Slitiny hořčíku pro tlakové lití 101

V současné době je hořčík revolučním materiálem pro tlakové lití, protože představuje životaschopnou alternativu k tradičním materiálům, jako je hliník. Je nejlehčím konstrukčním kovem a umožňuje významně snížit hmotnost konečných výrobků, což je zásadní pro úsporu paliva a snížení dopadů na životní prostředí v souvislosti s emisemi automobilů. Došlo k pozoruhodnému pokroku ve výzkumu, který rozšiřuje možnosti hořčíku a činí z něj vhodného kandidáta pro různé vysoce výkonné aplikace.

Proto hořčík vede v tlakovém lití:

Hustota hořčíku je přibližně 1,7 g/cm³ ve srovnání s hliníkem (2,7 g/cm³) [1]. To vede k masivnímu snížení hmotnosti součástek, včetně součástek pro vozidla, čímž se zvyšuje účinnost spotřeby paliva a zlepšuje přenosnost elektronických zařízení.

Hořčík má vynikající poměr pevnosti a hmotnosti. Některé studie ukázaly, že specifické hořčíkové slitiny, jako je AZ91D, mohou dosáhnout pevnosti v tahu přes 230 MPa [2]. Díky těmto vlastnostem se dobře hodí pro díly, které potřebují být odolné a lehké zároveň, protože disponují lehkostí a pevností.

Nedávný výzkum se například zabýval začleněním některých prvků vzácných zemin do hořčíku za účelem vytvoření slitin, které lépe odolávají deformaci při vysokých teplotách [3].

Zdroj:

1. Hořčík v technologii odlévání, Yucheng Bai a další (2012)
2. Hodnocení hořčíkových slitin pro tlakové lití při zvýšených teplotách: Sergio Cáceres a kol. (2015)
3. Mikrostruktura a odolnost slitin Mg-Gd-Y proti tečení X.M. Wang a kol. (2020)

AZ91, AM60 a AM50 jsou nejčastěji používané slitiny pro tlakové lití. Všechny jsou založeny na systému Mg-AI.

Přečtěte si také: Tlakové lití hliníkových slitin

V tomto článku se dozvíme o

• Celosvětový rozsah hořčíkových slitin pro tlakové lití,
• Zdůraznění výhod těchto materiálů,
• Slitiny hořčíku Vlastnosti
• Stručné srovnání běžných hořčíkových slitin pro tlakové lití

Zdůrazníme také významné výhody použití hořčíkových slitin pro tlakové lití, jako jsou:

• výjimečná pevnost
• lehká povaha
• vhodnost pro výrobu složitých tvarů

Probereme také různé druhy hořčíkových forem, které jsou k dispozici pro odlévání slitin, a zdůrazníme jejich jedinečné vlastnosti a ideální použití.

Nakonec prozkoumáme, jak je na tom tlakové lití hořčíku ve srovnání s jinými známými metodami, jako je tlakové lití hliníku, a probereme zajímavé vyhlídky budoucího potenciálu této technologie.

Doufáme, že na konci tohoto výkladu budete mít rozsáhlé znalosti o hořčíkových slitinách pro tlakové lití a jejich významu v moderní výrobě.

Pochopme hořčík jako slitinu

Nejznámější hořčíková slitina pro tlakové lití je AZ91D. Hořčík tvoří různé slitiny v kombinaci s jinými kovy. Mezi nejběžnější hořčíkové slitiny patří:

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

Co jsou slitiny hořčíku?

Hořčíkové slitiny jsou kovy, v nichž je hořčík (Mg) hlavním prvkem, obvykle tvořícím více než 90% složení. Čistý hořčík se upravuje přidáním legujících prvků, jako je hliník (Al), zinek (Zn) a mangan (Mn).

Výhody tlakového lití hořčíku

Jedinečnost tlakového lití hořčíku spočívá v tom, že může přinést několik klíčových výhod do výrobního procesu. Níže se podrobněji věnujeme některým z hlavních výhod:

Nízká hmotnost a vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. 

Jak bylo uvedeno výše, hořčík je nejlehčí konstrukční kov. Poskytuje pevnostní a hmotnostní základ pro extrémně lehké komponenty, což přináší velké výhody pro mnoho podniků.

Zlepšená rozměrová přesnost a stabilita

Metoda tlakového lití zaručuje vynikající rozměrovou přesnost a stabilitu konečného výrobku. Díky tomu je montáž dílů s dalšími součástmi jednodušší a odpovídá stejným vysokým standardům.

Vynikající obrobitelnost a dokončovací detaily

Hořčíkové tlakové odlitky se vyznačují dobrou obrobitelností. To usnadňuje tvarování a úpravu materiálu po odlití. Kromě toho mají tyto odlitky obvykle vynikající lesk povrchu, což snižuje potřebnou úroveň dalšího zpracování.

Vynikající tepelná a elektrická vodivost

Mezi vlastnosti hořčíkových slitin patří dobrá tepelná a elektrická vodivost. Proto mohou najít uplatnění v situacích, kdy je nutná elektrická vodivost nebo odvod tepla.

Vysoká recyklovatelnost

Vysoce recyklovatelným kovem je hořčík. Po skončení životnosti výrobku lze jeho části vyrobené z hořčíku snadno znovu použít a recyklovat, čímž se snižuje dopad na životní prostředí.

Proces tlakového lití hořčíku

V tomto díle se seznámíme se základy tlakového lití hořčíku a s tím, co obnáší, a také si krok za krokem ukážeme, jak se roztavený hořčík mění ve složité cenné díly.

Při výrobě složitých a rozměrově přesných výrobků se používá opakovaně použitelná forma zvaná kokila.

Některé nezbytné kroky jsou uvedeny níže:

Příprava a čištění lisovacích forem 

Zápustka je důkladně vyčištěna a namazána, aby byl zajištěn dokonalý proces odlévání a nedocházelo k vadám. Tento proces je nezbytný pro zachování integrity formy a výrobu odlitků nejvyšší kvality.

Tavení a slévání hořčíku

Hořčík se taví v peci při extrémně vysokých teplotách. V této fázi mohou být do roztaveného kovu vstřikovány takové legující prvky, aby se vytvořily požadované vlastnosti konečného výrobku, jako je zvýšená pevnost nebo odolnost proti korozi.

Vstřikování a tuhnutí

Pod vysokým tlakem se roztavený hořčík vstřikuje do dutiny matrice. Tato dutina má stejný tvar jako požadovaný hotový výrobek. Po vstříknutí roztaveného hořčíku se rychle ochladí a ztuhne. Po chvíli hořčík získá tvar zápustky.

Odstraňování a dokončování dílů

Po ztuhnutí se nově vytvořený díl vyjme z matrice. Po procesu odlévání se odstraní veškerý přebytečný materiál, jako jsou vtoky nebo vtokové lišty. Po odstranění přebytečných materiálů lze na povrch dílu aplikovat další dokončovací techniky na základě požadavků aplikace.

Tato metoda nám dnes umožňuje vyrábět složité hořčíkové díly ve velkých množstvích s vynikající rozměrovou přesností a spolehlivou kvalitou.

Hořčíkové tlakové lití kovů

Pečlivý výběr slitin hořčíku pro tlakové lití může zajistit úspěch výrobku. Výběr vhodné slitiny je zásadní, protože určuje konečné vlastnosti a výkon hotového výrobku.

Výběr nejlepší hořčíkové slitiny 

Slitiny hořčíku, jako např. AZ91D a AM50A/AM60B jsou stále oblíbenější pro automobilový průmysl a dopravu.

Tyto nové slitiny mají vyšší pevnost, lepší vlastnosti při vysokých teplotách, jsou tvárnější a mají vyšší tepelnou vodivost.

Před výběrem nejlepší hořčíkové slitiny pro tlakové lití je třeba mít úplné znalosti o. požadované vlastnosti pro hotový výrobek. 

Zde je několik zásadních faktorů, které vám pomohou při tomto zásadním rozhodnutí.

Síla: Důležitým faktorem je požadovaná pevnost jednotlivých komponent, které mají být použity. Mez kluzu, pevnost v tahu a únavová odolnost se u různých slitin liší.

Odolnost proti korozi: Zásadní je také zohlednit prostředí, ve kterém bude díl fungovat. V porovnání s několika jinými kovy mají vyšší odolnost proti korozi, takže jsou přednostně určeny pro náročné prostředí.

Odlévatelnost: Například roztavený kov musí být schopen dobře proudit do dutiny formy a vyplňovat složité tvary. Dobré slitiny pro odlévání zajišťují nízký výskyt vad a vysokou míru napětí při odlévání.

Obrobitelnost: Dále je třeba zvážit, jak snadno lze odlitý předmět opracovat, aby získal tvar nebo se změnil jeho tvar. Vhodná slitina pro obrábění umožňuje účinné přizpůsobení a následné zpracování.

Výrobci si dnes mohou vybrat hořčíkové slitiny pro tlakové lití, které nabízejí optimální pevnost a výkon, a zvážit tyto faktory spolu s požadavky na aplikace.

Běžné slitiny hořčíku

Na trhu je k dispozici mnoho typů hořčíkových slitin pro tlakové lití. Každá slitina má jedinečné vlastnosti a dokonalé použití.

Nyní prozkoumáme vlastnosti nejčastěji používaných slitin.

AZ91D: Šampion všech kol

AZ91D je nejčastěji používaná hořčíková slitina pro tlakové lití. Obsahuje 9% hliníku a 1% zinku. Poskytuje atraktivní směs odolnost proti korozi, houževnatost a vysoká odlévatelnost.. Díky těmto vlastnostem je AZ91D flexibilní volbou pro mnoho aplikací, jako jsou součásti motorů, kryty, spotřební elektronika a automobilový průmysl.

3.2.2 Řada AM (AM 50A, AM20, AM60B): Zaměření na houževnatost

Řada AM se vyznačuje legovanou skupinou, která je proslulá pozoruhodnými vlastnostmi. odolnost proti nárazu a houževnatost. Díky těmto vlastnostem jsou ideální pro díly pro fyzickou odolnost nebo náraz. Slitiny řady AM se používají v leteckém a automobilovém průmyslu pro konzoly, kola a další díly.

3.2.3 AS41B a AE42: vysokoteplotní slitiny

Slitiny AS41B a AE42 jsou vynikající volbou pro aplikace vyžadující vysoké teploty. Tyto slitiny vykazují vynikající tažnost, odolnost proti tečení a pevnost při vysokých teplotách, takže jsou vhodné pro díly motorů a převodovek, kde je nutná tepelná odolnost.

Je důležité si uvědomit, že se jedná o částečný seznam hořčíkových slitin pro tlakové lití. Existuje mnoho dalších typů hořčíkových slitin pro tlakové lití, které jsou vyvinuty pro splnění specifických požadavků. Výběr dokonalé slitiny vyžaduje úplné pochopení požadovaných vlastností a jedinečných požadavků na aplikaci.

Vlastnosti hořčíkových slitin pro tlakové lití

Znalost klíčových vlastností různých slitin hořčíku pro tlakové lití umožňuje kvalifikovanější rozhodování. 

Zde je stručné srovnání některých významných funkcí. tlakové lití hořčíku slitiny:

Použití hořčíkových slitin pro tlakové lití

Hořčík je známý svými odlitky z lehkých slitin. Stále větší oblibě se těší v konstrukčních aplikacích v automobilovém průmyslu. Hořčíkové slitiny se vyznačují nízkou hmotností, vynikajícím poměrem pevnosti a hmotnosti, rozměrovou opakovatelností a tvarem blízkým čistému.

Jedním z nedávných příkladů je Chrysler Pacifica 2017., který používá hořčíkové tlakové lití k nahrazení devíti součástí konstrukčního jádra zvedacích dveří, což snižuje hmotnost sestavy zvedacích dveří přibližně o 50%.

Jak víme, hořčíkové slitiny pro tlakové lití mají pozoruhodné vlastnosti. Mají mnohostranné využití v různých odvětvích. 

Nyní se podíváme na několik nejoblíbenějších odvětví této inovativní technologie.

Automobilový průmysl: Slitiny hořčíku pro tlakové lití jsou velmi vhodné pro automobilový průmysl, protože mají nízkou hmotnost a odolnost, a proto jsou ideální pro úsporu paliva. Používají se k výrobě dílů motoru, držáků, kol atd.

Spotřební elektronika: Hořčíkové slitiny pro tlakové lití jsou nejvhodnější pro ty, kteří chtějí lehká přenosná a odolná zařízení.

Proces tlakového lití hořčíku zlepšil uživatelské zkušenosti, je nejlepší pro pouzdra notebooků a těla fotoaparátů které jsou mimořádně odolné a pohodlné na držení. 

 Letecký a kosmický průmysl: Slitiny hořčíku pro tlakové lití jsou v leteckém průmyslu nezbytné, protože tam záleží na každém gramu. Tyto slitiny pomáhají letadlům zvýšit jejich nosnost a palivová účinnost. Jsou také užitečné pro výkon a dolet letadla.

Zdravotnické vybavení: Poměr pevnosti a hmotnosti hořčíkového tlakového lití je užitečný v průmyslu zdravotnického vybavení. Tyto slitiny jsou velmi lehké. Poskytují pacientům pevnost a odolnost, kterou potřebují při invalidní vozíky a berle. 

Srovnání s tlakovým litím hliníku

Jak tlakové lití hliníku, tak i hořčíku se hojně využívá k výrobě lehkých a složitých dílů ve velkém množství. Pro výběr mezi nimi je však třeba znát jejich specifické vlastnosti.

Podobnosti

Nízká hmotnost: Hořčík a hliník jsou lehké kovy. Proto je tlakové lití z těchto dvou kovů vhodným řešením pro aplikace snižující hmotnost.

Síla a lehkost: Obě techniky se vyznačují vysokým poměrem pevnosti a hmotnosti, což je předurčuje k výrobě pevných a zároveň lehkých součástí.

Snadné vytváření složitých tvarů: Tlakové odlitky z hořčíku a hliníku umožňují vytvářet složité a detailní konstrukce s vynikající rozměrovou přesností.

Rozdíly

Lehký hrdina: Z hlediska lehkosti se hořčíku nevyrovná žádný jiný materiál. Díky výraznému snížení hmotnosti oproti hliníku se stává nejlehčím konstrukčním kovem.

Převaha stínění: Pro díly, které mají být chráněny před elektromagnetickými vlnami (Thai), je hořčík nejlepším materiálem díky své výjimečné kvalitě stínění proti elektromagnetickému rušení (EMI) a radiofrekvenčnímu rušení (RFI).

Odolnost proti korozi: Hliník je obvykle odolnější proti korozi než hořčík. Proto se stává vhodnější alternativou pro aplikace vystavené žíravým látkám nebo drsnému prostředí.

Volba mezi tlakovým litím hořčíku a hliníku závisí na konkrétních potřebách aplikace.

Závěr

Odvětví tlakového lití hořčíku má před sebou zářnou budoucnost. S neustálým vývojem nových slitin s lepšími vlastnostmi může tato technologie zcela změnit způsob navrhování a výroby vysoce výkonných a lehkých dílů pro různé aplikace.