Leghe per pressofusione di magnesio 101

La pressocolata è attualmente rivoluzionata dal magnesio, che rappresenta una valida alternativa ai materiali tradizionali come l'alluminio. È il metallo strutturale più leggero e consente di ridurre significativamente il peso dei prodotti finali, il che è essenziale per l'efficienza dei consumi e la riduzione dell'impatto ambientale legato alle emissioni delle automobili. I notevoli progressi della ricerca hanno ampliato le capacità del magnesio, rendendolo un buon candidato per diverse applicazioni ad alte prestazioni.

Ecco perché il magnesio è leader nella pressofusione:

Il magnesio ha una densità di circa 1,7 g/cm³ rispetto all'alluminio (2,7 g/cm³) [1]. Ciò consente di ridurre notevolmente il peso dei componenti, compresi quelli dei veicoli, migliorando l'efficienza dei consumi e la portabilità dei dispositivi elettronici.

Il magnesio ha un eccellente rapporto resistenza/peso. Alcuni studi hanno dimostrato che specifiche leghe di magnesio, come la AZ91D, possono raggiungere resistenze alla trazione superiori a 230 MPa [2]. Queste caratteristiche le rendono adatte a componenti che devono essere contemporaneamente resistenti e leggeri, perché possiedono leggerezza e resistenza.

Ad esempio, una recente ricerca ha studiato l'incorporazione di alcuni elementi delle terre rare nel magnesio per formare leghe in grado di resistere meglio alla deformazione ad alte temperature [3].

Fonte:

1. Magnesio nella tecnologia di colata di Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Valutazione delle leghe di magnesio per pressofusione per applicazioni a temperature elevate: Microstruttura, proprietà di trazione e resistenza al creep di Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Microstruttura e resistenza al creep delle leghe Mg-Gd-Y di X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 e AM50 sono le leghe più comunemente utilizzate nella pressofusione. Tutte si basano sul sistema Mg-AI.

Leggi anche: Pressofusione in lega di alluminio

In questo articolo, impareremo a conoscere

• La portata globale delle leghe di magnesio per pressofusione,
• Evidenziare i vantaggi di questi materiali,
• Proprietà delle leghe di magnesio
• Breve confronto tra le leghe di magnesio più comuni per la pressofusione

Verranno inoltre evidenziati i vantaggi significativi dell'utilizzo di leghe di magnesio per la pressofusione, come ad esempio:

• Forza eccezionale
• natura leggera
• idoneità alla produzione di forme complesse

Parleremo anche dei vari tipi di matrici di magnesio disponibili per la fusione di leghe, evidenziandone le qualità uniche e gli usi ideali.

Infine, esamineremo il confronto tra la pressofusione di magnesio e altri metodi ampiamente conosciuti, come la pressofusione di alluminio, e discuteremo le interessanti prospettive del potenziale futuro di questa tecnologia.

Ci auguriamo che alla fine di questa esplorazione possiate avere una conoscenza approfondita delle leghe di magnesio per pressofusione e della loro importanza nella produzione moderna.

Comprendiamo il magnesio come lega

La lega di magnesio per pressofusione più famosa è la AZ91D. Il magnesio crea diverse leghe se combinato con altri metalli. Alcune delle leghe di magnesio più comuni sono:

1. AM60B
2. AM50A
3. AM20
4. AE42
5. AS41B

Cosa sono le leghe di magnesio?

Le leghe di magnesio sono metalli in cui il magnesio (Mg) è l'elemento principale, costituendo in genere oltre il 90% della composizione. Il magnesio puro viene modificato con l'aggiunta di elementi di lega come alluminio (Al), zinco (Zn) e manganese (Mn).

Vantaggi della pressofusione di magnesio

L'unicità della pressofusione di magnesio sta nel fatto che può apportare diversi vantaggi chiave al processo di produzione. Di seguito, approfondiremo alcuni dei principali vantaggi:

Leggero e con un elevato rapporto resistenza/peso. 

Come già detto, il magnesio è il metallo strutturale più leggero. Fornisce la resistenza e il peso ridotto per componenti estremamente leggeri, con conseguenti vantaggi per molte aziende.

Precisione dimensionale e stabilità migliorate

Il metodo della pressofusione garantisce un'eccezionale precisione dimensionale e stabilità del prodotto finale. In questo modo l'assemblaggio dei pezzi con altri componenti è più facile e con gli stessi standard elevati.

Eccellente lavorabilità e dettagli di finitura

Le pressofusioni di magnesio offrono una buona lavorabilità. Ciò facilita la modellazione e la modifica del materiale dopo la colata. Inoltre, questi getti presentano solitamente una lucidatura superficiale superiore, che riduce il livello di lavorazione aggiuntivo richiesto.

Eccezionale conduttività termica ed elettrica

Le leghe di magnesio possiedono una buona conducibilità termica ed elettrica. Di conseguenza, possono trovare impiego in situazioni in cui è necessaria la conducibilità elettrica o la dissipazione del calore.

Alta riciclabilità

Il magnesio è un metallo altamente riciclabile. Alla fine del ciclo di vita di un prodotto, le sue parti in magnesio possono essere facilmente riutilizzate e riciclate, riducendo così l'impatto ambientale.

Processo di pressofusione del magnesio

Questa parte ci illustrerà le basi della pressofusione di magnesio e le sue implicazioni, oltre a mostrare passo dopo passo come il magnesio fuso si trasforma in pezzi complessi e di valore.

Il processo prevede l'utilizzo di uno stampo riutilizzabile, chiamato matrice, per realizzare prodotti intricati e dimensionalmente precisi.

Di seguito sono riportati alcuni passaggi necessari:

Preparazione e pulizia degli stampi 

Lo stampo viene accuratamente pulito e lubrificato per garantire un processo di fusione perfetto ed evitare difetti. Questo processo è necessario per mantenere l'integrità dello stampo e produrre getti della massima qualità.

Fusione e lega del magnesio

Il magnesio viene fuso in un forno a temperature estremamente elevate. In questa fase, gli elementi di lega possono essere iniettati nel metallo fuso per ottenere le caratteristiche del prodotto finale richieste, come una maggiore forza o resistenza alla corrosione.

Iniezione e solidificazione

Sotto alta pressione, il magnesio fuso viene iniettato nella cavità dello stampo. Questa cavità ha la stessa forma del prodotto finito richiesto. Dopo l'iniezione del magnesio fuso, questo si raffredda rapidamente e si indurisce. Dopo pochi istanti, il magnesio assume la forma dello stampo.

Rimozione e finitura dei pezzi

Dopo la solidificazione, il pezzo appena creato viene rimosso dalla matrice. Dopo il processo di colata, viene estratto tutto il materiale in eccesso, come materozze o canali di scorrimento. Dopo aver rimosso i materiali extra, è possibile applicare ulteriori tecniche di finitura alla superficie del pezzo in base ai requisiti dell'applicazione.

Oggi questo metodo ci permette di produrre pezzi complessi in magnesio in quantità massicce, con un'eccezionale precisione dimensionale e una qualità affidabile.

Metalli per pressofusione di magnesio

Un'attenta selezione delle leghe per la pressofusione del magnesio può determinare il successo del prodotto. La scelta della lega adatta è cruciale perché determina le caratteristiche e le prestazioni finali del prodotto finito.

Scegliere la migliore lega di magnesio 

Leghe di magnesio come AZ91D e AM50A/AM60B stanno diventando sempre più popolari nel settore automobilistico e dei trasporti.

Queste nuove leghe hanno una maggiore resistenza, migliori caratteristiche alle alte temperature, maggiore duttilità e una maggiore conducibilità termica.

Prima di scegliere la migliore lega per la pressofusione di magnesio, è necessario avere una conoscenza completa delle caratteristiche della lega. qualità desiderate per il prodotto finito. 

Ecco alcuni fattori cruciali per prendere questa decisione critica.

Forza: Un fattore importante è la resistenza richiesta dai diversi componenti da utilizzare. La resistenza allo snervamento, la resistenza alla trazione e la resistenza alla fatica variano a seconda delle leghe.

Resistenza alla corrosione: È inoltre essenziale prendere in considerazione l'ambiente in cui un pezzo funzionerà. Rispetto a molti altri metalli, i metalli di questo tipo presentano una maggiore resistenza alla corrosione, che li rende ideali per gli ambienti più difficili.

Colabilità: Ad esempio, il metallo fuso deve essere in grado di fluire bene nella cavità dello stampo e di riempire forme complesse. Buone leghe di colata assicurano bassi difetti e un alto tasso di stress di colata.

Lavorabilità: Inoltre, occorre considerare la facilità con cui un oggetto fuso può essere lavorato per dare forma o modificare la sua forma. Un'adeguata lega di lavorazione permette un'efficace personalizzazione e post-lavorazione.

Oggi, le leghe di magnesio per pressofusione che offrono resistenza e prestazioni ottimali possono essere scelte dai produttori che considerano questi fattori insieme a ciò che può essere richiesto dalle applicazioni.

Leghe di magnesio comuni

Sul mercato sono disponibili molti tipi di leghe di magnesio per pressofusione. Ogni lega ha qualità uniche e impieghi perfetti.

Ora analizziamo le proprietà delle leghe più comunemente utilizzate.

AZ91D: Il Campione di tutti i round

AZ91D è la lega di magnesio per pressofusione più comunemente utilizzata. Ha 9% di alluminio e 1% di zinco. Offre un'interessante miscela di resistenza alla corrosione, tenacità ed elevata colabilità. Queste caratteristiche rendono l'AZ91D un'opzione flessibile per molte applicazioni, come parti di motore, alloggiamenti, elettronica di consumo e settore automobilistico.

3.2.2 Serie AM (AM 50A, AM20, AM60B): Concentrarsi sulla robustezza

La serie AM è caratterizzata da un gruppo di leghe rinomato per la notevole resistenza agli urti e tenacità. Queste caratteristiche le rendono perfette per i componenti che richiedono resistenza fisica o agli urti. Le leghe della serie AM sono utilizzate nell'industria aerospaziale e automobilistica per staffe, ruote e altri componenti.

3.2.3 AS41B e AE42: leghe per alte temperature

Le leghe AS41B e AE42 sono ottime opzioni per le applicazioni che richiedono alte temperature. Queste leghe mostrano un'eccellente duttilità, resistenza al creep e forza alle alte temperature, rendendole adatte alle parti del motore e della trasmissione in cui è necessaria la resistenza al calore.

È importante notare che questo è un elenco parziale di leghe per pressofusione di magnesio. Esistono molti altri tipi di leghe per pressofusione di magnesio, sviluppati per soddisfare requisiti specifici. La scelta della lega perfetta richiede una comprensione completa delle qualità desiderate e dei requisiti applicativi unici.

Proprietà delle leghe di magnesio per pressofusione

La comprensione delle caratteristiche principali delle diverse leghe di magnesio per pressofusione consente di prendere decisioni più consapevoli. 

Ecco un breve confronto di alcune caratteristiche salienti di pressofusione di magnesio leghe:

Applicazioni delle leghe di magnesio per pressofusione

Il magnesio è noto per le sue fusioni in lega leggera. Si stanno diffondendo sempre più nelle applicazioni strutturali del settore automobilistico. Le leghe di magnesio sono leggere, con un eccezionale rapporto forza-peso, ripetibilità dimensionale e forma quasi netta.

Un esempio recente è la Chrysler Pacifica 2017.che utilizza la pressofusione di magnesio per sostituire nove componenti del nucleo strutturale del portellone, riducendo il peso del gruppo del portellone di circa 50%.

Come sappiamo, le leghe di magnesio per pressofusione hanno qualità notevoli. Hanno molte applicazioni in diversi settori. 

Analizzeremo ora alcuni dei settori più popolari di questa tecnologia innovativa.

Industria automobilistica: Le leghe di magnesio per pressofusione sono ottime per l'industria automobilistica, perché sono leggere e durevoli e quindi perfette per l'efficienza dei consumi. Vengono utilizzate per la produzione di parti del motore, staffe, ruote, ecc.

Elettronica di consumo: Le leghe di magnesio per pressofusione sono le più adatte a chi desidera dispositivi leggeri, portatili e durevoli.

Il processo di pressofusione del magnesio ha migliorato l'esperienza dell'utente, è il migliore per involucri di computer portatili e corpi macchina che sono straordinariamente resistenti e comodi da tenere in mano. 

 Industria aerospaziale: Le leghe di magnesio per pressofusione sono essenziali nell'industria aerospaziale perché ogni grammo è importante. Queste leghe aiutano gli aeromobili ad aumentare la loro capacità di carico e efficienza del carburante. Sono utili anche per le prestazioni e l'autonomia dell'aeromobile.

Apparecchiature mediche: Il rapporto forza-peso della pressofusione di magnesio è utile nel settore delle apparecchiature mediche. Queste leghe sono molto leggere. Offrono ai pazienti la forza e la durata di cui hanno bisogno in sedie a rotelle e stampelle. 

Confronto con la pressofusione di alluminio

Sia l'alluminio che il magnesio sono ampiamente utilizzati per la produzione di pezzi leggeri e complessi in grandi quantità. Tuttavia, è necessario comprendere le loro caratteristiche peculiari per effettuare una scelta.

Somiglianze

Peso ridotto: Il magnesio e l'alluminio sono entrambi metalli leggeri. Per questo motivo, la pressofusione di questi due metalli è una buona soluzione per le applicazioni di riduzione del peso.

Forza e leggerezza: Entrambe le tecniche hanno un elevato rapporto resistenza/peso, che le rende adatte alla produzione di componenti resistenti ma leggeri.

Forme complesse rese facili: le pressofusioni di magnesio e alluminio possono creare progetti intricati e dettagliati con un'eccellente precisione dimensionale.

Differenze

L'eroe della leggerezza: in termini di leggerezza pura, il magnesio non è paragonabile a nessun altro materiale. Con una significativa riduzione di peso rispetto all'alluminio, diventa il metallo strutturale più leggero.

Superiorità di schermatura: Per le parti che devono essere protette dalle onde elettromagnetiche (Thai), il magnesio è il materiale migliore grazie alla sua eccezionale qualità di schermatura contro le interferenze elettromagnetiche (EMI) e le interferenze a radiofrequenza (RFI).

Resistenza alla corrosione: L'alluminio presenta in genere un grado di resistenza alla corrosione superiore a quello del magnesio. Per questo motivo, diventa l'alternativa preferita per le applicazioni esposte a sostanze caustiche o ad ambienti difficili.

In definitiva, la scelta tra la pressofusione di magnesio o di alluminio dipende dalle esigenze specifiche di un'applicazione.

Conclusione

L'industria della pressofusione del magnesio ha un futuro brillante. Con il costante sviluppo di nuove leghe con qualità superiori, questa tecnologia può cambiare completamente il modo in cui progettiamo e produciamo componenti leggeri e ad alte prestazioni per diverse applicazioni.