Le proprietà meccaniche dell’alluminio

Le proprietà meccaniche dell’alluminio sono inferiori rispetto ad altri materiali come l’acciaio o il titanio, ma il basso peso specifico garantisce un risparmio sul peso del componente. Le proprietà meccaniche dell’alluminio, però, sono migliorabili grazie alla possibilità di fondere il materiale con altri elementi come rame, magnesio, silicio, manganese e zinco, attraverso dei processi di fusione. Questi prodotti vengono comunemente definiti “leghe di alluminio” o “leghe leggere”, proprio perché il peso specifico è tra i più bassi dei materiali strutturali.

Le proprietà meccaniche da identificare per approfondire le capacità di un materiale come l’alluminio sono:

• Carico di snervamento
• Carico di rottura
• Proprietà elastiche
• Allungamento
• Sollecitazione a compressione
• Fatica
• Tenacità.

Il carico di snervamento nell’alluminio

Una delle proprietà meccaniche più importanti è il carico di snervamento, che indica il punto dopo il quale un materiale si deforma sotto l’azione del carico. Quando un materiale è sottoposto ad un carico minore rispetto al suo carico di snervamento, si deforma in misura proporzionale al carico stesso ma ritorna alla sua forma originaria quando il carico viene rimosso. Al contrario, se viene sollecitato oltre, il materiale si deforma in proporzione al carico in maniera irreversibile.
Al contrario dell'acciaio, la perdita di proporzionalità nelle leghe di alluminio non è netta e improvvisa. In sostanza, nell’alluminio il carico di snervamento viene convenzionalmente definito come la sollecitazione che provoca, nella curva sforzo/deformazione, uno scostamento dalla proporzionalità dello 0,2% della lunghezza iniziale. Questo carico viene anche definito “di prova” e abbreviato con la sigla “Rp0,2”. Il limite di snervamento per le leghe di più elevata resistenza è di circa l’85% della resistenza a rottura.

Il carico di rottura nell’alluminio

Tra le proprietà meccaniche di un materiale, il carico di rottura viene identificato come il massimo carico a cui esso può sottoporsi senza rompersi. Non è possibile trovare un dato univoco sul carico di rottura dell’alluminio perché dipende dalla lega a cui ci si riferisce: in generale, è pari ad un terzo rispetto a quello dell’acciaio.

Le proprietà elastiche dell’alluminio

Tenendo fede al paragone con l’acciaio, l’alluminio presenta un coefficiente di elasticità pari ad un terzo. In sostanza, la sua deformazione elastica sotto un carico è maggiore di tre volte rispetto all’acciaio. La bassa rigidità è spesso un vantaggio strutturale perché in caso di sollecitazioni d’urto, l’alluminio può assorbire l’energia in maniera elastica, cioè senza accusare danni permanenti.

L’allungamento dell’alluminio

L’allungamento consiste nell’aumento della lunghezza quando il materiale è sottoposto a trazione. I valori di allungamento per le leghe in alluminio possono variare da meno del 3% della lunghezza iniziale fino a più del 35% per un materiale ricotto. Leghe trattate, solitamente, hanno in media una percentuale di allungamento dell'8% circa.

Sollecitazione a compressione

Tra le proprietà meccaniche dell’alluminio, misurare la resistenza alla compressione non è scontato perché si tratta di un materiale duttile, oltre al fatto che la pura deformazione per effetto di compressione è una rarità. Per convenzione, quindi, la resistenza a compressione dell’alluminio viene considerata uguale a quella a tensione. In generale, però, i prodotti derivati da pressofusione hanno una resistenza a trazione più bassa della resistenza a compressione.

Fatica

Per fatica si intende la resistenza a vibrazioni ripetute o a cicli di carico. L’alluminio non mostra un carico di fatica limite, al di sotto del quale non viene evidenziata la fatica. Per evitare problemi, chi utilizza l’alluminio nei progetti è tenuto a mantenere i carichi al di sotto del limite di fatica indicato nei manuali. 

Tenacità

La tenacità, tra le proprietà meccaniche, consiste nell’abilità di resistere a rotture per fragilità. Le leghe di alluminio hanno minore tenacità rispetto all’acciaio. La tenacità in generale dipende dallo spessore del componente: se aumenta, diminuisce la tenacità fino ad un certo valore minimo, che una volta raggiunto resta costante. 

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