Hořčík a hliník jsou tlakově lité slitiny. Hořčík je lehčí a hodí se k dílům, které vyžadují nízkou spotřebu paliva a tlumení vibrací. Potřebuje určité manipulační techniky. Kdežto hliník je k dispozici za nižší cenu a hodí se pro všeobecné použití. Dobře odolává korozi. Přečtěte si, jakými jedinečnými vlastnostmi se od sebe liší hořčíkové a hliníkové tlakové lití. Zjistěte také, jaké jsou jejich aplikace a výrobní aspekty.

Vlastnosti hořčíku a hliníku

Vlastnosti hořčíku

Specifické slitiny

Specifické slitiny hořčíku se v zásadě vytvářejí metodami legování. Při nich se mísí s různými prvky. Příkladem jsou AZ91D, AM60 a AS41.

Významnými vlastnostmi těchto slitin jsou vyšší pevnost a lepší schopnost zabraňovat korozi. Například slitina AZ91D je pevnější a lehčí díky své pevnosti v tahu 240 MPa.

Odolnost proti korozi

Hořčík může korodovat v důsledku působení prostředí, jako je vzduch nebo alkalické roztoky. V takovém případě se nejlépe osvědčí povlak nebo legující prvky. Například odolnost hořčíku proti korozi se zlepší, když ho inženýři smíchají s hliníkem.

Navíc nižší hustota (1,74 g/cm³) hořčíku neumožňuje dobře zabránit korozi. Proto potřebuje určitou ochranu.

Tepelná vodivost

Mnoho hořčíkových slitin má dobrou tepelnou vodivost, například AZ91 (51 W/m-K). Vedou tedy teplo dobře, ale ne tak účinně jako hliník nebo měď.

Při každém zahřátí se však kov rozpíná. To se nazývá tepelná roztažnost. Hořčík má větší tepelnou roztažnost při teplotě 25,2 x 10-⁶/°C nebo blízko této hodnotě než hliník (23,6 x 10-⁶/°C).

Tlumicí schopnost

Hořčík má vynikající vlastnosti tlumení vibrací. Díky tomu je vhodný pro použití ve vozidlech a letadlech. Protože tyto díly potřebují snížit hluk a vibrace, je jejich modul pružnosti 45 GPa, což znamená větší pružnost. Je nižší než u hliníku (69 GPa).

Obrobitelnost

Hořčíkové slitiny mají nižší teplotu tání (650 °C) než Al. Jejich obrobitelnost je však zatížena různými řeznými silami, opotřebením nástroje a tvorbou třísek.

Její hořlavost musí být nějak ošetřena. Při obrábění totiž může dojít k jiskření.

Vlastnosti hliníku

Specifické slitiny

A380, A383 a ADC1 jsou specifické hliníkové slitiny. Tyto slitiny obsahují další prvky, jako je křemík, měď a zinek.

Tím je dosaženo lepší pevnosti a odolnosti proti korozi. Například díky pevnosti v tahu 320 MPa je A380 lepší volbou pro průmyslové použití.

Odolnost proti korozi

Vytvoření ochranné oxidové vrstvy v hliníku mu umožňuje odolávat korozi v atmosférickém a mořském prostředí. Hliník má také hustotu 2,70 g/cm³. Proto je pevnější a zároveň lehký.

Elektrická vodivost

U hliníkových slitin, jako je A380, je elektrická vodivost 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). V podstatě je nižší než měď, ale přesto se nejlépe hodí pro elektrické rozvody.

Odlévatelnost

Hliníkové slitiny mohou díky své vynikající odlévatelnosti nabývat jakýchkoli složitých tvarů. Hladce vtékají do formy a mohou vytvářet tenké stěny. Proto se staly oblíbenou výrobní volbou. Také jejich vysoký bod tání jim umožňuje zvládnout vyšší teploty při odlévání.

Použití hořčíkového tlakového lití

Letectví a kosmonautika

Díky své nízké hmotnosti a střední pevnosti je hořčík použitelný pro výrobu několika leteckých dílů. Patří mezi ně skříně převodovek letadel a náboje rotorů vrtulníků.

Automobilový průmysl

V automobilovém průmyslu je výrobci používají kvůli jejich schopnosti spotřebovat méně paliva a nízké hmotnosti. Používají se například v přístrojových deskách, volantech, vnitřcích zadních dveří, dveřních výplních a nosnících závěsů řízení.

Elektronika

Hořčík je také vhodný pro výrobu krytů notebooků a komponentů chytrých telefonů. Snižuje hmotnost dílů a nabízí odolnost.

Úspora hmotnosti

Protože hořčík nemá větší hmotnost než hliník, lze jej použít k odlehčení volantu 40%.

Pokud jde o letecký průmysl, může ušetřit hmotnost skříní převodovek namísto hliníku. Letadla tak pracují efektivněji.

Význam snižování hmotnosti

Jak jste již zjistili, dopad lehkých funkcí. Aplikace, jako jsou automobily využívající hořčík, však spotřebují méně paliva a produkují méně emisí. Navíc lehčí letadla létají na velké vzdálenosti. Také můžete snadněji přenášet lehké výrobky.

Aplikace tlakového lití hliníku

Automobilový průmysl

Hliník je kov, který umožňuje výrobcům odlévat jej v jakémkoli tvaru a formě. Jeho lehké vlastnosti a pevnost jsou vhodné pro výrobu bloků motorů, skříní převodovek a kol. Díky tomu aplikace spotřebovávají méně energie a mají delší životnost.

Letectví a kosmonautika

Efektivně zvládá vysokou zátěž. Proto jej letecké společnosti používají pro své konstrukční prvky a elektronické skříně.

Průmyslová zařízení

Slitiny hliníku chrání díly před korozí. Odolávají jí a zajišťují trvanlivost a odolnost proti opotřebení průmyslových dílů, zejména těch, které to potřebují. Například čerpadla a převodovky.

Recyklovatelnost

Hliník je recyklovatelný. Díky tomu je známý jako udržitelná varianta. Díky jeho nikdy nekončícímu řetězci můžete jeho materiál znovu použít. Také neztrácí svou kvalitu a vlastnosti.

V procesu recyklace hliníku se k získání primárního hliníku z bauxitu nepoužívá více než 5%. Tím se snižuje jeho dopad na životní prostředí.

Výhody recyklace hliníku při tlakovém lití

Recyklovaný hliník se často používá i při tlakovém lití. Šetří tak zdroje a náklady. Je to také možnost, jak splnit cíle udržitelného rozvoje v různých průmyslových odvětvích. Použití recyklovaného kovu odstraňuje uhlíkovou stopu a je vhodné z ekonomického hlediska.

Výrobní hlediska při odlévání

Odlévání hořčíku

Teplota a reakce matrice

Při zahřátí hořčíkové slitiny na teplotu tání (650 °C) se slitina změní na roztavenou.

Pro manipulaci s takto zahřátým kovem je pickingba matrice s nižšími teplotami zbytečný. Proto musí matrice vydržet teplotu minimálně 700 °C. Při setkání hořčíku s kyslíkem dochází k reakcím. To může být nebezpečí oxidace nebo požáru.

Abyste se tomu vyhnuli, můžete si vybrat mezi uzavřenými pecemi., argon, nebo plynové kryty SF6. Oxidaci pomáhá zastavit také používání suchého nářadí.

Kromě toho se správným zvážením smršťovacích dutin a umístění jádra snižuje pravděpodobnost vzniku vad.

Materiál pro lisování a údržbu

Matrice, které se používají k odlévání hořčíku, se běžně vyrábějí z oceli H13 (tvrdost 45-50 HRC) a oceli 4140 (tvrdost 28-32 HRC).

Ocel H13 snese teplotu kolem 600 °C. Nějak rychle se opotřebovává, protože hořčík vytváří reakce.

Přidání tahových úhlů pomáhá vytlačit odlitek z formy. To znamená, že také napomáhá hladkému chodu zápustky.

Kromě toho je životnost matrice delší díky pravidelné údržbě a nitridačním povlakům.

Doba cyklu

Hořčíkový odlitek tuhne rychleji. Každý cyklus netrvá déle než 20 až 40 sekund. Také dělení linky v zápustkách umožňuje její snadné oddělení. To rovněž šetří výrobní čas.

Bezpečnostní opatření

Potlačení plynu SF6 pomáhá kontrolovat situace ohrožující požárem, ke kterým může dojít při odlévání hořčíku.

Kromě toho nepoužívejte chladicí kapaliny na bázi vody. Zahřátý hořčík totiž prudce reaguje s vodou.

Úhly tahu a dělící čáry nepůsobí během procesu potíže, což snižuje riziko.

Povrchová úprava

Přidáním úhlů tahu 1 až 3 stupně získáte lepší povrchy. Také několik povlaků a nátěrů po odlití zlepšuje vzhled dílů a chrání je před korozí.

Hliníkové odlitky

Teplota a tlak v zápustce

Odlévání hliníku potřebuje silnější formy pro práci při teplotě 350 °C a tlaku až 140 000 kPa. Je to proto, že hliník má vysoké teploty tání a vyšší tlak by mohl způsobit praskání.

Materiál pro lisování a výrobní limity

Matrice vyrobené z oceli (H13) mají obvykle dobrou výkonnost a mohou absolvovat 100 000 cyklů, než je třeba je vyměnit.

Dělící čára zde snižuje napětí a prodlužuje životnost. Optimalizace konstrukce matric navíc přináší pozitivní změny v trvanlivosti a výkonu. Tyto techniky také minimalizují náklady spojené s výměnou matric.

Doba cyklu hliníku

Ukončení každého cyklu lití hliníku trvá 20 sekund až 1,5 minuty. Vytváří díly s tloušťkou stěny kolem (2-10 mm).

Doba cyklu v podstatě zahrnuje rychlost vstřikování (1-5 m/s), teplotu matrice (150-250 °C) a dobu tuhnutí (5-20 sekund). Proto je tento proces o něco pomalejší, ale poskytuje přesnost.

Bezpečnostní opatření z hliníku

Při odlévání hliníku často vznikají výpary. Proto je důležité pracovat ve větraných prostorách. Používejte také žáruvzdorné osobní ochranné pomůcky a udržujte kryty strojů. Musí být dodržován přísný protokol spojený s teplotou roztaveného hliníku a zápustek. Můžete tak předejít popáleninám, požárům a nebezpečí vdechnutí.

Povrchová úprava hliníku

V případě povrchové úpravy prochází hliník několika procesy. V tomto případě jde o tryskání, leštění a eloxování.

Při lití hliníku se vyrábějí díly s drsností (Ra) od 0,8 do 3,2 µm.

Povlaky jako práškové lakování (tloušťka 60-120 µm) proto zvyšují jeho odolnost a krásu. Snižují výskyt koroze a zlepšují jeho výkon.

Srovnání mechanických vlastností

Hořčík a hliník jsou dva různé kovy s jedinečnými vlastnostmi. Proto lze hořčík použít pro různé výrobní produkty. Výrobci jej například míchají s hliníkem 43% a vytvářejí z něj slitiny.

Podobně se 40% hořčíku používá k výrobě konstrukčních kovů. Tím je zdůrazněn jeho význam v lehkém strojírenství.

Pevnost v tahu a mez kluzu

Pevnost kovu v tahu vyjadřuje jeho schopnost přenášet síly před porušením.

Mez kluzu je bod, při kterém se kov začíná trvale ohýbat.

Zejména hořčíkové slitiny, jako je AZ91D, mají pevnost v tahu 240 MPa a mez kluzu 150 MPa. To přispívá k tomu, že se jedná o lehčí variantu pro odlévání.

Co se týče hliníku, jeho výhoda spočívá v tom, že má 320 MPa. pevnost v tahu  a mez kluzu až 130 a 280 MPa u A380.

Proto se tyto kovy používají pro vysoce namáhané díly.

Prodloužení a odolnost proti nárazu

Kovy lze do určité míry natáhnout, než dojde k jejich porušení, což se týká jejich prodloužení.

Prodloužení ovlivňuje odolnost kovu a ukazuje jeho schopnost absorbovat nárazy.

V hořčíku je prodloužení 5 až 6% a odolnost proti nárazu 4-8 J. Díky tomu je pružnější a lépe pohlcuje nárazy.

U hliníku je však rozsah prodloužení 1 až 10% a má odolnost proti nárazu 3-5 J. To znamená, že jsou o něco křehčí.

Únavová pevnost

Schopnost kovů odolávat opakovanému namáhání se nazývá únavová pevnost.

Hořčíkové slitiny poskytují únavovou pevnost 70-150 MPa. Přestože jsou méně pevné než hliník, poskytují spolehlivost.

Únavová pevnost hliníku se pohybuje mezi 90 a 180 MPa. Díky tomu je vhodný pro použití v dílech motorů.

Tvrdost

Tvrdost kovů měří jejich odolnost proti poškrábání. Například hořčík má tvrdost 60-80 HB a řadí se do kategorie měkkých kovů. Hliník má tvrdost 70-100 HB. Je tedy odolnější.

Odolnost proti tečení

Teplo má s postupem času vliv na kvalitu a výkonnost materiálů. Parametr odolnosti proti tečení je druh, který měří schopnost kovů odolávat teplu v průběhu času.

Například hořčík je omezen na použití při vysokých teplotách, takže rychleji slábne. V tomto případě je alternativní možností hliník, protože je schopen čelit vyšším teplotám.

Závěr:

Na adrese Tlakové lití hořčíku, slitiny rychle tuhnou, ale hrozí vyšší riziko požáru. Mezitím hliník potřebuje o něco delší dobu k ochlazení než hořčík. Poskytuje však trvanlivost při výrobě dílů. Hořčík můžete použít jako lehký kov k rychlé výrobě velkoobjemových dílů. Na druhou stranu se hliník hodí pro pevnější díly, které nesmí časem korodovat. Správný výběr kovu mezi hořčíkem a hliníkem však lze provést na základě zvážení potřeb aplikace.