Le principali caratteristiche del metallo ultraleggero e delle sue pi\u00f9 diffuse leghe da fonderia e da lavorazione plastica<\/p>\n
di Giuseppe Giordano<\/em><\/p>\n Il magnesio si trova oggi di fronte a possibili importanti sviluppi di consumi, anche in settori di massa e in particolare nell\u2019automotive. Non \u00e8 una novit\u00e0 il fatto che alcune case automobilistiche si aprono allo sviluppo del magnesio in modelli popolari, ma tali aperture hanno trovato solitamente ostacoli difficili da superare, come la scarsa resistenza alla corrosione e le problematiche produttive legate all\u2019infiammabilit\u00e0 del materiale in alcune condizioni. Certamente una conoscenza pi\u00f9 approfondita della metallurgia del magnesio pu\u00f2 consentire di superare alcuni degli ostacoli sopra ricordati, partendo dal presupposto che i getti ed i semilavorati di magnesio possono essere protagonisti di un progetto quando viene richiesto un elevato alleggerimento; in questa ottica, si candidano ad essere alternativi agli analoghi in alluminio, ma anche a particolari ottenuti per stampaggio di materie plastiche, in applicazioni dove la leggerezza \u00e8 molto importante come nell\u2019aerospaziale o in settori di nicchia quali le attrezzature sportive che ricercano nei materiali comportamenti estremi. In questi settori il magnesio \u00e8 in realt\u00e0 sempre stato preso in considerazione, ma i risultati concreti si sono quasi sempre tradotti in quantit\u00e0 piuttosto ridotte. La situazione potrebbe cambiare molto velocemente per possibili applicazioni in settori industriali di massa e in particolare nell\u2019automotive. La ricerca della leggerezza diviene infatti un fattore di scelta sempre pi\u00f9 importante per ridurre i consumi e controbilanciare l\u2019aumento di peso dei veicoli per l\u2019aggiunta di nuovi componenti imposta da ragioni di sicurezza e di marketing.<\/p>\n L\u2019identikit del magnesio<\/strong> Le leghe di magnesio<\/strong> Leghe di magnesio: principali alliganti e loro effetti<\/strong> Leghe di magnesio per lavorazione plastica e fonderia<\/strong> Produzione di magnesio metallico primario e principali utilizzi<\/strong> I principali usi finali in questi ultimi anni del magnesio sono cos\u00ec schematizzabili:<\/strong> Le principali caratteristiche del metallo ultraleggero e delle sue pi\u00f9 diffuse leghe da fonderia e da lavorazione plastica di Giuseppe Giordano Il magnesio si trova oggi di fronte a possibili importanti sviluppi di consumi, anche in settori di massa e in particolare nell\u2019automotive. Non \u00e8 una novit\u00e0 il fatto che alcune case automobilistiche si aprono …<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":1094,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"give_campaign_id":0,"footnotes":""},"categories":[22],"tags":[],"class_list":["post-1093","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-applicazioni"],"openstation_lock":null,"openstation_contributors":[],"openstation_attached_media":[1094],"yoast_head":"\n
\nIl magnesio metallico, di colore argenteo, ha una densit\u00e0 di volume (peso specifico) di 1,74 g\/cm3, cio\u00e8 circa il 40% in meno dell\u2019alluminio; questa ed altre caratteristiche chimico-fisiche del metallo ultraleggero sono raccolte nella Tabella 1. E\u2019 da segnalare che una marcata differenza rispetto ad alluminio e acciaio si ha anche nel modulo di Young (modulo elastico: magnesio circa 45 GPa; alluminio 70 GPa; acciaio al carbonio 200 GPa).
\nIn termini generali, il magnesio metallico dispone di fonti pressoch\u00e9 infinite: oltre ad essere l\u2019ottavo elemento costituente la crosta terrestre, \u00e8 il terzo elemento solido disciolto in acqua di mare (vedi Tabella 2).
\nOgni litro d\u2019acqua di mare contiene in media circa 1,2 grammi di magnesio; per confronto si ricorda che lo stesso litro d\u2019acqua contiene circa 0,5 milligrammi di alluminio. Vi sono poi estesi territori costituiti prevalentemente da minerali contenenti magnesio, quale ad esempio la dolomite, o molto ricchi in sali di Mg disciolti in salamoie naturali. A somiglianza dell\u2019alluminio il magnesio \u00e8 un metallo fortemente elettronegativo e perci\u00f2 \u00e8 necessaria una elevata quantit\u00e0 di energia per ridurlo dai suoi ossidi (circa 3 volte pi\u00f9 dell\u2019alluminio). Inoltre, mentre l\u2019ossido di alluminio \u00e8 compatto e fortemente aderente al metallo, nel caso del magnesio ci si trova di fronte ad un ossido disomogeneo e poroso che non ha elevate caratteristiche di resistenza alla corrosione. Questa scarsa resistenza ha rappresentato uno dei maggiori ostacoli alla diffusione del magnesio. Gi\u00e0 durante la prima guerra mondiale era stato sviluppato un sistema di leghe per una gamma di possibili applicazioni nella nascente industria aeronautica, ma poco dopo si fu costretti a ridurre l\u2019utilizzo di leghe di magnesio per la scarsa resistenza ad attacchi corrosivi anche solo in ambienti umidi. Studi successivi hanno condotto alla modifica della composizione di queste leghe con l\u2019aggiunta di un ridotto quantitativo di manganese, in grado di formare, con il ferro presente, intermetallici meno attivi dal punto di vista della corrosione del ferro libero.<\/p>\n
\nLe leghe di magnesio analogamente a quanto avviene per quelle di alluminio, subiscono una prima classificazione in funzione dell\u2019uso finale. Si differenziano cio\u00e8 le leghe da fonderia da quelle per lavorazioni plastiche, con le prime particolarmente idonee a processi di pressocolata e le seconde destinate alla produzione di estrusi e laminati.
\nUna seconda distinzione si fa tra leghe da incrudimento e da trattamento termico in quanto con alcuni elementi il magnesio forma composti con un processo di precipitazione indurente simile all\u2019analogo processo nelle leghe di alluminio da trattamento termico. Anche in questo sistema il processo di precipitazione indurente \u00e8 possibile: la lega dopo aver formato una soluzione solida ad alta temperatura, viene temprata ed invecchiata a temperatura ambiente (stato fisico T4 ) o posto dopo tempra ad una temperatura media per un tempo che consenta il raggiungimento del massimo delle caratteristiche tensili (stato T6). In entrambi casi, la soluzione solida temprata \u00e8 instabile e si sviluppa un processo di precipitazione indurente con presenza iniziale di zone ad elevatissima coerenza con il reticolo della soluzione solida e successiva trasformazione in precipitati a coerenza sempre pi\u00f9 ridotta sino alla struttura iper invecchiata di equilibrio.<\/p>\n
\nAlluminio: Quasi tutte le leghe di magnesio commerciali contengono alluminio; nella Figura 1 \u00e8 rappresentato il diagramma di stato Al-Mg. Al e Mg sono completamente solubili allo stato liquido e a 437 \u00b0C avviene una reazione eutettica con tre fasi, liquido, soluzione solida a di Al in Mg e b intermetallico con circa il 40% di alluminio. Le leghe commerciali non hanno quasi mai una concentrazione di alluminio superiore al 10% per limitare la presenza della fase b che riduce la lavorabilit\u00e0 all\u2019utensile e la deformabilit\u00e0 dei semilavorati.
\nManganese: la presenza di manganese nelle leghe di magnesio \u00e8 richiesta per abbassare il tenore di ferro nel liquido con formazione di composti poco solubili Al-Mn-Fe.
\nSilicio: l\u2019aggiunta di silicio aumenta la resistenza allo scorrimento a caldo
\nZinco: lo zinco \u00e8 aggiunto alle leghe Mg-Al per aumentarne le caratteristiche tensili
\nZirconio: lo zirconio viene aggiunto a tutte le famiglie di leghe di Mg per sfruttarne le caratteristiche di affinante del grano e nucleante in solidificazione
\nAlliganti non usuali: un significativo incremento della lavorabilit\u00e0 delle leghe di magnesio si ottiene con ridotte aggiunte di elementi non comuni quali il Torio e le Terre Rare.
\nLeghe di magnesio: classificazione secondo ASTM B275
\nLe leghe di magnesio sono classificate con un sistema alfanumerico definito dalla norma ASTM B275, in particolare l\u2019elemento alligante \u00e8 identificato da una lettera maiuscola. Nel caso di leghe binarie, due lettere identificano l\u2019alligante principale (prima lettera ) ed il secondo in termini di percentuale (seconda lettera ), segue un numero intero di una o due cifre che rappresentano la percentuale di alligante approssimata all\u2019intero. Nella Tabella 3 \u00e8 riassunto lo schema di classificazione per i principali elementi di lega<\/p>\n
\nNella Tabella 4 si riportano per alcune leghe di magnesio da lavorazione plastica le percentuali degli alliganti principali e le caratteristiche tensili dei semilavorati in diversi stati fisici.
\nLe tecnologie di fonderia rappresentano la maggior quota attuale di consumo delle leghe di magnesio, in particolare la pressocolata \u00e8 da tutti pronosticata come la tecnologia fusoria di maggior sviluppo. Nella Tabella 5 si riportano le caratteristiche tensili di alcune leghe per le diverse tecniche di fonderia.<\/p>\n
\nNegli ultimi anni la produzione di magnesio metallico primario \u00e8 stata condotta in soli sette paesi per un valore totale di circa un milione di tonnellate. La Tabella 6 riporta le quantit\u00e0 prodotte nel 2015 e 2016 nei primi cinque paesi produttori. E\u2019 facile notare come la produzione cinese rappresenta circa l\u201980% del totale. Oltre al metallo primario, \u00e8 necessario considerare nei consumi anche una significativa quota di metallo secondario. Infatti, Il magnesio, come l\u2019alluminio, \u00e8 riciclabile praticamente senza perdita di caratteristiche, quindi utilizzabile in alternativa al metallo primario in quasi tutte le lavorazioni, e con un netto e significativo guadagno energetico rispetto al primario. La produzione di magnesio secondario \u00e8 stimato, negli stessi anni considerati in Tabella 6, pari a circa 200-250.000 tonnellate l\u2019anno, delle quali circa 125.000 sono prodotte negli Stati Uniti. Le previsioni di crescita indicano un aumento di circa il 3,5% annuo con una produzione di primario prevista nel 2020 di circa 1,2 milioni di tonnellate.<\/p>\n
\n1. Agente riducente nella produzione di diversi metalli tra i quali il titanio
\n2. Alligante in leghe d\u2019alluminio tra le quali si deve ricordare la lega Al-Mn 1%-Mg 1% EN AW 3004 utilizzata per la produzione di cans per bevande, che \u00e8 una delle leghe d\u2019alluminio pi\u00f9 prodotte al mondo. Leghe Al-Mg con tenori di alligante dal 2% al 5% circa sono utilizzate in prodotti nel settore del packaging diversi dai cans, nelle costruzioni nautiche e nelle parti di carrozzeria nell\u2019automobile. Complessivamente la quota annua di magnesio usato come alligante in leghe d\u2019alluminio \u00e8 pari a circa il 35% del consumo di magnesio primario
\n3. Leghe di magnesio per getti di fonderia in particolare da pressocolata. Negli USA le applicazioni strutturali che comprendono le applicazioni automotive assorbono circa il 20% del consumo.
\nLimitando l\u2019attenzione a quest\u2019ultimo tipo di impiego, il consumo di magnesio \u00e8 crescente nella produzione di carter protettivi, coperchi, corpi di pompe dell\u2019olio, telai di sedili e volanti. Di grande interesse tecnico \u00e8 stato anche nel recente passato lo sviluppo di parti fuse di grandi dimensioni (portiere, portelloni) e parti di motore miste alluminio \u2013 magnesio. Recentemente, un settore in espansione che ha sviluppato applicazioni super leggere \u00e8 quello delle biciclette elettriche molto diffuse nei bike sharing metropolitani.
\nUna veloce analisi del mercato italiano degli ultimi anni, mostra un \u201cperiodo d\u2019oro\u201d nell\u2019uso di getti in magnesio per automobili italiane. Negli anni a cavallo del secolo infatti il Gruppo Fiat ha sviluppato diversi particolari in magnesio utilizzando soprattutto tecnologie di pressocolata ad alta pressione. Sono stati realizzati getti di grandi dimensioni sfruttando l\u2019elevata fluidit\u00e0 del metallo superleggero sino allo sviluppo prototipale di intere portiere per modelli Alfa Romeo. Negli anni successivi il Gruppo ha scelto strade di sviluppo diverse.
\nPer quanto riguarda il consumo attuale di magnesio metallico nelle fonderie italiane, va notato che \u00e8 pari a circa 8.000 tonnellate\/anno (dato Assofond), cio\u00e8 circa l\u20191% dell\u2019analogo consumo di alluminio (800.000 ton\/anno). Se l\u2019industria automobilistica europea svilupper\u00e0 i progetti legati al magnesio i numeri determinati dalle nuove richieste saranno molto diversi da quelli sopra riportati. Nel nuovo panorama sar\u00e0 importante per le fonderie italiane acquisire velocemente molto pi\u00f9 approfondite conoscenze scientifiche e pratiche relativa al metallo super leggero.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"