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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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
| Proprietà | Acciai | Alluminio | Rame/Ottone | Titanio |
|---|---|---|---|---|
| Resistenza | Alta | Media | Bassa/Media | Molto alta |
| Durezza | Da media ad alta, con la tempra | Bassa | Bassa | Media |
| Lavorabilità | Media | Alta | Alta | Bassa |
| Resistenza alla corrosione | Bassa, salvo gli inox | Alta | Alta | Alta |
| Peso | Alto | Basso | Alto | Medio |
| Rugosità ottenibile | Media | Ottima | Ottima | Media |
Per riconoscere e scegliere i materiali
- Manuali di meccanica: tabelle di designazioni, composizioni e proprietà
- Durometro portatile: per controllare la durezza di un materiale o di un pezzo trattato
- Lime di prova durezza: controllo rapido a campione, senza strumento
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:
- Rugosimetro: come si misurano Ra, Rz e Rt
- Micrometro: come funziona e come si legge
- Rugosità Ra e Rz: tabella e calcolatore
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