The increasing demand for lightweight materials in the automotive and aerospace industries has driven the research and development of magnesium alloys due to their exceptional strength to weight ratio, recyclability, and potential for energy efficiency. However, the widespread use of magnesium alloy in forging processes remains limited due to challenges associated with their formability, microstructure evolution, and mechanical properties under high-temperature deformation. This master thesis investigates the forging behaviour and heat treatment response of magnesium alloys, focusing on optimizing process parameters, and to understand mechanical behaviour and microstructural changes, to develop lightweight products. The magnesium alloys that will be taken into observation are AZ80, AZ61, and ZK60, all of which will be heat treated with the processes T5 and T6; also, the temperature and time of the procedure will be tested to find the optimal parameters, as shown later in this thesis. Metallographic analysis will be used to evaluate the effects on the microstructure, optical microscopy and scanning electron microscopy are the principal techniques used to obtain insights on grain refinement, precipitate distribution, and phase formation due to the heat treatments. Tensile tests were conducted to determine the alloys’ mechanical properties, at both room temperature and elevated temperatures. This research contributes to the advancement of magnesium alloy forging technologies by providing comprehensive understanding of the process-structure-property relationship. The findings offer useful information for the industrial production of lightweight magnesium alloy components, supporting the transition towards sustainable and energy-efficient manufacturing practices.
La crescente domanda di materiali leggeri nei settori automotive e aerospaziale ha spinto la ricerca e lo sviluppo di leghe di magnesio grazie al loro eccezionale rapporto resistenza-peso, riciclabilità e potenziale per l'efficienza energetica. Tuttavia, l'uso diffuso delle leghe di magnesio nei processi di forgiatura rimane limitato a causa delle sfide legate alla loro lavorabilità, all'evoluzione microstrutturale e alle proprietà meccaniche sotto deformazione ad alta temperatura. Questa tesi di laurea magistrale investiga il comportamento durante la forgiatura e la risposta ai trattamenti termici delle leghe di magnesio, concentrandosi sull'ottimizzazione dei parametri di processo e sulla comprensione del comportamento meccanico e dei cambiamenti microstrutturali, con l'obiettivo di sviluppare prodotti leggeri. Le leghe di magnesio prese in esame sono AZ80, AZ61 e ZK60, che verranno sottoposte ai trattamenti termici T5 e T6; inoltre, verranno testate diverse temperature e durate del trattamento per identificare i parametri ottimali, come verrà illustrato più avanti in questa tesi. L'analisi metallografica sarà utilizzata per valutare gli effetti sulla microstruttura, mentre la microscopia ottica e la microscopia elettronica a scansione (SEM) rappresentano le tecniche principali impiegate per ottenere informazioni sulla raffinazione del grano, la distribuzione dei precipitati e la formazione di fasi dovute ai trattamenti termici. Sono stati condotti test di trazione per determinare le proprietà meccaniche delle leghe, sia a temperatura ambiente che a temperature elevate. Questa ricerca contribuisce al progresso delle tecnologie di forgiatura delle leghe di magnesio, fornendo una comprensione approfondita delle relazioni tra processo, struttura e proprietà. I risultati offrono informazioni utili per la produzione industriale di componenti leggeri in leghe di magnesio, supportando la transizione verso pratiche di produzione sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico.
Forging of magnesium alloys for the development of lightweight products
Dassi, Luca
2024/2025
Abstract
The increasing demand for lightweight materials in the automotive and aerospace industries has driven the research and development of magnesium alloys due to their exceptional strength to weight ratio, recyclability, and potential for energy efficiency. However, the widespread use of magnesium alloy in forging processes remains limited due to challenges associated with their formability, microstructure evolution, and mechanical properties under high-temperature deformation. This master thesis investigates the forging behaviour and heat treatment response of magnesium alloys, focusing on optimizing process parameters, and to understand mechanical behaviour and microstructural changes, to develop lightweight products. The magnesium alloys that will be taken into observation are AZ80, AZ61, and ZK60, all of which will be heat treated with the processes T5 and T6; also, the temperature and time of the procedure will be tested to find the optimal parameters, as shown later in this thesis. Metallographic analysis will be used to evaluate the effects on the microstructure, optical microscopy and scanning electron microscopy are the principal techniques used to obtain insights on grain refinement, precipitate distribution, and phase formation due to the heat treatments. Tensile tests were conducted to determine the alloys’ mechanical properties, at both room temperature and elevated temperatures. This research contributes to the advancement of magnesium alloy forging technologies by providing comprehensive understanding of the process-structure-property relationship. The findings offer useful information for the industrial production of lightweight magnesium alloy components, supporting the transition towards sustainable and energy-efficient manufacturing practices.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/10589/236124