Magnesio
I motivi principali che spingono verso l’utilizzo del magnesio per elementi strutturali sono, oltre al più alto rapporto peso-resistenza tra tutti i metalli comunemente utilizzati, anche l’eccellente lavorabilità e la buona stabilità dimensionale
Il magnesio
Il magnesio è tra gli elementi più abbondanti sulla crosta terrestre (pari al 2%) ed è il terzo elemento più dissolto in acqua marina. Tra i metalli strutturali in commercio il magnesio è il più leggero: ha infatti una densità pari a 1,78 kg/dm3, mentre per esempio il peso specifico dell’alluminio è pari a 2,74 kg/dm3.
Sin dagli esordi il mondo del motorsport ha tratto ispirazione dalle discipline aeronautiche, dove i concetti di leggerezza e affidabilità trovano la propria massima espressione, e nel tempo la ricerca di materiali in grado di concedere resistenza e rigidità meccanica unite al minor peso possibile ha assunto un’importanza sempre crescente, diventando il vero spartiacque tra un normale mezzo di trasporto ed un “attrezzo” sportivo.
Con queste premesse il magnesio conquista di diritto il primo posto assoluto tra i metalli impiegati nella realizzazione di ruote e componenti ad alte prestazioni.
Il magnesio, dal minerale al riciclo
Applicazioni
I motivi principali che spingono verso l’utilizzo del magnesio per elementi strutturali sono, oltre al più alto rapporto peso-resistenza tra tutti i metalli comunemente utilizzati, anche l’eccellente lavorabilità e la buona stabilità dimensionale.
La messa a punto di leghe speciali, e l’utilizzo di alcuni elementi decisivi, hanno inoltre permesso il miglioramento della resistenza alla corrosione, il raggiungimento di elevatissime proprietà meccaniche e una buona resistenza alle alte temperature, rendendo possibile l’utilizzo delle leghe di magnesio per componenti sottoposti a carichi termici estremi.
Grazie alla bassa densità combinata alle buone proprietà meccaniche, le leghe di magnesio sono particolarmente interessanti per i progettisti: di conseguenza sono ampiamente utilizzate nell’automotive, nei settori aerospaziale e difesa, nonché in altre applicazioni di ingegneria, ove il peso costituisce una fattore essenziale.
L’eccellente capacità di assorbimento vibrazionale e la sua bassa inerzia rappresentano una valida scelta per quelle parti meccaniche sottoposte a frequenti e improvvisi cambiamenti di direzione del moto ad alta velocità. Per questo motivo le leghe di magnesio sono ampiamente utilizzate per la costruzione per esempio di impianti automatici per imballaggi, per tipografia e serigrafia, e per l’automazione in genere.
Quando si parla di dinamica l’abbattimento del peso, soprattutto delle masse non sospese, rappresenta un fattore determinante per aumentare le prestazioni. In particolare l’utilizzo di ruote in leghe di magnesio comporta la riduzione dell’effetto giroscopico e del momento d’inerzia il che garantisce enormi benefici in fatto di reattività e maneggevolezza.
Le applicazioni del magnesio
Le leghe di magnesio
La scelta della lega di magnesio è un attento equilibrio tra i requisiti di progetto, proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione, producibilità e costi. Una delle leghe più prodotte al mondo è l'AZ91 in quanto rappresenta una soluzione matura e conveniente per la maggior parte delle applicazioni nel settore automobilistico e per le applicazioni in cui i grammi contano.
AZ91
L'AZ91 è la lega più diffusa e usata per la fusione in sabbia a gravità contenente alluminio, zinco e manganese.
È possibile ottenere ottime proprietà meccaniche.
La lega presenta un buon equilibrio tra prestazioni, leggerezza, resistenza alla corrosione ed economicità.
Applicazioni
La lega è adatta per l'uso in applicazioni di fusione nel settore automobilistico, aerospaziale e industriale, specialmente in contesti in cui la resistenza alle alte temperature non è un fattore critico. È comunemente utilizzata in fusioni che richiedono un limite di snervamento moderato, un'elevata resistenza alla trazione e buone proprietà di allungamento.
Composizione chimica
- Alluminio : 8.1 -9.3%
- Zinco: 0.4 -1.0%
- Manganese: 0.17 -0.35%
Trattamento termico
Per proprietà ottimali la lega deve essere utilizzato in condizioni T4, ovvero, da 16 a 24 ore a una temperatura compresa tra 400 °C e 420 °C, con raffreddamento ad aria forzata.
In alternativa può essere utilizzato in condizione T6: dopo T4, da 8 a 16 ore a 180 °C a 210 °C.
Proprietà fisiche
- Peso specifico: 1.78 kg/dm³
- Conduttività termica: 84Wm-1K-1
- Resistività elettrica: 141 n½m
- Modulo elastico: 44 x 103MPa
- Durezza Brinell: 55 - 75
Design data
Proprietà meccaniche minime. Condizione T4:
- Tensione di snervamento: 90MPa
- Carico di rottura: 240MPa
- Allungamento: 6%
RZ5
La RZ5 è una lega di magnesio per fusione in sabbia di comprovata efficacia, contenente zinco, terre rare e zirconio.
Utilizzata allo stato T5, questa lega di magnesio ad alta resistenza è ideale per getti destinati a funzionare a temperatura ambiente o fino a 150 °C.
Applicazioni
La versatilità di questa lega la rende interessante per un'ampia gamma di progettisti che operano nei settori aerospaziale, automobilistico, militare ed elettronico.
Composizione chimica
- Zinco: 3.5–5.0%
- Terre Rare: 0.8–1.7%
- Zirconio: 0.4–1.0%
Trattamento termico
Le proprietà ottimali si ottengono in condizione T5, ovvero 2 ore a 330 °C seguito da 10–16 ore a 170–180 °C.
Il raffreddamento in acqua non è necessario.
Proprietà fisiche
- Peso specifico: 1.84 kg/dm³
- Conduttività termica: 109 Wm-1K-1
- Resistività elettrica: 68 n½m
- Modulo elastico: 44 x 103MPa
- Durezza Brinell: 55 - 70
Design data
Proprietà meccaniche minime. Condizione T5:
- Tensione di snervamento: 135MPa
- Carico di rottura: 200 MPa
- Allungamento: 3%
EL21
EL21 è una lega esclusiva per fusioni ad alta resistenza, destinate all'uso a temperature fino a 200 °C.
Questa lega presenta eccellenti caratteristiche di resistenza alla corrosione e di colabilità, ma risulta discretamente dispendiosa.
Applicazioni
Questa lega leggera ad alte prestazioni è stata sviluppata principalmente per applicazioni nel settore aerospaziale.
Offre proprietà meccaniche superiori e una maggiore resistenza alla corrosione alle alte temperature.
Composizione chimica
- Zinco: 0.2 – 0.5%
- Neodymio: 2.6 – 3.1%
- Gadolinio: 1.0 – 1.7%
- Zirconio saturo
Trattamento termico
Le fusioni vengono sottoposte a T6 per ottenere le proprietà meccaniche ottimali.
Soluzione trattamento per 8 ore a 520° C.
Raffreddamento in acqua a 60 - 80°C.
Invecchiamento per 16 ore A 200 °C.
Raffreddamento ad aria.
Proprietà fisiche
- Peso specifico: 1.82 kg/dm³
- Conduttività termica: 116 Wm-1K-1
- Resistività elettrica: 94.6 nΩm
- Modulo elastico: 44 x 103MPa
- Durezza Brinell: 65 - 75
Design data
Proprietà meccaniche minime. Condizione T6:
- Tensione di snervamento: 145MPa
- Carico di rottura: 248 MPa
- Allungamento: 2%