore automotive l’uso di questi materiali è previsto per scambiatori di calore, contenitori di batterie per auto elettriche, elementi riscaldanti. Sono perciò ricercati materiali con buona conducibilità termica ed elettrica. Tra le slides della presentazione si trovano alcune tabelle che riportano i dati di conducibilità oltre alle caratteristiche tensili di varie leghe in differenti stati fisici. Per alcune leghe si riportano anche i risultati positivi di resistenza alla corrosione e interessanti dati sull’attacco da parte della lega fusa alla superficie dello stampo d’acciaio in pressocolata.
L’ultima presentazione del convegno è stata condotta da Claudio Mus, Technical-R&D Director di Endurance Overseas, che ha mostrato le possibili interazioni di oggi e di domani tra getti d’alluminio e sistemi di mobilità elettrica, vale a dire le diverse tipologie di auto elettrica, scooter ed e-bike. Il passaggio da motore a combustione interna a quello elettrico o a soluzioni ibride richiede una riprogettazione di molte parti e la creazione di componenti che non sono presenti nelle auto tradizionali quali il contenitore per le batterie. E’ stato mostrato che il massimo utilizzo di getti d’alluminio si ha nelle soluzioni ibride, che per definizione aumentano i particolari anziché sostituirli. L’alluminio è presente nella produzione di batterie che non alimentano solo veicoli ma anche macchinari più semplici come utensili elettrici professionali e hobbistici, come i tosaerba per parchi e giardini. Un obiettivo è proprio collegare i diversi settori. Ad esempio le batterie in serie montate sulle automobili, che mantengono una sufficiente capacità d’accumulo di energia a fine vita del veicolo, possono essere disassemblate e utilizzate vantaggiosamente in altre applicazioni.

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