Mg12

Mg è il simbolo del Magnesio, largamente diffuso in natura da cui si ricava uno dei metalli strutturali più leggeri in natura. Per certi aspetti un metallo magico, il metallo del futuro prossimo perchè riciclabile al 100% e dalle caratteristiche chimico fisiche eccezionali...

 

 

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11/04/2013

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Tecnica e storia delle leghe di magnesio

L’interesse nei confronti del magnesio, per quanto riguarda l’impiego in campo meccanico, è diventato considerevole negli anni Dieci del XX secolo. A una azienda tedesca, la Chemische Fabrik Griesheim, è dovuto il termine Elektron, con il quale sono state conosciute per lungo tempo le più importanti leghe di magnesio. Questa denominazione è apparsa per la prima volta nel 1909, per designare il materiale ultraleggero col quale era stato realizzato il basamento di un motore d’aviazione; si trattava di una proposta ardita, che non passò inosservata. 

 

La ridottissima densità rendeva infatti particolarmente interessanti le leghe di magnesio non solo per gli impieghi aeronautici ma anche nel settore delle auto e delle moto di alte prestazioni. Tra l’altro, si trattava di materiali dalla eccellente lavorabilità, che si prestavano ottimamente alla realizzazione di parti ottenute tanto per fusione quanto per forgiatura.

 

Già negli anni Venti si sono avuti significativi esempi di impiego di questo metallo, principalmente da parte di fabbricanti tedeschi; le aziende italiane comunque non sono state certo a guardare.

Nel 1921 in Germania è stato rilasciato un brevetto relativo a pistoni in magnesio. L’anno seguente la DKW ha presentato il Lomos, una specie di scooter a ruote alte, che è stato costruito in circa 2500 esemplari, buona parte dei quali con scocca anteriore in Elektron. La Opel, che allora produceva anche mezzi a due ruote, ha realizzato una moto da competizione con basamento e pistone prodotti con una lega di magnesio.

Nel 1925 la Elektronmetall ha presentato lo Spaz, un velivolo con svariati componenti in Elektron, tra i quali spiccavano le ruote, in lamiera stampata. Nello stesso periodo, sempre in Germania, hanno avuto inizio le ricerche relative all’impiego della pressofusione di questo materiale, per realizzare parti meccaniche. Hanno anche cominciato ad essere impiegate, in campo aeronautico, ruote in magnesio ottenute per colata in terra o in conchiglia.

 

Per quanto riguarda il settore automobilistico, nel 1926-27 impiegava parti in lega di magnesio la tedesca Adler; di lì a poco sarebbe stata seguita dalla italiana Maserati, che per diverso tempo ha dotato i suoi motori da competizione di un basamento in Elektron. L’Isotta Fraschini produceva ottimi motori d’aviazione e in questo periodo ha iniziato a dotarli di componenti come i coperchi della testa e quelli dei riduttori realizzati con questo materiale. Nel 1928 la tedesca BMW impiegava l’Elektron per il basamento dei suoi motori stellari di piccole dimensioni (tipo X).

 

Gli anni Trenta hanno visto una importante crescita, con notevole aumento dell’interesse dei tecnici per questo metallo, che ha iniziato ad essere impiegato anche in settori diversi da quello automobilistico e aeronautico. In quest’ultimo sono diventati di uso comune serbatoi, pannelli, ruote, rivestimenti e coperchi in lega di magnesio, mentre per quanto riguarda le auto spicca il significativo uso di questo materiale anche per componenti come la scatola del cambio.

 

Nella seconda metà del decennio si è avuta una ulteriore accelerazione, con l’industria aeronautica sempre in primo piano. Il magnesio è stato impiegato per realizzare capottature di motori, flabelli, carenature di ruote, sedili, carter di compressori e perfino supporti motore. Questi ultimi sono una esclusività tedesca, nata alla Junkers per volontà del direttore tecnico Hertel; forgiati in lega AZ 855, sono stati impiegati dal 1939 in poi anche dalla Messerschmitt e dalla Focke-Wulf.

Pure su alcuni velivoli francesi (Caudron) e inglesi (De Havilland) il magnesio ha avuto ampia utilizzazione.

Assai significativo appare l’impiego di questo metallo per i basamenti di motori come l’Argus As 10 a otto cilindri, da 235 cavalli, e lo Hirth HM 504 a quattro cilindri da 105 cavalli, entrambi apparsi nel 1934 e destinati ai velivoli da addestramento, ricognizione o volo acrobatico. Per quanto riguarda i motori stellari, avevano il basamento in lega di magnesio gli americani Lycoming a nove cilindri, prodotti alla fine degli anni Trenta in più serie, con potenze da 200 a 280 cavalli, destinati essi pure ad aerei di tipo analogo.

 

In campo automobilistico, già nel progetto dei primi prototipi a quattro cilindri della Volkswagen Maggiolino (1936) il prof. Ferdinand Porsche prevedeva l’impiego del magnesio per il basamento.

Per quanto riguarda le moto da competizione, un posto di assoluta preminenza spetta alla Moto Guzzi, che già attorno al 1936 impiegava un basamento in magnesio sulle sue bicilindriche di 500 cm3 e che in seguito ha esteso l’utilizzazione di questo metallo, sempre per il basamento, anche alle monocilindriche Albatros (250) e Condor (500), apparse nel 1939. Le leggendarie DKW sovralimentate impiegavano l’Elektron per i pistoni dei compressori alternativi dei quali erano dotati i loro motori.

 

La Seconda Guerra Mondiale ha visto un formidabile aumento della produzione di magnesio, pure in questo caso principalmente da parte della Germania, che lo utilizzava soprattutto nel settore aeronautico. Un velivolo nel quale veniva impiegata una grande quantità di questo metallo era l’idrovolante Arado 196. Nel quadrimotore Focke Wulf FW 200 Condor venivano utilizzati 650 kg di magnesio, mentre nello Heinkel He 177 ne venivano usati circa 500 kg.  La lega più impiegata era la AM 503.

Per quanto riguarda le altre nazioni, spicca negli USA il prototipo di caccia monoposto Nothrop XP-56 del 1943, che era realizzato quasi interamente in magnesio.

 

Dopo il termine del conflitto vi è stato un repentino calo della produzione, seguito da una progressiva ripresa. Gli anni Cinquanta e Sessanta hanno infatti visto il magnesio diventare di uso sempre più comune, in svariati settori. Spiccano in particolare quelli delle macchine per ufficio e degli strumenti ottici (macchine fotografiche, binocoli). Questo materiale è diventato addirittura fondamentale nel settore delle motoseghe, che devono abbinare una notevole potenza alla massima leggerezza.

 

Per quanto riguarda il settore aeronautico, impiegava ben 6500 kg di magnesio il bombardiere Convair B-36, entrato in servizio nel 1947, e 5500 kg il quadrigetto Boeing B-47 del 1950. A titolo dimostrativo, negli anni Cinquanta è stato anche realizzato un velivolo monoposto Lockheed F 80 Shooting Star interamente in lega di magnesio. Nell’URSS, utilizzava oltre una tonnellata e mezzo di tale materiale il Tupolev Tu 95, apparso nel 1954.

 

In campo motociclistico le leghe di magnesio hanno trovato largo impiego a livello di mezzi da competizione. Non solo i coperchi laterali e della testa, ma anche il basamento stesso in vari casi è stato realizzato con questo materiale. Tra gli esempi più celebri, la bicilindrica AJS 500, trionfatrice nel primo campionato mondiale (1949), le ottime Norton monocilindriche di 350 e 500 cm3 e le straordinarie Guzzi 350, vincitrici di cinque titoli mondiali consecutivi, tra il 1953 e il 1957. Pure la leggendaria 500 a otto cilindri della Casa di Mandello del Lario aveva il basamento in lega di magnesio, materiale che è stato impiegato anche da altri costruttori famosi, come la Parilla.

 

Il magnesio è stato largamente utilizzato anche per i freni a tamburo da competizione, incorporati nei mozzi delle ruote. Famosi sono stati durante gli anni Sessanta quelli prodotti da aziende italiane come Oldani, Fontana e Ceriani. Sempre in tale periodo va ricordato l’impiego di questo metallo per i basamenti da parte della Bianchi, della Jawa e della CZ, per citare i nomi più noti. La spagnola Ossa per la propria 250 da Gran Premio è addirittura arrivata, nel 1968-70, a realizzare un telaio monoscocca in lamiera di magnesio.

 

In seguito hanno utilizzato basamenti in questo materiale, per alcuni loro motori da competizione, Case come la Morbidelli, la Suzuki e la Kawasaki.

Sono state spesso realizzate in lega di magnesio parti come le piastre di sterzo e i foderi delle forcelle. Da decenni le ruote a razze delle moto da competizione sono prodotte con questo materiale; per ottenerle, a lungo si è impiegata esclusivamente la fusione, ma da alcuni anni a questa parte ha trovato una diffusione via via crescente la forgiatura.

Oggi le leghe di magnesio vengono impiegate in svariate moto sportive di serie per i coperchi laterali e della testa e per produrre telai ausiliari posteriori e supporti per gli strumenti. La diffusione è in aumento.

 

Nel settore automobilistico la storia è stata notevolmente diversa, in quanto all’impiego del magnesio sui modelli da corsa si è aggiunto, già negli anni Cinquanta, quello sui mezzi di serie, fondamentalmente per merito dell’industria tedesca.

Avevano il basamento in Elektron le famose Alfetta 158 e 159, vincitrici dei due primi campionati mondiali di Formula Uno, nel 1950 e 1951, con Nino Farina e Alberto Ascari. Nel 1947 l’americano Halibrand ha realizzato le prime ruote da competizione in questo materiale. La Jaguar D, vettura sport apparsa nel 1954 che ha vinto tre volte la 24 ore di Le Mans, aveva un telaio con la parte centrale realizzata in lega di magnesio (elementi in lamiera uniti per chiodatura). Nel 1955 la Mercedes 300 SLR, che quell’anno si è imposta a media record nella Mille Miglia, aveva tutta la carrozzeria in lamiera di magnesio.

 

A livello di motore un posto di assoluto rilievo spetta alla Volkswagen Maggiolino, nella quale tanto il basamento del motore boxer a quattro cilindri raffreddato ad aria quanto la scatola del cambio negli anni Cinquanta erano realizzati con la lega AZ 91 mediante fusione in sabbia. A partire dal 1960 questi componenti sono stati ottenuti per pressofusione, utilizzando la lega AZ 81. Il consumo di magnesio da parte della Casa tedesca è passato dalle 20.800 tonnellate del 1960 alle 42.000 del 1971. Negli anni Settanta la casa tedesca è passata alle leghe AS 41 e AS 21, appositamente sviluppate.

 

La Porsche ha impiegato largamente il magnesio tanto sui modelli da corsa quanto su quelli di serie. La 911 in versione competizione è stata dotata di un basamento in lega RZ 5, ottenuto per fusione in terra; il peso del componente era di 22,3 kg. Per la produzione di serie si è fatto ricorso alla lega AZ 81 e il basamento (come pure la scatola del cambio) è stato realizzato per pressofusione. Per la Porsche 917 K/30 sovralimentata, destinata alle gare Can Am, è stato realizzato un telaio tubolare in magnesio, del peso di soli 45 kg.

La Eagle di Formula Uno del 1967 per la scocca faceva largo impiego di questo metallo.

 

Il motore BMW 1500 turbo a quattro cilindri di Formula Uno che equipaggiava la Brabham, vincitrice del titolo mondiale nel 1983 con Nelson Piquet, aveva il sopratesta (nel quale erano ricavati gli alloggiamenti delle punterie e i supporti dei due alberi a camme), il carter della distribuzione e la coppetta dell’olio in lega AZ 91.

Nel 1992 la Magnesium Elektron Ltd in collaborazione con la Dow Chemicals ha realizzato in via sperimentale un motore V8 Chevrolet di 5,7 litri con basamento e sottobasamento in lega di magnesio ZC 6, ottenendo una diminuzione del peso, rispetto a quello di serie, che addirittura superava il 50%!

Negli anni Novanta la Cosworth ha realizzato e provato dei pistoni in lega di magnesio per il proprio V8 di Formula Uno, che equipaggiava la Benetton di Schumacher.

 

Il gruppo Fiat ha realizzato traverse per la Marea e sedili per l’Alfa 156 utilizzando questo materiale, con importanti vantaggi in termini di leggerezza, rispetto agli analoghi componenti in acciaio.

Le ruote delle auto da competizione sono in lega di magnesio dalla seconda metà degli anni Sessanta. Il risparmio in peso, nei confronti di analoghe ruote in lega di alluminio, è dell’ordine del 25%.

 

Oggi il magnesio si utilizza, in misura crescente di anno in anno, per produrre carter protettivi, coperchi, corpi di pompe dell’olio, telai di sedili e volanti. Per questi ultimi si impiega in genere la lega AM 50, dotata di una elevata duttilità. Diverse scatole del cambio di ultima generazione, destinate alle auto del gruppo Volkswagen-Audi, sono in lega di magnesio. Significativa da parte del gruppo tedesco è anche la realizzazione di un portellone posteriore in questo materiale per la Lupo. Di grande interesse tecnico è il recente sviluppo da parte della BMW, per alcuni suoi motori a ciclo Otto a sei cilindri in linea, di un basamento bimetallico, ottenuto per pressofusione sotto vuoto, nel quale la parte strutturale (canne dei cilindri più cartelle dei supporti di banco) è in lega di alluminio mentre le pareti esterne sono in lega di magnesio AJ 62.