Magnesium und Aluminium sind druckgießbare Legierungen. Magnesium ist leichter und eignet sich gut für Teile, die kraftstoffsparend und schwingungsdämpfend sein müssen. Es erfordert bestimmte Handhabungstechniken. Aluminium ist zu einem günstigeren Preis erhältlich und eignet sich für allgemeine Zwecke. Es widersteht gut der Korrosion. Erfahren Sie, durch welche einzigartigen Eigenschaften sich Magnesium- und Aluminiumdruckguss voneinander unterscheiden. Außerdem erfahren Sie mehr über ihre Anwendungen und ihre Herstellung.

Eigenschaften von Magnesium und Aluminium

Magnesium-Eigenschaften

Spezifische Legierungen

Spezifische Magnesiumlegierungen werden grundsätzlich durch Legierungsverfahren hergestellt. Dabei wird es mit verschiedenen Elementen gemischt. Beispiele hierfür sind AZ91D, AM60 und AS41.

Bessere Festigkeit und verbesserte Korrosionsschutzfähigkeit sind die wichtigsten Eigenschaften dieser Legierungen. AZ91D zum Beispiel ist aufgrund seiner Zugfestigkeit von 240 MPa stärker und leichter.

Korrosionsbeständigkeit

Magnesium kann durch Umwelteinflüsse wie Luft oder alkalische Lösungen korrodieren. In diesem Fall sind Beschichtungen oder Legierungselemente am besten geeignet. Zum Beispiel wird die Korrosionsbeständigkeit von Magnesium besser, wenn Ingenieure es mit Aluminium mischen.

Außerdem ist Magnesium aufgrund seiner geringeren Dichte (1,74 g/cm³) nicht besonders korrosionsbeständig. Es braucht also einen gewissen Schutz.

Wärmeleitfähigkeit

Viele Magnesiumlegierungen haben eine gute Wärmeleitfähigkeit, wie AZ91 (51 W/m-K). Sie leiten also Wärme gut, aber irgendwie nicht so effizient wie Aluminium oder Kupfer.

Doch jedes Mal, wenn ein Metall erhitzt wird, dehnt es sich aus. Dies ist als thermische Ausdehnung bekannt. Magnesium weist mit 25,2 x 10-⁶/°C eine größere Wärmeausdehnung auf als Aluminium (23,6 x 10-⁶/°C).

Dämpfungsvermögen

Magnesium hat eine ausgezeichnete schwingungsdämpfende Eigenschaft. Daher eignet es sich gut für den Einsatz in Fahrzeugen und Flugzeugen. Da diese Teile geräusch- und schwingungsarm sein müssen, liegt ihr Elastizitätsmodul bei 45 GPa, was auf mehr Flexibilität hindeutet. Er ist niedriger als der von Aluminium (69 GPa).

Bearbeitbarkeit

Magnesiumlegierungen haben eine niedrigere Schmelztemperatur (650°C) als Al. Ihre Bearbeitbarkeit wird jedoch durch verschiedene Schnittkräfte, Werkzeugverschleiß und Spanbildung beeinträchtigt.

Seine Entflammbarkeit muss in gewisser Weise richtig behandelt werden. Der Grund dafür ist, dass es bei der Bearbeitung Funken schlagen kann.

Die Eigenschaften von Aluminium

Spezifische Legierungen

A380, A383 und ADC1 sind eine Art von speziellen Aluminiumlegierungen. Diese Legierungen enthalten andere Elemente wie Silizium, Kupfer und Zink.

Dies führt zu einer besseren Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die 320 MPa Zugfestigkeit des A380 beispielsweise machen ihn zu einer besseren Wahl für den industriellen Einsatz.

Korrosionsbeständigkeit

Durch die Bildung einer schützenden Oxidschicht ist Aluminium in der Lage, der Korrosion in atmosphärischen und maritimen Umgebungen standzuhalten. Außerdem hat Aluminium eine Dichte von 2,70 g/cm³. Deshalb ist es stärker und dennoch leicht.

Elektrische Leitfähigkeit

Aluminiumlegierungen wie A380 haben eine elektrische Leitfähigkeit von 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). Grundsätzlich ist sie niedriger als die von Kupfer, eignet sich aber immer noch am besten für elektrische Leitungen.

Gießbarkeit

Aluminiumlegierungen lassen sich aufgrund ihrer hervorragenden Gießbarkeit in jede komplexe Form bringen. Sie fließen reibungslos in die Form und können dünne Wände bilden. Aus diesem Grund sind sie eine beliebte Wahl bei der Herstellung. Aufgrund ihres hohen Schmelzpunkts können sie auch höhere Temperaturen beim Gießen vertragen.

Anwendungen des Magnesium-Druckgusses

Luft- und Raumfahrt

Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner mäßigen Festigkeit eignet sich Magnesium für die Herstellung verschiedener Teile für die Luft- und Raumfahrt. Dazu gehören Getriebegehäuse für Flugzeuge und Rotornaben für Hubschrauber.

Automobilindustrie

Im Automobilsektor verwenden die Hersteller sie, weil sie weniger Kraftstoff verbrauchen und leicht sind. Zu den Anwendungen gehören Instrumententafeln, Lenkräder, Heckklappeninnenseiten, Türverkleidungen und Lenkradaufhängungsträger.

Elektronik

Magnesium eignet sich auch für die Herstellung von Laptopgehäusen und Smartphone-Komponenten. Es reduziert das Gewicht der Teile und bietet Haltbarkeit.

Gewichtseinsparung

Da Magnesium nicht mehr Gewicht als Aluminium enthält, kann es verwendet werden, um das Lenkrad 40% leichter zu machen.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie kann man mit diesem Material anstelle von Aluminium Gewicht bei Getriebegehäusen sparen. Das bedeutet, dass Flugzeuge effizienter arbeiten.

Die Bedeutung der Gewichtsreduzierung

Wie Sie bereits festgestellt haben, sind die Auswirkungen von Leichtbauelementen. Anwendungen wie Autos, die Magnesium verwenden, verbrauchen jedoch weniger Kraftstoff und produzieren weniger Emissionen. Außerdem können leichtere Flugzeuge weite Strecken fliegen. Außerdem können Sie leichte Produkte leichter transportieren.

Anwendungen des Aluminiumdruckgusses

Automobilindustrie

Aluminium ist ein Metall, das es den Herstellern ermöglicht, es in jede beliebige Form und Gestalt zu gießen. Sein geringes Gewicht und seine Festigkeit eignen sich für die Herstellung von Motorblöcken, Getriebegehäusen und Rädern. Dadurch verbrauchen die Anwendungen weniger Energie und halten länger.

Luft- und Raumfahrt

Es kann hohen Belastungen wirksam standhalten. Daher verwenden Luft- und Raumfahrtunternehmen es für ihre Strukturteile und Elektronikgehäuse.

Industrielle Ausrüstung

Aluminiumlegierungen schützen die Teile vor Korrosion. Sie widerstehen der Korrosion und sorgen für Langlebigkeit und Verschleißfestigkeit bei industriellen Teilen, insbesondere bei solchen, die dies benötigen. Zum Beispiel bei Pumpen und Getrieben.

Wiederverwertbarkeit

Aluminium ist recycelbar. Daher ist es als eine nachhaltige Option bekannt. Aufgrund seiner unendlichen Kette können Sie das Produktmaterial wiederverwenden. Außerdem verliert es nicht seine Qualität und Eigenschaften.

Beim Aluminiumrecycling werden nicht mehr als 5% zur Gewinnung von Primäraluminium aus Bauxit verwendet. Dadurch werden die Umweltauswirkungen verringert.

Vorteile des Recyclings von Aluminium beim Druckgießen

Recyceltes Aluminium wird oft auch im Druckguss verwendet. Dadurch werden Ressourcen und Kosten gespart. Es ist auch eine Option, um nachhaltige Ziele in verschiedenen Branchen zu erreichen. Durch die Verwendung von recyceltem Metall wird der Kohlenstoff-Fußabdruck verringert und es ist wirtschaftlich sinnvoll.

Fertigungsüberlegungen beim Gießen

Magnesium-Guss

Werkzeugtemperatur und Reaktion

Wenn der Druckgießer die Magnesiumlegierung auf ihren Schmelzpunkt (650°C) erhitzt, geht sie in die Schmelze über.

Um dieses erhitzte Metall verarbeiten zu können, ist das Beizen von Matrizen mit niedrigeren Temperaturen sinnlos. Deshalb muss eine Matrize mindestens 700°C aushalten. Wenn Magnesium mit Sauerstoff in Berührung kommt, kommt es zu Reaktionen. Das kann zu Oxidation oder Brandgefahr führen.

Um dies zu vermeiden, können Sie zwischen geschlossenen Öfen wählen, Argon, oder SF6-Gasabdeckungen. Auch die Verwendung trockener Werkzeuge hilft, die Oxidation zu verhindern.

Außerdem wird durch die Berücksichtigung geeigneter Lunker und Kernanordnungen die Wahrscheinlichkeit von Defekten verringert.

Matrizenmaterial und Wartung

Die Formen, die für den Magnesiumguss verwendet werden, bestehen in der Regel aus H13-Stahl (45-50 HRC Härte) und 4140-Stahl (28-32 HRC Härte).

H13-Stahl kann Temperaturen von etwa 600 °C standhalten. Irgendwie nutzt er sich schnell ab, weil Magnesium Reaktionen hervorruft.

Das Hinzufügen von Entformungswinkeln hilft beim Herausdrücken des Gussteils aus den Formen. Das bedeutet, dass es auch zu einer reibungslosen Formleistung beiträgt.

Außerdem hält die Matrize länger, weil sie regelmäßig gewartet und nitriert wird.

Zykluszeit

Magnesiumguss erstarrt schneller. Jeder Zyklus dauert nicht länger als 20 bis 40 Sekunden. Außerdem lässt sich die Linie durch das Trennen in Kokillen leicht abtrennen. Auch das spart Produktionszeit.

Sicherheitsmaßnahmen

Die SF6-Gasunterdrückung hilft bei der Kontrolle von Brandgefahrensituationen, die beim Magnesiumguss auftreten können.

Außerdem sollten Sie keine Kühlmittel auf Wasserbasis verwenden. Das liegt daran, dass erhitztes Magnesium heftig mit Wasser reagiert.

Die Entformungsschrägen und Trennlinien verursachen keine Probleme während des Prozesses und verringern das Risiko.

Oberflächenveredelung

Durch Hinzufügen von Entformungswinkeln von 1 bis 3 Grad lassen sich bessere Oberflächen erzielen. Außerdem verbessern verschiedene Beschichtungen und Lackierungen nach dem Gießen das Aussehen der Teile und schützen sie vor Korrosion.

Aluminium-Guss

Werkzeugtemperatur und Druck

Für den Aluminiumguss werden stärkere Kokillen benötigt, die bei 350 °C und einem Druck von bis zu 140.000 kPa arbeiten. Dies liegt daran, dass Aluminium einen hohen Schmelzpunkt hat und ein höherer Druck zu Rissen führen kann.

Matrizenmaterial und Produktionsgrenzwerte

Matrizen aus Stahl (H13) halten in der Regel gut durch und können 100.000 Zyklen überstehen, bevor sie ersetzt werden müssen.

Die Trennebene reduziert hier die Belastung und verlängert die Lebensdauer. Darüber hinaus bringt die Optimierung von Werkzeugkonstruktionen positive Veränderungen bei Haltbarkeit und Leistung. Diese Techniken minimieren auch die mit dem Austausch von Werkzeugen verbundenen Kosten.

Zykluszeit von Aluminium

Beim Aluminiumguss dauert jeder Zyklus zwischen 20 Sekunden und 1,5 Minuten. Es entstehen Teile mit einer Wandstärke von 2-10 mm.

Die Zykluszeit umfasst im Wesentlichen die Einspritzgeschwindigkeit (1-5 m/s), die Werkzeugtemperatur (150-250 °C) und die Erstarrungszeit (5-20 Sekunden). Aus diesem Grund ist dieses Verfahren etwas langsamer, bietet aber mehr Präzision.

Sicherheitsmaßnahmen bei Aluminium

Beim Aluminiumguss entstehen häufig Dämpfe. Daher ist es wichtig, in belüfteten Bereichen zu arbeiten. Tragen Sie außerdem hitzebeständige PSA und halten Sie die Maschinenschutzvorrichtungen instand. Im Zusammenhang mit geschmolzenem Aluminium und der Temperatur der Gussform müssen strenge Vorschriften eingehalten werden. So können Sie Verbrennungen, Brände und Inhalationsgefahren vermeiden.

Oberflächenveredelung von Aluminium

Bei der Oberflächenveredelung wird Aluminium mehreren Verfahren unterzogen. Wobei Strahlen, Polieren und Eloxieren sehr gut funktionieren.

Beim Aluminiumguss entstehen Teile mit einer Rauheit (Ra) von 0,8 bis 3,2 µm.

Beschichtungen wie die Pulverbeschichtung (60-120 µm Dicke) erhöhen daher seine Haltbarkeit und Schönheit. Sie verringern das Auftreten von Rost und verbessern die Leistung.

Vergleich der mechanischen Eigenschaften

Magnesium und Aluminium sind zwei unterschiedliche Metalle, die einzigartige Eigenschaften besitzen. Aus diesem Grund kann Magnesium für verschiedene Produkte verwendet werden. Die Hersteller mischen es zum Beispiel mit 43%-Aluminium, um Legierungen herzustellen.

In ähnlicher Weise wird 40% aus Magnesium für die Herstellung von Konstruktionsmetallen verwendet. Das unterstreicht seine Bedeutung für den Leichtbau.

Zugfestigkeit & Streckgrenze

Die Zugfestigkeit eines Metalls gibt an, welche Kräfte es aufnehmen kann, bevor es bricht.

Die Streckgrenze ist der Punkt, an dem sich ein Metall dauerhaft zu biegen beginnt.

Magnesiumlegierungen wie AZ91D bieten eine Zugfestigkeit von 240 MPa und eine Streckgrenze von 150 MPa. Das trägt dazu bei, dass sie eine leichtere Option für den Guss darstellen.

Der Vorteil von Aluminium liegt in den 320 MPa, die es bietet. Zugfestigkeit  und Streckgrenze bis zu 130 und 280 MPa im A380.

Aus diesem Grund werden diese Metalle für hochbelastete Teile verwendet.

Dehnung & Schlagzähigkeit

Metalle können bis zu einer bestimmten Grenze gedehnt werden, bevor sie brechen, was als Dehnung bezeichnet wird.

Die Dehnung wirkt sich auf die Widerstandsfähigkeit des Metalls aus und beweist seine Fähigkeit, Stöße zu absorbieren.

Magnesium hat eine Dehnbarkeit von 5 bis 6% und eine Schlagfestigkeit von 4-8 J. Das macht es flexibler und stoßabsorbierend.

Bei Aluminium liegt der Dehnungsbereich jedoch bei 1 bis 10% und die Schlagzähigkeit beträgt 3-5 J. Dies bedeutet, dass sie ein wenig spröde sind.

Ermüdungsfestigkeit

Die Fähigkeit von Metallen, wiederholten Belastungen standzuhalten, wird als Ermüdungsfestigkeit bezeichnet.

Magnesiumlegierungen bieten eine Ermüdungsfestigkeit von 70-150 MPa. Obwohl sie weniger stark sind als Aluminium, bieten sie Zuverlässigkeit.

Die Ermüdungsfestigkeit von Aluminium schwankt zwischen 90 und 180 MPa. Damit ist es für die Verwendung in Motorenteilen geeignet.

Härte

Die Härte von Metallen misst ihre Kratzfestigkeit. Magnesium zum Beispiel hat eine Härte von 60-80 HB und wird zur Kategorie der weichen Metalle gezählt. Aluminium ist dagegen 70-100 HB härter. Es ist also widerstandsfähiger.

Kriechwiderstand

Wärme wirkt sich im Laufe der Zeit auf die Qualität und Leistung der Materialien aus. Der Parameter Kriechbeständigkeit ist ein Maß für die Wärmebeständigkeit von Metallen im Laufe der Zeit.

Magnesium zum Beispiel kann nur bei hohen Temperaturen eingesetzt werden und wird daher schneller schwach. In diesem Fall ist Aluminium die Alternative, da es höheren Temperaturen standhalten kann.

Schlussfolgerung:

Unter Magnesium-DruckgussLegierungen erstarren schnell, aber es besteht ein höheres Brandrisiko. Aluminium braucht dagegen etwas länger zum Abkühlen als Magnesium. Es bietet jedoch eine längere Haltbarkeit bei der Herstellung von Teilen. Magnesium kann als leichtes Metall verwendet werden, um schnell großvolumige Teile herzustellen. Andererseits eignet sich Aluminium für stärkere Teile, die nicht mit der Zeit korrodieren dürfen. Die richtige Wahl des Metalls zwischen Magnesium und Aluminium kann jedoch durch Abwägen der Anwendungsanforderungen getroffen werden.