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IL MAGNESIO, una risorsa competitiva

1 10/2011Alufiero S.r.l.

IL MAGNESIOuna risorsa competitiva



L’industria e il design da sempre sono un insieme attorno al quale si sviluppano idee e tecnologie affascinanti, destinate a migliorare quello che l’uomo desidera costruire.

ALUFIERO che da anni affianca imprese ed industrie italiane, costruttori, ingegneri ed architetti, commercializzando una gamma di prodotti e materiali di primarie aziende mondiali che si distinguono per la qualità del loro lavoro e le caratteristiche innovative di quello che producono. Non un’offerta di semplici prodotti e soluzioni quindi, ma di eccellenza dell’impegno umano, per renderlo comodamente disponibile alle aziende di casa nostra.

SHL-ALUBIN rappresenta il maggiore produttore certificato di profili in alluminio e magnesio Israeliano, con oltre 1.200 tonnellate al mese suddivisi in circa 6.000 tipi di profili diversi destinati alle industrie nazionali e internazionali. Nei due stabilimenti, oltre a tre estrusori (un quarto in Messico), si trovano impianti di stampaggio in pressofusione, un impianto di verniciatura, una linea di anodizzazione e una per trattamento PVDF. Oltre ai processi produttivi, l’organizzazione prevede uffici R&D per la progettazione degli stampi, l’analisi di nuovi progetti in termini di fattibilità e industrializzazione per forniture tempestive sia di prodotti estrusi che presso fusi in alluminio, magnesio e leghe derivate.

ALUFIERO & ALUBIN insieme Vi propongono il magnesio di oggi, il metallo strutturale più leggero in assoluto e dalle straordinarie doti di riciclabilità a costi contenuti.

Scopriamolo…

ALUFIERO E ALUBINIl magnesio diventa

familiare.



Settori industriali dove trova applicazione il magnesio:

militare•aeronautica/elicotteristica•automotive•elettronica/elettroutensili•ciclo e motociclo•biomeccanica•accessoristica•oggettistica sportiva •

Alcuni esempi di prodotti industriali in Magnesio

IL MAGNESIO IL DESIGN E LA

TECNICAMetallo strategico

per l’industria.



Segalbikes, oggi alla 3° generazione di biciclette al magnesio, realizza questi telai in un’unica lega di magnesio sviluppata appositamente per produrre tubi da telaio. Una lega perfetta studiata per garantire le migliori performance nelle saldature e per assicurare:

robustezza•elevatarigidità•capacitàdiassorbirelevibrazioni(tipicacaratteristicadelmagnesio)•resistenzaallacorrosione•ultreleggerazza•

Il risultato è un telaio eccezionale, ancora più leggero e resistente di un telaio in fibra di carbonio. 35% più leggero dell’alluminio.

Nei particolari è visibile la perfezione delle saldature, la possibilità di forgiare/modellare i profilati, l’accuratezza della finitura superficiale.

MAGNESIUM BIKESUn esempio concreto

Peso telaio: 1,288 Kg



Negli ultimi 5 anni l’utilizzo del magnesio e delle sue leghe nell’industria mondiale è triplicato, a conferma del particolare interesse verso questo materiale, considerato moderno per le sue caratteristiche.

Dall’esperienza produttiva di una grande azienda tecnica, la possibilità anche per le imprese italiane di utilizzare questo materiale strategico considerato il metallo strutturale più leggero in assoluto.

Possiamo fornire:estrusi commerciali (con diametri da 1,6 mm a 254 mm, o di sezione •rettangolare fino a 279 mm)estrusi su disegno•progettazione e sviluppo di nuovi profili o di stampi per particolari •presso fusiparticolari presso fusi grezzi o lavorati (finiti)•consulenze per l’industrializzazione di manufatti in magnesio•

E’ utile sapere che…Il magnesio di oggi e i sistemi/prodotti per trasformarlo e proteggerlo sono totalmente differenti rispetto a quelli utilizzati decine di anni fa. Le ultime tecnologie applicabili alle leghe di magnesio permettono ai progettisti di ottenere:

leggerezza elevatissima•caratteristiche meccaniche strutturali•alta precisione dei componenti•ottima finitura superficiale •alta produttività•

Il Magnesio è un metallo per tecnici raffinati.

L’ATTIVITÀ DI ALUFIERO



I vantaggi del Magnesio

è un metallo strutturale economico perché ha una minore densità • rispetto a qualsiasi materiale metallico usato per impieghi strutturali

a parità di dimensioni è il più leggero in assoluto;• -30% rispetto all’alluminio, -70% rispetto all’acciaio

a parità di volume ha costi di trasporto inferiori perché meno pesante•

La lavorabilità del Magnesio

Per realizzare un componente in magnesio si possono utilizzare gli stessi processi degli altri metalli:

estrusione•colata/pressofusione (anche per particolari complessi a parete sottile)•forgiatura (deformazione plastica post estrusione)•saldatura (in atmosfera controllata)•assemblaggio•

Lavorazioni con macchine utensili

Nei vari processi di lavorazione che riguardano l’asportazione di truciolo, il Magnesio e le sue leghe si caratterizzano per:

l’ottima finitura superficiale anche a velocità di taglio elevate e con • grandi spessori di truciolo

minore usura degli utensili•possibilità di ottenere rugosità di 0,1 Micron (ottima finitura superficiale)•

PERCHÉ IL MAGNESIOVantaggi e lavorabilità



Il magnesio è considerato il metallo che pesa meno in assoluto e con la minore densità rispetto a qualsiasi materiale metallico per impieghi strutturali: 1,74 g/cm3.

Abbondante in natura, è presente per il 2,7 % della crosta terrestre e nei mari, da cui viene estratto con particolari processi industriali. Per questa ragione viene definito inesauribile.

Le principali caratteristiche che lo rendono così interessante per usi industriali sono:

leggerezza (30% più leggero dell’alluminio)•resistenza alla forza dinamica e statica•carico di snervamento analogo alle leghe di alluminio•ottima capacità di smorzamento delle vibrazioni•ottima capacità di assorbire urti•ottima capacità di schermatura elettro-magnetica•ottima capacità di dissipare il calore (conducibilità termica più alta della •plastica)riciclabilità completa•bassa resistenza agli utensili da taglio•possibilità di lavorare ad alte velocità di taglio•ottima saldabilità senza perdita di resistenza (in atmosfera controllata)•buona resistenza alla corrosione (con agenti leganti)•resistente all’invecchiamento•

Grazie alla tecnologia Shl-Alubin è possibile utilizzare profili estrusi, anche se il processo che viene utilizzato maggiormente è la presso-fusione.

I vantaggi dei processi di presso-fusione del Magnesio sono:

elevata produttività•alta precisione•elevata qualità e finitura superficiale•possibilità di ottenere microstrutture fini•possibilità di ottenere pareti sottili anche a geometria complessa•elevata fluidità della fusione•incrementi di velocità del processo fusorio del 50%•utilizzo di stampi di acciaio con aumento della vita degli stessi•bassa dispersione termica, risparmio energetico durante il processo•ottima lavorabilità alle macchine utensili con riduzione del 50% del consumo •degli utensili

COS’È IL MAGNESIOLe caratteristiche

Mg

Mg



LE LEGHE DI MAGNESIO

Anche per il Magnesio, così come per l’alluminio o altri metalli, si utilizzano leghe diverse per i vari processi di fusione o per la produzione di billette per l’estrusione e lo stampaggio a caldo.

Ecco un elenco dei principali alleganti e le diverse caratteristiche:

Alluminio aumenta la resistenza meccanicaZinco aumenta l’allungamentoManganese aumenta la resistenza alla corrosioneZirconio usato per affinare il grano Rame aumenta la fluiditàCalcio diminuisce la densitàTerre rare aumentano la resistenza alle alte temperatureArgento aggiunto alla lega Magnesio/Terre rare aumenta la resistenza a tutte le temperatureBerillio aggiunto in piccole quantità alla lega utilizzata per la presso colata, previene la possibilità di incendio

Per la realizzazione di manufatti le leghe utilizzate nei processi di pressofusione sono leghe ad alta purezza denominate leghe Hight Purity, termine che identifica leghe con bassi contenuti di impurezze come ferro, nichel e rame. Il livello del ferro non deve superare lo 0,004% La maggior parte delle applicazioni delle leghe Magnesio utilizza la lega AZ 91, ideale per la presso-fusione per l’ottima finitura superficiale dei manufatti prodotti: parti di auto, equipaggiamenti sportivi, coperchi, scatole, accessori, ecc…

Alufiero e Alubin possono offrire le seguenti leghe:AZ 31 - AZ 61 - AZ 80 - AZ 80-T5 - ZM 21

La lega AZ 91-T4 è principalmente usata per ottenere manufatti in pressofusione. Non è ottimale per l’estrusione, ma su specifica richiesta è comunque possibile eseguire test per campionature, se finalizzati a lotti produttivi.

Altre leghe impiegate per la pressofusione:- lega AM 50 e AM 60 H.P. (elevato allungamento, alto assorbimento di energia, alta resistenza meccanica, ottime proprietà tecnologiche di pressofusione). Usate per componentistica auto, parti motore e carrozzeria.

- lega AM 20 H.P. (elevato allungamento e ad alta resistenza agli urti). Usata per la fabbricazione di componenti per la sicurezza dell’industria automobilistica quali scatole sterzo, ruote, ecc.



Leghe in magnesio per estrusione (forme geometriche diverse)DATI TECNICI

Proprietà AZ31B - F AZ61A - F AZ80A - T5 ZK60A - T5

Snervamento*MPa (ksi)

110 - 150(16 - 22)

110 - 165(16 - 24)

205 - 230(30 - 33)

215 - 260(31 - 38)

Resistenzaalla trazione*MPa (ksi)

220 - 240(32 - 35)

250 - 275(36 - 40)

310 - 330(45 - 48)

295 - 315(45 - 46)

Allungamentoa rottura% in 50 mm

4 - 8 7 - 9 2 - 4 4 - 6

Proprietà MgAl3Zn1 MgAl6Zn1 MgAl8Zn-T5 MgZn6Zr-T5 MgZn2Mn1


130 - 150(19 - 22)

150 - 180(22 - 26)

205-230(30-33)

230 - 260(33 - 38)

150 - 160(22 - 23)


220 - 240(32 - 35)

260 - 270(38 - 39)

310 - 330(45 - 48)

310 - 315(45 - 46)

230 - 245(33 - 36)


8 - 10 6 - 10 2 - 4 4 - 5 8 - 10

ISO 3116

Proprietà MgAl3Zn F24 MgAl6Zn F27 MgAl8Zn F31


155 175 215


240 270 310


10 10 6

DIN 9715 - valori minimi

ASTM B107

*1 MPa = 1 N/mm² ≈ 0,1 Kgf/mm²



Composizione chimica delle leghe in magnesio per estrusioneDATI TECNICI

ASTM B107 (wt%)

Symbol UNS No. Al Mn Zn Zr Si Cu Nippm

Feppm Ca Others

total

AZ31B-F minmax

M11311 2.53.5

0.21.0

0.61.4

-0.1 0.05 50 50 0.04 0.30

AZ61A-Fminmax

M11610 5.87.2

0.150.50

0.41.5

-0.1 0.05 50 50 0.04 0.30

AZ80A-T5minmax

M11800 7.89.2

0.120.50

0.20.8

-0.1 0.05 50 50 0.04 0.30

ZK60A-T5minmax

M16600 - - 4.86.2 0.45

- - - - -0.30

ISO 3116 (wt%)

Symbol ISO No. Al Mn Zn Zr Si Cu Nippm

Feppm

Others each

Others total

MgAl3Zn1minmax

WD21151 2.43.6

0.050.40

0.51.5

-0.1 0.05 50 0.05 0.05 0.3

MgAl6Zn1minmax

WD21160 5.56.5

0.150.40

0.51.5

-0.1 0.05 50 0.05 0.05 0.3

MgAl8Zn-T5minmax

WD21170 7.89.2

0.120.40

0.20.8

-0.1 0.05 50 0.05 0.05 0.3

MgZn6Zr-T5minmax

WD32260 - - 4.86.2

0.450.80

- - - -0.05 0.3

MgZn2Mn1minmax

WD32350 0.1 0.61.6

1.752.30

-0.1 0.05 50 0.06 0.05 0.3

DIN 1929 part1 (wt%)

Symbol DIN No. Al Mn Zn Si Cu Nippm Fe Others

total

MgAl3Zn F24minmax

3.5312 2.53.5

0.050.40

0.51.5 0.1 0.1 50 0.03 0.1

MgAl6Zn F27minmax

3.5612 5.57.0

0.150.40

0.51.5 0.1 0.1 50 0.03 0.1

MgAl8Zn F31minmax

3.5812 7.89.2

0.120.30

0.20.8 0.1 0.1 50 0.03 0.1



LEGGENDE DA SFATARE

La sicurezzae i rischi

Il primo pensiero che comunemente si ha sul Magnesio è che sia incendiabile, esplosivo, corrodibile, difficile da lavorare. Questo per alcune esperienze negative del passato, che lo hanno etichettato come “metallo pericoloso” o metallo che brucia.

In realtà il Magnesio si può considerare il metallo del futuro per i vantaggi in termini di impatto ambientale e riduzione delle emissioni tossiche in atmosfera nei processi di riciclaggio. L’aumento esponenziale della produzione di Magnesio in questi ultimi 5 anni è una testimonianza concreta dell’importanza e della riscoperta di questo metallo strutturale, per altro molto usato nell’industria automobilistica Tedesca prima e dopo la seconda guerra mondiale con ottimi risultati in termini di prestazioni e oggi in settori strategici come quelli aeronautici, missilistici e militari.

Possiamo affermare quindi che il magnesio è pericoloso da processore per chi non lo conosce e per chi non conosce le nuove leghe moderne, create per avere un’alta resistenza termica.

I fattori che possono dare luogo a combustione:avanzamenti troppo bassi nelle lavorazioni con le macchine utensili•uso di utensili non appropriati•presenza di scintille o causa di urti tra truciolo e utensile al distacco del truciolo •(i trucioli danno luogo a combustione se arrivano a temperature superiori ai 480 °C)

Eliminazione del problema:utilizzo di utensili affilati con ampi angoli di spoglia inferiore•grandi avanzamenti per avere grandi spessori di truciolo (per lavori di •sgrossatura è praticamente impossibile il verificarsi di combustione)utilizzo di oli minerali per refrigerare il processo•evitare l’accumulo di truciolo e polveri sottili nella zona di lavoro•non accumulare o concentrare grosse quantità di truciolo in bidoni o contenitori •

E in caso di incendio? In caso di incendio NON utilizzare acqua, estintori ad acqua o schiuma, ma polveri di ghisa o di metallo estinguente

SHL-ALUBIN conosce il Magnesio e tutte le modalità di processo.

Alufiero e Alubin sono disponibili a fornire materiale o a seguire l’intero processo, dal prototipo alla fornitura del pezzo finito.



IL MAGNESIO OGGILe industrie che lo

utilizzano

Il Magnesio oggi viene comunemente utilizzato per la costruzione di:ingranaggi•telai di automobili•telai per biciclette•componenti missilistici•componenti per elicotteri•case per apparecchiature elettroniche (PC portatili, telefonini, macchine •fotografiche)alloggiamenti per apparecchiature radio•volanti, strutture per sedili, cerchioni per le auto•oggetti sportivi (telai per occhiali, accessori per bici, racchette da tennis)•accessori vari per l’industria meccanica•

Quindi parliamo di settori industriali, alcuni strategici, quali:aeronautico•automobilismo•motociclismo•militare•elettronico•

Alcune delle industrie che utilizzano oggi il Magnesio per la produzione di loro componenti:

Alenia•KTM •Ducati •Ferrari •Volkswagen•Porche•Honda•Famà Helicopters•Val cucine•Marchesini Wheels•

L’ultima frontiera delle leghe in magnesio è il processo chiamato “Thixomolding”. Questo permette di processare palline sferiche o polveri di magnesio in componenti metallici dalle caratteristiche meccaniche elevate con aspetti superficiali dettagliati e spessori molto sottili.

Leggende metropolitane ed una cattiva informazione sul Magnesio come metallo da costruzione hanno diffuso la credenza che esso sia pericoloso da gestire e lavorare.

Ma la domanda che sorge spontanea è: “Se non è pericoloso per questi settori, come può esserlo per il Vostro?”

Il magnesio è difficile da processare per chi non lo conosce!



IL MAGNESIOUn metallo ecologico

Il riciclaggio di materiali e prodotti industriali è una priorità, almeno quanto le fonti rinnovabili.

Il nostro pianeta soffre. Le materie prime scarseggiano, il clima cambia per mancanza di attenzione e per una politica di trasformazione industriale sbagliata. Il mondo deve pensare a produrre con maggiore qualità e con più rispetto verso l’ambiente, considerando anche costi economici e sociali che si riferiscono alla “fine vita del prodotto” ed alla possibilità di recuperare la maggior parte possibile del materiale in disuso.

E’ noto l’entrata in vigore del regolamento Europeo 333/2011 sui rifiuti della produzione industriale, che ha lo scopo di favorire le attività di recupero e riciclo e detta i criteri in base ai quali i rottami metallici cessano di essere considerati rifiuti, diventando a loro volta materie prime per successive trasformazioni, con grandi vantaggi sia per l’ambiente che per il conto economico globale.

La caratteristica che rende il Magnesio così interessante per l’industria moderna e per l’intera filiera è la perfetta riciclabilità.

L’energia necessaria per il processo di riciclaggio e fusione del Magnesio è nettamente inferiore rispetto a qualsiasi altro materiale metallico.

Per il suo riutilizzo viene impiegata solo il 5% dell’energia necessaria alla produzione del Magnesio grezzo.



LA STORIA DEL MAGNESIO

Applicazioni aeronautiche

1909: la tedesca Chemische Fabrik Griesheim usa per prima il nome Elektron per una lega di magnesio che utilizza per il basamento di un motore Adler destinato ai dirigibili.

1920-1922: studi per applicazioni motoristiche (brevetto pistone in magnesio; Opel: moto da corsa con basamento e pistone in magnesio).

1925: velivolo realizzato dalla Elektronmetall con varie parti in magnesio. In Germania iniziano le ricerche sul magnesio pressofuso

1926-1927: diverse parti in magnesio realizzate da Adler in Germania per automobili. In Italia da Isotta Fraschini per motori avio.

1927: provati pistoni in magnesio su motore avio BMW IV.

Dal 1930, applicazioni diffuse in campo aeronautico (serbatoio e alcune parti motore). Inizio realizzazione di parti ottenute per stampaggio a caldo.

1931: De Pinedo, aviatore e Generale italiano, esegue un’attraversata atlantica. Nei motori degli idrovolanti Isotta Fraschini c’erano parti come i coperchi della distribuzione e delle teste realizzate in magnesio.

1934: varie parti in magnesio nel Caproni 113 (record di altitudine, 14.330 metri).

Seconda metà anni `30: Numerose parti in magnesio in vari velivoli tra i quali QAUDRON 460, JUNKERS JU 87 (carter in magnesio, ruote, coperchi, pannelli, sedili, capottatura motore, carenatura carrello).

Basamenti in lega di magnesio destinati a velivoli leggeri o da addestramento(motori Argus As 10, Hirth HM 504, Lycoming stellari con potenze da 200 a 280 cavalli).

Seconda guerra mondiale: utilizzo di molte parti in magnesio per la costruzione di aerei come l’Arado 196, il Focke Wulf FW 200 Condor, AZ855 sul Messerschmitt Bf 109 (per supporti motore, lamiere di copertura ect).

1943: negli USA la Northrop realizza l’XP-56, quasi interamente in magnesio. (rimane allo stadio di prototipo).

Negli anni successivi in campo aeronautico: Oltre 6500 kg di magnesio nel Convair B 36 e 5500 kg di magnesio nel Boeing B 47.

1955: viene realizzato un Lockheed F 80 Shooting Star (sperimentale) interamente in magnesio (pannelli e rivestimenti alari e della fusoliera).

In URSS il Tupolev Tu 95 impiega circa 1550 kg di magnesio.Il Tu 134, velivolo civile, nel 1963 impiega circa 800 kg di magnesio.

1947: Ted Halibrand (USA) realizza ruote in magnesio per auto da corsa.

1954: la Jaguar D (tre volte vincitrice a Le Mans) impiega una scocca centrale in magnesio, completata da strutture anteriore e posteriore in tubi di alluminio.

1955: la vettura sport Mercedes Benz 300 SLR utilizza carrozzeria in lamiera di magnesio.

Negli anni `60: largo impiego da parte della Porche (911 in versione corsa, basamento in lega di magnesio RZ 5 = ZE 41 A, dal peso di 22,3 Kg., realizzato per fusione in sabbia). Nella produzione di serie è stato utilizzata la lega AZ 81.

Un posto di assoluto rilievo spetta alla Volkswagen che ha utilizzato lega di Magnesio tanto per il basamento del suo motore Boxer quanto per la scatola del cambio. Dal 1960 questi componenti vengono ottenuti per pressofusione. Il basamento finito pesa 9,4 Kg. La lega impiegata è la G-Mg Al8 Zn1 (DIN), ovvero la AZ 81. Tra il 1960 e il 1961 la VW utilizza oltre 70.000 tonnellate di Magnesio.


Applicazioni automobilistiche

Caproni 113 (1934)

Junkers JU 87 (1935/38)

XP-56 (1943)



1967: la Eagle di Formula Uno usava largamente la lamiera di Magnesio. Nel finire degli anni `60: Ferrari compie varie esperienze in campo motoristico per un basamento in Magnesio per motori da competizione. Le leghe prese in considerazione sono la ZRE 1, la RZ 5 e la Z5Z.

Anni `70: le ruote delle vetture da competizione vengono realizzate in lega di Magnesio. Inizialmente erano fuse, poi sono state sempre prodotte per forgiatura. Molto usata è la lega AZ 80 A. Il peso di una di esse è inferiore all’incirca del 25%, rispetto a una ruota in alluminio.

1973: la Porsche 917 K / 30 destinata alle garesportive nordamericane Can Am ha utilizzato, un telaio tubolare in magnesio del peso di 45 kg.

Anni `90: (Formula 1) la Cosworth realizza dei pistoni che pare siano stati impiegati sul motore della Benetton.(Formula 2) Il motore BMW M12, utilizzava il magnesio per i due castelli con i supporti degli alberi a camme e gli alloggiamenti delle punterie, con i relativi coperchi, più il carter del comando della distribuzione.

Anni `30: prime sperimentazioni. Vanno in particolare ricordati: i basamenti della Guzzi 500 bicilindrica da Gran Premio e quelli delle 500 e 250 monocilindriche, Condor e Albatros.Anche la bicilindrica New Imperial utilizzava un basamento in magnesio.

1949: con l’inizio del campionato mondiale di velocità questo metallo viene impiegato in larga misura.Avevano basamento in lega di Magnesio: la AJS bicilindrica, le formidabili Norton monocilindriche bialbero di 350 e 500 cm3, le velocissime Guzzi 350, (vincitrici del mondiale per quattro anni consecutivi). Anche la straordinaria Guzzi 500 otto cilindri aveva il basamento in questo materiale. Contemporaneamente veniva utilizzato il Magnesio anche per i mozzi delle ruote che integravano i freni a tamburo.

Anni `70: famosi i freni da competizione Oldani, Ceriani e Fontana, che facevano largo impiego di Magnesio.

Hanno impiegato basamenti in lega di Magnesio anche azienda famose come: Morini, Jawa, Bianchi, Parilla, Suzuki e Kawasaki.


Applicazioniin campo

motociclistico (corse)

Porsche 917K (1973)

Guzzi 500 (1933)



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