Le caratteristiche meccaniche della zama

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Quando ci si appresta a progettare un componente, le prime valutazioni che si vanno ad effettuare riguardano le caratteristiche meccaniche che questo dovrà avere. 

In questo senso la zama offre tutta una serie di vantaggi: il componente finale realizzato con questo materiale risulta competitivo per le sue proprietà meccaniche ed è proprio per questo che le leghe di zinco sono diventate una materia di prima scelta per migliaia di articoli.

 È importante sapere come ottenere queste caratteristiche, ma anche capire se e quanto variano in base alle condizioni di processo adottate, in funzione anche del tipo di lega presa in esame (link all’articolo sulle 4 variabili che influenzano le caratteristiche meccaniche). 

Ecco allora un piccolo riassunto di quelle che sono le principali caratteristiche meccaniche delle leghe di zama, lavorate con la pressofusione a camera calda.

Per semplificare, ho voluto inserire le voci all’interno di una tabella. Ho anche riportato, accanto a ciascuna di esse, i valori corrispondenti. 

Questo serve a darti un’idea della differenza che intercorre tra le leghe della stessa famiglia e può essere uno strumento di confronto con le misurazioni effettuate per altri materiali.

Si tratta di valori indicativi perché sono stati misurati nelle condizioni immediatamente successive alla pressofusione, e ad una temperatura di 20°C.

Variando queste condizioni, si ha una modifica dei dati riportati.

Proprietà 

Unità di misura 

ZP3 

ZP5 

ZP2 

ZP8 

Carico di snervamento 

MPa 

268 

295 

361 

319 

Carico di rottura 

MPa 

308 

331 

397 

387 

Modulo di Young 

GPa 

96 

96 

96 

96 

Modulo di torsione 

MPa x 103 

33+ 

33+ 

33+ 

33+ 

Allungamento a rottura 

5,8 

3,4 

3,4 

Sforzo di taglio 

MPa 

214 

262 

317 

275 

Carico di snervamento a compressione 

MPa 

414 

600 

641 

600 

Resilienza 

Joules 

46 

52 

38 

42 

Resistenza a fatica (5×108 cicli) 

MPa 

48 

57 

59 

51,5 

Durezza 

Brinell 

97 

114 

130 

110 

Tenacità a frattura 

x 107N.m-3/2 

2,25 

2,1 

      

1,95 

Densità 

g/cm3 

6,6 

6,7 

6,8 

6,3 

 Vediamo ora, una per una, queste caratteristiche meccaniche:

Carico di snervamento


È il limite della forza unitaria necessaria affinché il materiale, se messo a trazione, resti nella sua zona elastica.
Anche se, in apparenza, questo tipo di movimento non sembrerebbe possibile per un componente in lega di zinco, la zama in realtà si comporta esattamente come una molla – seppur in maniera quasi impercettibile.
Quindi è un valore realmente misurabile.
Superato questo limite, ovviamente la microstruttura del materiale subisce lo snervamento. Il pezzo in esame quindi si deforma e, anche in assenza di forza, non torna più alle dimensioni originali.
La zama offre una resistenza allo snervamento di molto maggiore a quella di altri metalli soggetti a pressofusione, come l’alluminio.  Anche se paragonata ad altri materiali in generale, come plastica ed ottone, rimane vantaggiosa.

Carico di rottura


È il limite della forza unitaria necessaria affinché il materiale, se messo a trazione, rimanga intero.
Superato tale valore, il pezzo in esame si rompe.

Rispetto alle comuni materie plastiche, ad esempio, la differenza è abissale. Il carico di rottura della zama può essere anche dell’ 800% superiore.

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Modulo di Young


È il
modulo di elasticità alla trazione.
È dato dal rapporto tra lo sforzo applicato e la deformazione che ne consegue.
Nel caso della zama resta costante per tutti i tipi di leghe.
Se paragonato ad altri materiali, come le plastiche e l’alluminio, questo valore risulta migliore per le leghe di zinco.

Modulo di torsione


È il valore meccanico che serve a misurare la resistenza di un metallo ad uno sforzo di sollecitazione del così detto “momento torcente”. 
Si verifica quando le forze applicate alle estremità di un corpo solido le ruotano in versi opposti, torcendo il materiale.
Anche questo è costante per tutte le leghe di zama pressofuse a camera calda.

Allungamento % a rottura

È la percentuale di allungamento che il pezzo può subire prima di rompersi, se sottoposto a forza di trazione.
Se confrontato con l’alluminio, la zama ha valori di allungamento alla rottura decisamente più alti.

Resistenza a sforzo di taglio


È la forza unitaria che riesce a sopportare il materiale se sottoposto a forze laterali.

Carico di snervamento a compressione


Si misura applicando due forze alle estremità, che vanno a schiacciare il pezzo in esame.
Questo è il valore che si riporta quando il pezzo, se schiacciato oltre, si deforma.

Resilienza


È l’indice di resistenza agli urti violenti tra il materiale e un corpo di prova.

Resistenza a fatica 


È la forza massima che sopporta il materiale se messo a funzionare dinamicamente.

Durezza


È l’indice che misura quanto è tenero o duro il materiale. 
Per fare un esempio, la seduta di una sedia è soffice, mentre il vetro è duro. Ogni materiale ha la sua durezza e può essere paragonata con gli altri, utilizzando diverse scale come unità di misura. 
Per i materiali teneri si usa la scala Brinell.

Tenacità a frattura


È la capacità del materiale di deformarsi plasticamente prima della rottura.
La tenacità a frattura della zama è paragonabile a quelli dell’ottone. Risulta, invece,decisamente più elevata rispetto all’alluminio, sia a temperatura ambiente che a temperature bassissime (anche -40°).

Densità


È il peso del materiale per una singola unità di volume. 
La zama – in teoria – è mediamente 6,7 Kg a decimetro cubo.
Quindi, per fare un paragone, è 6,7 volte più pesante dell’acqua.
Se paragonata all’ottone e all’acciaio, la zama presenta una densità inferiore. 
Se confrontata con l’alluminio, invece, ha un valore 2,5 volte maggiore.

Come già detto, questi sono soltanto dei valori teorici. Pertanto possono subire delle modifiche a seconda delle condizioni in cui viene riportata la misurazione. 

Per sapere come sfruttare al massimo queste caratteristiche meccaniche, bisogna conoscere a fondo, non solo le proprietà, ma anche il loro comportamento in funzione  delle variabili alle quali sono sottoposte. 

Una collaborazione tra professionisti della progettazione e della pressofusione a camera calda di componenti in zama – o meglio ancora, la scelta di un fornitore specializzato in leghe di zinco che offra internamente l’assistenza al tuo lavoro durante tutti questi passaggi – sarà la miglior soluzione per la creazione di un pezzo ottimizzato al massimo delle sue potenzialità in grado di soddisfare al 100% le richieste del cliente finale.

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