LAVORAZIONI ALLUMINIO

COME LAVORARE L’ALLUMINIO

INDICE

SEMILAVORATI DI ALLUMINIO

Punto di partenza per la costruzione di strutture in grado di garantire prestazioni in ambito produttivo, i semilavorati costituiscono l’anello di congiunzione tra la materia prima “grezza” e il manufatto finale. Il percorso di produzione deve basarsi necessariamente sulla qualità della materia prima, però le fasi di lavorazione intermedie, sono altrettanto importanti per garantire l’efficacia del prodotto finale.

È fondamentale inquadrare il ruolo di questa componente, nell’ottica di investimento e integrazione delle strutture così costituite, sia nel contesto industriale sia in quello civile. La definizione di “semilavorati” si riferisce al passaggio intermedio del metallo attraverso un processo industriale iniziale.

Il termine descrive quindi un prodotto che viene elaborato, per garantire la piena lavorabilità e l’impiego della materia prima, nella forma più adatta alle fasi di trasformazione. A forma di tubi o di barre, a sezione quadrata, esagonale o tonda, in laminati a diverso spessore, diverse sono le coniugazioni del materiale per la trasformazione nella fase intermedia.

Risulta quindi importante focalizzare l’attenzione sul tipo di materia prima, e sulla qualità della lavorazione. La certificazione di qualità nella fase di trasformazione intermedia, può incidere sulle Proprietà Meccaniche del manufatto finito. Un’applicazione del peso di questa fase della lavorazione del metallo, la si apprezza valutando l’attuale frontiera tecnologica nella fase di semilavorazione.

Per fare ciò, è necessario approfondire il concetto di imbutibilità. Secondo la definizione meccanica, la proprietà descrive l’attitudine del materiale verso il processo di deformazione sia a caldo che a freddo. Ciò ad esempio, consente di ottenere degli stampi intermedi. L’attuale tecnologia può spingersi fino ad uno spessore di soli 3 micrometri.

ALLUMINIO MATERIALE: VANTAGGI

Si tratta quindi di un potenziale operativo importante alla luce di un impiego sempre più esteso dell’Alluminio, nell’ambito dei processi di produzione industriale. Un ampio range di differenza si basa su variazioni quasi impercettibili nella lega da usare e nella relativa temperatura di lavorazione. Ciò che potrebbe apparire simile ai più, in realtà può costituire un divario grossolano in termini di prestazione. Nell’impiego di manufatti industriali, le qualità del materiale, devono rispettare precisi standard qualitativi.

Il materiale si appresta ad un potenziale operativo particolarmente apprezzato, alla luce del risparmio energetico e della buona risposta alla resistenza meccanica. La differenza tra una discreta prestazione di base ed un prodotto di qualità, sta proprio nella tipologia di lavorazione della fase intermedia.

I semilavorati in Alluminio consentono quindi di ottimizzare le doti di leggerezza del materiale, associandole al coefficiente di resistenza, in rapporto allo spessore. A questo si aggiungono la risposta del metallo alle temperature, e la possibilità di reintrodurlo più semplicemente nel ciclo di reimpiego della materia prima.

Questo spiega la crescente propensione all’industria verso questo tipo di trasformazione iniziale. Agendo sulla tecnologia intorno ai semilavorati, è infatti possibile incrementare il livello qualitativo ed esaltare il potenziale che la materia prima è in grado di offrire alla progettazione nelle successive fasi.

PRODUZIONE ALLUMINIO

La semilavorazione costituisce uno dei passaggi di trasformazione della materia prima in prodotti finiti. Considerare ogni fase della produzione è fondamentale alla luce di una valutazione finale degli usi. L’Alluminio può essere classificato in due principali categorie, si distingue infatti tra forma primaria e riciclata.

Il metallo primario prevede la fase di Estrazione della Bauxite, il minerale si estrae sotto forma di argilla mediante uno scavo a bassa profondità, generalmente a cielo aperto. Questa può presentarsi in granuli o come roccia, e può avere un colore variabile dal rosso al grigio. Il materiale di partenza fu identificato per la prima volta sui Pirenei, a Les Baux.

Da qui deriva il suo nome, è possibile trovarlo più facilmente nelle aree tropicali e subtropicali, la Grecia ad esempio è una delle nazioni europee particolarmente attive nell’Estrazione del materiale. L’Australia, la Guinea, l’India, la Cina, il Kazakhistan e Paesi dell’America latina, sono le zone del mondo particolarmente attive nell’attività di estrazione.

La produzione del materiale primario, sfrutta un particolare processo di elettrolisi, è dunque necessaria una grande quantità di energia per la sua produzione. Ciò spiega come l’industria del settore sia ormai diventata una fonte di innovazioni nel campo dell’ottimizzazione energetica. Rispetto ad altri settori produttivi, questo comparto ha visto una riduzione del 70% dell’impatto energetico nel corso degli ultimi cento anni.

PROCESSO ELETTROLITICO ALLUMINIO

Il processo di separazione elettrolitica è necessario per ottenere l’allumina a partire dalla Bauxite. Dalla allumina potrà poi essere ottenuto il materiale primario, partendo da quattro tonnellate di Bauxite, si ottiene una sola tonnellata di Alluminio ed è necessario impiegare 14.000 KWh di energia. Il passaggio dalla Bauxite alla allumina, sfrutta il processo Bayer.

La raffinazione utilizza la soda caustica e il principio della filtrazione meccanica al fine di rimuovere i residui insoliti. Ciò che si ottiene è l’ossido di Alluminio puro. La successiva purificazione avviene mediante il processo di riduzione elettrolitica Hall-Hèroult presso gli smelters (impianti di riduzione). Per il processo è necessario un bagno fluorinato a 950°C e una corrente elettrica ad altissimo voltaggio.

Il Riciclo Alluminio è l’altra fonte importante. L’impianto di primo trattamento processa il materiale proveniente dalla raccolta differenziata, dagli oggetti e dagli imballaggi. Un processo a correnti parassite, consente la separazione dei metalli magnetici dagli altri materiali. Si passa poi alla fonderia dove avviene un primo trattamento a 500°C.

La Fusione dell’Alluminio successiva, sfrutta una temperatura di 800°C e porta alla produzione di lingotti in Al-Si e con presenza di altre sostanze quali rame e magnesio. L’attuale tecnologia consente un prodotto di questo tipo, sebbene si tratti di un materiale completamente puro, la validità meccanica e strutturale è garantita dalla stretta normativa nazionale e internazionale a riguardo.

È la produzione dei Semilavorati l’anello di giunzione tra la materia prima fusa e la sua trasformazione in ambito industriale avanzato. Diverse sono le tecniche adottate proprio perché vari sono gli ambiti di utilizzo del materiale. I principali includono:

1. Colata Continua e semicottura.
2. Laminazione.
3. Trafilatura.
4. Estrusione.
5. Forgiatura.
6. Getti di fusione.
7. Estrusione per impatto.

ALLUMINIO METALLO

I punti di forza dell’Alluminio sono molteplici. Ciò consente un largo impiego. Classificabile tra i metalli leggeri, l’Alluminio si distingue per un basso indice di densità, e un ottimo rapporto tra resistenza e densità. L’effetto è un peso inferiore rispetto a materiali quali ad esempio, l’acciaio e la ghisa. Data l’abbondanza (quasi l’80% della crosta terrestre), il metallo è il secondo in ordine di utilizzo dopo l’acciaio.

Considerarne le Proprietà Meccaniche è un modo per sfruttarne a pieno le potenzialità:

• La Resistenza alla corrosione è una delle qualità più apprezzate. L’esposizione all’aria, forma uno strato di ossido che costituisce una protezione del materiale dall’interno. L’esposizione agli agenti atmosferici o agli ambienti industriali umidi, non costituisce ulteriormente la resistenza dello strato superficiale.
• La Conducibilità è un’altra delle Proprietà Meccaniche importanti. L’ottima risposta in termini di conduttività termica, ne consente un impiego per la produzione di scambiatori di calore, anche ad uso industriale. La capacità di conduzione elettrica è pari al 62% dello standard IACS. Se si considera il peso specifico del rame, l’impiego dell’Alluminio risulta particolarmente interessante.
• La Riflettività è buona sia per lo spettro elettromagnetico, sia per la luce e il calore. Oltre ad esaltarne l’estetica, la Proprietà Meccanica lo rende la scelta ideale nella produzione di coperture e sistemi di protezione dal calore e dalle radiazioni luminose.
• La non tossicità è già nota da secoli. Il materiale si appresta quindi in maniera ottima per l’impiego in campo industriale dell’alimentazione, della chimica applicata al consumo e nella produzione dedicata all’uso quotidiano.

ALTRE PROPRIETÀ MECCANICHE DELL’ALLUMINIO

Ecco altre Proprietà Meccaniche dell’Alluminio da conoscere:

• La Riciclabilità è uno dei punti forti. A parità di prestazioni tra materiale vergine e riciclato, il processo di rinnovamento utilizza solo il 5% dell’energia necessaria per la prima produzione dell’Alluminio. Se si considera il suo lungo ciclo di vita, l’impatto ambientale e il risparmio energetico risultano notevoli.
• La bassa necessità di finitura per proteggere l’Alluminio è una delle caratteristiche che lo esaltano. Il materiale è fatto per auto proteggersi. Si può ricorrere alla pallinatura o alla spazzolatura, per esigenze estetiche, ma non sono necessari ulteriori trattamenti per aumentare la resistenza. L’Ossidazione Anodica, costituisce il punto massimo di protezione al fine di garantire un’ottima risposta in ambito industriale.
• Le Proprietà Meccaniche sono l’ideale per l’impiego strutturale. La resistenza alla trazione arriva a 90 MPa, la laminazione a freddo consente di rafforzarlo ulteriormente. In lega con rame, magnese e silicio è possibile spingere ancora le prestazioni meccaniche del materiale. Unita al basso peso, la caratteristica lo rende un valido sostituto dell’acciaio, soprattutto nella produzione di strutture solide e nel contempo leggere.
• La semplicità di lavorazione è l’elemento che consente un ampio range operativo pur mantenendone basso il costo. Dai fili ultrasottili ai fogli spessi, il materiale ben si appresta anche alle lavorazioni veloci di tornitura, fresatura e alesatura.

Duttilità e malleabilità, l’ottimo comportamento anche alla basse temperature, il non magnetismo, l’assorbimento acustico e degli urti, fanno dell’Alluminio il materiale ideale in svariati ambiti, anche industriali.

IN BREVE LE LAVORAZIONI ALLUMINIO

Il potenziale dell’Alluminio lo rende ideale per i processi di lavorazione industriale. Le specifiche ne consentono un buon impiego progettuale. La flessibilità nella produzione e la semplicità di montaggio, lo rendono una valida alternativa agli altri materiali. A partire dalle fasi di Estrazione, di prima lavorazione, sino all’applicazione e allo Smaltimento, l’Alluminio offre un buon potenziale in termini di efficienza dei processi.

Il dispendio energetico nella fase di produzione del materiale primario, costituisce una componente negativa a causa del costo di produzione. Se però si considera l’ottimizzazione dei consumi grazie alle ultime tecnologie e il minor impatto della fonte riciclata, i costi energetici non possono certamente essere equiparati, ma trovano quantomeno una buona compensazione.

L’Alluminio si distingue particolarmente nelle applicazioni industriali, grazie alla varietà dei prodotti semilavorati e all’ampio range di risposta del materiale, alla variazione dello spessore e delle temperature. È però necessario che ogni fase rispetti parametri stingenti in considerazione dell’applicazione tecnica del materiale all’uso progettuale.

Ad esempio, la corretta risposta di una Struttura in Alluminio, è certamente funzione della capacità progettuale di chi la disegna in accordo con la valutazione attenta da parte dell’ufficio tecnico, e all’esperienza di quanti lo realizzano. È però fondamentale che la materia prima derivi da un processo di prima lavorazione, certificato così da garantire nel concreto le qualità in grado di far funzionare a regime il progetto.

La semilavorazione richiede infatti fasi differenti a seconda dell’uso progettuale del materiale. A partire dall’Alluminio fuso, si aggiungono altri metalli secondo percentuali funzionali alle caratteristiche che si vogliono ottenere. Ogni lega ha infatti uno specifico ambito di applicazione, ecco perché è importante tener conto della distinzione tra semilavorati, pur a parità di forma e dimensioni.

Le attuali tecnologie consentono un ampio range di spessore nella prima fase di lavorazione. La laminazione a caldo, sfrutta le temperature elevate per ottenere un materiale più malleabile. Il processo a freddo viene invece impiegato per la trasformazione della lastra. La laminazione è solo una delle possibili applicazioni della prima trasformazione.

Resistenza alla corrosione, conducibilità, riflettività, autoprotezione, duttilità, malleabilità e isolamento dai gas, sono alcune delle Proprietà Meccaniche importanti nell’applicazione dell’Alluminio per l’uso industriale. La possibilità di ottenere Profili in Alluminio e Tubolari Alluminio, apre il campo ad un’ampia libertà operativa. Resistenza meccanica e termica, si coniugano con la leggerezza, ne deriva un potenziale applicativo in grado di spaziare dalla componentistica per macchinari, ai sistemi di trasporto nell’ambito dell’unità produttiva, dai Banchi da Lavoro, ai Nastri Trasportatori, fino alle Protezioni Antinfortunistiche.

La selezione della lega adatta e il trattamento di Ossidazione Anodica, sono le strategie utilizzate per garantire uno standard elevato nell’applicazione industriale. Un buon progetto è certamente un ottimo punto di partenza, ma non è l’unico presupposto necessario.

Grande esperienza nella lavorazione e buona conoscenza dell’Alluminio, sono gli ingredienti fondamentali per ottenere dalla materia prima, un prodotto esattamente rispondente alle caratteristiche desiderate.