Το μαγνήσιο και το αλουμίνιο είναι χυτά κράματα. Το μαγνήσιο είναι ελαφρύτερο και ταιριάζει καλά με τα μέρη που χρειάζονται αποδοτικότητα καυσίμου και απόσβεση κραδασμών. Χρειάζεται συγκεκριμένες τεχνικές χειρισμού. Όπου το αλουμίνιο είναι διαθέσιμο σε φθηνότερη τιμή και ταιριάζει σε χρήση γενικής χρήσης. Αντιστέκεται καλά στη διάβρωση. Μάθετε ποιες μοναδικές ιδιότητες της χύτευσης μαγνησίου και της χύτευσης αλουμινίου διαφέρουν μεταξύ τους. Επίσης, ανακαλύψτε τις εφαρμογές τους και τις εκτιμήσεις κατασκευής τους.

Ιδιότητες του μαγνησίου και του αλουμινίου

Ιδιότητες μαγνησίου

Ειδικά κράματα

Τα ειδικά κράματα μαγνησίου σχηματίζονται βασικά μέσω μεθόδων κραματοποίησης. Κατά τις οποίες αναμιγνύεται με διάφορα στοιχεία. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τα AZ91D, AM60 και AS41.

Η καλύτερη αντοχή και η βελτιωμένη ικανότητα αποτροπής της διάβρωσης είναι οι σημαντικές ιδιότητες αυτών των κραμάτων. Για παράδειγμα, το AZ91D είναι ισχυρότερο και ελαφρύτερο λόγω της αντοχής του σε εφελκυσμό 240 MPa.

Αντοχή στη διάβρωση

Το μαγνήσιο μπορεί να διαβρωθεί εξαιτίας του περιβάλλοντος, όπως ο αέρας ή τα αλκαλικά διαλύματα. Σε αυτή την περίπτωση, η επικάλυψη ή τα κραματικά στοιχεία λειτουργούν καλύτερα. Για παράδειγμα, η αντοχή του μαγνησίου στη διάβρωση γίνεται καλύτερη όταν οι μηχανικοί το αναμιγνύουν με αλουμίνιο.

Επιπλέον, η χαμηλότερη πυκνότητα (1,74 g/cm³) του μαγνησίου δεν το εμποδίζει να αποτρέψει καλά τη διάβρωση. Επομένως, χρειάζεται ορισμένη προστασία.

Θερμική αγωγιμότητα

Πολλά κράματα μαγνησίου προσφέρουν καλή θερμική αγωγιμότητα, όπως το AZ91 (51 W/m-K). Έτσι, αγωγιμοποιούν καλά τη θερμότητα, αλλά κατά κάποιο τρόπο όχι τόσο αποτελεσματικά όσο το αλουμίνιο ή ο χαλκός.

Ωστόσο, κάθε φορά που ένα μέταλλο θερμαίνεται, διαστέλλεται. Αυτό είναι γνωστό ως θερμική διαστολή. Το μαγνήσιο προσφέρει μεγαλύτερη θερμική διαστολή σε ή κοντά σε 25,2 x 10-⁶/°C από το αλουμίνιο (23,6 x 10-⁶/°C).

Ικανότητα απόσβεσης

Το μαγνήσιο έχει εξαιρετική ιδιότητα απόσβεσης κραδασμών. Αυτό το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε οχήματα και αεροπλάνα. Επειδή αυτά τα εξαρτήματα χρειάζονται μειωμένο θόρυβο και κραδασμούς, το μέτρο ελαστικότητάς τους είναι 45 GPa, γεγονός που παραπέμπει σε μεγαλύτερη ευελιξία. Είναι χαμηλότερο από το αλουμίνιο (69 GPa).

Κατεργασιμότητα

Τα κράματα μαγνησίου έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία τήξης (650°C) από το Al. Ωστόσο, η δυνατότητα κατεργασίας τους ζυγίζεται από διάφορες δυνάμεις κοπής, φθορά του εργαλείου και σχηματισμό ροκανιδιών.

Η αναφλεξιμότητά του, με κάποιο τρόπο, πρέπει να αντιμετωπιστεί κατάλληλα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μπορεί να προκαλέσει σπινθήρα κατά τη διάρκεια της κατεργασίας.

Ιδιότητες του αλουμινίου

Ειδικά κράματα

Τα A380, A383 και ADC1 είναι κάποια συγκεκριμένα κράματα αλουμινίου. Αυτά τα κράματα περιέχουν και άλλα στοιχεία όπως πυρίτιο, χαλκό και ψευδάργυρο.

Αυτό, επομένως, δίνει καλύτερη αντοχή και αντίσταση στη διάβρωση. Για παράδειγμα, η αντοχή σε εφελκυσμό 320 MPa του A380 το καθιστά καλύτερη επιλογή για βιομηχανική χρήση.

Αντοχή στη διάβρωση

Η δημιουργία ενός προστατευτικού στρώματος οξειδίου στο αλουμίνιο του επιτρέπει να αντιστέκεται στη διάβρωση σε ατμοσφαιρικά και θαλάσσια περιβάλλοντα. Επίσης, το αλουμίνιο έχει πυκνότητα 2,70 g/cm³. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι ισχυρότερο και ταυτόχρονα ελαφρύ.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα

Σε κράματα αλουμινίου όπως το A380, η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). Βασικά, είναι χαμηλότερη από το χαλκό, αλλά εξακολουθεί να λειτουργεί καλύτερα για την ηλεκτρική καλωδίωση.

Δυνατότητα χύτευσης

Τα κράματα αλουμινίου παίρνουν οποιοδήποτε σύνθετο σχήμα λόγω της εξαιρετικής χυτευσιμότητάς τους. Ρέουν ομαλά μέσα στο καλούπι και μπορούν να δημιουργήσουν λεπτά τοιχώματα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο έχει γίνει μια δημοφιλής επιλογή κατασκευής. Επίσης, το υψηλό σημείο τήξης τους επιτρέπει να αντέχουν υψηλότερες θερμοκρασίες κατά τη χύτευση.

Εφαρμογές της χύτευσης μαγνησίου

Αεροδιαστημική

Το μικρό βάρος και η μέτρια αντοχή του μαγνησίου το καθιστούν χρήσιμο για την κατασκευή πολλών αεροδιαστημικών εξαρτημάτων. Αυτό περιλαμβάνει περιβλήματα κιβωτίων ταχυτήτων αεροσκαφών και πλήμνες ρότορα ελικοπτέρων.

Αυτοκίνητο

Στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, οι κατασκευαστές τα χρησιμοποιούν λόγω της ικανότητάς τους να καταναλώνουν λιγότερα καύσιμα και επειδή είναι ελαφριά. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν πίνακες οργάνων, τιμόνια, εσωτερικές πόρτες, πίνακες θυρών και δοκούς κρεμαστρών τιμονιού.

Ηλεκτρονική

Το μαγνήσιο είναι επίσης κατάλληλο για την κατασκευή περιπτώσεων φορητών υπολογιστών και εξαρτημάτων smartphone. Μειώνει το βάρος των εξαρτημάτων και προσφέρει ανθεκτικότητα.

Εξοικονόμηση βάρους

Επειδή το μαγνήσιο δεν έχει μεγαλύτερο βάρος από το αλουμίνιο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνει το τιμόνι 40% ελαφρύτερο.

Μιλώντας για την αεροδιαστημική βιομηχανία, μπορεί να εξοικονομήσει βάρος για τα περιβλήματα των κιβωτίων ταχυτήτων αντί για αλουμίνιο. Αυτό σημαίνει ότι τα αεροπλάνα λειτουργούν πιο αποτελεσματικά.

Σημασία της μείωσης του βάρους

Όπως έχετε ήδη ανακαλύψει, ο αντίκτυπος των ελαφρών χαρακτηριστικών. Ωστόσο, εφαρμογές όπως τα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν μαγνήσιο καταναλώνουν λιγότερα καύσιμα και παράγουν λιγότερες εκπομπές ρύπων. Επιπλέον, τα ελαφρύτερα αεροπλάνα πετούν μεγάλες αποστάσεις. Επίσης, μπορείτε να μεταφέρετε πιο εύκολα ελαφριά προϊόντα.

Εφαρμογές της χύτευσης αλουμινίου

Αυτοκίνητο

Το αλουμίνιο είναι ένα μέταλλο που επιτρέπει στους κατασκευαστές να το χύνουν σε οποιοδήποτε σχήμα και μορφή. Τα ελαφριά χαρακτηριστικά του και η αντοχή του είναι κατάλληλα για την κατασκευή μπλοκ κινητήρων, περιβλημάτων κιβωτίων ταχυτήτων και τροχών. Ως αποτέλεσμα, οι εφαρμογές χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια και διαρκούν περισσότερο.

Αεροδιαστημική

Μπορεί να διαχειριστεί αποτελεσματικά το υψηλό στρες. Ως εκ τούτου, οι εταιρείες αεροδιαστημικής το χρησιμοποιούν για τα δομικά τους εξαρτήματα και τα ηλεκτρονικά τους περιβλήματα.

Βιομηχανικός εξοπλισμός

Τα κράματα αλουμινίου προστατεύουν τα εξαρτήματα από τη διάβρωση. Αντιστέκονται σε αυτήν, παρέχουν ανθεκτικότητα και αντοχή στη φθορά σε αυτά τα βιομηχανικά εξαρτήματα, ειδικά σε εκείνα που το χρειάζονται. Για παράδειγμα, αντλίες και κιβώτια ταχυτήτων.

Ανακυκλωσιμότητα

Το αλουμίνιο είναι ανακυκλώσιμο. Έτσι είναι γνωστό ότι αποτελεί μια βιώσιμη επιλογή. Μπορείτε να επαναχρησιμοποιήσετε το υλικό των προϊόντων του λόγω της ατελείωτης αλυσίδας του. Επίσης, δεν χάνει την ποιότητα και τις ιδιότητές του.

Η διαδικασία ανακύκλωσης αλουμινίου χρησιμοποιεί όχι περισσότερο από 5% για την εξαγωγή πρωτογενούς αλουμινίου από βωξίτη. Αυτό, ως εκ τούτου, μειώνει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της.

Οφέλη από την ανακύκλωση αλουμινίου στη χύτευση

Το ανακυκλωμένο αλουμίνιο χρησιμοποιείται συχνά και στη χύτευση. Έτσι εξοικονομούνται πόροι και κόστος. Είναι επίσης μια επιλογή για την επίτευξη βιώσιμων στόχων σε διάφορες βιομηχανίες. Η χρήση ανακυκλωμένου μετάλλου απομακρύνει το αποτύπωμα άνθρακα και είναι κατάλληλη για να έχει οικονομικό νόημα.

Κατασκευαστικές εκτιμήσεις στη χύτευση

Χύτευση μαγνησίου

Θερμοκρασία μήτρας & αντίδραση

Όταν ο εκτοξευτής θερμαίνει κράματα μαγνησίου στο σημείο τήξης τους (650°C), μετατρέπονται σε λιωμένη μορφή.

Προκειμένου να χειριστεί αυτό το θερμαινόμενο μέταλλο, το pickingba die με χαμηλότερες θερμοκρασίες είναι άσκοπο. Επομένως, η μήτρα πρέπει να αντέχει σε θερμοκρασία τουλάχιστον 700°C. Υπάρχουν αντιδράσεις που προκαλούνται όταν το μαγνήσιο συναντά οξυγόνο. Αυτό μπορεί να είναι οξείδωση ή κίνδυνος πυρκαγιάς.

Για να το αποφύγετε αυτό, μπορείτε να επιλέξετε μεταξύ σφραγισμένων κλιβάνων, αργό, ή καλύμματα αερίου SF6. Επίσης, η χρήση στεγνών εργαλείων βοηθά στη διακοπή της οξείδωσης.

Εκτός αυτού, η εξέταση των κατάλληλων κοιλοτήτων συρρίκνωσης και η τοποθέτηση πυρήνων μειώνει τις πιθανότητες εμφάνισης ελαττωμάτων.

Υλικό & συντήρηση μήτρας

Οι μήτρες που χρησιμοποιούνται για τη χύτευση μαγνησίου κατασκευάζονται συνήθως από χάλυβα H13 (σκληρότητα 45-50 HRC) και χάλυβα 4140 (σκληρότητα 28-32 HRC).

Ο χάλυβας H13 μπορεί να αντέξει θερμοκρασία γύρω στους 600°C. Κατά κάποιο τρόπο, φθείρεται γρήγορα επειδή το μαγνήσιο δημιουργεί αντιδράσεις.

Η προσθήκη γωνιών βύθισης βοηθά στην εξαγωγή του χυτού τεμαχίου από τις μήτρες. Αυτό σημαίνει ότι βοηθά επίσης στην ομαλή απόδοση της μήτρας.

Επιπλέον, η μήτρα διαρκεί περισσότερο λόγω της τακτικής συντήρησης και των επικαλύψεων νιτροποίησης.

Χρόνος κύκλου

Η χύτευση μαγνησίου στερεοποιείται ταχύτερα. Κάθε κύκλος δεν διαρκεί περισσότερο από 20 έως 40 δευτερόλεπτα. Επίσης, ο διαχωρισμός της γραμμής στις μήτρες επιτρέπει τον εύκολο διαχωρισμό της. Αυτό εξοικονομεί επίσης χρόνο παραγωγής.

Μέτρα ασφαλείας

Η καταστολή αερίου SF6 βοηθά στον έλεγχο των καταστάσεων κινδύνου πυρκαγιάς που μπορεί να συμβούν κατά τη διάρκεια χύτευσης μαγνησίου.

Επιπλέον, αποφύγετε τη χρήση ψυκτικών υγρών με βάση το νερό. Αυτό συμβαίνει επειδή το θερμαινόμενο μαγνήσιο αντιδρά βίαια με το νερό.

Οι γωνίες σχεδίασης και οι γραμμές διαχωρισμού δεν δημιουργούν προβλήματα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, μειώνοντας τον κίνδυνο.

Φινίρισμα επιφάνειας

Η προσθήκη γωνιών βύθισης 1 έως 3 μοιρών σας επιτρέπει να έχετε καλύτερες επιφάνειες. Επίσης, διάφορες επιστρώσεις και βαφές μετά τη χύτευση βελτιώνουν την εμφάνιση των εξαρτημάτων και τα προστατεύουν από τη διάβρωση.

Χύτευση αλουμινίου

Θερμοκρασία & πίεση μήτρας

Η χύτευση αλουμινίου χρειάζεται ισχυρότερες μήτρες για να λειτουργεί στους 350°C υπό πιέσεις έως 140.000 kPa. Αυτό συμβαίνει επειδή το αλουμίνιο έχει υψηλά σημεία τήξης και η υψηλότερη πίεση μπορεί να προκαλέσει ρωγμές.

Υλικό μήτρας & όρια παραγωγής

Οι μήτρες που κατασκευάζονται από χάλυβα (H13) συνήθως αποδίδουν καλά και μπορούν να συμπληρώσουν 100.000 κύκλους πριν χρειαστούν αντικατάσταση.

Η γραμμή διαχωρισμού εδώ μειώνει την καταπόνηση και παρατείνει τη διάρκεια ζωής. Επιπλέον, η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού της μήτρας επιφέρει θετικές αλλαγές στην ανθεκτικότητα και την απόδοση. Αυτές οι τεχνικές ελαχιστοποιούν επίσης το κόστος που συνδέεται με την αντικατάσταση της μήτρας.

Χρόνος κύκλου του αλουμινίου

Η χύτευση αλουμινίου διαρκεί 20 δευτερόλεπτα έως 1,5 λεπτό για να ολοκληρωθεί κάθε κύκλος. Δημιουργεί εξαρτήματα με πάχος τοιχώματος περίπου (2-10 mm).

Βασικά, ο χρόνος κύκλου περιλαμβάνει την ταχύτητα έγχυσης (1-5 m/s), τη θερμοκρασία μήτρας (150-250°C) και το χρόνο στερεοποίησης (5-20 δευτερόλεπτα). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτή η διαδικασία είναι λίγο πιο αργή αλλά δίνει ακρίβεια.

Μέτρα ασφαλείας του αλουμινίου

Η χύτευση αλουμινίου συχνά εκπέμπει αναθυμιάσεις. Επομένως, είναι σημαντικό να εργάζεστε σε αεριζόμενους χώρους. Επίσης, να φοράτε ανθεκτικά στη θερμότητα ΜΑΠ και να διατηρείτε προστατευτικά μηχανήματα. Πρέπει να υπάρχει αυστηρό πρωτόκολλο που σχετίζεται με τη θερμοκρασία του λιωμένου αλουμινίου και της μήτρας. Έτσι μπορείτε να αποτρέψετε εγκαύματα, πυρκαγιές και κινδύνους από εισπνοές.

Φινίρισμα επιφάνειας αλουμινίου

Στην περίπτωση του φινιρίσματος της επιφάνειας, το αλουμίνιο υφίσταται διάφορες διεργασίες. Όπου η αμμοβολή, η στίλβωση και η ανοδίωση πάνε τόσο καλά.

Η χύτευση αλουμινίου παράγει εξαρτήματα με τραχύτητα (Ra) που κυμαίνεται από 0,8 έως 3,2 μm.

Επικαλύψεις όπως η βαφή σε σκόνη (πάχος 60-120 μm) αυξάνουν επομένως την ανθεκτικότητα και την ομορφιά του. Μειώνουν την εμφάνιση σκουριάς και βελτιώνουν την απόδοσή του.

Σύγκριση μηχανικών ιδιοτήτων

Το μαγνήσιο και το αλουμίνιο είναι δύο διαφορετικά μέταλλα με μοναδικές ιδιότητες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το μαγνήσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορα προϊόντα κατασκευής. Για παράδειγμα, οι κατασκευαστές το αναμιγνύουν με αλουμίνιο 43% για τη δημιουργία κραμάτων.

Ομοίως, το 40% μαγνησίου χρησιμοποιείται για την κατασκευή δομικών μετάλλων. Έτσι αναδεικνύεται η σημασία του στην ελαφριά μηχανική.

Αντοχή σε εφελκυσμό & αντοχή σε διαρροή

Η εφελκυστική αντοχή του μετάλλου δείχνει την ικανότητά του να αντέχει δυνάμεις πριν σπάσει.

Η αντοχή διαρροής είναι το σημείο στο οποίο ένα μέταλλο αρχίζει να κάμπτεται μόνιμα.

Τα κράματα μαγνησίου όπως το AZ91D, ειδικότερα, προσφέρουν αντοχή σε εφελκυσμό 240 MPa και όριο διαρροής 150 MPa. Αυτό συμβάλλει στο να αποτελεί μια ελαφρύτερη επιλογή για χύτευση.

Για ό, τι αξίζει σε αλουμίνιο, υπάρχει το πλεονέκτημα των 320 MPa του αντοχή σε εφελκυσμό  και όριο διαρροής έως 130 και 280 MPa στο A380.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτά τα μέταλλα χρησιμοποιούνται για εξαρτήματα υψηλής καταπόνησης.

Επιμήκυνση & αντοχή σε κρούση

Τα μέταλλα μπορούν να τεντωθούν σε ορισμένα όρια πριν σπάσουν, πράγμα που αναφέρεται στην επιμήκυνσή τους.

Η επιμήκυνση επηρεάζει την αντοχή του μετάλλου και δείχνει την ικανότητά του να απορροφά τους κραδασμούς.

Υπάρχει επιμήκυνση 5 έως 6% στο μαγνήσιο και αντοχή σε κρούση 4-8 J. Αυτό είναι που το καθιστά πιο εύκαμπτο και απορροφητικό από τους κραδασμούς.

Ωστόσο, στο αλουμίνιο, το εύρος επιμήκυνσης είναι 1 έως 10% και έχει αντοχή σε κρούση 3-5 J. Αυτό σημαίνει ότι είναι λίγο πιο εύθραυστα.

Αντοχή σε κόπωση

Η ικανότητα των μετάλλων να αντιστέκονται σε επαναλαμβανόμενες καταπονήσεις είναι γνωστή ως αντοχή σε κόπωση.

Τα κράματα μαγνησίου παρέχουν αντοχή σε κόπωση 70-150 MPa. Αν και είναι λιγότερο ισχυρά από το αλουμίνιο, παρέχουν αξιοπιστία.

Η αντοχή σε κόπωση στο αλουμίνιο κυμαίνεται μεταξύ 90 και 180 MPa. Έτσι, αυτό το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε εξαρτήματα κινητήρων.

Σκληρότητα

Η σκληρότητα των μετάλλων μετρά την αντοχή τους στις γρατζουνιές. Για παράδειγμα, το μαγνήσιο έχει σκληρότητα 60-80 HB και συγκαταλέγεται στην κατηγορία των μαλακών μετάλλων. Εν τω μεταξύ, το αλουμίνιο έχει σκληρότητα 70-100 HB. Επομένως, είναι πιο ανθεκτικό.

Αντοχή σε ερπυσμό

Η θερμότητα επηρεάζει την ποιότητα και την απόδοση των υλικών με το πέρασμα του χρόνου. Η παράμετρος αντίσταση σε ερπυσμό είναι ένα είδος που μετρά την ικανότητα των μετάλλων να αντιστέκονται στη θερμότητα με την πάροδο του χρόνου.

Για παράδειγμα, το μαγνήσιο περιορίζεται στη χρήση υψηλής θερμοκρασίας, οπότε εξασθενεί ταχύτερα. Σε αυτή την περίπτωση, το αλουμίνιο είναι η εναλλακτική επιλογή λόγω της ικανότητάς του να αντιμετωπίζει υψηλότερες θερμοκρασίες.

Συμπέρασμα:

Στο Χύτευση μαγνησίου, τα κράματα στερεοποιούνται γρήγορα, αλλά υπάρχουν πιθανότητες υψηλότερου κινδύνου πυρκαγιάς. Εν τω μεταξύ, το αλουμίνιο χρειάζεται λίγο περισσότερο χρόνο για να κρυώσει από το μαγνήσιο. Ωστόσο, δίνει ανθεκτικότητα στην κατασκευή εξαρτημάτων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το μαγνήσιο ως ελαφρύ μέταλλο για να παράγετε γρήγορα εξαρτήματα μεγάλου όγκου. Από την άλλη πλευρά, το αλουμίνιο ταιριάζει σε ισχυρότερα εξαρτήματα που δεν πρέπει να διαβρώνονται με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο, η σωστή επιλογή μετάλλου μεταξύ μαγνησίου και αλουμινίου μπορεί να γίνει με τη στάθμιση των αναγκών της εφαρμογής.