La pressofusione del magnesio è ampiamente utilizzata per produrre componenti metallici leggeri, resistenti e dimensionalmente stabili. Essendo il metallo strutturale più leggero tra quelli comunemente utilizzati, il magnesio offre un’eccellente riduzione di peso, una buona colabilità, un elevato rapporto rigidità/peso e un forte smorzamento delle vibrazioni, rendendolo adatto ai settori automobilistico, elettronico, aerospaziale, medico e dei prodotti di consumo. Poiché il magnesio puro presenta una resistenza meccanica e una resistenza alla corrosione limitate, viene solitamente legato con elementi quali alluminio, zinco, manganese, silicio, calcio ed elementi delle terre rare per migliorarne la colabilità e le prestazioni.
Di cosa sono composte le leghe di magnesio per pressofusione?
Queste leghe sono formulate per scorrere bene negli stampi in acciaio, riempire sezioni a pareti sottili, resistere alla formazione di crepe e garantire proprietà meccaniche stabili dopo la solidificazione.
Tra le leghe di magnesio più comuni per la pressofusione figurano:
- AZ91D
- AM60B
- AM50A
- AM20
- AS41B
- AE42
- AE44
- AJ62
- Leghe della serie MRI
Ogni lega presenta caratteristiche di resistenza diverse. Alcune leghe sono più adatte per alloggiamenti di uso generale, mentre altre sono progettate per garantire resistenza agli urti, duttilità, prestazioni a temperature elevate o una maggiore resistenza allo scorrimento.
Perché si utilizza il magnesio nella pressofusione
Il magnesio è particolarmente adatto alla pressofusione perché presenta una buona fluidità, una rapida solidificazione e una bassa densità. Queste caratteristiche consentono ai produttori di realizzare componenti a pareti sottili con forme complesse.
I principali vantaggi della pressofusione del magnesio sono i seguenti:
- Struttura leggera
Il magnesio contribuisce a ridurre il peso dei componenti nei veicoli, nei dispositivi elettronici, negli utensili e nelle apparecchiature portatili.
- Buona colabilità
Molte leghe di magnesio sono in grado di riempire cavità complesse e pareti sottili.
- Elevato rapporto resistenza/peso
I componenti in magnesio garantiscono una resistenza utile pur rimanendo leggeri.
- Buon smorzamento delle vibrazioni
Il magnesio è in grado di ridurre le vibrazioni e il rumore nelle applicazioni meccaniche.
- Eccellente lavorabilità
Il magnesio è generalmente più facile da lavorare rispetto a molti altri metalli.
- Buona schermatura elettromagnetica
Gli alloggiamenti in magnesio sono spesso utilizzati per prodotti elettronici e di comunicazione.
- Riciclabilità
Gli scarti di magnesio e i canali di colata possono spesso essere riciclati con un adeguato controllo del processo.
Leghe comuni per la pressofusione del magnesio
Le leghe di magnesio per pressofusione più diffuse appartengono alle famiglie AZ, AM, AS, AE e AJ. Le sigle delle leghe indicano solitamente i principali elementi di lega. Ad esempio, AZ sta per alluminio e zinco, mentre AM sta per alluminio e manganese.
| Famiglia di leghe | Elementi di lega principali | Vantaggio principale | Applicazioni comuni |
| Serie AZ | Alluminio + zinco | Resistenza, colabilità, resistenza alla corrosione | Alloggiamenti, staffe, coperture |
| Serie AM | Alluminio + manganese | Duttilità, resistenza agli urti | Componenti di sicurezza per il settore automobilistico, volanti |
| Serie AS | Alluminio + silicio | Migliore resistenza allo scorrimento | Componenti per motore e trasmissione |
| Serie AE | Alluminio + elementi delle terre rare | Migliori prestazioni alle alte temperature | Componenti del gruppo motopropulsore e parti esposte al calore |
| Serie AJ | Alluminio + Stronzio | Resistenza allo scorrimento, stabilità termica | Componenti del gruppo motopropulsore per il settore automobilistico |
Lega di magnesio AZ91D
L’AZ91D è la lega di magnesio per pressofusione più diffusa. È spesso considerata la scelta più versatile per i componenti in magnesio pressofuso. Secondo i dati della NADCA, l’AZ91D è la lega di magnesio per pressofusione più utilizzata, mentre l’AZ91D e l’AZ81 sono due delle leghe di magnesio per pressofusione commerciali più resistenti.
L’AZ91D contiene circa l’1% di zinco e il 9% di alluminio. Offre un buon equilibrio tra resistenza, colabilità, resistenza alla corrosione e costo. Grazie a questo equilibrio, è ampiamente utilizzata nei componenti automobilistici, negli alloggiamenti elettronici, nelle apparecchiature di comunicazione, negli alloggiamenti per utensili elettrici e nei componenti industriali in generale.
Vantaggi dell’AZ91D
- Eccellente colabilità
- Buona resistenza
- Buona resistenza alla corrosione quando i livelli di impurità sono controllati
- Adatto alla pressofusione a pareti sottili
- Facilmente reperibile ed economico
- Buona finitura superficiale dopo la fusione
Limiti dell’AZ91D
- Duttilità limitata rispetto alle leghe AM
- Non è la scelta migliore per componenti di sicurezza soggetti a forti impatti
- Resistenza limitata allo scorrimento ad alta temperatura
- Richiede un adeguato trattamento superficiale in ambienti corrosivi
L’AZ91D rappresenta solitamente una buona scelta quando il componente richiede una struttura robusta e leggera, ma non necessita di una duttilità molto elevata né di prestazioni a lungo termine alle alte temperature.
Lega di magnesio AM60B
Un’altra lega di magnesio comunemente utilizzata per la pressofusione è l’AM60B. Viene spesso scelta quando sono richieste una maggiore duttilità e resistenza agli urti. Dynacast descrive l’AM60B come una lega di magnesio per pressofusione molto diffusa per applicazioni che richiedono resistenza, duttilità e leggerezza.
Rispetto all’AZ91D, l’AM60B contiene meno alluminio e nessuna aggiunta significativa di zinco. Ciò le conferisce un migliore allungamento e migliori prestazioni agli urti, sebbene la sua resistenza possa essere leggermente inferiore rispetto all’AZ91D.
Applicazioni comuni dell’AM60B
- Volanti per autoveicoli
- Telai dei sedili
- Supporti per cruscotti
- Staffe di sicurezza
- Alloggiamenti strutturali
- Componenti resistenti agli urti
L’AM60B viene spesso impiegato in applicazioni automobilistiche in cui i componenti devono assorbire energia in caso di impatto.
Leghe di magnesio AM50A
L’AM50A è simile all’AM60B ma contiene una quantità leggermente inferiore di alluminio. Ciò conferisce all’AM50A una maggiore duttilità e tenacità, rendendola adatta a componenti che richiedono resistenza alla deformazione e assorbimento di energia.
L’AM50A viene spesso impiegata in componenti strutturali per il settore automobilistico, parti dei sedili, staffe e componenti legati alla sicurezza. Rappresenta una scelta ottimale quando la duttilità è più importante della resistenza massima.
| Lega | Resistenza | Duttilità | Colabilità | Impiego tipico |
| AZ91D | Elevata | Media | Eccellente | Parti pressofuse generiche |
| AM60B | Medio-alto | Buono | Buono | Componenti resistenti agli urti |
| AM50A | Media | Ottimo | Buono | Componenti di sicurezza e strutturali |
Lega di magnesio AM20
L’AM20 contiene una percentuale di alluminio inferiore rispetto all’AM50A e all’AM60B. Offre una maggiore duttilità ma una resistenza inferiore. Non è così diffusa come l’AZ91D o l’AM60B, ma può rivelarsi utile per componenti in cui la formabilità, la tenacità e la resistenza agli urti sono caratteristiche importanti.
L’AM20 può essere scelta per applicazioni automobilistiche o strutturali speciali in cui la fusione deve resistere alla formazione di crepe sotto carico.
Lega di magnesio AS41B
L’AS41B è una lega di alluminio-silicio-magnesio. L’aggiunta di silicio contribuisce a migliorare la resistenza allo scorrimento rispetto alle comuni leghe AZ e AM. La resistenza allo scorrimento è importante quando un componente deve mantenere la propria forma sotto sollecitazioni prolungate a temperature elevate.
L’AS41B può essere utilizzata per componenti relativi al motore, componenti della trasmissione e altre applicazioni esposte a calore moderato. Tuttavia, la sua resistenza alla corrosione e la sua colabilità potrebbero non eguagliare sempre quelle dell’AZ91D nelle applicazioni generali.
Leghe di magnesio AE42 e AE44
Le leghe della serie AE contengono alluminio ed elementi delle terre rare. Queste leghe sono progettate per garantire prestazioni migliorate alle alte temperature. L’AE44, ad esempio, viene spesso utilizzata laddove è richiesta una maggiore resistenza al calore.
Una recente analisi delle leghe di magnesio per pressofusione ad alta pressione rileva che l’AZ91D viene impiegata dove è richiesta un’elevata resistenza a temperature moderate, l’AM50A e l’AM60B vengono utilizzate dove è necessaria un’elevata duttilità, mentre l’AE44 è impiegata per applicazioni a temperature elevate.
Le leghe AE sono più costose delle leghe di magnesio per uso generico, ma possono offrire una migliore resistenza allo scorrimento e una maggiore stabilità termica.
Composizione chimica tipica delle comuni leghe di magnesio per pressofusione
La tabella seguente mostra gli intervalli di composizione tipici di diverse leghe di magnesio per pressofusione. In base alla norma richiesta, al certificato del fornitore e alle specifiche del cliente, è sempre necessario verificare le quantità esatte.
| Lega | Alluminio % | Zinco % | Manganese % | Altri elementi chiave | Caratteristica principale |
| AZ91D | 8,3–9,7 | 0,35–1,0 | 0,15–0,50 | Basso contenuto di Fe, Cu, Ni | Resistenza e colabilità per impieghi generici |
| AM60B | 5,5–6,5 | ≤0,22 | 0,24–0,60 | Basso controllo delle impurità | Equilibrio tra resistenza e duttilità |
| AM50A | 4,4–5,4 | ≤0,22 | 0,26–0,60 | Basso controllo delle impurità | Maggiore duttilità |
| AM20 | 1,7–2,2 | ≤0,10 | ≥0,50 | Basso controllo delle impurità | Elevata duttilità |
| AS41B | 3,5–5,0 | ≤0,12 | 0,35–0,70 | Silicio 0,5–1,5 | Migliore resistenza allo scorrimento |
| AE42 | 3,4–4,6 | ≤0,22 | Circa 0,25 | Elementi delle terre rare | Prestazioni a temperature elevate |
Gli intervalli di composizione sopra indicati si basano sulle tabelle di dati pubblicate relative alle leghe di magnesio per pressofusione commerciali quali AZ91D, AM60B, AM50A, AM20, AE42 e AS41B.
Proprietà meccaniche tipiche
Le proprietà meccaniche dipendono dalla composizione della lega, dal design del pezzo fuso, dalla temperatura dello stampo, dai parametri di iniezione, dal livello di porosità, dallo spessore delle pareti e dal metodo di prova. I valori riportati di seguito sono valori di riferimento tipici, non valori garantiti per ogni pezzo fuso.
| Lega | Resistenza alla trazione | Resistenza allo snervamento | Allungamento | Densità | Osservazioni generali |
| AZ91D | Circa 240 MPa | Circa 160 MPa | Circa il 3% | Circa 1,81 g/cm³ | Lega resistente per uso generico |
| AM50A | Circa 210 MPa | Circa 125 MPa | Circa il 10% | Circa 1,77 g/cm³ | Buona duttilità |
| AM60B | Circa 225 MPa | Circa 130 MPa | Circa l’8% | Circa 1,80 g/cm³ | Buona resistenza agli urti |
| AM20 | Circa 190 MPa | Circa 90 MPa | Circa il 12% | Circa 1,75 g/cm³ | Elevata duttilità, resistenza inferiore |
| AE42 | Circa 230 MPa | Circa 145 MPa | Circa il 10% | Circa 1,79 g/cm³ | Migliore resistenza al calore |
| AE44 | Circa 245 MPa | Circa 142 MPa | Circa il 10% | Circa 1,82 g/cm³ | Applicazioni a temperatura elevata |
Questi valori tipici delle proprietà sono riportati nei dati relativi alle proprietà dei materiali delle leghe di magnesio per pressofusione, ma le proprietà effettive di produzione devono essere verificate tramite prove e documentazione del fornitore.
In che modo gli elementi di lega influenzano la pressofusione del magnesio
Al magnesio vengono aggiunti diversi elementi di lega per migliorarne le prestazioni specifiche.
Alluminio
L’alluminio migliora la resistenza, la durezza e la colabilità. Le leghe AZ91D, AM60B e AM50A contengono tutte alluminio. Un contenuto più elevato di alluminio di solito migliora la resistenza, ma può ridurre la duttilità.
Zinco
Lo zinco contribuisce a migliorare la resistenza nelle leghe AZ. Tuttavia, un eccesso di zinco può aumentare il rischio di fessurazione a caldo, pertanto il suo contenuto deve essere controllato.
Manganese
Il manganese contribuisce a migliorare la resistenza alla corrosione riducendo l’effetto dannoso delle impurità di ferro. È importante in molte leghe di magnesio per pressofusione.
Silicio
Il silicio migliora la resistenza allo scorrimento nelle leghe AS. È utile per i componenti esposti a temperature elevate.
Elementi delle terre rare
L’aggiunta di elementi delle terre rare migliora la resistenza alle alte temperature e la resistenza allo scorrimento. Le leghe AE utilizzano elementi delle terre rare per una migliore stabilità termica.
Calcio e stronzio
Il calcio e lo stronzio possono migliorare la resistenza allo scorrimento e la resistenza alla fiamma in alcune leghe avanzate di magnesio. Questi elementi sono spesso utilizzati in applicazioni speciali ad alta temperatura o nel settore automobilistico.
Scelta della giusta lega di magnesio per pressofusione
La scelta della lega giusta dipende dalla funzione del prodotto, dall’ambiente, dalle condizioni di carico e dall’obiettivo di costo.
Scegliete l’AZ91D quando avete bisogno di:
- Pressofusione di magnesio per uso generico
- Buona resistenza
- Buona colabilità
- Finitura superficiale liscia
- Produzione economicamente vantaggiosa
- Alloggiamenti, coperchi, staffe e componenti per prodotti di consumo
Scegliete l’AM60B quando avete bisogno di:
- Una duttilità superiore rispetto all’AZ91D
- Resistenza agli urti
- Prestazioni strutturali nel settore automobilistico
- Assorbimento di energia
- Componenti legati alla sicurezza
Scegliete l’AM50A quando avete bisogno di:
- Maggiore duttilità
- Maggiore tenacità
- Componenti strutturali per il settore automobilistico
- Componenti esposti a urti o flessione
Scegli le leghe AE o AS quando hai bisogno di:
- Migliori prestazioni alle alte temperature
- Maggiore resistenza allo scorrimento
- Componenti del gruppo motopropulsore o dell’area motore
- Stabilità dimensionale a lungo termine in presenza di calore
Guida all’applicazione delle leghe di magnesio per pressofusione
| Applicazione | Lega raccomandata | Motivo |
| Alloggiamento elettronico | AZ91D | Buona colabilità e finitura superficiale |
| Telaio per laptop o fotocamera | AZ91D / AM60B | Leggero e rigido |
| Volante per auto | AM60B | Duttilità e resistenza agli urti |
| Componente del telaio del sedile | AM50A / AM60B | Tenacità e assorbimento di energia |
| Alloggiamento per utensili elettrici | AZ91D | Resistenza e lavorabilità |
| Staffa per vano motore | AS41B / AE44 | Migliore resistenza al calore |
| Componente della trasmissione | Leghe AE42 / AE44 / AJ | Resistenza allo scorrimento |
| Coperture per uso industriale generale | AZ91D | Conveniente e stabile |
Trattamento superficiale per pressofusioni in magnesio
Il magnesio offre buone prestazioni in termini di leggerezza, ma richiede una protezione adeguata in ambienti corrosivi. Il trattamento superficiale è spesso necessario, specialmente per applicazioni nel settore automobilistico, all’aperto, nautico o elettronico.
I trattamenti superficiali più comuni includono:
- Rivestimento di conversione al cromato
- Trattamento al fosfato
- Ossidazione a microarco
- Anodizzazione
- Rivestimento elettroforetico
- Verniciatura a polvere
- Verniciatura
- Placcatura dopo un adeguato pretrattamento
Il trattamento superficiale migliora la resistenza alla corrosione, l’aspetto, la resistenza all’usura e l’adesione del rivestimento.
Suggerimenti importanti per la progettazione di pezzi pressofusi in magnesio
Una buona scelta della lega da sola non è sufficiente. Anche la progettazione del prodotto influisce sulla qualità della fusione.
Le pratiche di progettazione raccomandate includono:
- Mantenere lo spessore delle pareti il più uniforme possibile
- Evitare angoli interni acuti
- Aggiungere angoli di sformo adeguati
- Utilizzare nervature anziché sezioni piene spesse
- Evitare zone isolate di maggiore spessore
- Progettare sporgenze e elementi di fissaggio adeguati
- Considerare la posizione del punto di iniezione e la direzione del flusso
- Prevedere un margine di lavorazione sufficiente solo dove necessario
- Pianificare il trattamento superficiale in anticipo
- Verificare i requisiti di tolleranza prima della progettazione dello stampo
La pressofusione del magnesio consente di ottenere forme complesse, ma una progettazione inadeguata può causare porosità, ritiro, deformazioni, crepe o costi di lavorazione elevati.
Difetti comuni nella pressofusione del magnesio
I difetti nella pressofusione del magnesio sono spesso legati alla scelta della lega, alla gestione del metallo fuso, alla progettazione dello stampo e al controllo del processo.
Tra i difetti più comuni figurano:
- Porosità
- Chiusure a freddo
- Segni di scorrimento
- Ritiro
- Fessurazioni a caldo
- Bavature
- Inclusioni da ossidazione
- Corrosione superficiale
- Deformazione dimensionale
Per ridurre i difetti, i produttori dovrebbero controllare la purezza del fuso, la velocità di iniezione, la temperatura dello stampo, lo sfiato, l’assistenza del vuoto, l’equilibrio di raffreddamento e il processo di rifilatura.
Magnesio e alluminio: materiali per la pressofusione
Sia il magnesio che l’alluminio sono materiali leggeri molto diffusi nella pressofusione. Il magnesio è più leggero e più facile da lavorare, mentre l’alluminio offre solitamente una migliore resistenza alle alte temperature e una più ampia resistenza alla corrosione.
| Fattore | Pressofusione del magnesio | Pressofusione dell’alluminio |
| Densità | Inferiore | Superiore a quella del magnesio |
| Riduzione del peso | Eccellente | Buona |
| Colabilità | Molto buona | Molto buona |
| Lavorabilità | Eccellente | Buona |
| Resistenza | Buona | Da buona ad alta |
| Prestazioni alle alte temperature | Dipende dalla lega | Generalmente migliori |
| Resistenza alla corrosione | Necessita di protezione superficiale | Di solito migliori |
| Costo | Costo del materiale spesso più elevato | Costo dei materiali spesso inferiore |
| Impiego ottimale | Componenti di precisione leggeri | Componenti strutturali generici |
Le leghe di magnesio per pressofusione vengono selezionate in base a resistenza, duttilità, resistenza alla temperatura, resistenza alla corrosione, progettazione del componente, volume di produzione e costo. L’AZ91D è la lega per uso generico più comune, mentre l’AM60B e l’AM50A offrono una migliore duttilità e resistenza agli urti. Le leghe di magnesio AS, AE e a terre rare sono adatte ad applicazioni a temperature più elevate. Con la lega, la progettazione dello stampo e il controllo di processo adeguati, la pressofusione del magnesio consente di produrre componenti leggeri e di alta qualità per il settore automobilistico, elettronico, aerospaziale, medico e industriale.