La conoscenza delle convenzioni di denominazione dei metalli è essenziale affinché ingegneri, acquirenti e progettisti possano navigare nel mercato globale e selezionare i materiali giusti per le loro applicazioni.
1 Introduzione: Il linguaggio dei metalli
I sistemi di designazione dei metalli forniscono un linguaggio standardizzato per identificare e classificare la vasta gamma di metalli e leghe utilizzati nell’industria. Piuttosto che essere stringhe casuali di numeri e lettere, questi codici sono strutturati per trasmettere informazioni specifiche sulla composizione chimica, le proprietà meccaniche, il metodo di lavorazione o una combinazione di questi elementi. Comprendere questo linguaggio è fondamentale per specificare i materiali nell'approvvigionamento, garantire la qualità nella produzione e mantenere la sicurezza nelle applicazioni critiche nei settori aerospaziale, edile e dei dispositivi medici.
Questi sistemi variano in modo significativo in base al paese e all’organismo di standardizzazione, creando un panorama complesso per i professionisti che lavorano con catene di fornitura internazionali. Il sistema di numerazione unificato americano (UNS) differisce notevolmente dagli standard GB cinesi o dalle norme DIN tedesche. Nonostante questa diversità, la maggior parte dei sistemi segue schemi logici che, una volta compresi, rivelano le informazioni in essi contenute. Questa guida decifra le principali metodologie alla base dei principali sistemi di designazione dei metalli a livello mondiale, consentendoti di prendere decisioni informate sui materiali indipendentemente dallo standard a cui si fa riferimento.
2 Classificazione fondamentale dei metalli
Prima di approfondire le convenzioni di denominazione specifiche, è essenziale comprendere le categorie generali in cui vengono classificati i metalli, poiché ciò spesso influenza il modo in cui vengono designati.
Metalli ferrosi e non ferrosi: la divisione più fondamentale separa i metalli ferrosi, che contengono ferro come componente principale (ad esempio, acciai e ghise), dai metalli non ferrosi, che non hanno il ferro come componente principale (ad esempio, alluminio, rame, titanio, zinco). Questa distinzione si riflette spesso nella struttura stessa del sistema di designazione.
Metalli puri e leghe: i sistemi distinguono ulteriormente tra metalli puri, che sono elementi nella loro forma metallica (ad esempio, alluminio al 99,9%) e leghe, che sono miscele di due o più elementi, di cui almeno uno è un metallo. Le designazioni delle leghe sono in genere più complesse e codificano informazioni sugli elementi costitutivi.
Prodotti lavorati e fusi: molti sistemi utilizzano prefissi o suffissi diversi per indicare la forma del prodotto. I prodotti lavorati (ad esempio, lamiere, barre, tubi) sono stati lavorati meccanicamente per dar loro la forma, spesso dando origine a microstrutture e proprietà diverse rispetto ai prodotti fusi, che vengono formati versando il metallo fuso in uno stampo.
3 principali sistemi di standardizzazione internazionale
Diversi paesi e regioni hanno sviluppato le proprie organizzazioni di standardizzazione, ciascuna con la propria filosofia di designazione. I seguenti sono i sistemi più influenti incontrati nel commercio globale e nell'ingegneria.
3.1 Sistema americano (SAE/AISI, ASTM, UNS, AMS)
Il sistema americano non è un unico standard ma un ecosistema di designazioni complementari.
Designazioni dell'acciaio SAE/AISI: per decenni, i sistemi della Society of Automotive Engineers (SAE) e dell'American Iron and Steel Institute (AISI) sono stati i metodi principali per designare gli acciai al carbonio e legati negli Stati Uniti. Questi utilizzano in genere un codice a quattro cifre in cui le prime due cifre indicano la famiglia di leghe (ad esempio, "10" per l'acciaio al carbonio, "41" per l'acciaio al cromo-molibdeno) e le ultime due cifre rappresentano il contenuto nominale di carbonio in centesimi di percentuale. Una "B" inserita tra la seconda e la terza cifra (ad esempio, 10B46) indica l'aggiunta di boro per una migliore temprabilità.
Sistema di numerazione unificato (UNS): il sistema UNS è stato istituito per fornire un database di riferimenti incrociati che riduca al minimo la confusione tra i diversi sistemi di numerazione. Un numero UNS non è una specifica in sé ma un identificatore univoco che si collega a una composizione specifica in altri standard. Solitamente è costituito da una singola lettera seguita da cinque cifre (ad esempio, G10400 per un acciaio al carbonio, C36000 per una lega di rame). La lettera indica la famiglia del metallo: "G" per acciai al carbonio e legati, "A" per alluminio, "C" per rame, "S" per acciai inossidabili e "T" per acciai per utensili, tra gli altri.
Designazioni ASTM e AMS: l'American Society for Testing and Materials (ASTM) e le specifiche dei materiali aerospaziali (AMS) utilizzano spesso codici descrittivi che possono fare riferimento alle proprietà o all'applicazione di un materiale piuttosto che a una formula chimica rigorosa. Un acciaio "ASTM A36", ad esempio, è definito dalle sue proprietà meccaniche (principalmente un carico di snervamento minimo di 36 ksi), mentre "AMS 4911" specifica una forma di prodotto in lamiera di lega di titanio.
3.2 Standard nazionali cinesi (GB)
Gli standard GB cinesi, gestiti dalla Standardization Administration of China (SAC), utilizzano un approccio sistematico utilizzando lettere e numeri cinesi Pinyin.
Acciai: per gli acciai, i prefissi spesso denotano l'uso o il percorso del processo. 'Q' viene utilizzato per gli acciai la cui designazione primaria si basa sul limite di snervamento. Gli acciai strutturali legati possono iniziare con numeri che indicano il contenuto di carbonio, seguiti dai simboli chimici degli elementi di lega primari e dalle loro percentuali.
Metalli non ferrosi: il sistema utilizza lettere Pinyin derivate dal nome cinese del metallo base.
L'alluminio e le sue leghe sono indicati con 'L' (da "Lü").
Il rame e le sue leghe usano la lettera "T" (da "Tong").
Le lettere e i numeri successivi specificano quindi il tipo di lega, la serie e il grado specifico. Ad esempio, in "LF", "L" sta per alluminio e "F" ("Fang") indica che è una lega antiruggine. Le leghe di alluminio pressofuso utilizzano "ZL" per "Zhu Lü" (alluminio pressofuso).
3.3 Sistemi europei (DIN, EN)
DIN tedesco: gli standard del Deutsches Institut für Normung (DIN) sono noti per le loro designazioni dettagliate e descrittive. Per gli acciai, il sistema utilizza spesso una combinazione di lettere e numeri dove il numero rappresenta la resistenza alla trazione minima (ad esempio, St42 per un acciaio con resistenza alla trazione di ≈420 MPa) o un codice per la composizione chimica (ad esempio, C15E per un acciaio al carbonio con ~0,15% C, "E" per cementazione). I codici alfanumerici sono altamente specifici e dettagliano gli elementi di lega e le loro quantità approssimative.
Norma Europea (EN): il sistema EN sta sostituendo molte norme nazionali all'interno dell'Unione Europea, puntando all'armonizzazione. Spesso adotta un principio simile al sistema UNS statunitense, agendo come un superset che incorpora e fa riferimenti incrociati a standard nazionali più vecchi come DIN. Gli standard EN hanno il proprio schema di numerazione ma spesso mantengono un collegamento alla designazione precedente per chiarezza.
3.4 Standard industriali giapponesi (JIS)
Il sistema JIS (Japanese Industrial Standards) utilizza spesso lettere singole o doppie per indicare la categoria del materiale, seguite da numeri. Per gli acciai, il prefisso "S" denota "Acciaio". Seguono lettere aggiuntive per il tipo specifico: "SC" per acciaio al carbonio per strutture, "SK" per acciaio per utensili al carbonio, "SUS" per acciaio inossidabile e "SUH" per acciaio resistente al calore. I numeri che seguono indicano tipicamente la resistenza alla trazione, un numero di serie o, nel caso degli acciai inossidabili, spesso corrispondono al tipo AISI (ad esempio, SUS304 è sostanzialmente equivalente a AISI 304).
3.5 Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO)
L'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) mira a creare standard armonizzati a livello globale. Le sue designazioni spesso cercano di colmare il divario tra i principali sistemi nazionali. Per gli acciai, la serie ISO 683, ad esempio, utilizza un sistema basato sulla composizione chimica e sul trattamento termico, con designazioni logiche ma non sempre intuitive senza una tabella di riferimento. La forza del sistema ISO risiede nel suo ruolo di punto di riferimento neutrale per i contratti internazionali e la documentazione tecnica.
4 Decodifica di categorie di materiali specifici
La logica dei sistemi di designazione diventa più chiara quando applicata a specifiche famiglie di materiali.
4.1 Acciaio e leghe a base di ferro
Le convenzioni di denominazione dell'acciaio sono tra le più varie e spesso combinano informazioni su composizione, proprietà meccaniche e applicazione.
| Prefisso/Simbolo | Sistema standard | Significato/applicazione tipica |
| 10XX, 41XX, ecc. | SAE/AISI | Un codice di quattro cifre dove le prime due cifre indicano la serie della lega e le ultime due il contenuto di carbonio. |
| Q + Limite di snervamento | Gran Bretagna (Cina) | Acciaio la cui designazione primaria si basa sul limite di snervamento (ad esempio, Q235 ha un limite di snervamento di 235 MPa). |
| S + Lettera | JIS (Giappone) | S' per Acciaio, seguito da una lettera per la categoria (ad esempio, 'SC' per acciaio al carbonio per strutture). |
| St + Numero | DIN (Germania) | St per "Stahl" (acciaio), con il numero che indica la resistenza alla trazione minima (ad esempio, St42). |
| G | UNS (Stati Uniti) | Prefisso lettera per acciai al carbonio e legati nel sistema UNS. |
| AISI304/AISI304 | AISI (USA) / JIS (Giappone) | Un grado comune di acciaio inossidabile; la "serie 300" denota struttura austenitica. |
Acciai inossidabili: la maggior parte dei sistemi classifica gli acciai inossidabili in famiglie come austenitici (serie 200 e 300), ferritici (serie 400) e martensitici (serie 400). Il sistema ampiamente utilizzato AISI a 3 cifre (ad esempio, 304, 316) è menzionato, direttamente o indirettamente, in molti altri standard nazionali come JIS (come SUS304).
Acciai per utensili: sono spesso designati in base alla loro applicazione e al contenuto di leghe. Il sistema AISI utilizza lettere come "A" per tempra in aria, "O" per tempra in olio, "W" per tempra in acqua e "H" per acciai per utensili per lavorazione a caldo, seguite da un numero di sequenza.
4.2 Alluminio e leghe di alluminio
Le designazioni dell'alluminio sono prevalentemente governate da un sistema a quattro cifre sviluppato da The Aluminium Association, che è stato adottato ampiamente, anche nell'ONU degli Stati Uniti e come base per altri standard internazionali.
Leghe lavorate:
Serie 1xxx: alluminio minimo 99,00% (ad es. 1050, 1100).
Serie 2xxx: il rame è il principale elemento legante (ad esempio, 2024, utilizzato negli aerei).
Serie 3xxx: il manganese è il principale elemento legante (ad esempio, 3003, per uso generale).
Serie 4xxx: il silicio è il principale elemento legante (ad esempio, 4043, utilizzato per il filo di saldatura).
Serie 5xxx: il magnesio è il principale elemento legante (ad es. 5052, 5083 per applicazioni marine).
Serie 6xxx: Magnesio e silicio (per formare Mg2Si); trattabili termicamente (es. 6061, 6063 per estrusioni).
Serie 7xxx: lo zinco è il principale elemento legante (ad esempio, 7075, una lega aerospaziale ad alta resistenza).
Leghe fuse: utilizzare un sistema simile a 3 cifre più un decimale (ad esempio, 356.0, A380.0). La prima cifra indica il gruppo della lega.
Designazione dello stato d'animo: una parte cruciale della designazione dell'alluminio è lo stato d'animo, che indica le condizioni del materiale. Segue il numero di lega ed è separato da un trattino (ad esempio, 6061-T6). Gli stati comuni includono "O" per ricotto, "F" per come fabbricato, "H" per incrudito e "T" per trattato termicamente.
4.3 Rame e leghe di rame
Le leghe di rame sono principalmente designate utilizzando il sistema UNS, che le raggruppa in base ai loro elementi di lega primari.
Rame (C1xxxx): Rami non legati con elevata conduttività elettrica.
Leghe ad alto contenuto di Rame (C16xxx-C19xxx): Leghe con piccole aggiunte di altri elementi.
Ottoni (da C2xxxx a C4xxxx): leghe di rame e zinco. Il numero UNS si riferisce spesso ai nomi più vecchi e più familiari come "Cartridge Brass" (C26000) o "Naval Brass" (C46400).
Bronzi (da C5xxxx a C6xxxx): storicamente leghe rame-stagno, ma ora il termine comprende ampiamente leghe di rame con elementi diversi dallo zinco come lega primaria, come bronzi all'alluminio (C6xxxx), bronzi al silicio (C64xxx) e bronzi fosforosi (C5xxxx).
Rame-Nichel (C7xxxx): leghe di rame e nichel, note per un'eccellente resistenza alla corrosione (ad es. C71500).
5 Applicazioni pratiche e utilizzo multistandard
Navigare tra diversi standard internazionali è una sfida comune.
Utilizzo di tabelle e manuali di riferimenti incrociati: quando un disegno o una specifica richiede un materiale secondo uno standard sconosciuto, il primo passo è consultare una tabella o un manuale di riferimenti incrociati affidabile. Queste risorse elencano gradi equivalenti o simili in diversi standard. È fondamentale comprendere che "equivalente" non significa sempre "identico"; possono esserci differenze sottili ma importanti nei livelli di impurità consentiti o nei requisiti di lavorazione.
Considerazioni critiche per la selezione e la sostituzione dei materiali: la sostituzione di un materiale basata esclusivamente sulla corrispondenza della composizione chimica da una tabella di riferimenti incrociati può essere rischiosa. Una valutazione complessiva deve considerare:
Requisiti delle proprietà meccaniche: verificare che il sostituto soddisfi tutti i valori specificati di resistenza, duttilità e tenacità.
Risposta al trattamento termico: percorsi di lavorazione diversi possono portare a microstrutture e prestazioni diverse.
Resistenza alla corrosione: piccole differenze nella composizione possono avere un impatto significativo sul comportamento alla corrosione.
Saldabilità e formabilità: queste caratteristiche di lavorazione non sono sempre completamente incluse nella designazione del grado di base.
Specifiche e certificazioni applicabili: nei settori regolamentati (aerospaziale, medico, nucleare), un materiale deve spesso essere acquistato e certificato secondo uno standard specifico, non solo "simile".
