Ciò che imposta Filo in lega di alluminio A parte il filo di alluminio puro
Il filo in lega di alluminio viene prodotto aggiungendo quantità controllate di elementi leganti, più comunemente magnesio, silicio, rame, zinco o manganese, a una base di alluminio puro. Il risultato è un filo con prestazioni meccaniche significativamente migliorate rispetto all'alluminio commercialmente puro (serie 1xxx), pur mantenendo i vantaggi principali di bassa densità, resistenza alla corrosione e conduttività elettrica che rendono l'alluminio attraente nelle applicazioni industriali.
Il filo di alluminio puro (99,5–99,7% Al) ha una resistenza alla trazione di circa 60–100MPa allo stato ricotto: adeguata per alcune applicazioni di conduttori elettrici ma insufficiente per usi strutturali, elastici o meccanici ad alta sollecitazione. La lega aumenta la resistenza alla trazione ovunque Da 150 MPa a oltre 500 MPa a seconda della serie della lega e dello stato d'animo, senza proporzionale aumento di peso. Questo vantaggio rapporto resistenza/peso è la ragione principale per cui il filo in lega di alluminio ha sostituito il filo di acciaio e di rame in un'ampia gamma di applicazioni di trasmissione, aerospaziali e manifatturiere.
Il compromesso è che la lega riduce la conduttività elettrica. L'alluminio puro ha una conduttività di circa il 61% IACS (International Annealed Copper Standard). La maggior parte dei fili in lega strutturale rientrano nell'intervallo IACS del 30-55%. Per le applicazioni in cui sono richieste sia conduttività che resistenza meccanica (la trasmissione di potenza aerea ne è l'esempio più evidente) la selezione della lega e la costruzione del filo devono essere attentamente bilanciate.
Principali serie di leghe e loro caratteristiche
Le leghe di alluminio sono classificate in serie in base al loro elemento di lega primario. Ciascuna serie ha un profilo di proprietà distinto che ne determina l'idoneità alla trafilatura e alle prestazioni per l'uso finale.
| Serie | Elemento legante primario | Resistenza alla trazione tipica | Caratteristiche chiave |
|---|---|---|---|
| 1xxx | Nessuno (≥99% Al) | 60–100 MPa | Massima conduttività (~61% IACS), eccellente formabilità, bassa resistenza |
| 5xxx | Magnesio | 180–310 MPa | Buona resistenza alla corrosione anche in ambienti marini, non trattabile termicamente, indurisce bene |
| 6xxx | Magnesio Silicon | 150–310 MPa | Trattabile termicamente, buona ritenzione di conduttività (~52–55% IACS), serie dominante per conduttori aerei AAAC |
| 7xxx | Zinco | 400–570 MPa | Massima resistenza tra tutte le leghe di alluminio, trattabili termicamente, utilizzate in applicazioni aerospaziali e con fili speciali |
| 8xxx | Ferro Silicio (o altro) | 160–250MPa | Sviluppato specificatamente per fili conduttori elettrici (8030, 8176), resistenza allo scorrimento migliorata oltre 1xxx |
Tra questi, l' Lega 6201 (serie 6xxx) e Leghe 8030/8176 (serie 8xxx) sono i più ampiamente specificati per le applicazioni di cavi elettrici, mentre i cavi delle serie 5xxx e 7xxx dominano gli usi finali strutturali, aerospaziali e meccanici in cui la conduttività è secondaria rispetto alla robustezza e alla resistenza alla fatica.
Applicazioni di conduttori elettrici
Il filo in lega di alluminio costituisce la base di numerose costruzioni di conduttori aerei standardizzati utilizzati nelle infrastrutture di trasmissione e distribuzione di energia in tutto il mondo.
AAAC (tutti i conduttori in lega di alluminio)
AAAC è costruito interamente con trefoli in lega di alluminio 6201-T81. Rispetto all'ACSR (acciaio per conduttori in alluminio rinforzato), AAAC offre migliore resistenza alla corrosione — in particolare negli ambienti costieri e industriali dove il nucleo in acciaio dell'ACSR è vulnerabile — e un rapporto resistenza/peso più favorevole per le linee aeree a lunga portata. La conduttività è tipicamente IACS del 52,5% e la resistenza alla trazione del conduttore finito varia da 295 a 325 MPa a seconda della configurazione della cordatura.
ACAR (lega di conduttore di alluminio rinforzata)
ACAR combina fili di alluminio puro della serie 1350 per la conduttività con un nucleo centrale di fili di lega 6201 per la resistenza meccanica. Il rapporto tra trefoli di lega e alluminio puro viene regolato per soddisfare i requisiti specifici di portata e tensione abbassata per un determinato progetto di linea. Questa costruzione offre maggiore flessibilità di progettazione rispetto a ACSR o AAAC per le applicazioni di rete di distribuzione.
Filo da costruzione: leghe della serie 8000
In seguito ai guasti dei cavi da costruzione in alluminio puro di prima generazione negli anni ’60 e ’70 – causati principalmente dallo scorrimento nei punti di connessione sotto carico termico ciclico – le leghe 8030 e 8176 sono state sviluppate appositamente per affrontare questi problemi. Queste leghe hanno migliore resistenza allo scorrimento viscoso, migliore allungamento e prestazioni di connessione più stabili rispetto al 1350 alluminio. Sono ora elencati nell'articolo 310 NEC e ASTM B800/B801 come accettabili per il cablaggio di circuiti derivati nell'edilizia residenziale e commerciale se utilizzati con connettori e dispositivi di classe AA.
Applicazioni di fili meccanici e strutturali
Oltre ai conduttori elettrici, il filo in lega di alluminio svolge un’ampia gamma di ruoli meccanici funzionali e portanti, dove la sua combinazione di bassa densità, resistenza alla corrosione e formabilità offre vantaggi rispetto all’acciaio.
- Fune metallica e cavo: I fili in lega delle serie 5xxx e 7xxx vengono trafilati e intrecciati in costruzioni di funi per sartiame marino, tensostrutture architettoniche e sistemi di sospensione. La fune metallica in alluminio pesa circa un terzo rispetto alla fune equivalente in acciaio, un vantaggio fondamentale in applicazioni sensibili al peso come le manovre delle barche a vela e i sistemi di sollevamento leggeri.
- Filo a molla: I fili in lega 7075 e 7178 vengono utilizzati in applicazioni aerospaziali e con molle per strumenti di precisione in cui la molla deve funzionare in un ambiente corrosivo che degraderebbe l'acciaio. Il modulo elastico dell'alluminio (circa 69 GPa) è circa un terzo di quello dell'acciaio, quindi le molle in alluminio devono essere progettate per una deflessione maggiore per ottenere una forza equivalente.
- Filo di saldatura: I fili in lega di alluminio della serie 4xxx (contenente silicio) e della serie 5xxx sono i materiali di apporto principali per la saldatura MIG e TIG di strutture in alluminio. La scelta della lega per il filo di saldatura deve corrispondere alla composizione del metallo di base per evitare cricche a caldo e ottenere un'adeguata resistenza del giunto.
- Armatura e schermatura: Il filo in lega di alluminio viene applicato come armatura elicoidale sui cavi di alimentazione e sui cavi di comunicazione per fornire protezione meccanica e, in alcune costruzioni, schermatura elettromagnetica. Le proprietà non magnetiche dell'alluminio sono particolarmente preziose nell'armatura dei cavi CA, dove l'armatura in acciaio introdurrebbe perdite indotte.
- Prodotti a rete e tessuti: Il filo in lega di calibro fine viene intrecciato in reti di filtrazione, facciate in rete architettoniche e zanzariere. Le leghe della serie 5xxx sono preferite per le applicazioni in rete per esterni grazie alla loro resistenza alla corrosione per vaiolatura senza trattamento superficiale.
Processo di trafilatura e designazioni della tempra
Il filo in lega di alluminio viene prodotto mediante laminazione a caldo della barra fusa fino a un diametro intermedio, quindi trafilatura a freddo attraverso filiere progressivamente più piccole per raggiungere il diametro finale del filo. Ogni passaggio di trafilatura indurisce il materiale, aumentando la resistenza alla trazione e riducendo la duttilità. Le proprietà meccaniche finali dipendono sia dalla composizione della lega che dallo stato d'animo ottenuto attraverso la combinazione di lavorazione a freddo ed eventuale successivo trattamento termico.
Le designazioni dello stato d'animo seguono il sistema dell'Aluminium Association:
- -O (ricotto): Completamente ammorbidito dal trattamento termico dopo la trafilatura. Massima duttilità, minima resistenza. Utilizzato dove la formabilità e la resistenza alla flessione sono prioritari rispetto alla capacità di carico di trazione.
- -H1x (incrudito): Resistenza aumentata solo dalla lavorazione a freddo, senza successivo trattamento termico. La seconda cifra indica il grado di indurimento: da H11 (leggero) a H18 (completamente duro). Utilizzato per leghe non trattabili termicamente come le serie 1xxx e 5xxx.
- -T6 (Soluzione trattata termicamente e invecchiata artificialmente): Applicato alle leghe trattabili termicamente (6xxx, 7xxx). Raggiunge una resistenza quasi massima per la lega attraverso l'indurimento per precipitazione. 6201-T81 - lo stato d'animo standard per il filo conduttore AAAC - è trattato termicamente con soluzione, leggermente lavorato a freddo, quindi invecchiato artificialmente.
- -T9 (Soluzione trattata termicamente, invecchiata artificialmente, quindi lavorata a freddo): Utilizzato quando è richiesta la massima resistenza ed è accettabile una certa riduzione della duttilità. Meno comune nei cavi rispetto alle varianti T6/T8.
Per l'approvvigionamento, specificare sempre sia la designazione della lega che lo stato d'animo. Possono avere due fili con lo stesso numero di lega ma temperamenti diversi valori di resistenza alla trazione che differiscono del 50% o più , e specificando solo il numero di lega senza rinvenimento lascia indefinite le prestazioni meccaniche.
Principali standard e certificazioni a cui fare riferimento
Il filo in lega di alluminio per applicazioni sia elettriche che meccaniche è regolato da una serie di standard riconosciuti a livello internazionale che definiscono composizione, requisiti di proprietà meccanica, tolleranze dimensionali e metodi di prova. Fare riferimento allo standard applicabile quando si specifica o si acquista il filo garantisce che i dati dei fornitori vengano riportati su base coerente e verificabile.
- ASTM B398/B399: Copre le costruzioni di fili in lega di alluminio 6201 e conduttori AAAC. Lo standard più utilizzato per i cavi conduttori di trasmissione aerea nei mercati nordamericani.
- ASTM B800/B801: Copre i cavi conduttori in lega di alluminio serie 8000 e i conduttori a trefoli per applicazioni con cavi per l'edilizia.
- CEI 60104: Standard internazionale per fili in lega di alluminio-magnesio-silicio per conduttori di linee aeree, sostanzialmente equivalente a ASTM B398 e utilizzato come standard di riferimento nei mercati europei, asiatici e del Medio Oriente.
- EN13602: Standard europeo per il filo di rame trafilato: qui citato perché viene spesso utilizzato come punto di riferimento quando si confrontano la conduttività dei fili in lega di alluminio e le prestazioni meccaniche rispetto al rame nelle discussioni sulla sostituzione dei fili nell'edilizia.
- AWS A5.10: Specifiche dell'American Welding Society per fili e bacchette per saldatura di alluminio nudo e leghe di alluminio, che riguardano la composizione della lega di riempimento e i requisiti di proprietà meccanica.
Quando acquisti fili in lega di alluminio per applicazioni critiche, richiedi rapporti di test di fabbrica (MTR) che documentino i valori misurati effettivi di resistenza alla trazione, allungamento e conduttività (ove applicabile) rispetto allo standard specificato, non semplicemente una dichiarazione di conformità.
