Perché la selezione del materiale decide la durata della parte
Ottone, alluminio e acciaio inossidabile sono i tre cavalli di battaglia della lavorazione dei metalli dell'industria leggera e si sovrappongono abbastanza da rendere la scelta raramente ovvia. Un raccordo in ottone, un pannello in alluminio e una staffa in acciaio inossidabile possono sembrare ugualmente accettabili in un disegno, ma si comportano in modo molto diverso nell'aria costiera, in un'area di lavaggio-, in un assemblaggio caldo o su una parte che deve essere filettata, anodizzata o lucidata ogni mese. Le domande decisive sono quasi sempre le stesse: quanto è aggressivo l’ambiente, quanto conta il peso, quanta resistenza è necessaria per unità di spessore e quanti costi di manutenzione o finitura può sostenere il progetto.
Il confronto riportato di seguito è rivolto ad acquirenti e progettisti che specificano prodotti lavorati in fabbrica piuttosto che lavori decorativi al dettaglio.
Ottone: leghe di rame-zinco con la migliore lavorabilità
L'ottone è una lega di rame e zinco e il rapporto tra i due ne determina le proprietà. L'ottone a cartuccia C26000 (70/30) è il grado duttile e per imbutitura profonda-utilizzato per nuclei di radiatori, gusci e elementi stampati decorativi, mentre C27200 (65/35) baratta un po' di duttilità con resistenza ed è comune nei tubi. L'ottone-a taglio libero come il C36000 aggiunge piombo per rompere i trucioli ed è la scelta standard per la lavorazione di viti ad alta-velocità di raccordi, valvole e connettori.
Punti di forza: ottima lavorabilità, buona conducibilità termica ed elettrica, superficie naturalmente antibatterica, caldo aspetto dorato, buon comportamento a fatica in servizio vibrante.
Punti deboli: suscettibile all'ossidazione nera della superficie, quindi le facce decorative esposte necessitano di una lucidatura regolare; è suscettibile alla dezincificazione e alla tensocorrosione in ambienti contenenti cloruro o ammoniaca-a meno che non venga scelto invece un grado resistente come l'ottone dell'Ammiragliato o il rame-nichel.
Peso e resistenza: densità circa 8,5 g/cm³, resistenza alla trazione circa 340–470 MPa a seconda dello stato d'animo.
In pratica l'ottone viene selezionato quando la parte deve essere lavorata a macchina in volume, deve condurre calore o corrente, oppure deve essere saldata e brasata facilmente.
Alluminio: peso più basso per unità di resistenza
L'alluminio è un metallo leggero, morbido e altamente malleabile con una densità di circa 2,70 g/cm³, circa un terzo di quella dell'acciaio o dell'ottone. Questa singola proprietà determina la maggior parte del suo utilizzo: l’alluminio laminato ed estruso sostituisce i metalli più pesanti ovunque la struttura debba essere spostata, spedita o accelerata. La lega 5052 (Al-Mg) è la scelta abituale per pannelli in lamiera e finiture marine perché tollera la formatura e resiste alla nebbia salina, mentre 6061-T6 (Al-Mg-Si) è il grado strutturale per staffe, telai e dissipatori di calore lavorati, con una resistenza alla trazione di circa 310 MPa nello stato T6.
Punti di forza: eccezionale rapporto resistenza-/-peso, facilità di laminazione, estrusione e lavorazione, buona conduttività termica, basso costo per chilogrammo rispetto all'acciaio inossidabile.
Punti deboli: bassa durezza assoluta, quindi filettature e superfici portanti necessitano di inserti o spessori di parete generosi; La pellicola di ossido naturale protegge ma non arresta completamente l'attacco in caso di utilizzo con cloruro forte o alcalino.
Anodizzazione: una superficie anodizzata è dura, elettricamente isolante e altamente resistente alla corrosione, il che la rende la finitura preferita per pannelli, insegne e involucri in alluminio per esterni.
Acciaio inossidabile: robustezza e resistenza alla corrosione insieme
L'acciaio inossidabile è un acciaio a basso-carbonio contenente una quantità di cromo pari o superiore al 10% in peso ed è proprio quel contenuto di cromo che produce la pellicola passiva di ossido responsabile della sua resistenza alla ruggine e alla corrosione. Il grado 304 (1.4301) è il grado austenitico-per uso generale, mentre il grado 316 (1.4404), con circa 16–18% di cromo, 10–14% di nichel e 2–3% di molibdeno, è il grado marino che resiste anche ai cloruri e non si ossida in condizioni di umidità.
Punti di forza: elevata resistenza e durezza con eccellente duttilità, mantiene forma e resistenza a temperature elevate, non-ossidante e facile da pulire, buona saldabilità.
Punti deboli: costo più elevato rispetto all'acciaio al carbonio o all'alluminio, conduttività termica ed elettrica inferiore rispetto alle leghe di rame, incrudimento-durante la lavorazione che impone velocità di taglio più lente e utensili rigidi.
Nota sulla duttilità: le proprietà variano con il contenuto di nichel, quindi un grado ferritico non si formerà come un grado austenitico 316 anche se entrambi sono chiamati acciaio inossidabile.
Confronto testa-a-testa
| Proprietà | Ottone (C26000 / C36000) | Alluminio (5052 / 6061) | Acciaio inossidabile (304/316) |
|---|---|---|---|
| Densità tipica | circa 8,5 g/cm³ | circa 2,70 g/cm³ | circa 8,0 g/cm³ |
| Resistenza alla corrosione | Da scarso a moderato; si ossida e dezinca in cloruro | Buono se anodizzato; moderato nudo | Ottimo, compresi i cloruri nel 316 |
| Forza | Moderato, circa 340–470 MPa | Da basso a moderato, circa 310 MPa nel 6061-T6 | Elevato, tipicamente 500–700 MPa |
| Lavorabilità | Il migliore dei tre | Buono, gommoso alle basse velocità | Da discreto a scarso, il lavoro-indurisce |
| Conduttività | Buono termico ed elettrico | Buona termica | Basso |
| Posizione di costo | Il più alto per chilogrammo | Il più basso per volume foglio ed estrusione | Massima per lamiere pesanti e barre |
| Manutenzione | Lucidatura regolare quando esposto | Basso una volta anodizzato | Più basso; puliti e non-appannanti |
Come scegliere tra loro
Servizio umido, salato o costiero: utilizza l'acciaio inossidabile 316 o l'alluminio anodizzato dove il peso conta più della resistenza. L'ottone normale dovrebbe essere evitato sulle facce esterne.
Raccordi, valvole e connettori elettrici-lavorati in grandi volumi: utilizza ottone-a taglio libero, che viene lavorato molto più velocemente dell'acciaio inossidabile e conduce corrente.
Telai, pannelli, alloggiamenti e dissipatori di calore critici in termini di peso-: utilizzare alluminio 6061-T6 o 5052 e specificare l'anodizzazione per l'esposizione all'esterno.
Parti calde, parti igieniche e componenti architettonici o targhette di lunga-durata: utilizza l'acciaio inossidabile 304 o 316, che mantiene la sua forma sotto il calore e non necessita di regime di lucidatura.
Lavori interni-basati sui costi: ottone per aspetto e conduttività, alluminio per pannelli piatti, acciaio inossidabile solo dove la sua resistenza o igiene è veramente richiesta.
Domande frequenti
D: Qual è il più resistente dei tre materiali?
L'acciaio inossidabile è il più resistente, tipicamente 500–700 MPa nei gradi austenitici, seguito dall'ottone a circa 340–470 MPa e poi dall'alluminio a circa 310 MPa nel 6061-T6.
D: Qual è la soluzione migliore per l'uso all'aperto o costiero?
Acciaio inossidabile di grado 316, perché il suo contenuto di cromo, nichel e molibdeno gli conferisce la pellicola passiva più stabile; l'alluminio anodizzato è l'alternativa più leggera ed economica per pannelli e involucri.
D: Quale materiale è più facile da lavorare?
Macchine per il taglio-ottone gratuito come le macchine C36000 più veloci e pulite. L'alluminio è il secondo, mentre l'acciaio inossidabile è il più lento perché si indurisce-e richiede utensili rigidi e velocità di taglio inferiori.
D: L'ottone si corrode davvero nell'acqua di mare?
L'ottone normale si dezinca in ambienti contenenti cloruro e può subire fessurazioni da stress-corrosione, quindi viene normalmente sostituito da ottone dell'Ammiragliato o nichel-rame per le parti bagnate dall'acqua di mare-.
D: Nella pratica l’alluminio è più debole dell’acciaio?
Per unità di peso compete bene, ma la sua resistenza assoluta è inferiore, quindi i progetti in alluminio utilizzano sezioni più spesse o nervature estruse per raggiungere la stessa rigidità di una parte in acciaio inossidabile.
D: Perché l'ottone si ossida mentre l'acciaio inossidabile no?
L'ottone non ha cromo per ricostruire una pellicola passiva, quindi la sua superficie si ossida e scurisce; l'acciaio inossidabile rinnova continuamente il suo strato di ossido ricco di cromo-, che lo mantiene brillante.
