In quali parti degli aeromobili vengono utilizzate le leghe di alluminio?

Lo sviluppo delle leghe di alluminio è sempre stato strettamente legato al settore aeronautico. Già all’inizio del XX secolo, l’aereo dei fratelli Wright utilizzava un pezzo fuso in lega Al-Cu-Mn per il basamento del motore. La scoperta dell’invecchiamento in lega Al-Cu-Mg nel 1906 rese le leghe di alluminio-rame materiali strutturali primari praticabili per le cellule degli aerei.

Lo sviluppo delle leghe per l'aviazione ha attraversato diverse fasi. Negli anni '50, gli obiettivi principali erano la riduzione del peso e l'aumento della rigidità e della resistenza specifiche. Durante gli anni ’60 e ’70, l’attenzione si è spostata sulla durabilità e sulla tolleranza ai danni, portando ai trattamenti T73 e T76 per le leghe della serie 7xxx, la lega 7050 e le leghe ad alta purezza. L’aumento dei prezzi del carburante ha spinto verso un’ulteriore riduzione del peso negli anni ’80. A partire dagli anni ’90, lo sviluppo ha combinato la riduzione del peso con il miglioramento della durata, della tolleranza al danneggiamento, della resistenza, della tenacità e della resistenza alla corrosione. Le lamiere spesse a bassa tensione residua consentono inoltre di sostituire gli assemblaggi composti da molte parti con grandi strutture monoblocco, riducendo il peso e migliorando al contempo l’uniformità.

Leghe di alluminio da fonderia per aeromobili

Gli aeromobili moderni contengono circa 1.500-2.000 tipi di pezzi fusi in lega di alluminio. A seconda delle condizioni di esercizio e della posizione, si distinguono tre gruppi principali:

• Leghe da fusione ad alta resistenza: Si tratta principalmente di leghe di alluminio-rame realizzate mediante fusione in sabbia. Sono utilizzate per componenti della fusoliera, vani motore, sedili e sistemi di controllo e spesso possono sostituire i pezzi forgiati a stampo in alluminio.
• Leghe da fusione resistenti al calore: Materiali Al-Cu-Ni altamente legati utilizzati in prossimità dei motori e nei sistemi di ricambio d’aria a temperature comprese tra circa 200 e 400 °C, dove la resistenza alla deformazione termica è fondamentale.
• Leghe da fusione resistenti alla corrosione: Leghe di alluminio-magnesio che combinano resistenza, duttilità, tenacità agli urti, resistenza alla fatica e saldabilità. Sono adatte alle strutture degli idrovolanti esposte ad ambienti corrosivi.

Leghe di alluminio lavorate per aeromobili

Tra i materiali forgiati più diffusi nel settore aeronautico figurano le leghe Al-Cu della serie 2xxx, le leghe Al-Zn della serie 7xxx e le leghe Al-Li. Sono comunemente utilizzate per rivestimenti, ali, telai, travi del pavimento e altre strutture portanti.

Applicazioni tipiche delle leghe di alluminio-rame

La serie 2xxx è stata la prima famiglia di leghe di alluminio trattabili termicamente ad essere ampiamente adottata nel settore aeronautico.

Applicazioni tipiche delle leghe di alluminio-zinco

La serie commerciale 7xxx comprende alcune delle leghe di alluminio lavorato più resistenti. Questi materiali offrono un’elevata resistenza specifica e rigidità, una buona resistenza alla corrosione e ai danni, nonché una buona lavorabilità. Nel corso di oltre 90 anni, lo sviluppo è passato dall’ottimizzazione di una singola proprietà al bilanciamento delle prestazioni complessive, mentre le dimensioni dei prodotti sono aumentate in modo sostanziale. Le famiglie successive includono le leghe 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 e 7136/7056.

Applicazioni tipiche delle leghe di alluminio-litio

Il litio è l'elemento metallico più leggero e la sua solubilità massima nell'alluminio è pari a 4,2%. L’aggiunta di 1% di litio a una matrice in lega di alluminio può ridurre la densità di circa il 3% e aumentare il modulo elastico da circa il 5% al 6%. Rispetto alle leghe convenzionali ad alta resistenza delle serie 2xxx e 7xxx, le leghe Al-Li offrono bassa densità, elevato modulo elastico, elevata resistenza specifica e modulo specifico, un basso tasso di crescita delle cricche da fatica e buone prestazioni sia alle alte che alle basse temperature. Rispetto ai compositi, presentano inoltre vantaggi in termini di resistenza agli urti, duttilità e riparabilità.

Altre leghe di alluminio utilizzate nel settore aeronautico

Anche altre serie hanno destinazioni d’uso specifiche. La fonte indica i gradi 3003 e 5052 come materiali comunemente utilizzati per serbatoi, tubazioni e componenti resistenti alla corrosione, e indica il 5052 per le strutture portanti. La sua tabella dettagliata delle applicazioni utilizza le denominazioni cinesi delle leghe 5A02 e 5A05.