Lega nella metallurgia

In metallurgia, una lega è un materiale metallico macroscopicamente omogeneo, costituito da almeno due componenti. Di questi due componenti, almeno uno è un metallo. Insieme all’altro componente, presenta la proprietà del legame metallico.

A livello microscopico, una lega può essere omogenea o eterogenea. Ciò dipende dal tipo di formazione della lega. Le leghe costituite esclusivamente da cristalli misti o composti intermetallici sono omogenee, come ad esempio il rame-oro o il rame-argento. Tutte le altre leghe, composte da più fasi, sono eterogenee. Un esempio di lega eterogenea è una miscela di stagno e piombo.

Pertanto, le leghe sono sempre miscele di due o più metalli che presentano proprietà diverse rispetto ai metalli puri da cui sono costituite. Si formano fondendo insieme metalli diversi. Lo scopo di una lega è quello di combinare tra loro le buone proprietà dei singoli elementi. In questo modo si ottiene un metallo ancora migliore. Alcune leghe possono inoltre migliorare le loro proprietà meccaniche anche dopo la fusione, sia mediante tempra a freddo che a caldo. Possono così diventare più resistenti alla rottura, più dure o più duttili.

Le leghe presentano superfici lucide, buone proprietà meccaniche e un’elevata conduttività termica ed elettrica.

Il ferro è, insieme all’acciaio, il materiale metallico più importante. Ciò è dovuto al fatto che è tenace, resistente, facilmente reperibile ed economico. Particolarmente rilevante è la lega ferro-carbonio, che si presenta sotto forma di acciaio e ghisa:

• L’acciaio è un termine generico che indica le leghe ferro-carbonio deformabili plasticamente, che contengono una percentuale di carbonio compresa tra lo 0,2% e un massimo del 2,06%. L’acciaio è forgiabile, laminabile, stampabile e trafilabile. L’acciaio può essere temprato mediante trattamento termico.
• La ghisa è un termine generico che indica leghe ferro-carbonio non deformabili plasticamente, contenenti almeno il 2,06% di carbonio (di solito intorno al 4%). È duro, fragile e colabile. Non è forgiabile. I prodotti più comuni in ghisa sono tubi, impianti di riscaldamento e componenti meccanici.

Il ferro trova applicazione soprattutto nell’industria automobilistica, navale, edile e meccanica. Inoltre, è presente in ambito domestico sotto forma di pentole e posate.

Un elenco completo di tutte le leghe, con le relative proprietà e applicazioni, è disponibile su Wikipedia.

A seconda del numero di componenti presenti in una lega, si parla di lega binaria, ternaria, quaternaria o polinaria. Gli esperti utilizzano quindi i termini lega binaria, ternaria, quaternaria o polinaria. Tuttavia, vengono considerati componenti solo quelli che determinano le proprietà caratteristiche della lega.

In linea di principio, le leghe si suddividono in leghe ferrosi e non ferrosi. Ulteriori classificazioni derivano dal modo in cui le leghe si formano o dalle loro particolari caratteristiche. Oggi esistono le seguenti leghe:

• Le leghe naturali si formano per effetto del calore o della fusione di elementi. Ciò avviene, ad esempio, all’interno dei corpi celesti. Esse presentano tuttavia composizioni e proprietà diverse rispetto alle leghe prodotte dall’uomo.
• Le leghe ferrosi si presentano sotto forma di ghisa e acciaio. La distinzione si basa sul contenuto di carbonio. L’acciaio contiene al massimo il 2,06% di carbonio, mentre la ghisa ne contiene almeno il 2,06%.
• Le leghe non ferrosi sono leghe a base di metalli non ferrosi, come ad esempio il bronzo, l’ottone, l’oro bianco, l’oro rosso o le amalgame.
• Le leghe di diffusione si formano quando gli atomi vengono distribuiti nel reticolo cristallino dei metalli di base. La lega si forma, ad esempio, durante la cementazione dei pezzi da lavorare, al fine di poterli indurire.
• Le leghe di Heusler sono leghe ferromagnetiche speciali. Non contengono ferro, cobalto né nichel.
• Le leghe a memoria di forma sono metalli che, dopo essere stati deformati, riprendono la loro forma originale grazie al calore.
• Le leghe da fusione servono alla formatura diretta.
• Le leghe da forgiatura sono un prodotto intermedio che viene ulteriormente adattato al proprio scopo specifico tramite la lavorazione.
• Le pseudoleghe sono pezzi ottenuti tramite sinterizzazione, ovvero la compressione a caldo di diverse polveri metalliche miscelate tra loro.

La produzione delle leghe avviene tramite:

• fusione dei componenti
• Sinterizzazione di componenti in polvere
• Riscaldamento (diffusione di un elemento, ad esempio il carbonio) nella superficie di un pezzo
• Elettrolisi congiunta di sali metallici
• Riduzione congiunta di ossidi metallici
• Amalgamazione

Per identificare una lega, si indica innanzitutto il metallo di base. Seguono poi il o i componenti principali, indicati con l’abbreviazione del metallo seguita da un numero che ne indica la rispettiva percentuale. L’lega CuZn37 è quindi costituita da rame, al quale è stato aggiunto il 37% di zinco. Nel caso dell’acciaio, lega di ferro e carbonio, la formulazione della composizione costituisce un’eccezione. In questo caso, infatti, il ferro non viene menzionato. Ad esempio, l’acciaio C37 contiene lo 0,37% di carbonio. Il resto è ferro. Dal punto di vista formale, la norma DIN 1310 «Composizione delle fasi miste (miscele gassose, soluzioni, cristalli misti); concetti fondamentali» disciplina l’indicazione dei singoli componenti di una lega.