{ "slug": "thermal-expansion-coefficients", "title": "Coefficienti di dilatazione termica dei materiali CNC (CTE)", "description": "CTE di 22 materiali CNC in µm/m·°C con l'intervallo di temperatura coperto da ciascun valore, più esempi svolti di cosa le differenze fanno agli accoppiamenti e al controllo.", "lang": "it", "tables": [ { "caption": "Coefficiente di dilatazione termica (CTE) per materiale e intervallo di temperatura", "columns": [ "Materiale (grado)", "CTE (µm/m·°C)", "Intervallo di temperatura", "Rilevanza tecnica", "Fonte" ], "rows": [ { "Materiale (grado)": "Aluminum 1060 (commercially pure)", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Il CTE più alto tra i metalli CNC comuni; i progetti di sbarre collettrici e dissipatori devono prevedere spazi di dilatazione", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com" }, { "Materiale (grado)": "Aluminum 6061-T6", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "La lega di alluminio più lavorata; il CTE è indipendente dalla tempra (O, T4, T6 e T651 tutti 23.6)", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J" }, { "Materiale (grado)": "Aluminum 6061-T6", "CTE (µm/m·°C)": "24.6", "Intervallo di temperatura": "20–200 °C", "Rilevanza tecnica": "La media a temperatura elevata sale di ~4%; usate un CTE specifico dell'intervallo sopra 150 °C", "Fonte": "MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2" }, { "Materiale (grado)": "Aluminum 7075-T6", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Grado aerospaziale; stesso CTE del 6061 nonostante il doppio della resistenza allo snervamento — semplifica il progetto di attrezzi con leghe miste", "Fonte": "matmake.com; arcuscnc.com" }, { "Materiale (grado)": "Copper C11000 (ETP)", "CTE (µm/m·°C)": "17.0", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Materiale per sbarre collettrici e connettori; il disallineamento di CTE rispetto all'alluminio (23.6) genera fatica del giunto nelle boccole bimetalliche", "Fonte": "fabdigit.com (C11000-O properties)" }, { "Materiale (grado)": "Copper C11000 (ETP)", "CTE (µm/m·°C)": "17.0", "Intervallo di temperatura": "20–300 °C", "Rilevanza tecnica": "CTE medio su un intervallo ampio; valore della scheda tecnica del produttore", "Fonte": "jtcopper.com C11000 datasheet" }, { "Materiale (grado)": "Brass C36000 (free-cutting)", "CTE (µm/m·°C)": "20.5", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C (approx.)", "Rilevanza tecnica": "La lega di rame più lavorabile; CTE tra rame e alluminio — rilevante per inserti in ottone in scatole in alluminio", "Fonte": "mechcodex.com C36000 thermal table" }, { "Materiale (grado)": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)", "CTE (µm/m·°C)": "11.6", "Intervallo di temperatura": "0–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Acciaio di riferimento per alberi e ingranaggi; CTE circa metà dell'alluminio — i giunti bullonati alluminio-acciaio sviluppano 0.12 mm di differenziale ogni 100 mm a ΔT = 100 °C", "Fonte": "theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties" }, { "Materiale (grado)": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)", "CTE (µm/m·°C)": "12.3", "Intervallo di temperatura": "0–200 °C", "Rilevanza tecnica": "Media a temperatura elevata; sale con l'intervallo di temperatura", "Fonte": "theworldmaterial.com AISI 1045" }, { "Materiale (grado)": "Alloy steel AISI 4140 (normalized)", "CTE (µm/m·°C)": "12.3", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Acciaio ad alta resistenza per alberi e assali; CTE simile al 1045 — intercambiabili nei calcoli di tensione termica", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com" }, { "Materiale (grado)": "Stainless steel 304/304L", "CTE (µm/m·°C)": "17.3", "Intervallo di temperatura": "0–100 °C", "Rilevanza tecnica": "L'inox austenitico si espande ~44% in più dell'acciaio al carbonio; critico per i giunti tubo-plastrova degli scambiatori di calore", "Fonte": "jnalloys.com CTE comparison table" }, { "Materiale (grado)": "Stainless steel 316/316L", "CTE (µm/m·°C)": "15.9", "Intervallo di temperatura": "0–100 °C", "Rilevanza tecnica": "CTE più basso del 304 nonostante la simile struttura austenitica (aggiunta di molibdeno); preferito per il progetto di dilatazione delle tubazioni marine", "Fonte": "jnalloys.com CTE comparison table" }, { "Materiale (grado)": "Stainless steel 17-4PH (H900)", "CTE (µm/m·°C)": "10.8", "Intervallo di temperatura": "0–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Acciaio PH martensitico; il CTE più vicino all'acciaio al carbonio tra i gradi inossidabili — ideale per raccordi aerospaziali di precisione che si accoppiano a strutture in acciaio", "Fonte": "xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)" }, { "Materiale (grado)": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)", "CTE (µm/m·°C)": "8.6", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Il CTE più basso tra i metalli strutturali comuni; buon abbinamento con il CFRP (0–2) nei giunti ibridi aerospaziali", "Fonte": "arcuscnc.com CTE comparison" }, { "Materiale (grado)": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)", "CTE (µm/m·°C)": "8.8", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C (approx.)", "Rilevanza tecnica": "Valore pubblicato alternativo; la differenza sta nell'incertezza di misura (±2%)", "Fonte": "mechcodex.com Ti-6Al-4V properties" }, { "Materiale (grado)": "Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)", "CTE (µm/m·°C)": "11.7", "Intervallo di temperatura": "20–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Acciaio per basi di stampo; il CTE deve corrispondere agli acciai degli inserti per evitare criccatura da tensione termica negli stampi a iniezione durante i cicli termici", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)" }, { "Materiale (grado)": "Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)", "CTE (µm/m·°C)": "12.0", "Intervallo di temperatura": "20–200 °C", "Rilevanza tecnica": "Acciaio per matrici di fusione sotto pressione e per forgia; lavora a 500–650 °C di temperatura superficiale, quindi il CTE ad intervallo elevato conta per gli accoppiamenti degli inserti di matrice", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com" }, { "Materiale (grado)": "Delrin / POM (acetal homopolymer)", "CTE (µm/m·°C)": "110", "Intervallo di temperatura": "23–60 °C", "Rilevanza tecnica": "Circa 5× l'acciaio; gli accoppiamenti forzati plastica-metallo si allentano salendo di temperatura — progettate l'interferenza alla temperatura massima di esercizio", "Fonte": "firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet" }, { "Materiale (grado)": "Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)", "CTE (µm/m·°C)": "80", "Intervallo di temperatura": "23–60 °C", "Rilevanza tecnica": "L'assorbimento di umidità aggiunge dilatazione igroscopica al termine termico; 50% UR alza la variazione dimensionale effettiva di ~0.2%", "Fonte": "DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21" }, { "Materiale (grado)": "PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)", "CTE (µm/m·°C)": "47", "Intervallo di temperatura": "23–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Il CTE più basso tra le plastiche tecniche non rinforzate; si avvicina all'alluminio a temperatura elevata — valida per la sostituzione del metallo in ambienti con cicli termici", "Fonte": "makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)" }, { "Materiale (grado)": "PEEK (30% glass-filled, GF30)", "CTE (µm/m·°C)": "27", "Intervallo di temperatura": "23–100 °C", "Rilevanza tecnica": "Il rinforzo in vetro taglia il CTE di ~43%; scelto quando la stabilità dimensionale sotto cicli termici è critica", "Fonte": "makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)" }, { "Materiale (grado)": "ABS (general purpose, unfilled)", "CTE (µm/m·°C)": "90", "Intervallo di temperatura": "23–60 °C", "Rilevanza tecnica": "Il CTE alto limita l'uso nei gruppi di precisione; accettabile per involucri di elettronica di consumo con gioco generoso", "Fonte": "firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets" } ] }, { "caption": "Quando la differenza diventa una quota", "columns": [ "Caso", "Calcolo", "Risultato", "Risposta di progettazione" ], "rows": [ { "Caso": "Scatola in 6061-T6 (CTE 23.6) bullonata a una base in acciaio 1045 (CTE 11.6), interasse bulloni 200 mm, ΔT = 50 °C", "Calcolo": "ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50", "Risultato": "0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential", "Risposta di progettazione": "Con solo 0.1 mm di gioco bullone il giunto s'inceppa a ΔT = 50 °C. Usate fori oblungi, gioco ≥ 0.3 mm o rondelle elastiche; per attrezzi di precisione, realizzate alluminio-su-alluminio o acciaio-su-acciaio." }, { "Caso": "Struttura in acciaio (CTE 12.0) bullonata direttamente a un pannello CFRP (CTE ~1.0 nella direzione della fibra), luce di 300 mm, ΔT = 80 °C", "Calcolo": "(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80", "Risultato": "0.264 mm relative slip per cycle", "Risposta di progettazione": "Un inserto in Ti-6Al-4V (CTE 8.6) porta lo scostamento a 7.6 µm/m·°C su entrambi i lati e riduce il movimento differenziale di ~30% — il motivo per cui i raccordi in titanio dominano i progetti aerospaziali con giunti compositi." }, { "Caso": "Bussola in Delrin (CTE 110) infilata a pressione in una scatola in acciaio (CTE 11.6): Ø esterno 25 mm, interferenza di 0.05 mm a 20 °C, servizio a 80 °C", "Calcolo": "ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60", "Risultato": "0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)", "Risposta di progettazione": "L'accoppiamento forzato diventa un accoppiamento scorrevole a 80 °C. Calcolate l'interferenza alla temperatura massima di esercizio, trattenete il POM meccanicamente (anelli elastici, zigrinatura) o passate a PEEK (CTE 47) o PEEK carico vetro (CTE 27)." }, { "Caso": "Un pezzo in 6061 da 500 mm lavorato a 30 °C di temperatura d'officina, controllato a 20 °C (temperatura di riferimento ISO 1)", "Calcolo": "23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10", "Risultato": "0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C", "Risposta di progettazione": "Per lavoro a ±0.05 mm quell'errore è 2.4× la banda di tolleranza: stabilizzate i pezzi a 20 °C ± 1 °C prima del controllo finale, o applicate una compensazione in processo." }, { "Caso": "Base di stampo P20 (CTE 11.7) che porta un inserto anima H13 (CTE 12.0), diametro inserto 100 mm, ΔT = 60 °C, gioco progettato 0.02 mm", "Calcolo": "12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60", "Risultato": "0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm", "Risposta di progettazione": "P20 con H13 è termocompatibile (scostamento di 0.3 µm/m·°C). Un inserto in rame-berillio (CTE 16.6) contro P20 perde 0.029 mm di gioco allo stesso ΔT — progettate gli inserti BeCu con un margine di crescita." } ] } ] }