I ricercatori cinesi hanno fatto nuovi passi avanti nel mettere a punto la resistenza e la plasticità delle leghe di manesio. Con l’aumento della domanda di leggerezza nel settore aerospaziale, dei trasporti ferroviari e dell’elettronica, le leghe di magnesio, tra i materiali strutturali metallici più leggeri, devono affrontare una sfida comune: l’elevata resistenza spesso viene a scapito della bassa plasticità, soprattutto nelle leghe ad alta resistenza prive di terre rare.
Per affrontare questo problema, un gruppo di ricerca ha studiato sistematicamente le leghe a base di Mg‑Sn‑Ca regolando il contenuto di alluminio (Al). Hanno analizzato la relazione tra evoluzione della microstruttura e proprietà meccaniche. I risultati sono stati pubblicati in Acta Metallurgica Sinica (2020, Vol.56, No.10, pp.1423-1432).
Variazioni prestazionali distinte con diverso contenuto di Al
Sono state preparate tre leghe Mg‑2,5Sn‑2Ca con 2%, 4% e 9% di Al (frazione di massa). Le loro microstrutture e risposte meccaniche sono state confrontate negli stati grezzo ed estruso. Il cambiamento del contenuto di Al ha alterato il tipo e la distribuzione delle seconde fasi su scala nanometrica, che a loro volta hanno influenzato il comportamento di ricristallizzazione dinamica e la densità delle dislocazioni, portando a un prevedibile compromesso tra resistenza e plasticità.
Al 2% Al:Si sono formate zone GP ad alta densità, che bloccano fortemente i confini dei grani e inibiscono la crescita dei grani ricristallizzati. La lega estrusa ha raggiunto una dimensione media dei grani di soli ~0,5 μm con elevata densità di dislocazioni e strutture sub-grano. Il limite di snervamento ha raggiunto ~370 MPa mentre l'allungamento è rimasto al 6,2%.
Al 4% Al:Sono state osservate resistenza e plasticità intermedie, mostrando un comportamento di transizione.
Al 9% Al:La seconda fase su scala nanometrica si è trasformata in Mg₁₇Al₁₂, che ostacola debolmente il movimento della dislocazione. La ricristallizzazione dinamica è diventata più completa, la densità delle dislocazioni residue è diminuita significativamente e la dimensione dei grani è aumentata. Il limite di snervamento è sceso a ~290 MPa, ma l'allungamento a temperatura ambiente è notevolmente migliorato arrivando al 12,0%.
Regolazione continua da alta resistenza ad alta plasticità
Semplicemente regolando il contenuto di Al, lo stesso sistema di lega può essere continuamente modificato da un tipo ad alta resistenza (2% Al, adatto per strutture portanti) a un tipo ad alta plasticità (9% Al, più facile per la successiva formatura). Ciò fornisce una base diretta per le applicazioni ingegneristiche per selezionare la composizione appropriata.
Un percorso a basso costo per le leghe di magnesio ad alte prestazioni
Rispetto alle leghe di Mg contenenti terre rare (ad esempio con Gd, Y, Nd), il sistema Mg‑Sn‑Ca‑Al evita le costose terre rare, riducendo significativamente i costi delle materie prime. Questo studio rivela i meccanismi sottostanti attraverso i quali il contenuto di Al modula la ricristallizzazione, la densità delle dislocazioni e la dimensione dei grani attraverso il controllo della seconda fase su scala nanometrica. Offre un percorso attuabile di progettazione di microstrutture per lo sviluppo di leghe di magnesio a basso costo, non contenenti terre rare, ad alta resistenza e ad alta plasticità.
Gli esperti del settore ritengono che questa ricerca promuova l’applicazione pratica delle leghe di magnesio in scenari leggeri e getti le basi per superare ulteriormente il collo di bottiglia tra resistenza e plasticità attraverso la microlega composita.
Pubblicato: 22 maggio 2026
Categoria: Scienza dei Materiali
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