Leghe di magnesio: applicazione, classificazione e proprietà

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Le leghe di magnesio hanno una serie di proprietà fisiche e chimiche uniche, le principali delle quali sono bassa densità e alta resistenza. La combinazione di queste qualità nei materiali con l'aggiunta di magnesio permette di realizzare prodotti e strutture con caratteristiche di elevata resistenza e peso ridotto.

Caratteristiche del magnesio

La produzione industriale e l'uso del magnesio sono iniziati relativamente di recente, solo circa 100 anni fa. Questo metallo ha una massa ridotta, poiché ha una densità relativamente bassa (1,74 g / cmᶟ), una buona resistenza all'aria, agli alcali, ai mezzi gassosi contenenti fluoro e oli minerali.

Il suo punto di fusione è di 650 gradi. È caratterizzato da un'elevata attività chimica fino alla combustione spontanea in aria. La resistenza alla trazione del magnesio puro è di 190 MPa, il modulo elastico è di 4.500 MPa e l'allungamento relativo è del 18%. Il metallo ha un'elevata capacità di smorzamento (assorbe efficacemente le vibrazioni elastiche), che gli fornisceeccellente tolleranza agli urti e ridotta sensibilità ai fenomeni risonanti.

Altre caratteristiche di questo elemento includono una buona conduttività termica, una bassa capacità di assorbire i neutroni termici e di interagire con il combustibile nucleare. Grazie alla combinazione di queste proprietà, il magnesio è un materiale ideale per creare gusci ermeticamente sigillati di elementi ad alta temperatura di reattori nucleari.

Il magnesio si lega bene con vari metalli ed è uno dei forti agenti riducenti, senza il quale il processo metallotermico è impossibile.

Nella sua forma pura, viene utilizzato principalmente come aggiunta di lega in leghe con alluminio, titanio e alcuni altri elementi chimici. Nella metallurgia ferrosa, il magnesio viene utilizzato per la desolforazione profonda di acciaio e ghisa e le proprietà di quest'ultima sono migliorate dalla sferoidizzazione della grafite.

Magnesio e additivi leganti

Le aggiunte di lega più comuni utilizzate nelle leghe a base di magnesio includono elementi come alluminio, manganese e zinco. Attraverso l'alluminio, la struttura migliora, la fluidità e la resistenza del materiale aumentano. L'introduzione dello zinco permette inoltre di ottenere leghe più resistenti con una granulometria ridotta. Con l'aiuto del manganese o dello zirconio aumenta la resistenza alla corrosione delle leghe di magnesio.

L'aggiunta di zinco e zirconio fornisce una maggiore resistenza e duttilità delle miscele metalliche. E la presenza di alcune terre rareelementi, come neodimio, cerio, ittrio, ecc., contribuiscono a un aumento significativo della resistenza al calore e alla massimizzazione delle proprietà meccaniche delle leghe di magnesio.

Per creare materiali ultraleggeri con una densità da 1,3 a 1,6 g/mᶟ, il litio viene introdotto nelle leghe. Questo additivo permette di dimezzarne il peso rispetto alle miscele di alluminio e metallo. Allo stesso tempo, i loro indicatori di plasticità, fluidità, elasticità e producibilità raggiungono un livello superiore.

Classificazione delle leghe di magnesio

Le leghe di magnesio sono classificate secondo una serie di criteri. Questo è:

• secondo il metodo di lavorazione - per colata e deformabile;
• secondo il grado di sensibilità al trattamento termico - in non temprato e temprato mediante trattamento termico;
• per proprietà e applicazioni - per leghe resistenti al calore, ad alta resistenza e per uso generale;
• a seconda del sistema di lega - esistono diversi gruppi di leghe di magnesio lavorato non temprabili e termoindurenti.

Leghe da colata

Questo gruppo comprende leghe con aggiunta di magnesio, progettate per la produzione di varie parti ed elementi mediante fusione sagomata. Hanno diverse proprietà meccaniche, a seconda delle quali si dividono in tre classi:

• forza media;
• ad alta resistenza;
• resistente al calore.

In termini di composizione chimica, anche le leghe sono divise in tre gruppi:

• alluminio + magnesio + zinco;
• magnesio + zinco + zirconio;
• magnesio + terre rareelementi + zirconio.

Proprietà di colata delle leghe

Le migliori proprietà di colata tra i prodotti di questi tre gruppi hanno leghe di alluminio-magnesio. Appartengono alla classe dei materiali ad alta resistenza (fino a 220 MPa), quindi sono l'opzione migliore per la produzione di parti di motori per aerei, automobili e altre apparecchiature operanti sotto carichi meccanici e termici.

Per aumentare le caratteristiche di resistenza, le leghe di alluminio-magnesio sono anche legate con altri elementi. Ma la presenza di impurità di ferro e rame è indesiderabile, poiché questi elementi hanno un effetto negativo sulla saldabilità e sulla resistenza alla corrosione delle leghe.

Le leghe di magnesio fuso vengono preparate in vari tipi di forni fusori: forni a riverbero, forni a crogiolo con riscaldamento a gas, olio o elettrico, o forni a induzione a crogiolo.

Speciali flussi e additivi vengono utilizzati per prevenire la combustione durante la fusione e la colata. I getti vengono prodotti mediante colata in stampi di sabbia, gesso e conchiglia, sotto pressione e utilizzando modelli a rivestimento.

Leghe lavorate

Rispetto alle leghe fuse, le leghe di magnesio lavorate sono più forti, più duttili e più resistenti. Sono utilizzati per la produzione di sbozzati mediante laminazione, pressatura e stampaggio. Come trattamento termico dei prodotti, l'indurimento viene utilizzato a una temperatura di 350-410 gradi, seguito da un raffreddamento arbitrario senza invecchiamento.

Quando riscaldatole proprietà plastiche di tali materiali aumentano, pertanto la lavorazione delle leghe di magnesio avviene per mezzo di pressione e ad alte temperature. Lo stampaggio viene eseguito a 280-480 gradi sotto pressa per mezzo di stampi chiusi. Nella laminazione a freddo vengono eseguite frequenti ricotture intermedie di ricristallizzazione.

Quando si saldano leghe di magnesio, la resistenza della cucitura del prodotto può essere ridotta nei segmenti in cui è stata eseguita la saldatura, a causa della sensibilità di tali materiali al surriscaldamento.

Campi di applicazione delle leghe di magnesio

Vari semilavorati - lingotti, lastre, profili, lamiere, forgiati, ecc. sono prodotti mediante fusione, deformazione e trattamento termico delle leghe. Questi grezzi sono utilizzati per la produzione di elementi e parti di moderni dispositivi tecnici, dove l'efficienza in termini di peso delle strutture (peso ridotto) gioca un ruolo prioritario pur mantenendo le loro caratteristiche di resistenza. Rispetto all'alluminio, il magnesio è 1,5 volte più leggero e 4,5 volte più leggero dell'acciaio.

Attualmente, l'uso delle leghe di magnesio è ampiamente praticato nell'industria aerospaziale, automobilistica, militare e di altro tipo, dove il loro costo elevato (alcuni gradi contengono elementi di lega piuttosto costosi) è giustificato dal punto di vista economico dal possibilità di creare un'apparecchiatura più durevole, più veloce, potente e sicura che possa funzionare efficacemente in condizioni estreme, anche se esposta a temperature elevate.

A causa del loro elevato potenziale elettrico, queste leghe sono il materiale ottimale per creare protezioni che forniscono protezione elettrochimica di strutture in acciaio, come parti di automobili, strutture sotterranee, piattaforme petrolifere, navi marittime, ecc., dai processi di corrosione che si verificano sotto l'influenza di umidità, acqua dolce e di mare.

Le leghe con l'aggiunta di magnesio sono state utilizzate anche in vari sistemi di ingegneria radio, dove vengono utilizzate per creare condotti sonori per le linee a ultrasuoni per ritardare i segnali elettrici.

Conclusione

L'industria moderna pone richieste sempre più elevate ai materiali in termini di resistenza, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e producibilità. L'uso delle leghe di magnesio è una delle aree più promettenti, pertanto la ricerca relativa alla ricerca di nuove proprietà del magnesio e alle possibilità della sua applicazione non si ferma.

Attualmente, l'uso di leghe a base di magnesio nella creazione di varie parti e strutture consente di ridurne il peso di quasi il 30% e aumentare la resistenza alla trazione fino a 300 MPa, ma, secondo gli scienziati, questo è lontano dal limite per questo metallo unico.