سبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب المغنيسيوم 101

يتم حاليًا إحداث ثورة في مجال ثنائي الصب باستخدام المغنيسيوم لأنه يمثل بديلاً عمليًا للمواد التقليدية مثل الألومنيوم. فهو أخف المعادن الهيكلية وزنًا حيث يتيح توفيرًا كبيرًا في وزن المنتجات النهائية، وهو أمر ضروري لكفاءة استهلاك الوقود وتقليل الآثار البيئية المتعلقة بانبعاثات السيارات. وقد تم إحراز تقدم ملحوظ في الأبحاث التي توسع من قدرات المغنيسيوم وتجعله مرشحاً جيداً لمختلف التطبيقات عالية الأداء.

وهذا هو سبب ريادة المغنيسيوم في صب القوالب:

تبلغ كثافة المغنيسيوم حوالي 1.7 جم/سم مكعب مقارنة بالألمنيوم (2.7 جم/سم مكعب) [1]. ويؤدي ذلك إلى تخفيضات هائلة في وزن المكونات، بما في ذلك مكونات المركبات، وبالتالي تحسين كفاءة استهلاك الوقود وتعزيز قابلية نقل الأجهزة الإلكترونية.

يتميز المغنيسيوم بنسبة قوة إلى وزن ممتازة. وقد أظهرت بعض الدراسات أن بعض سبائك المغنيسيوم المحددة، مثل AZ91D، يمكن أن تحقق قوة شد تزيد عن 230 ميجا باسكال [2]. هذه السمات تجعلها مناسبة تمامًا للأجزاء التي تحتاج إلى متانة وخفة وزن في آن واحد لأنها تمتلك خفة الوزن والقوة في آن واحد.

على سبيل المثال، بحثت الأبحاث الحديثة في دمج بعض العناصر الأرضية النادرة في المغنيسيوم لتشكيل سبائك أكثر قدرة على مقاومة التشوه في درجات الحرارة العالية [3].

المصدر:

1. المغنيسيوم في تكنولوجيا الصب بواسطة يوتشنغ باي وآخرون (2012)
2. تقييم سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب لتطبيقات درجات الحرارة المرتفعة: البنية المجهرية وخصائص الشد ومقاومة الانزلاق بقلم سيرجيو كاسيريس وآخرون (2015)
3. البنية المجهرية ومقاومة الانزلاق لسبائك Mg-Gd-Y بواسطة X.M. Wang، وآخرون (2020)

AZ91 وAM60 وAM50 هي السبائك الأكثر استخدامًا في صب القوالب. تعتمد جميعها على نظام Mg-AI.

اقرأ أيضًا: سبائك الألومنيوم المصبوبة بالقالب

سنتعرف في هذه المقالة على

• النطاق العالمي لسبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب,
• تسليط الضوء على مزايا هذه المواد,
• خواص سبائك المغنيسيوم
• مقارنة موجزة بين سبائك المغنيسيوم الشائعة لصب القوالب

كما سنسلط الضوء على المزايا المهمة لاستخدام سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب مثل

• قوة استثنائية
• طبيعة خفيفة الوزن
• الملاءمة لإنتاج الأشكال المعقدة

كما سنناقش أيضًا الأنواع المختلفة من قوالب المغنيسيوم المتاحة لسبائك المغنيسيوم لصب السبائك، مع تسليط الضوء على خصائصها الفريدة واستخداماتها المثالية.

في النهاية، سوف ندرس كيفية مقارنة صب المغنيسيوم بالقالب بالطرق الأخرى المعروفة على نطاق واسع، مثل صب الألومنيوم بالقالب، ونناقش الآفاق المثيرة للاهتمام للإمكانات المستقبلية لهذه التقنية.

نأمل بنهاية هذا الاستكشاف أن تكون لديك معرفة واسعة بسبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب وأهميتها في التصنيع الحديث.

دعونا نفهم المغنيسيوم كسبيكة

أشهر سبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب هي AZ91D. يصنع المغنيسيوم سبائك مختلفة عند دمجها مع معادن أخرى. بعض سبائك المغنيسيوم الأكثر شيوعاً هي:

1. AM60B
2. AM50A
3. AM20
4. AE42
5. AS41B

ما هي سبائك المغنيسيوم؟

سبائك المغنيسيوم هي المعادن التي يكون فيها المغنيسيوم (Mg) هو العنصر الرئيسي، وعادةً ما يشكل أكثر من 90% من التركيبة. يتم تعديل المغنيسيوم النقي عن طريق إضافة عناصر السبائك مثل الألومنيوم (Al) والزنك (Zn) والمنجنيز (Mn).

مزايا سبك المغنيسيوم بالقالب

يكمن تفرد قالب الصب بالقالب من المغنيسيوم في أنه يمكن أن يجلب العديد من المزايا الرئيسية لعملية التصنيع. وفيما يلي، سنتناول بمزيد من التفصيل بعض المزايا الرئيسية:

وزن خفيف ونسبة قوة إلى وزن عالية. 

كما ذكرنا أعلاه، فإن المغنيسيوم هو أخف المعادن الهيكلية. فهو يوفر قاعدة القوة والوزن الخفيف للمكونات خفيفة الوزن للغاية، مما يؤدي إلى مزايا كبيرة للعديد من الشركات.

دقة أبعاد محسّنة وثبات محسّنين

تضمن طريقة الصب بالقالب دقة الأبعاد والثبات المتميز في المنتج النهائي. وهذا يجعل تجميع الأجزاء مع المكونات الأخرى أسهل وبنفس المعايير العالية.

قابلية ممتازة للتشغيل الآلي والتشطيبات النهائية

توفر مصبوبات المغنيسيوم بالقالب قابلية جيدة للتشغيل الآلي. فهي تجعل تشكيل المادة وتعديلها أسهل بعد الصب. بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما يكون لهذه المسبوكات صقل سطح فائق، مما يقلل من مستوى المعالجة الإضافية المطلوبة.

توصيل حراري وكهربائي متميز

تعتبر الموصلية الحرارية والكهربائية الجيدة من خصائص سبائك المغنيسيوم. وبناءً على ذلك، يمكن استخدامها في الحالات التي يكون فيها التوصيل الكهربائي أو تبديد الحرارة ضرورياً.

قابلية عالية لإعادة التدوير

المعدن القابل لإعادة التدوير بدرجة عالية هو المغنيسيوم. في نهاية عمر المنتج، يمكن إعادة استخدام أجزائه المصنوعة من المغنيسيوم وإعادة تدويرها بسهولة وبالتالي تقليل البصمة البيئية.

عملية الصب بالقالب المغنيسيوم

سيأخذنا هذا الجزء إلى أساسيات صب المغنيسيوم بالقالب وما يستلزمه بالإضافة إلى توضيح كيفية تحول المغنيسيوم المنصهر إلى أجزاء معقدة ذات قيمة خطوة بخطوة.

تتضمن العملية استخدام قالب قابل لإعادة الاستخدام يسمى القالب لتصنيع منتجات معقدة ودقيقة الأبعاد.

فيما يلي بعض الخطوات الضرورية:

تحضير القالب وتنظيفه 

يتم تنظيف القالب وتشحيمه جيدًا لضمان عملية صب مثالية وتجنب العيوب. هذه العملية ضرورية للحفاظ على سلامة القالب وإنتاج مصبوبات بأعلى جودة.

صهر وسبائك المغنيسيوم

يتم صهر المغنيسيوم في فرن في درجات حرارة عالية للغاية. يمكن حقن عناصر السبائك هذه في المعدن المنصهر في هذه المرحلة لتشكيل سمات المنتج النهائي المطلوبة مثل زيادة القوة أو مقاومة التآكل.

الحقن والتصلب

تحت ضغط مرتفع، يتم حقن المغنيسيوم المنصهر في تجويف القالب. هذا التجويف له نفس شكل المنتج النهائي المطلوب. بعد حقن المغنيسيوم المنصهر، يبرد بسرعة ويتصلب. بعد فترة وجيزة، يأخذ المغنيسيوم شكل القالب.

إزالة الجزء والتشطيب

بعد التصلب، تتم إزالة الجزء الذي تم إنشاؤه حديثًا من القالب. بعد عملية الصب، يتم استخلاص أي مواد إضافية، مثل الرفارف أو العدائيات، بعد عملية الصب. بعد إزالة المواد الإضافية، يمكن تطبيق المزيد من تقنيات التشطيب على سطح الجزء بناءً على متطلبات التطبيق.

تسمح لنا هذه الطريقة اليوم بتصنيع قطع المغنيسيوم المعقدة بكميات كبيرة مع دقة أبعاد متميزة وجودة موثوقة.

معادن الصب بالقالب المغنيسيوم

يمكن أن يؤدي الاختيار الدقيق لسبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب إلى نجاح المنتج. يعد اختيار السبيكة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لأنه يحدد الميزات النهائية للمنتج النهائي والأداء.

اختيار أفضل سبائك المغنيسيوم 

سبائك المغنيسيوم مثل AZ91D، وAM50A/AM60B AM50A/AM60B أصبحت شائعة بشكل متزايد في قطاعي السيارات والنقل.

وتتميز هذه السبائك الجديدة بقوة محسّنة وخصائص أفضل في درجات الحرارة العالية وقابلية أكثر للسحب وموصلية حرارية أعلى.

قبل اختيار أفضل سبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب من المغنيسيوم، يجب أن تكون لديك معرفة كاملة عن الصفات المرغوبة للمنتج النهائي. 

إليك بعض العوامل الحاسمة عند اتخاذ هذا القرار الحاسم.

القوة: أحد العوامل المهمة في ذلك هو القوة المطلوبة للمكونات المختلفة التي سيتم استخدامها. تتباين قوة الخضوع وقوة الشد ومقاومة الإجهاد عبر السبائك المختلفة.

مقاومة التآكل: من الضروري أيضًا مراعاة البيئة التي سيعمل فيها الجزء. فهي تتمتع بمقاومة أعلى للتآكل مقارنةً بالعديد من المعادن الأخرى، مما يجعلها في المقام الأول في البيئة المحيطة القاسية.

قابلية الإلقاء: على سبيل المثال، يجب أن يكون المعدن المنصهر قادرًا على التدفق جيدًا في تجويف القالب وملء الأشكال المعقدة. تضمن سبائك الصب الجيدة انخفاض العيوب وارتفاع معدل إجهاد الصب.

قابلية التشغيل الآلي: وعلاوة على ذلك، ينبغي النظر في مدى سهولة تشكيل الجسم الذي تم صبّه آليًا لإعطاء شكله أو تغيير شكله. تسمح سبيكة التصنيع المناسبة بالتخصيص الفعال والمعالجة اللاحقة.

واليوم، يمكن اختيار سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب التي توفر القوة والأداء الأمثل من قبل المصنعين الذين يأخذون هذه العوامل مع ما يمكن أن يطلب من التطبيقات.

سبائك المغنيسيوم الشائعة

تتوفر أنواع عديدة من سبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب في السوق. كل سبيكة لها صفات فريدة واستخدامات مثالية.

والآن، دعونا نستكشف خواص السبائك الأكثر استخدامًا.

AZ91D: بطل كل الجولات

AZ91D هي سبيكة صب القوالب المغنيسيوم الأكثر استخدامًا. تحتوي على ألومنيوم 9% وزنك 1%. يوفر مزيجًا جذابًا من مقاومة التآكل والمتانة وقابلية الصب العالية. وتجعل هذه الميزات من AZ91D خيارًا مرنًا للعديد من التطبيقات، مثل أجزاء المحركات، والأغلفة، والإلكترونيات الاستهلاكية، وقطاعات السيارات.

3.2.2.2 سلسلة AM (AM 50A، AM20، AM60B): التركيز على المتانة

تتميز سلسلة AM بمجموعة من السبائك المشهورة بمجموعة سبائك مشهورة بـ مقاومة الصدمات والصلابة. هذه الميزات تجعلها مثالية للأجزاء المقاومة للصدمة أو الصدمات. تُستخدم سبائك سلسلة AM في صناعات الطيران والسيارات في صناعات الطيران والسيارات للأقواس والعجلات والأجزاء الأخرى.

3.2.3 AS41B وAE42: السبائك عالية الحرارة

تُعد سبائك AS41B وAE42 خيارات ممتازة للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية. تُظهر هذه السبائك ليونة ممتازة ومقاومة زحف وقوة ممتازة في درجات الحرارة العالية، مما يجعلها مناسبة لأجزاء المحرك وناقل الحركة حيث تكون مقاومة الحرارة ضرورية.

من المهم ملاحظة أن هذه قائمة جزئية من سبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب. هناك العديد من الأنواع الأخرى من سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب التي تم تطويرها لتلبية متطلبات محددة. يتطلب اختيار السبيكة المثالية فهمًا كاملاً للصفات المرغوبة ومتطلبات التطبيق الفريدة.

خواص سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب

يتيح فهم السمات الرئيسية لمختلف سبائك المغنيسيوم المسبوكة بالقالب اتخاذ قرارات أكثر استنارة. 

فيما يلي مقارنة موجزة لبعض الميزات البارزة لـ صب القوالب المغنيسيوم السبائك:

استخدامات سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب

يشتهر المغنيسيوم بمسبوكات السبائك خفيفة الوزن. وهي تحظى بشعبية متزايدة في التطبيقات الهيكلية للسيارات. وتتميز سبائك المغنيسيوم بخفة الوزن، ونسبة القوة إلى الوزن المتميزة، وقابلية تكرار الأبعاد، والشكل شبه الصافي.

من الأمثلة الحديثة على ذلك سيارة كرايسلر باسيفيكا 2017والتي تستخدم صب المغنيسيوم بالقالب لاستبدال تسعة مكونات في الهيكل الأساسي للباب الخلفي للسيارة، مما يقلل من وزن مجموعة الباب الخلفي بحوالي 501 تيرابايت 3 تيرابايت.

كما نعلم، تتمتع سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب بخصائص رائعة. ولها العديد من التطبيقات في مجموعة متنوعة من القطاعات. 

سنلقي نظرة الآن على عدد من القطاعات الأكثر شعبية في هذه التقنية المبتكرة.

صناعة السيارات: تُعد سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب جيدة جدًا لصناعة السيارات لأنها تتميز بخفة الوزن والمتانة، مما يجعلها مثالية لكفاءة استهلاك الوقود. وهي تُستخدم لتصنيع أجزاء المحرك، والأقواس، والعجلات، وما إلى ذلك.

الإلكترونيات الاستهلاكية: سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب هي الأنسب لأولئك الذين يريدون أجهزة خفيفة الوزن محمولة ومتينة.

لقد حسّنت عملية الصب بالقالب المغنيسيوم من تجربة المستخدم، فهي الأفضل لـ أغلفة الحواسيب المحمولة وأجسام الكاميرات متينة ومريحة في الحمل بشكل ملحوظ. 

 صناعة الطيران والفضاء: تُعد سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب ضرورية في صناعة الطيران لأن كل جرام مهم هناك. تساعد هذه السبائك الطائرات على زيادة سعة حمولتها و كفاءة استهلاك الوقود. كما أنها مفيدة لأداء الطائرات ومداها.

المعدات الطبية: تعتبر نسبة القوة إلى الوزن في سبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب مفيدة في صناعة المعدات الطبية. فهذه السبائك خفيفة الوزن للغاية. وهي تمنح المرضى القوة والمتانة التي يحتاجون إليها في الكراسي المتحركة والعكازات. 

مقارنة مع صب الألومنيوم بالقالب

يُستخدم كل من ألومنيوم الصب بالقالب والمغنيسيوم على نطاق واسع لإنتاج الأجزاء المعقدة خفيفة الوزن بكميات كبيرة. ومع ذلك، يجب فهم خصائصهما المميزة للاختيار بينهما.

أوجه التشابه

خفيف الوزن: يعتبر كل من المغنيسيوم والألومنيوم من المعادن خفيفة الوزن. وهذا هو السبب في أن الصب بالقالب المصنوع من هذين المعدنين هو حل جيد لتطبيقات خفض الوزن.

القوة والخفة: تتمتع كلتا التقنيتين بنسب عالية من القوة إلى الوزن مما يجعلها مناسبة لإنتاج مكونات قوية وخفيفة الوزن في نفس الوقت.

الأشكال المعقدة أصبحت سهلة: يمكن لمسبوكات المغنيسيوم والألومنيوم المصبوبة بالقالب أن تصنع تصميمات معقدة ومفصلة بدقة أبعاد ممتازة.

الاختلافات

البطل خفيف الوزن: من حيث الخفة الخالصة، لا مثيل للمغنيسيوم من أي مادة أخرى. وبفضل التخفيضات الكبيرة في الوزن مقارنةً بالألومنيوم، يصبح أخف المعادن الهيكلية وزناً.

تفوق التدريع: بالنسبة للأجزاء التي يجب أن تكون محمية من الموجات الكهرومغناطيسية (التاي)، فإن المغنيسيوم هو أفضل مادة نظرًا لجودة التدريع الاستثنائية ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وتداخل الترددات اللاسلكية (RFI).

مقاومة التآكل: عادةً ما يتمتع الألومنيوم بدرجة مقاومة للتآكل أعلى من المغنيسيوم. وعلى هذا النحو، يصبح البديل الأكثر تفضيلاً للتطبيقات المعرضة للمواد الكاوية أو البيئات القاسية.

في النهاية، يعتمد الاختيار بين صب المغنيسيوم أو الألومنيوم على الاحتياجات المحددة للتطبيق.

الخاتمة

تتمتع صناعة صب المغنيسيوم بالقالب بمستقبل مشرق. فمع التطور المستمر للسبائك الجديدة ذات الجودة العالية، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تغير تمامًا كيفية تصميم وتصنيع أجزاء عالية الأداء وخفيفة الوزن لمختلف التطبيقات.