Legeringer til trykstøbning af magnesium 101

Trykstøbning bliver i øjeblikket revolutioneret af magnesium, da det udgør et levedygtigt alternativ til traditionelle materialer som aluminium. Det er det letteste konstruktionsmetal og muliggør betydelige vægtbesparelser i slutprodukterne, hvilket er afgørende for brændstofeffektivitet og reduktion af miljøpåvirkninger i forbindelse med bilers emissioner. Der er sket bemærkelsesværdige forskningsfremskridt, som udvider magnesiums muligheder og gør det til en god kandidat til forskellige højtydende anvendelser.

Derfor er magnesium førende inden for trykstøbning:

Magnesium har en massefylde på ca. 1,7 g/cm³ sammenlignet med aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Dette fører til massive reduktioner i vægten af komponenter, herunder dem til køretøjer, og forbedrer dermed brændstofeffektiviteten og forbedrer elektroniske enheders bærbarhed.

Magnesium har et fremragende forhold mellem styrke og vægt. Nogle undersøgelser har vist, at specifikke magnesiumlegeringer, som f.eks. AZ91D, kan opnå trækstyrker på over 230 MPa [2]. Disse egenskaber gør dem velegnede til dele, der skal være både holdbare og lette på samme tid, fordi de har lethed og styrke.

For eksempel er der for nylig blevet forsket i at inkorporere nogle sjældne jordarter i magnesium for at danne legeringer, der bedre kan modstå deformation ved høje temperaturer [3].

Kilde:

1. Magnesium i støbeteknologi af Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Evaluering af trykstøbte magnesiumlegeringer til anvendelse ved forhøjede temperaturer: Mikrostruktur, trækstyrkeegenskaber og kryberesistens af Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Mikrostruktur og krybbestandighed af Mg-Gd-Y-legeringer af X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 og AM50 er de mest almindeligt anvendte legeringer til trykstøbning. Alle er baseret på Mg-AI-systemet.

Læs også: Trykstøbning af aluminiumslegering

I denne artikel vil vi lære om

• Det globale omfang af trykstøbte magnesiumlegeringer,
• Fremhæver fordelene ved disse materialer,
• Magnesiumlegeringers egenskaber
• Kort sammenligning af almindelige magnesiumlegeringer til trykstøbning

Vi vil også fremhæve de betydelige fordele ved at bruge legeringer til trykstøbning af magnesium, som f.eks:

• exceptionel styrke
• Letvægtsnatur
• egnet til at producere komplicerede former

Vi vil også diskutere de forskellige typer magnesiumforme, der findes til støbning af legeringer, og fremhæve deres unikke kvaliteter og ideelle anvendelser.

Til sidst undersøger vi, hvordan magnesiumstøbning kan sammenlignes med andre kendte metoder, som f.eks. aluminiumstøbning, og diskuterer de interessante udsigter for denne teknologis fremtidige potentiale.

Vi håber, at du ved afslutningen af denne udforskning vil have en omfattende viden om trykstøbte magnesiumlegeringer og deres betydning i moderne produktion.

Lad os forstå magnesium som en legering

Den mest berømte legering til trykstøbning af magnesium er AZ91D. Magnesium indgår i forskellige legeringer, når det kombineres med andre metaller. Nogle af de mest almindelige magnesium er:

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

Hvad er magnesiumlegeringer?

Magnesiumlegeringer er metaller, hvor magnesium (Mg) er hovedelementet og typisk udgør over 90% af sammensætningen. Rent magnesium modificeres ved at tilsætte legeringselementer som aluminium (Al), zink (Zn) og mangan (Mn).

Fordele ved trykstøbning af magnesium

Det unikke ved trykstøbning af magnesium er, at det kan give flere vigtige fordele i fremstillingsprocessen. Nedenfor vil vi uddybe nogle af de vigtigste fordele:

Letvægt og højt styrke/vægt-forhold. 

Som nævnt ovenfor er magnesium det letteste konstruktionsmetal. Det giver styrke og lav vægt som grundlag for ekstremt lette komponenter, hvilket resulterer i store fordele for mange virksomheder.

Forbedret dimensionel præcision og stabilitet

Trykstøbningsmetoden garanterer enestående målnøjagtighed og stabilitet i det færdige produkt. Det gør det lettere at samle dele med andre komponenter og med samme høje standard.

Fremragende bearbejdelighed og efterbehandlingsdetaljer

Trykstøbt magnesium giver god bearbejdelighed. Det gør det lettere at forme og ændre materialet efter støbningen. Derudover har disse støbegods normalt en overlegen overfladepolering, hvilket reducerer det nødvendige yderligere forarbejdningsniveau.

Fremragende termisk og elektrisk ledningsevne

Magnesiumlegeringer har en god termisk og elektrisk ledningsevne. Derfor kan de bruges i situationer, hvor elektrisk ledningsevne eller varmeafledning er nødvendig.

Høj genanvendelighed

Magnesium er et meget genanvendeligt metal. Når et produkt er udtjent, kan dets dele af magnesium nemt genbruges og genanvendes, hvilket reducerer det miljømæssige fodaftryk.

Trykstøbning af magnesium

Denne del vil tage os gennem det grundlæggende i magnesiumstøbning, og hvad det indebærer, samt vise trin for trin, hvordan smeltet magnesium omdannes til komplekse, værdifulde dele.

Processen indebærer, at man bruger en genanvendelig form, kaldet en matrice, til at fremstille komplicerede og dimensionelt præcise produkter.

Nogle nødvendige trin er angivet nedenfor:

Forberedelse og rengøring af matricer 

Formen rengøres og smøres grundigt for at sikre en perfekt støbeproces og undgå fejl. Denne proces er nødvendig for at bevare matricens integritet og producere støbegods af højeste kvalitet.

Smeltning og legering af magnesium

Magnesium smeltes i en ovn ved ekstremt høje temperaturer. Sådanne legeringselementer kan indsprøjtes i det smeltede metal på dette tidspunkt for at danne de ønskede endelige produktegenskaber som f.eks. øget styrke eller korrosionsbestandighed.

Indsprøjtning og størkning

Under højt tryk sprøjtes det smeltede magnesium ind i formens hulrum. Dette hulrum har samme form som det ønskede færdige produkt. Efter indsprøjtningen af smeltet magnesium køles det hurtigt ned og hærder. På ingen tid tager magnesium form efter matricen.

Fjernelse og efterbehandling af dele

Efter størkning fjernes den nyskabte del fra formen. Efter støbeprocessen fjernes alt ekstra materiale, som f.eks. stifter eller meder. Når ekstra materialer er fjernet, kan der anvendes yderligere efterbehandlingsteknikker på emnets overflade baseret på applikationens krav.

I dag giver denne metode os mulighed for at fremstille komplekse magnesiumdele i store mængder med enestående målnøjagtighed og pålidelig kvalitet.

Trykstøbte metaller af magnesium

Omhyggeligt valg af legeringer til magnesiumstøbning kan gøre produktet til en succes. Det er afgørende at vælge den rette legering, da den bestemmer det færdige produkts endelige egenskaber og ydeevne.

Valg af den bedste magnesiumlegering 

Magnesiumlegeringer som f.eks. AZ91D og AM50A/AM60B bliver stadig mere populære inden for bil- og transportsektoren.

Disse nye legeringer har forbedret styrke, bedre højtemperaturegenskaber, er mere duktile og har højere varmeledningsevne.

Før du vælger den bedste legering til trykstøbning af magnesium, skal du have fuldstændig viden om ønskede kvaliteter for det færdige produkt. 

Her er nogle vigtige faktorer, når du skal træffe denne kritiske beslutning.

Styrke: En vigtig faktor er den nødvendige styrke af de forskellige komponenter, der skal bruges. Udbyttestyrke, trækstyrke og udmattelsesmodstand varierer på tværs af forskellige legeringer.

Modstandsdygtighed over for korrosion: Det er også vigtigt at tage hensyn til det miljø, hvor en del skal fungere. De har højere korrosionsbestandighed sammenlignet med flere andre metaller, hvilket gør dem bedst egnet til barske omgivelser.

Støbbarhed: For eksempel skal et smeltet metal være i stand til at flyde godt ind i formhulrummet og fylde komplicerede former. Gode støbelegeringer sikrer lave defekter og høj støbespænding.

Bearbejdelighed: Desuden bør man overveje, hvor let en støbt genstand kan bearbejdes for at give den form eller ændre dens form. En passende bearbejdningslegering giver mulighed for effektiv tilpasning og efterbehandling.

I dag kan producenter vælge magnesiumlegeringer til trykstøbning, der giver optimal styrke og ydeevne, hvis de overvejer disse faktorer sammen med de krav, der kan stilles til anvendelsen.

Almindelige magnesiumlegeringer

Der findes mange typer magnesiumlegeringer til trykstøbning på markedet. Hver legering har unikke kvaliteter og perfekte anvendelsesmuligheder.

Lad os nu udforske egenskaberne ved de mest almindeligt anvendte legeringer.

AZ91D: Mesteren af alle runder

AZ91D er den mest anvendte legering til trykstøbning af magnesium. Den har 9% aluminium og 1% zink. Det giver en attraktiv blanding af korrosionsbestandighed, sejhed og høj støbbarhed. Disse egenskaber gør AZ91D til en fleksibel løsning til mange anvendelser, f.eks. motordele, huse, forbrugerelektronik og bilindustrien.

3.2.2 AM-serien (AM 50A, AM20, AM60B): Fokus på robusthed

AM-serien har en legeret gruppe, der er kendt for bemærkelsesværdige slagfasthed og sejhed. Disse egenskaber gør dem perfekte til dele med fysisk modstandsdygtighed eller stød. Legeringer i AM-serien bruges i luftfarts- og bilindustrien til beslag, hjul og andre dele.

3.2.3 AS41B og AE42: Højtemperaturlegeringer

AS41B- og AE42-legeringer er fremragende valg til anvendelser, der kræver høje temperaturer. Disse legeringer udviser fremragende duktilitet, kryberesistens og styrke ved høje temperaturer, hvilket gør dem velegnede til motor- og transmissionsdele, hvor varmebestandighed er nødvendig.

Det er vigtigt at bemærke, at dette er en delvis liste over legeringer til trykstøbning af magnesium. Der findes mange andre typer magnesiumlegeringer til trykstøbning, som er udviklet til at opfylde specifikke krav. At vælge den perfekte legering kræver en fuld forståelse af dine ønskede kvaliteter og unikke anvendelseskrav.

Egenskaber ved trykstøbte magnesiumlegeringer

Når man forstår de vigtigste egenskaber ved forskellige magnesiumlegeringer til trykstøbning, kan man træffe mere kvalificerede beslutninger. 

Her er en kort sammenligning af nogle af de vigtigste funktioner i trykstøbning af magnesium legeringer:

Anvendelser af legeringer til trykstøbning af magnesium

Magnesium er kendt for sine lette legeringsstøbninger. De bliver mere og mere populære i strukturelle anvendelser i bilindustrien. Magnesiumlegeringer er lette, har et fremragende styrke-til-vægt-forhold, dimensionel repeterbarhed og næsten-net-form.

Et nyligt eksempel er Chrysler Pacifica 2017, som bruger magnesiumstøbning til at erstatte ni komponenter i liftgatens strukturelle kerne, hvilket reducerer liftgatens vægt med ca. 50%.

Som vi ved, har magnesiumlegeringer til trykstøbning bemærkelsesværdige kvaliteter. De har mange anvendelsesmuligheder i en række forskellige sektorer. 

Vi vil nu se nærmere på en række af de mest populære sektorer inden for denne innovative teknologi.

Bilindustrien: Magnesiumlegeringer til trykstøbning er meget gode til bilindustrien, fordi de har lav vægt og holdbarhed, hvilket gør dem perfekte til brændstofeffektivitet. De bruges til fremstilling af motordele, beslag, hjul osv.

Forbrugerelektronik: Trykstøbningslegeringer af magnesium er bedst egnet til dem, der ønsker lette, bærbare og holdbare enheder.

Magnesiumstøbningsprocessen har forbedret brugeroplevelsen, den er bedst til kabinetter til bærbare computere og kamerahuse der er bemærkelsesværdigt holdbare og behagelige at holde ved. 

 Luft- og rumfartsindustrien: Legeringer til trykstøbning af magnesium er vigtige i luftfartsindustrien, fordi hvert gram betyder noget der. Disse legeringer hjælper fly med at øge deres lastkapacitet og Brændstofeffektivitet. De er også nyttige for flyets ydeevne og rækkevidde.

Medicinsk udstyr: Magnesiumstøbningens styrke-til-vægt-forhold er nyttigt i industrien for medicinsk udstyr. Disse legeringer er meget lette. De giver patienterne den styrke og holdbarhed, de har brug for i kørestole og krykker. 

Sammenligning med trykstøbning af aluminium

Både trykstøbt aluminium og magnesium bruges i vid udstrækning til produktion af lette, komplekse dele i store mængder. Men man skal forstå deres særlige egenskaber for at kunne vælge mellem dem.

Ligheder

Let vægt: Magnesium og aluminium er begge letvægtsmetaller. Derfor er trykstøbning af disse to metaller en god løsning til at reducere vægten.

Styrke og lethed: Begge teknikker har et højt forhold mellem styrke og vægt, hvilket gør dem velegnede til fremstilling af stærke, men lette komponenter.

Komplekse former gøres let: Magnesium- og aluminiumsstøbegods kan skabe indviklede, detaljerede designs med fremragende dimensionel nøjagtighed.

Forskelle

Letvægtshelten: Når det gælder ren lethed, er magnesium uovertruffen af noget andet materiale. Med betydelige vægtreduktioner i forhold til aluminium er det det letteste konstruktionsmetal.

Overlegen afskærmning: Til dele, der skal beskyttes mod elektromagnetiske bølger (Thai), er magnesium det bedste materiale på grund af dets enestående afskærmningskvalitet mod elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI).

Modstandsdygtighed over for korrosion: Aluminium har normalt en højere grad af korrosionsbestandighed end magnesium. Derfor er det det foretrukne alternativ til anvendelser, der udsættes for ætsende stoffer eller barske miljøer.

I sidste ende afhænger valget mellem trykstøbning af magnesium eller aluminium af de specifikke behov i en applikation.

Konklusion

Magnesiumstøbeindustrien går en lys fremtid i møde. I takt med at der hele tiden udvikles nye legeringer med bedre egenskaber, kan denne teknologi fuldstændig ændre, hvordan vi designer og fremstiller højtydende letvægtsdele til forskellige anvendelser.