Leghe metalliche: tipi, classificazione e caratteristiche

In breve

Una lega metallica è un metallo a cui si aggiungono altri elementi per migliorarne le proprietà: l’acciaio è ferro con meno del 2% circa di carbonio, l’ottone è rame e zinco, il bronzo rame e stagno. Si dividono in ferrose, cioè acciai al carbonio, legati, inox e ghise, e non ferrose: alluminio, rame, titanio e superleghe.

In officina la scelta si gioca quasi sempre fra pochi materiali: C45 o 42CrMo4 quando servono resistenza e trattamento termico, 11SMnPb37 per i torniti in serie, alluminio 6082 o 7075 per i pezzi leggeri, inox 304 o 316 contro la corrosione, ottone per raccordi e minuteria.

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Campioni di diverse leghe metalliche come acciaio, alluminio, ottone, bronzo e titanio disposti su una superficie industriale.

Il materiale decide quasi tutto di un pezzo prima ancora che arrivi in macchina: con che utensili e a che velocità si lavora, che finitura si ottiene, se si potrà temprare, quanto durerà. Qui sotto ci sono le famiglie di leghe che si incontrano in officina, con quello che serve sapere per lavorarle e sceglierle.


Cos’è una lega metallica

Una lega metallica è un materiale formato dall’unione di due o più elementi, almeno uno dei quali è un metallo. Lo scopo è ottenere proprietà migliori del metallo puro: maggiore durezza, maggiore resistenza meccanica, migliore lavorabilità o migliore resistenza alla corrosione.

Un esempio classico è il bronzo. Il rame puro è tenero e si consuma presto; con qualche percento di stagno diventa più duro e resiste meglio all’usura, ed è per questo che tante bronzine e boccole sono di bronzo. Lo stesso ragionamento vale per acciai, leghe di alluminio e superleghe.


Classificazione delle leghe metalliche

Le leghe si dividono principalmente in due grandi famiglie: ferrose e non ferrose.


1. Leghe ferrose

Acciai al carbonio

Sono leghe composte da ferro e carbonio. La quantità di carbonio determina una buona parte delle caratteristiche finali.
Caratteristiche principali:

  • economicità
  • buona lavorabilità
  • possibilità di trattamenti termici (tempra, rinvenimento)
  • resistenza meccanica variabile

Usi tipici: alberi, flange, componenti strutturali, pezzi torniti standard.

Per approfondire finitura e rugosità: Rugosimetro: come si misura la rugosità superficiale.


Acciai legati

Oltre al carbonio contengono elementi come cromo, molibdeno, vanadio, nichel.
Questi elementi aumentano temprabilità, resistenza e tenacità.

Caratteristiche:

  • alta resistenza meccanica
  • alta temprabilità
  • buona tenacità
  • possibilità di alte durezze

Usi: ingranaggi, alberi di trasmissione, organi soggetti a fatica.

Gli acciai da bonifica e da cementazione sono raccolti nella EN ISO 683.


Acciai inox (AISI)

Contengono almeno il 10,5% di cromo, che forma in superficie un sottile strato di ossido protettivo: per questo resistono alla corrosione anche in ambienti aggressivi.

Caratteristiche:

  • resistenza alla corrosione molto alta
  • lavorabilità non sempre semplice
  • tendenza all’incrudimento
  • finitura superficiale migliorabile con utensili adeguati

Tipici utilizzi: alimentare, medicale, chimico.


Ghise

Materiali con elevato contenuto di carbonio, ottimi per smorzamento vibrazioni e stabilità geometrica.

Caratteristiche:

  • eccellente smorzamento vibrazioni
  • economicità
  • ottima stabilità
  • bassa duttilità

Usi: basamenti di macchine, supporti, strutture portanti.


2. Leghe non ferrose

Sono leghe in cui il metallo base non è il ferro.


Leghe di alluminio

Sono divise in serie, dalla 1xxx alla 8xxx; in officina si incontrano soprattutto 2xxx, 5xxx, 6xxx e 7xxx.
Ogni serie ha proprietà specifiche (lavorabilità, resistenza, peso).

Caratteristiche:

  • leggerezza
  • elevata conducibilità
  • ottima lavorabilità per asportazione (soprattutto le leghe 2011, 6082 e 7075)
  • finitura superficiale molto buona

Usi: componentistica leggera, parti aeronautiche, pezzi CNC di precisione.


Leghe di rame (ottone, bronzo)

Materiali storicamente usati in meccanica con ottime caratteristiche.

Caratteristiche:

  • elevata lavorabilità
  • ottima resistenza alla corrosione
  • buona scorrevolezza

Usi: boccole, bronzine, valvole, raccordi.


Titanio e superleghe

Materiali ad alte prestazioni, difficili da lavorare, resistenti a caldo.

Caratteristiche:

  • rapporto resistenza/peso elevatissimo
  • ottima resistenza termica
  • lavorabilità complessa
  • necessità di utensili specifici

Usi: aerospazio, racing, medicale.


Proprietà fondamentali delle leghe metalliche

Resistenza meccanica

Indica quanto un materiale sopporta uno sforzo prima di deformarsi o rompersi. Acciai legati e titanio sono i più resistenti.

Durezza

La durezza influisce sull’usura, sulla rugosità ottenibile e sulla scelta dell’utensile.
Come si alza con tempra e cementazione è spiegato nella guida ai trattamenti termici degli acciai.

Tenacità

La capacità di assorbire energia senza rompersi. Fondamentale negli organi soggetti a urti o vibrazioni.

Lavorabilità

Quanto è facile rimuovere truciolo.
Ottone e alluminio sono molto lavorabili, titanio e inox molto meno.

Resistenza alla corrosione

Alta per inox, alluminio e bronzo.
Bassa per gli acciai comuni, che vanno protetti.

Dilatazione termica

Influisce sulle misure in fase di controllo dimensionale.
Alluminio = alta dilatazione → attenzione nelle fasi di misura.


Tabella comparativa delle leghe metalliche

ProprietàAcciaiAlluminioRame/OttoneTitanio
ResistenzaAltaMediaBassa/MediaMolto alta
DurezzaDa media ad alta, con la tempraBassaBassaMedia
LavorabilitàMediaAltaAltaBassa
Resistenza alla corrosioneBassa, salvo gli inoxAltaAltaAlta
PesoAltoBassoAltoMedio
Rugosità ottenibileMediaOttimaOttimaMedia

Per riconoscere e scegliere i materiali

I trattamenti termici →Parametri di taglio per materiale

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Domande frequenti sulle leghe metalliche

Qual è la lega più facile da lavorare?

Gli ottoni da lavorazione, come il CuZn39Pb3, e leghe di alluminio come la 2011 e la 6082: il truciolo si spezza bene e le forze di taglio sono basse.

Quali sono le leghe più resistenti?

Titanio e superleghe a base di nichel garantiscono resistenze molto elevate.

Perché l’acciaio inox è difficile da lavorare?

Perché tende a incrudirsi e a generare calore in zona di taglio.

Qual è la lega più usata in officina?

Gli acciai al carbonio per costi, versatilità e possibilità di trattamento.


Come scegliere in pratica

Per la maggior parte dei pezzi meccanici la scelta si gioca fra pochi materiali: C45 o 42CrMo4 quando servono resistenza e un trattamento termico, acciai automatici come l’11SMnPb37 per i torniti in serie, alluminio 6082 per i pezzi leggeri e 7075 quando serve più resistenza, inox 304 o 316 dove c’è corrosione, ottone per raccordi e minuteria. Il titanio ha senso solo quando peso e corrosione lo giustificano: costa e si lavora piano.

Per controllare i pezzi una volta lavorati:

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