Magnesium og aluminium er trykstøbte legeringer. Magnesium er lettere og passer godt til de dele, der har brug for brændstofeffektivitet og vibrationsdæmpning. Det kræver visse håndteringsteknikker. Hvorimod aluminium kan fås til en billigere pris og passer til generel brug. Det modstår korrosion godt. Lær, hvilke unikke egenskaber ved trykstøbning af magnesium og trykstøbning af aluminium, der adskiller dem fra hinanden. Læs også om deres anvendelsesmuligheder og overvejelser om fremstilling.

Egenskaber ved magnesium og aluminium

Magnesiums egenskaber

Specifikke legeringer

Specifikke legeringer af magnesium dannes grundlæggende gennem legeringsmetoder. Hvor det blandes med forskellige grundstoffer. Eksempler er AZ91D, AM60 og AS41.

Bedre styrke og forbedret evne til at forhindre korrosion er de vigtigste egenskaber ved disse legeringer. For eksempel er AZ91D stærkere og lettere på grund af sin trækstyrke på 240 MPa.

Modstandsdygtighed over for korrosion

Magnesium kan korrodere på grund af det, som miljøer som luft eller alkaliske opløsninger gør. I det tilfælde fungerer belægning eller legeringselementer bedst. For eksempel bliver magnesiums korrosionsbestandighed bedre, når ingeniører blander det med aluminium.

Derudover gør den lavere massefylde (1,74 g/cm³) i magnesium, at det ikke forhindrer korrosion særlig godt. Så det har brug for en vis beskyttelse.

Termisk ledningsevne

Mange magnesiumlegeringer har en god varmeledningsevne, f.eks. AZ91 (51 W/m-K). Så de leder varmen godt, men på en eller anden måde ikke så effektivt som aluminium eller kobber.

Men hver gang et metal opvarmes, udvider det sig. Det er kendt som termisk udvidelse. Magnesium har en større termisk udvidelse ved eller nær 25,2 x 10-⁶/°C end aluminium (23,6 x 10-⁶/°C).

Dæmpningskapacitet

Magnesium har en fremragende vibrationsdæmpende egenskab. Det gør det velegnet til brug i køretøjer og fly. Fordi disse dele har brug for reduceret støj og vibrationer, er deres elasticitetsmodul 45 GPa, hvilket betyder mere fleksibilitet. Det er lavere end aluminium (69 GPa).

Bearbejdelighed

Magnesiumlegeringer har en lavere smeltetemperatur (650 °C) end aluminium. Men deres bearbejdelighed påvirkes af forskellige skærekræfter, værktøjsslitage og spåndannelse.

Dets brændbarhed skal på en eller anden måde behandles korrekt. Det kan nemlig slå gnister under bearbejdningen.

Aluminiums egenskaber

Specifikke legeringer

A380, A383 og ADC1 er en slags specifikke aluminiumslegeringer. Disse legeringer indeholder andre elementer som silicium, kobber og zink.

Det giver derfor bedre styrke og korrosionsbestandighed. For eksempel gør A380's trækstyrke på 320 MPa den til et bedre valg til industriel brug.

Modstandsdygtighed over for korrosion

Dannelsen af et beskyttende oxidlag i aluminium gør det muligt at modstå korrosion i atmosfæriske og marine miljøer. Aluminium har også en massefylde på 2,70 g/cm³. Derfor er det stærkere, men alligevel let.

Elektrisk ledningsevne

I aluminiumslegeringer som A380 er der en elektrisk ledningsevne på 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). Dybest set er den lavere end kobber, men fungerer stadig bedst til elektriske ledninger.

Støbbarhed

Aluminiumslegeringer kan antage enhver kompleks form på grund af deres fremragende støbbarhed. De flyder jævnt ind i formen og kan skabe tynde vægge. Det er derfor, det er blevet et populært produktionsvalg. Deres høje smeltepunkt gør også, at de kan håndtere højere temperaturer under støbning.

Anvendelser af trykstøbning af magnesium

Luft- og rumfart

Magnesiums lette vægt og moderate styrke gør det anvendeligt til fremstilling af flere dele til luft- og rumfart. Det gælder bl.a. gearkassehuse til fly og rotornav til helikoptere.

Biler

I bilindustrien bruger producenterne dem på grund af deres evne til at bruge mindre brændstof og fordi de er lette. Anvendelsesområderne omfatter instrumentpaneler, rat, bagklapindlæg, dørpaneler og styretøjsbøjler.

Elektronik

Magnesium er også velegnet til fremstilling af tasker til bærbare computere og komponenter til smartphones. Det reducerer delens vægt og giver holdbarhed.

Besparelser på vægten

Fordi magnesium ikke indeholder mere vægt end aluminium, kan det bruges til at gøre rattet 40% lettere.

Når vi taler om luftfartsindustrien, kan det spare vægt til gearkassehuse i stedet for aluminium. Det betyder, at flyene arbejder mere effektivt.

Vigtigheden af vægtreduktion

Som du allerede har opdaget, er effekten af letvægtsfunktioner. Men applikationer som biler, der bruger magnesium, bruger mindre brændstof og producerer færre emissioner. Desuden kan lettere fly flyve over lange afstande. Du kan også lettere bære letvægtsprodukter.

Anvendelser af trykstøbning af aluminium

Biler

Aluminium er et metal, der giver producenterne mulighed for at støbe det i enhver form og facon. Dets letvægtsegenskaber og styrke er velegnet til fremstilling af motorblokke, gearkassehuse og hjul. Resultatet er, at applikationer bruger mindre energi og holder længere.

Luft- og rumfart

Det kan håndtere høj stress effektivt. Derfor bruger rumfartsvirksomheder det til deres strukturelle komponenter og elektroniske kabinetter.

Industrielt udstyr

Aluminiumslegeringer beskytter delene mod korrosion. Ved at modstå det giver de holdbarhed og slidstyrke i de industrielle dele, især dem, der har brug for det. For eksempel pumper og gearkasser.

Genanvendelighed

Aluminium er genanvendeligt. Det er derfor, det er kendt for at være en bæredygtig løsning. Du kan genbruge dets produktmateriale på grund af dets uendelige kæde. Det mister heller ikke sin kvalitet og sine egenskaber.

Processen med genbrug af aluminium bruger ikke mere end 5% til at udvinde primæraluminium fra bauxit. Det reducerer derfor miljøpåvirkningen.

Fordele ved genbrug af aluminium i trykstøbning

Genanvendt aluminium bruges også ofte til trykstøbning. Det sparer ressourcer og omkostninger. Det er også en mulighed for at opfylde bæredygtige mål på tværs af forskellige industrier. Brug af genbrugsmetal fjerner CO2-aftrykket og er velegnet til at give økonomisk mening.

Produktionsovervejelser i forbindelse med støbning

Støbning af magnesium

Formens temperatur og reaktion

Når trykstøberen opvarmer magnesiumlegeringer til deres smeltepunkt (650 °C), bliver de til smeltet form.

For at kunne håndtere dette opvarmede metal er det meningsløst at vælge en matrice med lavere temperaturer. Så derfor skal en matrice kunne tåle en temperatur på mindst 700 °C. Der opstår reaktioner, når magnesium møder ilt. Det kan være oxidation eller brandfare.

For at undgå dette kan du vælge mellem forseglede ovne, argon, eller SF6-gasdæksler. Brug af tørt værktøj hjælper også med at stoppe oxidering.

Desuden reduceres risikoen for kommende defekter, hvis man overvejer korrekte svindhulrum og kerneplaceringer.

Materiale og vedligeholdelse

De matricer, der bruges til at støbe magnesium, er almindeligvis lavet af H13-stål (45-50 HRC-hårdhed) og 4140-stål (28-32 HRC-hårdhed).

H13-stål kan tåle en temperatur på omkring 600 °C. På en eller anden måde slides det hurtigt, fordi magnesium skaber reaktioner.

Tilføjelse af trækvinkler hjælper med at skubbe den støbte del ud af matricen. Det betyder, at det også hjælper til en jævn formydelse.

Derudover holder værktøjet længere på grund af regelmæssig vedligeholdelse og nitreringsbelægninger.

Cyklustid

Magnesiumstøbning størkner hurtigere. Hver cyklus tager ikke mere end 20 til 40 sekunder. Og når man deler linjen i matricer, kan den let skilles ad. Det sparer også produktionstid.

Sikkerhedsforanstaltninger

SF6-gasundertrykkelse hjælper med at kontrollere de brandfarlige situationer, der kan opstå under magnesiumstøbning.

Undgå desuden at bruge vandbaserede kølemidler. Det skyldes, at opvarmet magnesium reagerer voldsomt med vand.

Udkastvinklerne og skillelinjerne skaber ikke problemer under processen, hvilket reducerer risikoen.

Overfladebehandling

Ved at tilføje 1 til 3 graders trækvinkler kan du få bedre overflader. Desuden forbedrer flere belægninger og malinger efter støbning emnernes udseende og beskytter dem mod korrosion.

Støbning af aluminium

Formens temperatur og tryk

Aluminiumsstøbning kræver stærkere matricer for at kunne fungere ved 350 °C under tryk på op til 140.000 kPa. Det skyldes, at aluminium har høje smeltepunkter, og at højere tryk kan forårsage revner.

Formens materiale og produktionsgrænser

Matricer fremstillet af stål (H13) fungerer normalt godt og kan klare 100.000 cyklusser, før de skal udskiftes.

Skilelinjen her reducerer stress og forlænger levetiden. Desuden medfører optimering af værktøjsdesign positive ændringer i holdbarhed og ydeevne. Disse teknikker minimerer også omkostningerne i forbindelse med udskiftning af matricer.

Cyklustid for aluminium

Aluminiumsstøbning tager 20 sekunder til 1,5 minutter at afslutte hver cyklus. Det skaber dele med en vægtykkelse på omkring (2-10 mm).

Grundlæggende omfatter cyklustiden indsprøjtningshastighed (1-5 m/s), matricetemperatur (150-250 °C) og størkningstid (5-20 sekunder). Det er derfor, denne proces er lidt langsommere, men giver præcision.

Sikkerhedsforanstaltninger for aluminium

Aluminiumsstøbning udsender ofte dampe. Så det er vigtigt at arbejde i ventilerede områder. Brug også varmebestandige personlige værnemidler og vedligehold maskinafskærmninger. Der skal være en streng protokol i forbindelse med smeltet aluminium og formens temperatur. Så du kan forhindre forbrændinger, brande og indåndingsfarer.

Overfladebehandling af aluminium

Når det gælder overfladebehandling, gennemgår aluminium flere processer. Hvor sandblæsning, polering og anodisering går så godt.

Aluminiumsstøbning producerer dele med en ruhed (Ra) på mellem 0,8 og 3,2 µm.

Belægninger som pulverlakering (60-120 µm tykkelse) øger derfor dens holdbarhed og skønhed. De reducerer forekomsten af rust og forbedrer dens ydeevne.

Sammenligning af mekaniske egenskaber

Magnesium og aluminium er to forskellige metaller med unikke egenskaber. Derfor kan magnesium bruges til forskellige fremstillingsprodukter. For eksempel blander producenter det med 43%-aluminium for at skabe legeringer.

På samme måde bruges 40% af magnesium til fremstilling af konstruktionsmetal. Det er sådan, det fremhæver dets betydning for letvægtsteknik.

Trækstyrke og flydespænding

Metals trækstyrke viser dets evne til at håndtere kræfter, før det går i stykker.

Flydespænding er det punkt, hvor et metal begynder at bøje permanent.

Magnesiumlegeringer som især AZ91D har en trækstyrke på 240 MPa og en flydespænding på 150 MPa. Det bidrager til at gøre det til en lettere mulighed for støbning.

For hvad det er værd i aluminium, er der fordelen ved dets 320 MPa Trækstyrke  og flydespænding op til 130 og 280 MPa i A380.

Det er derfor, disse metaller bruges til dele med høj belastning.

Forlængelse og slagfasthed

Metaller kan strækkes til en vis grænse, før de går i stykker, hvilket er deres forlængelse.

Forlængelse påvirker metallets modstandsdygtighed og viser dets evne til at absorbere stød.

Der er 5 til 6% forlængelse i magnesium og 4-8 J slagfasthed. Det er det, der gør det mere fleksibelt og stødabsorberende.

Men i aluminium er forlængelsesområdet 1 til 10% og har 3-5 J slagfasthed. Det betyder, at de er lidt mere skøre.

Udmattelsesstyrke

Metallers evne til at modstå gentagne belastninger er det, der kaldes udmattelsesstyrke.

Magnesiumlegeringer giver 70-150 MPa udmattelsesstyrke. Selvom de er mindre stærke end aluminium, er de pålidelige.

Udmattelsesstyrken i aluminium svinger mellem 90 og 180 MPa. Så det gør det velegnet til brug i motordele.

Hårdhed

Metallers hårdhed måler deres modstandsdygtighed over for ridser. Magnesium har f.eks. en hårdhed på 60-80 HB og hører til i kategorien bløde metaller. I mellemtiden er aluminium 70-100 HB hårdere. Så det er mere holdbart.

Modstand mod krybning

Varme påvirker materialernes kvalitet og ydeevne med tiden. Parameteren kryberesistens er en slags måling af metallers evne til at modstå varme over tid.

For eksempel er magnesium begrænset til brug ved høj varme, så det svækkes hurtigere. I dette tilfælde er aluminium det bedste alternativ på grund af dets evne til at klare højere temperaturer.

Konklusion:

I Trykstøbning af magnesiumMagnesiumlegeringer størkner hurtigt, men der er risiko for større brandfare. I mellemtiden tager aluminium lidt længere tid at afkøle end magnesium. Det giver dog holdbarhed ved fremstilling af dele. Du kan bruge magnesium som et letvægtsmetal til hurtigt at producere dele i store mængder. På den anden side er aluminium velegnet til stærkere dele, der ikke må korrodere over tid. Det rigtige valg af metal mellem magnesium og aluminium kan dog foretages ved at afveje anvendelsesbehov.