Le caratteristiche meccaniche della zama

Quando ci si appresta a progettare un componente, le prime valutazioni da 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. Per saperne di più su questo argomento, leggi l'articolo "Conosci i 4 fattori che influenzano le proprietà meccaniche del tuo componente in zama?".

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

Le principali caratteristiche meccaniche delle leghe di zama

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

Questo serve a darti un’idea della differenza esistente 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

6

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

(è possibile visualizzare la tabella completa scorrendo verso sinistra con il dito)

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.

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.

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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 ed in grado di soddisfare al 100% le richieste del cliente finale.

Se vuoi valutare assieme ad un professionista della zama come ottimizzare al meglio i parametri del tuo processo di pressofusione a camera calda

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"Maneggio la Zama sin da bambino e me ne occupo professionalmente a tempo pieno a partire dal lontano 1992. Amo aiutare aziende, tecnici e progettisti a trasformare le loro idee ed i loro progetti in componenti pressofusi in zama." 

Alberto Giretti