Aleaciones de magnesio para fundición a presión 101
La fundición a presión está siendo revolucionada por el magnesio, ya que presenta una alternativa viable a materiales tradicionales como el aluminio. Al ser el metal estructural más ligero, permite ahorrar mucho peso en los productos finales, lo que es esencial para el ahorro de combustible y la reducción del impacto ambiental relacionado con las emisiones de los automóviles. Se han producido notables avances en la investigación que amplían las capacidades del magnesio y lo convierten en un buen candidato para diferentes aplicaciones de alto rendimiento.
Por eso el magnesio es líder en la fundición a presión:
El magnesio tiene una densidad de unos 1,7 g/cm³, frente al aluminio (2,7 g/cm³) [1]. Esto permite reducir enormemente el peso de los componentes, incluidos los de los vehículos, lo que mejora la eficiencia del combustible y la portabilidad de los dispositivos electrónicos.
El magnesio tiene una excelente relación resistencia-peso. Algunos estudios han demostrado que determinadas aleaciones de magnesio, como la AZ91D, pueden alcanzar resistencias a la tracción superiores a 230 MPa [2]. Estos atributos las hacen muy adecuadas para piezas que necesitan ser duraderas y ligeras a la vez, ya que poseen ligereza y resistencia.
Por ejemplo, recientemente se ha investigado la incorporación de algunos elementos de tierras raras al magnesio para formar aleaciones más resistentes a la deformación a altas temperaturas [3].
Fuente:
- Magnesium in Casting Technology por Yucheng Bai, et al. (2012)
- Evaluation of Magnesium Die-Casting Alloys for Elevated Temperature Applications: Microstructure, Tensile Properties, and Creep Resistance por Sergio Cáceres, et al. (2015)
- Microestructura y resistencia a la fluencia de las aleaciones Mg-Gd-Y por X.M. Wang, et al. (2020)
AZ91, AM60 y AM50 son las aleaciones más utilizadas en la fundición a presión. Todas se basan en el sistema Mg-AI.
Lea también: Fundición inyectada de aleaciones de aluminio
En este artículo, aprenderemos sobre
- El alcance mundial de las aleaciones de magnesio para fundición a presión,
- Destacar las ventajas de estos materiales,
- Propiedades de las aleaciones de magnesio
- Breve comparación de las aleaciones de magnesio más comunes para la fundición a presión
We’ll also highlight the significant advantages of using magnesium die casting alloys, such as:
- resistencia excepcional
- naturaleza ligera
- idoneidad para producir formas intrincadas
We’ll also discuss the various kinds of magnesium die available for casting alloys, highlighting their unique qualities and ideal uses.
In the end, we’ll examine how magnesium die casting compares to other widely known methods, such as aluminum die casting, and discuss the interesting prospects of this technology’s future potential.
Esperamos que al final de esta exploración, usted tenga un amplio conocimiento de las aleaciones de magnesio para fundición a presión y su importancia en la fabricación moderna.
Entendamos el magnesio como aleación
La aleación de magnesio para fundición a presión más famosa es la AZ91D. El magnesio forma diferentes aleaciones cuando se combina con otros metales. Algunos de los magnesios más comunes son:
- AM60B
- AM50A
- AM20
- AE42
- AS41B
¿Qué son las aleaciones de magnesio?
Las aleaciones de magnesio son metales en los que el magnesio (Mg) es el elemento principal, constituyendo normalmente más del 90% de la composición. El magnesio puro se modifica añadiendo elementos de aleación como aluminio (Al), zinc (Zn) y manganeso (Mn).
|
Aleación |
Composición (wt%) |
Propiedades mecánicas |
Propiedades físicas |
Aplicaciones |
|
AZ91D |
* Mg (Equilibrio) * Al (8,3-9,7) * Zn (0,35-1,0) * Mn (0,15-0,50) |
* Resistencia a la tracción (MPa): 230 * Límite elástico (MPa): 160 * Alargamiento (%): 2 |
* Densidad (g/cm³): 1,8 * Punto de fusión (°C): 602-621 * Conductividad térmica (W/m-K): 80-100 * Conductividad eléctrica (% IACS): 35-41 |
* Componentes de automoción (cunas de motor, ruedas) * Componentes electrónicos (disipadores de calor) * Herramientas eléctricas (carcasas) |
|
AM60B |
* Mg (Equilibrio) * Al (5,5-6,5) * Mn (0,24-0,60) * Si (0,10 máx) |
* Resistencia a la tracción (MPa): 220 * Límite elástico (MPa): 130 * Alargamiento (%): 8-12 |
* Densidad (g/cm³): 1,74 * Punto de fusión (°C): 602-621 * Conductividad térmica (W/m-K): 70-90 * Conductividad eléctrica (% IACS): 31-37 |
* Componentes aeroespaciales * Componentes de robótica * Artículos deportivos (palos de golf, cuadros de bicicleta) |
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AM50A |
* Mg (Equilibrio) * Al (4,4-5,4) * Mn (0,26-0,60) * Si (0,10 máx) |
* Resistencia a la tracción (MPa): 220 * Límite elástico (MPa): 120 * Alargamiento (%): 10-14 |
* Densidad (g/cm³): 1,73 * Punto de fusión (°C): 602-621 * Conductividad térmica (W/m-K): 65-85 * Conductividad eléctrica (% IACS): 28-34 |
* Electrónica de consumo (fundas de portátiles) * Cámaras * Dispositivos médicos |
|
AM20 |
* Mg (Equilibrio) * Al (2,7-3,7) * Mn (0,35-0,70) * Si (0,10 máx) |
* Resistencia a la tracción (MPa): 185 * Límite elástico (MPa): 105 * Alargamiento (%): 15-19 |
* Densidad (g/cm³): 1,71 * Punto de fusión (°C): 602-621 * Conductividad térmica (W/m-K): 55-75 * Conductividad eléctrica (% IACS): 24-30 |
* Componentes del motor (tapas de válvulas) * Carcasas * Soportes |
|
AE42 |
* Mg (Equilibrio) * Al (4,0-4,9) * RE (2,0-4,0) * Zn (0,5 máx) |
* Resistencia a la tracción (MPa): 225 * Límite elástico (MPa): 140 * Alargamiento (%): 2-5 |
* Densidad (g/cm³): 1,82 * Punto de fusión (°C): 470-490 * Conductividad térmica (W/m-K): 50-70 * Conductividad eléctrica (% IACS): 22-28 |
* Aplicaciones de alta temperatura (bloques de motor) * Componentes aeroespaciales que requieren resistencia a la fluencia |
|
AS41B |
* Mg (Equilibrio) * Al (3,4-4,6) * RE (1,0-2,0) * Si (0,5-1,5) |
* Resistencia a la tracción (MPa): 215 * Límite elástico (MPa): 140 * Alargamiento (%): 3-6 |
* Densidad (g/cm³): 1,78 * Punto de fusión (°C): 530-550 * Conductividad térmica (W/m-K): 45-65 * Conductividad eléctrica (% IACS): 20-26 |
* Componentes de alto rendimiento que requieren solidez y resistencia a la fluencia |
Ventajas de la fundición a presión de magnesio
La singularidad de la fundición a presión de magnesio radica en que puede aportar varias ventajas clave al proceso de fabricación. A continuación, explicaremos con más detalle algunas de las principales ventajas:
Ligereza y elevada relación resistencia/peso.
Como ya se ha mencionado, el magnesio es el metal estructural más ligero. Proporciona la resistencia y la base de bajo peso para componentes extremadamente ligeros, lo que se traduce en grandes ventajas para muchas empresas.
Precisión dimensional y estabilidad mejoradas
El método de fundición a presión garantiza una precisión dimensional y una estabilidad extraordinarias en el producto final. Esto facilita el ensamblaje de las piezas con otros componentes con el mismo nivel de calidad.
Excelente maquinabilidad y detalles de acabado
Las piezas moldeadas a presión de magnesio ofrecen una buena maquinabilidad. Esto facilita el moldeado y la modificación del material después de la fundición. Además, estas piezas fundidas suelen tener un pulido superficial superior, lo que reduce el nivel de procesamiento adicional necesario.
Excelente conductividad térmica y eléctrica
Las aleaciones de magnesio tienen una buena conductividad térmica y eléctrica. Por ello, pueden utilizarse en situaciones en las que es necesaria la conductividad eléctrica o la disipación del calor.
Alta reciclabilidad
El magnesio es un metal altamente reciclable. Al final de la vida útil de un producto, sus piezas hechas de magnesio pueden reutilizarse y reciclarse fácilmente, reduciendo así la huella medioambiental.
Proceso de fundición a presión de magnesio
Esta parte nos llevará a través de los fundamentos de la fundición a presión de magnesio y lo que implica, así como mostrar paso a paso cómo el magnesio fundido se transforma en piezas complejas de valor.
El proceso consiste en utilizar un molde reutilizable llamado matriz para fabricar productos intrincados y de dimensiones precisas.
A continuación se indican algunos pasos necesarios:
Preparación y limpieza de troqueles
The die is thoroughly cleaned and lubricated to ensure a perfect casting process and avoid defects. This process is necessary to maintain the die’s integrity and produce castings of the highest quality.
Fundición y aleación de magnesio
El magnesio se funde en un horno a temperaturas extremadamente altas. En esta fase, pueden inyectarse elementos de aleación en el metal fundido para obtener los atributos necesarios para el producto final, como una mayor solidez o resistencia a la corrosión.
Inyección y solidificación
El magnesio fundido se inyecta a alta presión en la cavidad de la matriz. Esta cavidad tiene la misma forma que el producto acabado deseado. Tras la inyección del magnesio fundido, éste se enfría rápidamente y se endurece. En un instante, el magnesio adopta la forma de la matriz.
Desmontaje y acabado de piezas
After solidification, the newly created part is removed from the die. After the casting process, any extra material, such as sprues or runners, is extracted. After removing extra materials, further finishing techniques can be applied to the part’s surface based on the application’s requirements.
En la actualidad, este método nos permite fabricar piezas complejas de magnesio en grandes cantidades con una precisión dimensional excepcional y una calidad fiable.
Fundición inyectada de magnesio
Careful selection of magnesium die casting alloys can make the product successful. Choosing the suitable alloy is crucial as it determines a finished product’s final features and performance.
Cómo elegir la mejor aleación de magnesio
Aleaciones de magnesio como AZ91D, y AM50A/AM60B son cada vez más populares en los sectores de la automoción y el transporte.
Estas nuevas aleaciones tienen mayor resistencia, mejores características a altas temperaturas, más ductilidad y mayor conductividad térmica.
Antes de elegir la mejor aleación de magnesio para fundición a presión, debe tener un conocimiento completo de la cualidades deseadas para el producto acabado.
He aquí algunos factores cruciales a la hora de tomar esta decisión crítica.
Fuerza: Un factor importante en ello es la resistencia requerida de los distintos componentes que se van a utilizar. El límite elástico, la resistencia a la tracción y la resistencia a la fatiga son variables en las distintas aleaciones.
Resistencia a la corrosión: También es esencial tener en cuenta el entorno en el que funcionará una pieza. Su resistencia a la corrosión es mayor que la de otros metales, por lo que son ideales para entornos severos.
Castabilidad: Por ejemplo, un metal fundido debe ser capaz de fluir bien en la cavidad de la matriz y rellenar formas intrincadas. Unas buenas aleaciones de fundición garantizan un bajo nivel de defectos y un alto índice de tensión de fundición.
Maquinabilidad: Además, debe tenerse en cuenta la facilidad con la que un objeto fundido puede mecanizarse para darle forma o cambiarla. Una aleación de mecanizado adecuada permite una personalización y un tratamiento posterior eficaces.
Hoy en día, los fabricantes pueden elegir aleaciones de magnesio para fundición a presión que ofrecen una resistencia y un rendimiento óptimos, teniendo en cuenta estos factores junto con lo que se puede exigir de las aplicaciones.
Aleaciones comunes de magnesio
En el mercado existen muchos tipos de aleaciones de magnesio para fundición a presión. Cada aleación tiene cualidades únicas y usos perfectos.
Exploremos ahora las propiedades de las aleaciones más utilizadas.
AZ91D: El campeón de todas las rondas
AZ91D es la aleación de magnesio para fundición a presión más utilizada. Tiene 9% de aluminio y 1% de zinc. Proporciona una atractiva mezcla de resistencia a la corrosión, tenacidad y alta colabilidad. Estas características hacen de la AZ91D una opción flexible para muchas aplicaciones, como piezas de motores, carcasas, electrónica de consumo y automoción.
3.2.2 Serie AM (AM 50A, AM20, AM60B): Centrados en la resistencia
La serie AM cuenta con un grupo de aleación conocido por sus notables resistencia al impacto y tenacidad. Estas características las hacen perfectas para piezas de resistencia física o al impacto. Las aleaciones de la serie AM se utilizan en las industrias aeroespacial y del automóvil para soportes, ruedas y otras piezas.
3.2.3 AS41B y AE42: aleaciones de alta temperatura
Las aleaciones AS41B y AE42 son excelentes opciones para aplicaciones que exigen altas temperaturas. Estas aleaciones muestran una excelente ductilidad, resistencia a la fluencia y resistencia a altas temperaturas, lo que las hace adecuadas para piezas de motores y transmisiones en las que es necesaria la resistencia al calor.
Es importante señalar que ésta es una lista parcial de aleaciones de magnesio para fundición a presión. Existen muchos otros tipos de aleaciones de magnesio para fundición a presión que se desarrollan para satisfacer requisitos específicos. La elección de la aleación perfecta requiere una comprensión completa de las cualidades deseadas y los requisitos de aplicación únicos.
Propiedades de las aleaciones de magnesio para fundición a presión
Comprender las características clave de las distintas aleaciones de magnesio para fundición a presión permite tomar decisiones con mayor conocimiento de causa.
He aquí una breve comparación de algunas características destacadas de fundición a presión de magnesio aleaciones:
|
Propiedad |
AZ91D |
Serie AM |
AS41B Y AE42 |
|
Fuerza |
Moderado |
Alta |
Moderado |
|
Ductilidad |
Moderado |
Alta |
Moderado |
|
Resistencia a la corrosión |
Bien |
Moderado |
Moderado |
|
Colabilidad |
Excelente |
Bien |
Bien |
|
Maquinabilidad |
Bien |
Bien |
Feria |
Aplicaciones de las aleaciones de magnesio para fundición a presión
El magnesio es conocido por sus fundiciones de aleaciones ligeras. Cada vez son más populares en aplicaciones estructurales de automoción. Las aleaciones de magnesio son ligeras, tienen una extraordinaria relación resistencia-peso, repetibilidad dimensional y una forma casi neta.
Un ejemplo reciente es el Chrysler Pacifica 2017, which uses magnesium die casting to replace nine components in the liftgate’s structural core, reducing the weight of the liftgate assembly by about 50%.
Como sabemos, las aleaciones de magnesio para fundición a presión tienen cualidades notables. Tienen muchas aplicaciones en diversos sectores.
A continuación examinaremos algunos de los sectores más populares de esta innovadora tecnología.
Industria del automóvil: Las aleaciones de magnesio para fundición a presión son muy buenas para la industria del automóvil porque son ligeras y duraderas, lo que las hace perfectas para ahorrar combustible. Se utilizan para fabricar piezas de motor, soportes, ruedas, etc.
Electrónica de consumo: Las aleaciones de magnesio para fundición a presión son las más adecuadas para quienes desean dispositivos ligeros, portátiles y duraderos.
El proceso de fundición a presión de magnesio ha mejorado la experiencia del usuario, es mejor para carcasas de portátiles y cuerpos de cámaras que son extraordinariamente duraderas y cómodas de sujetar.
Industria aeroespacial: Las aleaciones de magnesio para fundición a presión son esenciales en la industria aeroespacial, ya que en ella cada gramo importa. Estas aleaciones ayudan a los aviones a aumentar su capacidad de carga y eficiencia de combustible. También son útiles para el rendimiento y la autonomía de los aviones.
Equipos médicos: La relación resistencia-peso de la fundición a presión de magnesio es útil en la industria de equipos médicos. Estas aleaciones son muy ligeras. Proporcionan a los pacientes la resistencia y durabilidad que necesitan en sillas de ruedas y muletas.
Comparación con la fundición a presión de aluminio
Tanto el aluminio como el magnesio fundidos a presión se utilizan mucho para fabricar piezas ligeras y complejas en grandes cantidades. Sin embargo, hay que conocer sus características peculiares para poder elegir entre ellos.
Similitudes
Peso ligero: El magnesio y el aluminio son metales ligeros. Por ello, la fundición a presión de estos dos metales es una buena solución para aplicaciones de reducción de peso.
Resistencia y ligereza: Ambas técnicas tienen una elevada relación resistencia-peso, lo que las hace adecuadas para la producción de componentes resistentes pero ligeros.
Formas complejas con facilidad: las piezas moldeadas a presión de magnesio y aluminio pueden crear diseños intrincados y detallados con una excelente precisión dimensional.
Diferencias
El héroe ligero: En términos de ligereza pura, el magnesio no tiene parangón con ningún otro material. Con importantes reducciones de peso respecto al aluminio, se convierte en el metal estructural más ligero.
Superioridad de apantallamiento: Para las piezas que deben protegerse de las ondas electromagnéticas (Thai), el magnesio es el mejor material debido a su excepcional calidad de blindaje contra las interferencias electromagnéticas (EMI) y las interferencias de radiofrecuencia (RFI).
Resistencia a la corrosión: El aluminio suele tener un mayor grado de resistencia a la corrosión que el magnesio. Como tal, se convierte en la alternativa más preferida para aplicaciones expuestas a sustancias cáusticas o entornos agresivos.
En última instancia, la elección entre fundición a presión de magnesio o aluminio depende de las necesidades específicas de una aplicación.
Conclusión
La industria de la fundición a presión de magnesio tiene un futuro brillante. A medida que se desarrollan constantemente nuevas aleaciones con mayores cualidades, esta tecnología puede cambiar por completo la forma de diseñar y fabricar piezas ligeras de alto rendimiento para diferentes aplicaciones.