Il Magnesio e le sue leghe

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Il Magnesio, quando è puro, non è un materiale sufficientemente resistente, quindi, per un impiego industriale, viene legato con altri elementi, in modo da raggiungere determinate caratteristiche e, in particolare, un elevato rapporto resistenza-peso. In generale, leghe di Magnesio,  sono caratterizzate da una ottima colabilità e da una buona lavorabilità alle macchine utensili; grazie alla buona stabilità dimensionale, il ritiro è costante durante tutto il processo di solidificazione e lo stress da ritiro è praticamente assente. In virtù di queste caratteristiche e della buona resistenza in ambienti e temperature differenti, queste leghe hanno riscosso e riscuotono l’interesse di due settori in particolare, l’automobilistico e l’aerospaziale, poiché riescono a garantire un abbassamento di consumi ed emissioni grazie alla considerevole diminuzione del peso. Si stima che “la riduzione del peso dell’aeromobile di 1 kg comporti un risparmio, nella vita utile del velivolo, di circa 1 t di carburante” (Gualtiero A.N. Valeri – Modena ott. 2009). Il Magnesio ha anche buone capacità di smorzamento delle vibrazioni, quindi, dal punto di vista dell’inquinamento acustico, si ha un una riduzione del rumore prodotto dal moto relativo dei componenti meccanici, che si somma all’incremento di vita utile delle macchine stesse, grazie al contenimento delle vibrazioni.

Caratteristiche
Il Magnesio non è un metallo raro dato che costituisce il 2,3% in peso della litosfera, entra nella composizione della Dolomite ed è presente nelle acque marine, che hanno un contenuto medio di circa 1,1%: è l’ottavo elemento in ordine di abbondanza nella crosta terrestre. Di fatto il Magnesio si trova facilmente in commercio con purezze che superano il 99,8%, ma, nelle applicazioni industriali, è raramente impiegato allo stato puro a causa delle scarse caratteristiche meccaniche. Inoltre quando è in forma pura è altamente infiammabile, soprattutto se in polvere, e brucia con una fiamma bianca dalla luce accecante. A contatto con l’aria o l’acqua reagisce rapidamente e in maniera esotermica, quindi deve essere maneggiato con cura: lo spegnimento non deve essere fatto con acqua dato che il magnesio, una volta acceso, se entra in contatto con vapore acqueo reagisce formando Idrogeno che, a causa del calore sviluppato dalla reazione stessa, può infiammarsi ed esplodere. Le leghe di Magnesio hanno un peso specifico di 1,75÷1,85 kg/dm3 che, il leghe speciali, quali le Magnesio-Litio, può scendere fino a 1,3 kg/dm3: le leghe di Magnesio vengono quindi spesso definite Leghe Ultra Leggere.
Acciaio, Alluminio, Magnesio : il Magnesio ha il più alto rapporto resistenza – peso e le leghe di Magnesio, rispetto a quelle di Alluminio, presentano, ad elevate temperature, un miglior comportamento. Raffrontato con l’acciaio, le leghe di Magnesio sono circa il 70% più leggere: con l’Alluminio circa il 30%.
Il Magnesio ha anche ottima capacità di smorzamento delle vibrazioni, ottime capacità di schermatura elettro-magnetiche ed in radiofrequenza e, nota non trascurabile, può essere completamente riciclato, tanto da essere considerato un materiale dalla durata infinita. I manufatti in lega di Magnesio sono perlopiù prodotti per fusione ma, specie negli ultimi anni, le lavorazioni meccaniche stanno diventando sempre più importanti, in particolare quando è richiesto un grado di finitura superficiale molto elevato, spingendosi anche a livelli di superfinitura. In generale le lavorazioni per asportazione di truciolo richiedono basse forze di taglio, con conseguenti contenuti carichi meccanici e termici sull’utensile, che ha quindi lunga durata.
In linea generale, la lavorazione di leghe di Magnesio richiede esperienza specifica e viene ritenuta una lavorazione “difficile”: chi lavora questi materiali è spesso ermetico e poco disposto a diffondere informazioni.

Un materiale sempre allo studio
Da diversi anni sono in corso studi approfonditi che si prefiggono il raggiungimento, in sicurezza, della miglior qualità nella lavorazione all’utensile delle leghe di Magnesio, con costi globali di processo adeguati.
In particolare questi studi riguardano  il tipo di utensile e il lubrorefrigerante, in considerazione del tipo di truciolo prodotto e, fra l’altro, dell’infiammabilità del materiale lavorato e come gestirla. Un’attenzione specifica è stata posta su quelle lavorazioni che comportano un forte innalzamento di temperatura. Operazioni di tornitura ad alta velocità di taglio portano a forti fenomeni di adesione pezzo-utensile, con conseguente scarsa qualità della finitura superficiale; anche la foratura è particolarmente sensibile al calore e, in particolare in trapanatura, si può assistere a adesione e accumulo del materiale asportato sui fianchi, fenomeno che sembra essere presente ridotto dall’uso di punte con rivestimento DP levigato. Comunque sembra che ad incremento della velocità di avanzamento corrisponda sempre un innalzamento della rugosità superficiale, rugosità che sembra essere influenzata anche dalla superficie dell’utensile. In generale, stando ai dati emersi a partire dal progetto di ricerca SAMMI, sembra che gli utensili con rivestimento CVD al diamante, grazie alla bassa reattività chimica, alla buona conducibilità termica e al basso attrito, siano particolarmente interessanti nella asportazione di truciolo delle leghe al Magnesio, anche in lavorazioni critiche dal punto di vista del carico termico, e/o a secco.
Un altro aspetto sempre allo studio riguarda il lubrorefrigerante e, in particolare, il problema di macchie sul pezzo a causa dell’ossidazione superficiale. La tendenza generale è quella  di preparare l’emulsione con acqua distillata, in modo da evitare il più possibile la presenza di sali che concorrono alla corrosione e quindi all’ossidazione. Il limite di utilizzo dell’emulsione sembra comunque rappresentato dalla percentuale di magnesio della lega. Un esempio sono i cerchi per auto o per moto: nel caso di mezzi da strada, è possibile la lavorazione con emulsione, mentre nel caso di allestimento da competizione dove il cerchio è prevalentemente fatto di magnesio forgiato, a causa dei grossi problemi di ossidazione, si preferisce la lavorazione con soffio d’aria.

Lavorazione, combustione, lubrorefrigerazione
La lavorabilità delle leghe di Magnesio è considerata eccellente data la bassa resistenza offerta al taglio e, di conseguenza, alle basse forze richieste. Questo implica la possibilità di lavorare ad alta velocità, con un risparmio diretto sui tempi di esecuzione e, indiretto sull’utensile, che, usurandosi meno, ha una vita utile maggiore. Un’altra interessante caratteristica delle leghe di Magnesio è l’ottima finitura superficiale che rende  pressoché inusuale la superfinitura.
Uno dei “pericoli” legato alla lavorazione delle leghe di Magnesio è l’infiammabilità per cui va evitato l’eccessivo sviluppo di calore, tipicamente quello generato per attrito pezzo/utensile, in modo da scongiurare il pericolo di incendi.
Uno dei fattori di rischio per l’innesco di incendio riguarda la presenza di scintille da lavorazione che possono  entrare in  contatto con polveri di Magnesio, o trucioli fini, che sono facilmente infiammabili. Il rischio aumenta all’aumentare della velocità che produce trucioli fini, che hanno un comportamento assimilabile a quello delle polveri, il cui accumulo è bene evitare. In particolare nella lavorazione a secco con alta velocità di taglio, l’accumulo di materiale sul fianco dell’utensile aumenta l’attrito e quindi il calore, con il rischio di incendio, che si può sviluppare quando il cuore del materiale raggiunge il punto di fusione. Questa è una situazione che può presentarsi più facilmente in finitura dove i trucioli sono più corti, quindi con un comportamento che può essere assimilato a quello delle polveri. Quando la lavorazione prevede l’impiego di lubrorefrigerante, la durata dell’utensile e la finitura superficiale migliorano in quanto l’accumulo di materiale è esiguo, ma c’è un problema legato allo smaltimento del fluido esausto che, essendo ricco di trucioli e polvere di Magnesio, va trattato con attenzione, prevedendo extra-costi. Da tener presente i rischi diversi a seconda del lubrorefrigerante impiegato. Acquoso: il Magnesio reagisce chimicamente, in maniera esotermica, formando Idrogeno che, a causa del calore generato dalla reazione, può infiammarsi. A base olio: le nebbie d’olio possono esplodere. Discorso analogo vale per gli sfridi, la cui raccolta e manipolazione richiede opportune cautele, in modo da evitare il rischio di incendio. Nel caso di incendio, il fuoco generato dalla combustione di Magnesio non deve essere  spento con acqua ma utilizzando estintori caricati con opportuno estinguente.

Il vantaggio ambientale
Una delle  caratteristiche che rende il Magnesio così interessante per l’industria moderna, e per l’intera filiera, è la perfetta riciclabilità. Infatti, contrariamente a quanto avviene per altri materiali, il Magnesio può essere riciclato senza che le proprietà fisiche subiscano degrado. Anche la spesa energetica per il processo di riciclaggio e fusione è minore di quella richiesta per il riciclaggio degli altri metalli ed è circa il 5% della spesa necessaria per la produzione del grezzo. Dunque, la possibilità di riciclaggio del Magnesio risulta essere molto vantaggiosa sia perché consente di ridurre i costi dovuti all’estrazione della materia prima sia per il risparmio energetico legato a riciclaggio e fusione rispetto ad altri materiali. Non solo, la possibilità di riciclare implica minori costi per la gestione del rottame e dei prodotti a fine vita.

 

 

 

 

 

 

 

 


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