Magnesium-Druckguss-Legierungen 101

Der Druckguss wird derzeit durch Magnesium revolutioniert, da es eine praktikable Alternative zu herkömmlichen Materialien wie Aluminium darstellt. Als leichtestes Konstruktionsmetall ermöglicht es erhebliche Gewichtseinsparungen bei den Endprodukten, was für die Kraftstoffeffizienz und die Verringerung der Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugemissionen von wesentlicher Bedeutung ist. Die Forschung hat bemerkenswerte Fortschritte gemacht, die die Möglichkeiten von Magnesium erweitern und es zu einem guten Kandidaten für verschiedene Hochleistungsanwendungen machen.

Aus diesem Grund ist Magnesium im Druckguss führend:

Magnesium hat eine Dichte von etwa 1,7 g/cm³ im Vergleich zu Aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Dies führt zu einer massiven Verringerung des Gewichts von Bauteilen, auch von Fahrzeugen, und verbessert so die Kraftstoffeffizienz und die Tragbarkeit von elektronischen Geräten.

Magnesium hat ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Einige Studien haben gezeigt, dass bestimmte Magnesiumlegierungen, wie AZ91D, Zugfestigkeiten von über 230 MPa erreichen können [2]. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich gut für Teile, die gleichzeitig haltbar und leicht sein müssen, da sie über Leichtigkeit und Festigkeit verfügen.

Jüngste Forschungsarbeiten befassten sich zum Beispiel mit der Beimischung einiger Seltenerdelemente zu Magnesium, um Legierungen zu bilden, die bei hohen Temperaturen besser verformungsbeständig sind [3].

Quelle:

1. Magnesium in der Gusstechnik von Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Evaluation of Magnesium Die-Casting Alloys for Elevated Temperature Applications: Microstructure, Tensile Properties, and Creep Resistance by Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Microstructure and Creep Resistance of Mg-Gd-Y Alloys by X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 und AM50 sind die am häufigsten verwendeten Legierungen im Druckguss. Sie basieren alle auf dem Mg-AI-System.

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In diesem Artikel erfahren wir mehr über

• Die globale Reichweite von Magnesium-Druckgusslegierungen,
• Hervorhebung der Vorteile dieser Materialien,
• Eigenschaften von Magnesiumlegierungen
• Kurzer Vergleich der gängigen Magnesiumlegierungen für den Druckguss

Wir werden auch die bedeutenden Vorteile der Verwendung von Magnesium-Druckgusslegierungen hervorheben, wie z. B.:

• außergewöhnliche Festigkeit
• leichte Natur
• Eignung zur Herstellung komplizierter Formen

Wir besprechen auch die verschiedenen Arten von Magnesiumkokillen, die für Gusslegierungen zur Verfügung stehen, und heben ihre einzigartigen Eigenschaften und idealen Einsatzmöglichkeiten hervor.

Abschließend werden wir untersuchen, wie der Magnesiumdruckguss im Vergleich zu anderen bekannten Verfahren, wie dem Aluminiumdruckguss, abschneidet, und die interessanten Zukunftsaussichten dieser Technologie diskutieren.

Wir hoffen, dass Sie am Ende dieser Erkundung ein umfassendes Wissen über Magnesiumdruckgusslegierungen und ihre Bedeutung in der modernen Fertigung haben werden.

Verstehen wir Magnesium als Legierung

Die bekannteste Magnesium-Druckgusslegierung ist AZ91D. Magnesium bildet in Kombination mit anderen Metallen verschiedene Legierungen. Einige der gängigsten Magnesiumlegierungen sind:

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

Was sind Magnesium-Legierungen?

Magnesiumlegierungen sind Metalle, in denen Magnesium (Mg) das Hauptelement ist und in der Regel über 90% der Zusammensetzung ausmacht. Reines Magnesium wird durch Zugabe von Legierungselementen wie Aluminium (Al), Zink (Zn) und Mangan (Mn) modifiziert.

Vorteile des Magnesium-Druckgusses

Die Einzigartigkeit des Magnesiumdruckgusses besteht darin, dass er mehrere entscheidende Vorteile für den Herstellungsprozess mit sich bringt. Im Folgenden werden wir einige der wichtigsten Vorteile näher erläutern:

Geringes Gewicht und hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht. 

Wie bereits erwähnt, ist Magnesium das leichteste Konstruktionsmetall. Es bietet die Festigkeit und das geringe Gewicht als Grundlage für extrem leichte Bauteile, was für viele Unternehmen große Vorteile mit sich bringt.

Verbesserte Maßhaltigkeit und Stabilität

Das Druckgussverfahren garantiert eine hervorragende Maßhaltigkeit und Stabilität des Endprodukts. Das macht den Zusammenbau von Teilen mit anderen Komponenten einfacher und mit den gleichen hohen Standards.

Hervorragende Bearbeitbarkeit und Feinbearbeitungsdetails

Magnesium-Druckgussteile sind gut bearbeitbar. Dies erleichtert die Formgebung und Veränderung des Materials nach dem Gießen. Außerdem haben diese Gussteile in der Regel eine hervorragende Oberflächenpolitur, was den erforderlichen zusätzlichen Bearbeitungsaufwand verringert.

Hervorragende thermische und elektrische Leitfähigkeit

Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit aus. Daher können sie in Situationen verwendet werden, in denen elektrische Leitfähigkeit oder Wärmeableitung erforderlich ist.

Hohe Rezyklierbarkeit

Magnesium ist ein sehr gut recycelbares Metall. Am Ende der Lebensdauer eines Produkts können die aus Magnesium hergestellten Teile leicht wiederverwendet und recycelt werden, wodurch der ökologische Fußabdruck verringert wird.

Magnesium-Druckgussverfahren

In diesem Teil werden wir die Grundlagen des Magnesiumdruckgusses kennenlernen und Schritt für Schritt zeigen, wie geschmolzenes Magnesium zu komplexen, wertvollen Teilen verarbeitet wird.

Bei diesem Verfahren wird eine wiederverwendbare Form, eine sogenannte Matrize, zur Herstellung komplizierter und maßgenauer Produkte verwendet.

Im Folgenden sind einige notwendige Schritte aufgeführt:

Werkzeugvorbereitung und Reinigung 

Die Kokille wird gründlich gereinigt und geschmiert, um einen perfekten Gießprozess zu gewährleisten und Fehler zu vermeiden. Dieser Prozess ist notwendig, um die Integrität der Form zu erhalten und Gussteile von höchster Qualität zu produzieren.

Schmelzen und Legieren von Magnesium

Magnesium wird in einem Ofen bei extrem hohen Temperaturen geschmolzen. Solche Legierungselemente können in diesem Stadium in das geschmolzene Metall eingespritzt werden, um die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts wie erhöhte Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit zu erreichen.

Injektion und Verfestigung

Unter hohem Druck wird das geschmolzene Magnesium in den Formhohlraum gespritzt. Dieser Hohlraum hat die gleiche Form wie das gewünschte Endprodukt. Nach dem Einspritzen des geschmolzenen Magnesiums kühlt es schnell ab und härtet aus. Im Handumdrehen nimmt das Magnesium die Form der Matrize an.

Entfernen von Teilen und Nachbearbeitung

Nach der Erstarrung wird das neu entstandene Teil aus der Form genommen. Nach dem Gießvorgang wird das überschüssige Material, z. B. Angüsse oder Angusskanäle, entnommen. Nach dem Entfernen der zusätzlichen Materialien kann die Oberfläche des Teils je nach den Anforderungen der Anwendung mit weiteren Nachbearbeitungstechniken bearbeitet werden.

Dieses Verfahren ermöglicht es uns heute, komplexe Magnesiumteile in großen Mengen mit hervorragender Maßgenauigkeit und zuverlässiger Qualität herzustellen.

Magnesium-Druckguss-Metalle

Die sorgfältige Auswahl von Magnesium-Druckgusslegierungen kann zum Erfolg des Produkts beitragen. Die Wahl der geeigneten Legierung ist von entscheidender Bedeutung, da sie über die endgültigen Eigenschaften und die Leistung des Endprodukts entscheidet.

Die Auswahl der besten Magnesiumlegierung 

Magnesiumlegierungen wie AZ91D, und AM50A/AM60B werden in der Automobil- und Transportbranche immer beliebter.

Diese neuen Legierungen haben eine höhere Festigkeit, bessere Hochtemperatureigenschaften, eine höhere Duktilität und eine höhere Wärmeleitfähigkeit.

Bevor Sie sich für die beste Magnesium-Druckgusslegierung entscheiden, müssen Sie die folgenden Punkte genau kennen gewünschte Eigenschaften für das fertige Produkt. 

Hier sind einige wichtige Faktoren, die Sie bei dieser kritischen Entscheidung berücksichtigen sollten.

Stärke: Ein wichtiger Faktor ist dabei die erforderliche Festigkeit der verschiedenen zu verwendenden Komponenten. Streckgrenze, Zugfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit sind bei den verschiedenen Legierungen unterschiedlich.

Korrosionsbeständigkeit: Wichtig ist auch die Berücksichtigung der Umgebung, in der ein Teil eingesetzt wird. Sie haben eine höhere Korrosionsbeständigkeit als verschiedene andere Metalle und eignen sich daher besonders für raue Umgebungen.

Gießbarkeit: So muss das geschmolzene Metall beispielsweise gut in den Formhohlraum fließen und komplizierte Formen ausfüllen können. Gute Gusslegierungen gewährleisten geringe Fehler und eine hohe Gießspannung.

Bearbeitbarkeit: Außerdem sollte berücksichtigt werden, wie leicht ein gegossener Gegenstand bearbeitet werden kann, um ihm eine neue Form zu geben oder seine Gestalt zu verändern. Eine geeignete Bearbeitungslegierung ermöglicht eine wirksame Anpassung und Nachbearbeitung.

Die Hersteller können heute Magnesiumdruckgusslegierungen auswählen, die eine optimale Festigkeit und Leistung bieten, indem sie diese Faktoren zusammen mit den Anforderungen an die Anwendungen berücksichtigen.

Gängige Magnesium-Legierungen

Auf dem Markt sind viele Arten von Magnesium-Druckgusslegierungen erhältlich. Jede Legierung hat einzigartige Eigenschaften und perfekte Einsatzmöglichkeiten.

Lassen Sie uns nun die Eigenschaften der am häufigsten verwendeten Legierungen untersuchen.

AZ91D: Der Meister aller Runden

AZ91D ist die am häufigsten verwendete Magnesium-Druckgusslegierung. Sie besteht aus 9% Aluminium und 1% Zink. Sie bietet eine attraktive Mischung aus Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und hohe Gießbarkeit. Diese Eigenschaften machen AZ91D zu einer flexiblen Option für viele Anwendungen, wie z. B. Motorenteile, Gehäuse, Unterhaltungselektronik und Automobilsektor.

3.2.2 AM-Serie (AM 50A, AM20, AM60B): Zähigkeit im Fokus

Die AM-Serie besteht aus einer legierten Gruppe, die für ihre bemerkenswerte Schlagfestigkeit und Zähigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich perfekt für Teile, die physisch widerstandsfähig sind oder Stößen ausgesetzt werden. Legierungen der AM-Serie werden in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie für Halterungen, Räder und andere Teile verwendet.

3.2.3 AS41B und AE42: Hochtemperatur-Legierungen

Die Legierungen AS41B und AE42 sind ausgezeichnete Optionen für Anwendungen, die hohe Temperaturen erfordern. Diese Legierungen weisen eine ausgezeichnete Duktilität, Kriechbeständigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen auf und eignen sich daher für Motor- und Getriebeteile, bei denen Hitzebeständigkeit erforderlich ist.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass dies eine unvollständige Liste von Magnesiumdruckgusslegierungen ist. Es gibt viele andere Arten von Magnesiumdruckgusslegierungen, die für spezifische Anforderungen entwickelt wurden. Die Wahl der perfekten Legierung erfordert ein umfassendes Verständnis der von Ihnen gewünschten Eigenschaften und einzigartigen Anwendungsanforderungen.

Eigenschaften von Magnesium-Druckgusslegierungen

Die Kenntnis der wichtigsten Merkmale der verschiedenen Magnesiumdruckgusslegierungen ermöglicht fundierte Entscheidungen. 

Hier ein kurzer Vergleich einiger hervorstechender Merkmale von Magnesium-Druckguss Legierungen:

Anwendungen von Magnesium-Druckgusslegierungen

Magnesium ist bekannt für seine leichten Gusslegierungen. Sie erfreuen sich zunehmender Beliebtheit in strukturellen Automobilanwendungen. Magnesiumlegierungen haben ein geringes Gewicht, ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, eine hohe Wiederholbarkeit der Abmessungen und sind nahezu endkonturnah.

Ein aktuelles Beispiel ist der Chrysler Pacifica 2017bei dem neun Bauteile im strukturellen Kern der Heckklappe durch Magnesiumdruckguss ersetzt werden, wodurch das Gewicht der Heckklappenbaugruppe um etwa 50% reduziert wird.

Wie wir wissen, haben Magnesium-Druckgusslegierungen bemerkenswerte Eigenschaften. Sie haben zahlreiche Anwendungen in einer Vielzahl von Sektoren. 

Im Folgenden werden wir einige der beliebtesten Bereiche dieser innovativen Technologie näher betrachten.

Automobilindustrie: Magnesiumdruckgusslegierungen eignen sich sehr gut für die Automobilindustrie, da sie leicht und haltbar sind und somit perfekt zur Kraftstoffeffizienz beitragen. Sie werden für die Herstellung von Motorteilen, Halterungen, Rädern usw. verwendet.

Unterhaltungselektronik: Magnesium-Druckgusslegierungen eignen sich am besten für alle, die leichte, tragbare und langlebige Geräte wünschen.

Das Magnesium-Druckgussverfahren hat die Benutzererfahrung verbessert, es ist am besten für Laptop-Gehäuse und Kameragehäuse die bemerkenswert haltbar und angenehm zu halten sind. 

 Luft- und Raumfahrtindustrie: Magnesium-Druckgusslegierungen sind in der Luft- und Raumfahrtindustrie unverzichtbar, da es dort auf jedes Gramm ankommt. Diese Legierungen helfen Flugzeugen, ihre Ladekapazität zu erhöhen und Kraftstoffeffizienz. Sie sind auch für die Leistung und Reichweite von Flugzeugen hilfreich.

Medizinische Ausrüstung: Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von Magnesiumdruckguss ist in der medizinischen Geräteindustrie hilfreich. Diese Legierungen sind sehr leicht. Sie geben den Patienten die Festigkeit und Haltbarkeit, die sie in Rollstühle und Krücken. 

Vergleich mit Aluminiumdruckguss

Sowohl Aluminium- als auch Magnesiumdruckguss werden in großem Umfang für die Herstellung leichter, komplexer Teile in großen Mengen verwendet. Um sich für eines der beiden Materialien zu entscheiden, muss man jedoch ihre besonderen Eigenschaften kennen.

Ähnlichkeiten

Leichtes Gewicht: Magnesium und Aluminium sind beides leichte Metalle. Deshalb ist Druckguss aus diesen beiden Metallen eine gute Lösung für Anwendungen zur Gewichtsreduzierung.

Festigkeit und Leichtigkeit: Beide Verfahren zeichnen sich durch ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aus und eignen sich daher für die Herstellung fester und dennoch leichter Bauteile.

Komplexe Formen leicht gemacht: Mit Magnesium- und Aluminiumdruckguss lassen sich komplizierte, detaillierte Designs mit hervorragender Maßgenauigkeit herstellen.

Unterschiede

Der Leichtbau-Held: Magnesium ist in puncto Leichtigkeit von keinem anderen Material übertroffen worden. Mit einer erheblichen Gewichtsreduzierung gegenüber Aluminium ist es das leichteste Konstruktionsmetall.

Überlegene Abschirmung: Für Teile, die vor elektromagnetischen Wellen (Thai) geschützt werden müssen, ist Magnesium aufgrund seiner außergewöhnlichen Abschirmungsqualität gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI) das beste Material.

Korrosionsbeständigkeit: Aluminium weist in der Regel eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf als Magnesium. Daher ist es die bevorzugte Alternative für Anwendungen, die ätzenden Substanzen oder rauen Umgebungen ausgesetzt sind.

Letztendlich hängt die Entscheidung zwischen Magnesium- und Aluminiumdruckguss von den spezifischen Anforderungen einer Anwendung ab.

Schlussfolgerung

Die Magnesiumdruckgussindustrie hat eine große Zukunft. Da ständig neue Legierungen mit besseren Eigenschaften entwickelt werden, kann diese Technologie die Art und Weise, wie wir leistungsstarke und leichte Teile für verschiedene Anwendungen entwerfen und herstellen, völlig verändern.