Le migliori leghe di zinco per la pressofusione a camera calda

Le leghe di zinco sono dotate di eccellenti proprietà che le rendono un materiale perfetto per la pressofusione: presentano infatti una notevole resistenza, colabilità, durezza e rigidità. Ma quali sono le tipologie di zama più adatte alla pressofusione a camera calda? In questo post analizzeremo le diverse caratteristiche delle leghe di zinco per pressofusione a camera calda arrivando alla definizione della scelta migliore sulla base delle caratteristiche richieste per il prodotto finale.

La zama costituisce un ottimo materiale per la produzione di componenti resistenti, esteticamente accattivanti e caratterizzati da sagome complesse: può essere infatti impiegata per soddisfare le richieste di numerosi e differenti settori, dall’automotive alla serramentistica, garantendo elevati standard di performance sia dal punto di vista funzionale che relativamente all’estetica del prodotto. Considerate le differenti caratteristiche richieste da ogni settore risulta fondamentale effettuare un’attenta analisi delle leghe di zinco al fine di selezionare la più appropriata per il proprio obiettivo, esaminando i requisiti del prodotto e ricercando nella lega le proprietà necessarie a soddisfarli.

Per effettuare quest’analisi è importante conoscere la classificazione delle leghe di zinco, che si dividono principalmente in due categorie: le leghe ZAMAK, la cui denominazione è costituita dalla parola Zamak seguita da un numero in base al loro sviluppo sequenziale, e le leghe classificate con il prefisso ZA, che presentano una percentuale di alluminio notevolmente maggiore rispetto alle precedenti e sono quindi dotate di una maggiore resistenza.

ZAMAK era inizialmente un marchio registrato dalla New Jersey Zinc Co., azienda che utilizzò per prima questa specifica lega, ma col passare del tempo è stato scelto come nome comune per indicare tutte le leghe di zinco destinate alla pressofusione e in Italia è diventato semplicemente “zama”. È solo con l’evolversi di numerose tipologie di leghe che si è arrivati all’introduzione di una nomenclatura più articolata che, come abbiamo visto, si suddivide principalmente nelle categorie ZAMAK e ZA: l’acronimo ZAMAK è tuttavia ancora considerato la denominazione più comune e convenzionale per le leghe di zinco.

Questo acronimo definisce infatti una tipologia di leghe di zinco composta da quattro metalli principali: zinco, alluminio, magnesio e rame (Kupfer in tedesco). Questi elementi sono presenti nelle leghe di zinco in diverse percentuali: le leghe differiscono infatti in base alla concentrazione di ogni singolo metallo, presentando di conseguenza diverse caratteristiche che incidono sulle qualità del pressofuso. Queste caratteristiche risultano determinanti per la scelta della lega di zinco più adatta per la propria tecnologia e produzione.

La zama può infatti essere lavorata attraverso differenti processi produttivi: pressofusione a camera calda, pressofusione a camera fredda, spin casting, sludge casting e gravità. In questo articolo ci concentreremo sulle migliori leghe di zinco per la pressofusione a camera calda, tecnologia impiegata dalla Bruschi per il proprio business.

Le principali leghe di zinco utilizzate per la pressofusione a camera calda sono:

• Zamak2
• Zamak3
• Zamak5
• ZA8

La ZA8 è l’unica lega che non rientra nella categoria della ZAMAK poiché contiene un elevato quantitativo di alluminio che la classifica come ZA: risulta tuttavia una lega particolarmente adatta alla pressofusione per camera calda e per questo motivo è stata selezionata per la presente analisi.

Come anticipato, queste leghe presentano differenti composizioni: sono infatti costituite dagli stessi elementi ma dosati con percentuali diverse, in modo da potenziare determinate caratteristiche come la resistenza o la fluidità. Nella tabella sottostante è riportata la composizione delle leghe di zinco precedentemente elencate, definita dalle normative europee EN 12844 European Standard for Zinc Alloy Castings e EN 1774 Zinc and zinc alloys – Alloys for foundry purposes – Ingot and liquid:

Composizione delle diverse leghe di zinco

Dalla tabella si evincono le diverse concentrazioni dei materiali nelle diverse leghe di zama, in particolare di alluminio e rame: sono infatti principalmente questi due elementi a determinare le differenze tra le diverse leghe.

Leghe di zinco per pressofusione a camera calda

Zamak 2

La Zamak 2 è caratterizzata da un’elevata resistenza e durezza: è infatti la lega più resistente tra tutte le leghe di zinco. La percentuale di alluminio è pari a quella di Zamak 3 e Zamak 5, mentre la quantità di rame è nettamente superiore: può infatti raggiungere il 3,3% ed è proprio quest’alta percentuale di rame che le conferisce un’ottima resistenza. Tuttavia nel tempo una così elevata presenza di rame può provocare alterazioni di determinate caratteristiche della lega: durante l’invecchiamento del metallo possono infatti verificarsi alcune criticità a livello dimensionale, come una lieve variazione dimensionale. Inoltre, a causa dell’invecchiamento, è possibile riscontrare un abbassamento delle performance della Zamak 2 che possono raggiungere livelli simili a quelli delle leghe di alluminio: il principale svantaggio nell’utilizzo della Zamak 2 è infatti relativo alla diminuzione di performance, in particolare col passare del tempo si verifica una riduzione di duttilità. Nonostante il calo di rendimento provocato dall’invecchiamento, la Zamak 2 costituisce un ottimo materiale per la pressofusione grazie alla sua eccellente colabilità e all’elevato livello di resistenza al creep, nonché alla capacità di mantenere eccellenti standard di resistenza e durezza anche durante l’invecchiamento di lungo termine.

Zamak 3

La Zamak 3 è la lega di zinco più diffusa in Nord America: viene infatti preferita alle altre leghe di zinco poiché presenta un’ottima colabilità e una stabilità dimensionale prolungata nel tempo. La Zamak 3 è infatti dotata di una superiore stabilità dimensionale rispetto alle altre leghe, tuttavia questo alto grado di stabilità è rilevante solamente quando le tolleranze richieste sono particolarmente ristrette e critiche. Relativamente alla resistenza, la Zamak 3 è caratterizzata da una bassa percentuale di rame che determina una resistenza inferiore rispetto alle altre leghe di zinco, ma che allo stesso tempo abbassa la probabilità di alterazioni dovute all’invecchiamento del materiale, evitando così eventuali ritiri dimensionali e mantenendo invariate le performance della Zamak 3 col passare del tempo. Questa lega di zinco risulta inoltre perfetta per la produzione di componenti che dovranno subire trattamenti superficiali, quali placcatura, verniciatura e cromatura.

Zamak 5

La Zamak 5 è la lega di zinco maggiormente utilizzata in Europa. Anche questa lega di zinco presenta eccellenti proprietà di colabilità e, rispetto alla Zamak 3, contiene una percentuale di rame leggermente più alta che le conferisce una maggiore resistenza e durezza, così come una migliore resistenza al creep. Questa maggiore quantità di rame determina però, come illustrato in precedenza, anche una duttilità inferiore della lega, che può influenzare la sua lavorabilità durante operazioni secondarie quali flessione, rivettatura, pressatura o crimpatura. Al pari della Zamak 3 la Zamak 5 è un ottima lega da impiegare per prodotti che dovranno subire trattamenti di finitura superficiale.

ZA 8

La ZA 8, come già suggerisce la classificazione ZA e non ZAMAK, è caratterizzata da una composizione che presenta una notevole percentuale di alluminio, nettamente superiore a quella delle altre leghe di zinco. Questa elevata concentrazione di alluminio le conferisce una maggiore resistenza, durezza e capacità di resistenza al creep rispetto alle altre leghe, ad eccezione della Zamak 2 che è molto simile nelle prestazioni. Anche la ZA 8, come le altre leghe, è adatta per processi di finitura superficiale come cromatura e verniciatura.

Caratteristiche principali delle leghe di zinco

Analizzando la composizione chimica delle diverse leghe di zinco è quindi possibile definire quale lega risulti più appropriata per il proprio settore sulla base delle proprietà meccaniche e fisiche, ma anche relativamente alle caratteristiche del prodotto che dovrà essere realizzato.
La scelta della migliore lega di zinco per la pressofusione a camera calda parte infatti dall’analisi delle specifiche del componente:

• Quali sono le sue caratteristiche più significative?
• Si tratta di un prodotto estetico o di un prodotto funzionale?
• Dovrà subire trattamenti superficiali?
• Necessita di una maggiore resistenza o di una più elevata stabilità dimensionale?

Rispondere a quesiti simili e quindi condurre un’attenta analisi delle esigenze del prodotto costituisce infatti il primo step per la scelta della materia prima.

Una volta allora identificate le caratteristiche principali del prodotto è possibile passare all’analisi delle proprietà delle diverse leghe di zinco.

Come si evince dalle descrizioni sopra riportate le proprietà più significative per le performance della zamak sono colabilità, resistenza, durezza, stabilità dimensionale, resistenza al creep e idoneità per trattamenti superficiali. Ora, nel dettaglio, vedremo queste proprietà.

Colabilità

Le quattro leghe di zinco principalmente utilizzate per la pressofusione a camera calda presentano tutte un ottimo grado di colabilità: è proprio per questa loro caratteristica che sono specificatamente idonee per la pressofusione a camera calda. L’elevato livello di colabilità consente di produrre pressofusi caratterizzati da pareti particolarmente sottili, che risultano quindi più leggeri rispetto a componenti prodotti con altri metalli. La capacità di ottenere spessori minimi apporta inoltre un notevole risparmio in termini di costi.

Resistenza e durezza

Le leghe di zinco che presentano il maggior livello di resistenza e durezza sono la Zamak 2 e la ZA 8. La Zamak 2 contiene infatti un’elevata percentuale di rame che le conferisce una particolare resistenza, mentre la ZA 8, pur presentando una quantità di rame simile a quella della Zamak 5, risulta più resistente e dura grazie all’elevatissima percentuale di alluminio (8,0-8,8%). Queste due leghe risultano quindi perfette per la produzione di componenti che necessitano un’eccellente resistenza e durezza, ma che non hanno invece particolari esigenze a livello dimensionale.

Stabilità dimensionale

I prodotti che invece necessitano di un’elevata stabilità dimensionale nel tempo dovrebbero essere pressofusi utilizzando Zamak 3 o Zamak 5. Queste due leghe di zinco contengono infatti la giusta percentuale di rame per assicurare una buona resistenza, ma allo stesso tempo un’ottima stabilità dimensionale nel tempo. Si rivelano un’ottima scelta per la produzione di componenti con geometrie molto particolari e complesse, per i quali è necessario garantire dei ritiri dimensionali minimi che non compromettano la funzionalità del pezzo nel tempo. Grazie a questo equilibrio tra resistenza e stabilità dimensionale la Zamak 3 e la Zamak 5 sono le leghe di zinco principalmente utilizzate rispettivamente in Nord America e in Europa.

Resistenza al creep

Anche relativamente alla capacità di resistenza al creep le leghe più performanti sono la Zamak 2 e la ZA 8. Tuttavia, anche la Zamak 5 è dotata di buon livello di resistenza al creep, maggiore rispetto a quello della Zamak 3, di conseguenza è più adatta per essere utilizzata ad elevate temperature sotto uno stress continuo.

Trattamenti superficiali

Tutte le leghe di zinco elencate in questo post risultano adatte a ricevere trattamenti superficiali: l’elevata fluidità della zama permette infatti di applicare svariate tipologie di finiture, dalla cromatura alla vibroburattatura. I componenti in zinco possono essere trattati al fine di conseguire approssimativamente qualsiasi finitura superficiale desiderata, ottenendo così prodotti esteticamente accattivanti grazie ad una cromatura lucente o a una verniciatura con colori vivaci e sgargianti, così come superfici lisce e setose grazie ai trattamenti di satinatura.

Come scegliere la lega di zinco più adatta per il proprio business

In definitiva, per scegliere la lega di zinco più appropriata per il proprio prodotto è fondamentale porre l’attenzione su due concetti principali: quali caratteristiche dovrà avere il componente finito e quali proprietà della zama risultano fondamentali per soddisfare queste caratteristiche. Se il pezzo deve essere particolarmente resistente perché sarà sottoposto a un elevato stress durante il suo ciclo di vita, sarà più opportuno indirizzare la propria scelta verso la Zamak 2 o la ZA8. Se invece il pezzo necessita di un alto grado di stabilità dimensionale perché deve rientrare in tolleranze notevolmente ristrette, allora risulterà più efficace scegliere la Zamak 3 o la Zamak 5.

Ogni prodotto presenta caratteristiche tecniche specifiche e uniche che devono quindi essere attentamente esaminate al fine di identificare la lega di zinco più appropriata, così da ottimizzare il più possibile il risultato finale che si vuole raggiungere. Il fornitore di pressofusi in zinco costituisce di conseguenza un valido aiuto nella ricerca della miglior lega di zinco da impiegare, poiché grazie all’esperienza maturata in differenti settori e alla profonda conoscenza della materia prima può fornire preziosi consigli e suggerimenti utili per il raggiungimento delle performance ricercate.