Magnesium ja alumiini ovat painevalettavia seoksia. Magnesium on kevyempää ja sopii hyvin polttoainetehokkuutta ja tärinänvaimennusta vaativiin osiin. Se tarvitsee tiettyjä käsittelytekniikoita. Alumiinia on saatavilla halvemmalla ja se sopii yleiskäyttöön. Se kestää hyvin korroosiota. Lue, mitkä magnesium- ja alumiinin painevalun ainutlaatuiset ominaisuudet erottavat ne toisistaan. Tutustu myös niiden sovelluksiin ja valmistukseen liittyviin näkökohtiin.

Magnesiumin ja alumiinin ominaisuudet

Magnesiumin ominaisuudet

Erityiset seokset

Magnesiumin erityiset seokset muodostuvat periaatteessa seostamismenetelmillä. Niissä sitä sekoitetaan eri alkuaineiden kanssa. Esimerkkejä ovat AZ91D, AM60 ja AS41.

Näiden seosten merkittäviä ominaisuuksia ovat parempi lujuus ja parempi kyky estää korroosiota. Esimerkiksi AZ91D on vahvempi ja kevyempi 240 MPa:n vetolujuutensa ansiosta.

Korroosionkestävyys

Magnesium voi syöpyä ympäristön, kuten ilman tai emäksisten liuosten, vaikutuksesta. Tällöin pinnoite tai seosaineet toimivat parhaiten. Esimerkiksi magnesiumin korroosionkestävyys paranee, kun sitä sekoitetaan alumiinin kanssa.

Lisäksi magnesiumin alhaisempi tiheys (1,74 g/cm³) ei anna sen estää korroosiota hyvin. Se tarvitsee siis tietynlaista suojausta.

Lämmönjohtavuus

Monet magnesiumseokset tarjoavat hyvän lämmönjohtavuuden, kuten AZ91 (51 W/m-K). Ne johtavat siis hyvin lämpöä, mutta eivät jotenkin yhtä tehokkaasti kuin alumiini tai kupari.

Aina kun metallia kuumennetaan, se kuitenkin laajenee. Tätä kutsutaan lämpölaajenemiseksi. Magnesiumin lämpölaajeneminen on suurempi 25,2 x 10-⁶/°C:ssa tai sen lähellä kuin alumiinin (23,6 x 10-⁶/°C).

Vaimennuskapasiteetti

Magnesiumilla on erinomainen tärinänvaimennusominaisuus. Siksi se soveltuu hyvin käytettäväksi ajoneuvoissa ja lentokoneissa. Koska näissä osissa on vähennettävä melua ja tärinää, niiden kimmomoduuli on 45 GPa, mikä tarkoittaa suurempaa joustavuutta. Se on pienempi kuin alumiinilla (69 GPa).

Työstettävyys

Magnesiumseosten sulamislämpötila on alhaisempi (650 °C) kuin alumiinin. Niiden työstettävyyttä heikentävät kuitenkin erilaiset leikkausvoimat, työkalun kuluminen ja lastun muodostuminen.

Sen syttyvyyttä on jotenkin käsiteltävä asianmukaisesti. Tämä johtuu siitä, että se voi kipinöityä työstön aikana.

Alumiinin ominaisuudet

Erityiset seokset

A380, A383 ja ADC1 ovat jonkinlaisia erityisiä alumiiniseoksia. Nämä seokset sisältävät muita elementtejä, kuten piitä, kuparia ja sinkkiä.

Näin ollen lujuus ja korroosionkestävyys paranevat. Esimerkiksi A380:n 320 MPa:n vetolujuus tekee siitä paremman valinnan teollisuuskäyttöön.

Korroosionkestävyys

Suojaavan oksidikerroksen muodostuminen alumiiniin antaa sille mahdollisuuden kestää korroosiota ilmakehän ja meriympäristön olosuhteissa. Lisäksi alumiinin tiheys on 2,70 g/cm³. Siksi se on vahvempi mutta silti kevyt.

Sähkönjohtavuus

Alumiiniseoksissa, kuten A380, sähkönjohtavuus on 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). Periaatteessa se on alhaisempi kuin kupari, mutta toimii silti parhaiten sähköjohdoissa.

Valettavuus

Alumiiniseokset omaksuvat minkä tahansa monimutkaisen muodon, koska ne ovat erinomaisesti valettavissa. Ne virtaavat sujuvasti muottiin ja voivat luoda ohuita seinämiä. Siksi siitä on tullut suosittu valmistusvalinta. Lisäksi niiden korkean sulamispisteen ansiosta ne kestävät korkeampia lämpötiloja valun aikana.

Magnesiumin painevalun sovellukset

Ilmailu- ja avaruusala

Magnesiumin keveys ja kohtuullinen lujuus tekevät siitä käyttökelpoisen useiden ilmailu- ja avaruustekniikan osien valmistukseen. Tällaisia osia ovat esimerkiksi lentokoneiden vaihteistokotelot ja helikopterien roottorin navat.

Autoteollisuus

Valmistajat käyttävät niitä autoteollisuudessa, koska ne kuluttavat vähemmän polttoainetta ja ovat kevyitä. Käyttökohteita ovat esimerkiksi kojelaudat, ohjauspyörät, takaluukun sisäkappaleet, ovipaneelit ja ohjaustangon palkit.

Elektroniikka

Magnesium soveltuu myös kannettavien tietokoneiden koteloiden ja älypuhelinten osien valmistukseen. Se vähentää osien painoa ja tarjoaa kestävyyttä.

Painon säästö

Koska magnesium ei sisällä enemmän painoa kuin alumiini, sitä voidaan käyttää ohjauspyörän 40% keventämiseen.

Ilmailu- ja avaruusteollisuudesta puhuttaessa se voi säästää painoa vaihteistokoteloissa alumiinin sijasta. Tämä tarkoittaa, että lentokoneet toimivat tehokkaammin.

Painonpudotuksen merkitys

Kuten olet jo huomannut, kevyiden ominaisuuksien vaikutus. Magnesiumia käyttävät sovellukset, kuten autot, kuluttavat kuitenkin vähemmän polttoainetta ja tuottavat vähemmän päästöjä. Lisäksi kevyemmät lentokoneet lentävät pitkiä matkoja. Myös kevyitä tuotteita voi kuljettaa helpommin.

Sovellukset alumiini Die Casting

Autoteollisuus

Alumiini on metalli, jonka avulla valmistajat voivat valaa sitä mihin tahansa muotoon. Sen kevyet ominaisuudet ja lujuus soveltuvat moottorilohkojen, vaihteistokoteloiden ja pyörien valmistukseen. Tämän seurauksena sovellukset kuluttavat vähemmän energiaa ja kestävät pidempään.

Ilmailu- ja avaruusala

Se pystyy käsittelemään suurta stressiä tehokkaasti. Siksi ilmailu- ja avaruusalan yritykset käyttävät sitä rakenneosissa ja elektroniikkakoteloissaan.

Teollisuuslaitteet

Alumiiniseokset suojaavat osia korroosiolta. Sitä vastustaen ne tarjoavat kestävyyttä ja kulutuskestävyyttä erityisesti niille teollisuuden osille, jotka sitä tarvitsevat. Esimerkiksi pumput ja vaihteistot.

Kierrätettävyys

Alumiini on kierrätettävää. Näin se tunnetaan kestävänä vaihtoehtona. Voit käyttää sen tuotemateriaalia uudelleen sen loputtoman ketjun ansiosta. Se ei myöskään menetä laatuaan ja ominaisuuksiaan.

Alumiinin kierrätysprosessissa käytetään enintään 5% primäärisen alumiinin erottamiseen bauksiitista. Tämä vähentää siis sen ympäristövaikutuksia.

Alumiinin kierrätyksen edut painevalussa

Kierrätettyä alumiinia käytetään usein myös painevalussa. Siinä se säästää resursseja ja kustannuksia. Se on myös vaihtoehto kestävien tavoitteiden saavuttamiseksi eri teollisuudenaloilla. Kierrätysmetallin käyttö poistaa hiilijalanjälkeä ja sopii taloudellisesti järkeväksi.

Valun valmistukseen liittyvät näkökohdat

Magnesiumvalu

Die Lämpötila & reaktio

Kun painevalaisin lämmittää magnesiumseokset sulamispisteeseensa (650 °C), se muuttuu sulaksi.

Tämän kuumentuneen metallin käsittelemiseksi on turha käyttää matalammissa lämpötiloissa tapahtuvaa pickingba-kuoppaa. Siksi muotin on kestettävä vähintään 700 °C:n lämpötilaa. Magnesiumin ja hapen kohtaaminen aiheuttaa reaktioita. Se voi olla hapettumista tai tulipalon vaaraa.

Tämän välttämiseksi voit valita suljettujen uunien välillä., argon, tai SF6-kaasun suojukset. Myös kuivien työkalujen käyttö auttaa estämään hapettumista.

Lisäksi asianmukaisten kutistumaonteloiden ja ydinsijoittelun huomioon ottaminen vähentää tulevien vikojen mahdollisuutta.

Materiaali ja huolto

Magnesiumin valamiseen käytettävät muotit valmistetaan yleensä H13-teräksestä (kovuus 45-50 HRC) ja 4140-teräksestä (kovuus 28-32 HRC).

H13-teräs kestää noin 600 °C:n lämpötilaa. Jotenkin se kuluu nopeasti, koska magnesium aiheuttaa reaktioita.

Vetokulmien lisääminen auttaa työntämään valetun osan ulos muotista. Tämä tarkoittaa, että se auttaa myös sujuvaa muotin toimintaa.

Lisäksi muotin käyttöikä pitenee säännöllisen huollon ja nitriittipinnoitteiden ansiosta.

Syklin aika

Magnesiumvalu jähmettyy nopeammin. Jokainen jakso kestää enintään 20-40 sekuntia. Lisäksi linjan jakaminen muotissa mahdollistaa sen erottamisen helposti. Tämä säästää myös tuotantoaikaa.

Turvallisuustoimenpiteet

SF6-kaasun tukahduttaminen auttaa hallitsemaan tulipalovaarallisia tilanteita, joita voi esiintyä magnesiumvalujen aikana.

Vältä lisäksi vesipohjaisten jäähdytysnesteiden käyttöä. Tämä johtuu siitä, että kuumennettu magnesium reagoi voimakkaasti veden kanssa.

Luonnoskulmat ja jakolinjat eivät aiheuta ongelmia prosessin aikana, mikä vähentää riskejä.

Pinnan viimeistely

Lisäämällä 1-3 asteen syväyskulmia voit saada parempia pintoja. Myös useat valun jälkeiset pinnoitteet ja maalaukset parantavat osien ulkonäköä ja suojaavat niitä korroosiolta.

Alumiinivalu

Muotin lämpötila ja paine

Alumiinivalussa tarvitaan vahvempia muotteja, jotta se voi toimia 350 °C:n lämpötilassa jopa 140 000 kPa:n paineessa. Tämä johtuu siitä, että alumiinilla on korkea sulamispiste, ja korkeampi paine saattaa aiheuttaa halkeilua.

Die Materiaali ja tuotantorajat

Teräksestä (H13) valmistetut muotit toimivat yleensä hyvin ja voivat kestää 100 000 sykliä ennen kuin ne on vaihdettava.

Erotusviiva vähentää rasitusta ja pidentää käyttöikää. Lisäksi muottien suunnittelun optimointi tuo positiivisia muutoksia kestävyyteen ja suorituskykyyn. Nämä tekniikat minimoivat myös muotin vaihtamiseen liittyvät kustannukset.

Alumiinin kiertoaika

Alumiinivalu kestää 20 sekunnista 1,5 minuuttiin. Sillä luodaan osia, joiden seinämän paksuus on noin (2-10 mm).

Syklin kesto sisältää ruiskutusnopeuden (1-5 m/s), muotin lämpötilan (150-250 °C) ja jähmettymisajan (5-20 sekuntia). Tämän vuoksi tämä prosessi on hieman hitaampi, mutta antaa tarkkuutta.

Alumiinin turvatoimenpiteet

Alumiinivalu aiheuttaa usein savukaasupäästöjä. Siksi on tärkeää työskennellä ilmastoidussa tilassa. Käytä myös kuumuutta kestävää henkilökohtaista suojavarustetta ja huolla koneen suojuksia. Sulaan alumiiniin ja muotin lämpötilaan on liitettävä tiukka protokolla. Näin voit estää palovammoja, tulipaloja ja hengitysvaaroja.

Alumiinin pintakäsittely

Pintakäsittelyssä alumiinia käsitellään useissa eri prosesseissa. Jossa ruiskupuhallus, kiillotus ja anodisointi sujuvat niin hyvin.

Alumiinivalussa valmistetaan osia, joiden karheus (Ra) vaihtelee 0,8-3,2 µm.

Pinnoitteet, kuten jauhemaalaus (60-120 µm:n paksuus), lisäävät sen kestävyyttä ja kauneutta. Ne vähentävät ruosteen esiintymistä ja parantavat sen suorituskykyä.

Mekaanisten ominaisuuksien vertailu

Magnesium ja alumiini ovat kaksi eri metallia, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet. Siksi magnesiumia voidaan käyttää erilaisissa valmistustuotteissa. Valmistajat esimerkiksi sekoittavat sitä 43%-alumiinin kanssa seosten luomiseksi.

Vastaavasti 40% magnesiumia käytetään rakennemetallin valmistukseen. Näin se korostaa sen merkitystä kevytrakentamisessa.

Vetolujuus ja myötölujuus

Metallin vetolujuus osoittaa sen kyvyn käsitellä voimia ennen murtumista.

Myötölujuus on piste, jossa metalli alkaa taipua pysyvästi.

Magnesiumseokset, kuten AZ91D, tarjoavat erityisesti 240 MPa:n vetolujuuden ja 150 MPa:n myötölujuuden. Tämä tekee siitä kevyemmän vaihtoehdon valamiseen.

Alumiinissa on se etu, että se on 320 MPa. vetolujuus  ja myötölujuus jopa 130 ja 280 MPa A380:ssa.

Tämän vuoksi näitä metalleja käytetään suurille rasituksille alttiissa osissa.

Venymä ja iskunkestävyys

Metalleja voidaan venyttää tiettyyn rajaan asti ennen murtumista, mikä tarkoittaa niiden venymistä.

Venymä vaikuttaa metallin kestävyyteen ja osoittaa sen kyvyn vaimentaa iskuja.

Magnesiumin venymä on 5-6% ja iskunkestävyys 4-8 J. Se tekee siitä joustavamman ja iskuja vaimentavamman.

Alumiinin venymäalue on kuitenkin 1-10%, ja sen iskunkestävyys on 3-5 J. Tämä tarkoittaa, että ne ovat hieman hauraampia.

Väsymislujuus

Metallien kykyä kestää toistuvaa rasitusta kutsutaan väsymislujuudeksi.

Magnesiumseosten väsymislujuus on 70-150 MPa. Vaikka ne eivät ole yhtä vahvoja kuin alumiini, ne ovat kuitenkin luotettavia.

Alumiinin väsymislujuus vaihtelee 90 ja 180 MPa:n välillä. Tämän vuoksi se soveltuu käytettäväksi moottorin osissa.

Kovuus

Metallien kovuus mittaa niiden naarmunkestävyyttä. Esimerkiksi magnesiumin kovuus on 60-80 HB, ja se luetaan pehmeiden metallien luokkaan. Alumiini puolestaan on 70-100 HB kovempaa. Se on siis kestävämpi.

Virumisen kestävyys

Lämpö vaikuttaa materiaalien laatuun ja suorituskykyyn ajan myötä. Parametri virumiskestävyys on laji, joka mittaa metallien lämmönkestävyyskykyä ajan myötä.

Esimerkiksi magnesiumia käytetään vain korkeassa lämpötilassa, joten se heikkenee nopeammin. Tässä tapauksessa alumiini on vaihtoehtoinen vaihtoehto, koska se kestää korkeampia lämpötiloja.

Johtopäätökset:

Osoitteessa Magnesiumin painevalu, seokset jähmettyvät nopeasti, mutta palovaara on suurempi. Alumiinin jäähtyminen kestää hieman kauemmin kuin magnesiumin. Se antaa kuitenkin kestävyyttä osien valmistuksessa. Magnesiumia voi käyttää kevytmetallina suurten määrien osien nopeaan valmistukseen. Toisaalta alumiini sopii vahvempiin osiin, jotka eivät saa ruostua ajan myötä. Oikea metallivalinta magnesiumin ja alumiinin välillä voidaan kuitenkin tehdä punnitsemalla sovellustarpeita.