Alliages de magnésium pour la coulée sous pression 101

La coulée sous pression est actuellement révolutionnée par le magnésium, qui constitue une alternative viable aux matériaux traditionnels tels que l'aluminium. Le magnésium est le métal structurel le plus léger qui soit. Il permet de réduire considérablement le poids des produits finis, ce qui est essentiel pour l'efficacité énergétique et la réduction des impacts environnementaux liés aux émissions des automobiles. Des progrès remarquables en matière de recherche ont permis d'élargir les capacités du magnésium et d'en faire un bon candidat pour différentes applications à hautes performances.

C'est pourquoi le magnésium est le premier dans le domaine du moulage sous pression :

Le magnésium a une densité d'environ 1,7 g/cm³ par rapport à l'aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Cela permet de réduire considérablement le poids des composants, y compris ceux des véhicules, et donc d'améliorer le rendement énergétique et la portabilité des appareils électroniques.

Le magnésium présente un excellent rapport résistance/poids. Certaines études ont montré que des alliages de magnésium spécifiques, tels que l'AZ91D, peuvent atteindre des résistances à la traction supérieures à 230 MPa [2]. Ces attributs les rendent bien adaptés aux pièces qui doivent être à la fois durables et légères, car ils possèdent à la fois la légèreté et la résistance.

Par exemple, des recherches récentes ont porté sur l'incorporation de certaines terres rares dans le magnésium pour former des alliages qui résistent mieux à la déformation à haute température [3].

Source :

1. Le magnésium dans la technologie de coulée par Yucheng Bai, et al (2012)
2. Évaluation des alliages de magnésium coulés sous pression pour les applications à température élevée : Microstructure, propriétés de traction et résistance au fluage par Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Microstructure et résistance au fluage des alliages Mg-Gd-Y par X.M. Wang, et al (2020)

AZ91, AM60 et AM50 sont les alliages les plus couramment utilisés dans le moulage sous pression. Ils sont tous basés sur le système Mg-AI.

Lire aussi : Moulage sous pression d'alliages d'aluminium

Dans cet article, nous apprendrons à connaître

• La portée mondiale des alliages de magnésium pour le moulage sous pression,
• Mise en évidence des avantages de ces matériaux,
• Propriétés des alliages de magnésium
• Brève comparaison des alliages de magnésium courants pour la coulée sous pression

Nous soulignerons également les avantages significatifs de l'utilisation d'alliages de magnésium pour le moulage sous pression, tels que :

• une résistance exceptionnelle
• légèreté
• aptitude à produire des formes complexes

Nous aborderons également les différents types de filières magnésium disponibles pour la coulée d'alliages, en soulignant leurs qualités uniques et leurs utilisations idéales.

Enfin, nous examinerons comment le moulage sous pression du magnésium se compare à d'autres méthodes largement connues, telles que le moulage sous pression de l'aluminium, et nous discuterons des perspectives intéressantes du potentiel futur de cette technologie.

Nous espérons qu'à la fin de cette exploration, vous aurez une connaissance approfondie des alliages de magnésium pour le moulage sous pression et de leur importance dans la fabrication moderne.

Comprenons le magnésium en tant qu'alliage

L'alliage de magnésium le plus connu pour le moulage sous pression est l'AZ91D. Le magnésium forme différents alliages lorsqu'il est combiné à d'autres métaux. Les alliages de magnésium les plus courants sont les suivants :

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

Que sont les alliages de magnésium ?

Les alliages de magnésium sont des métaux dans lesquels le magnésium (Mg) est l'élément principal, constituant généralement plus de 90% de la composition. Le magnésium pur est modifié par l'ajout d'éléments d'alliage tels que l'aluminium (Al), le zinc (Zn) et le manganèse (Mn).

Avantages du moulage sous pression du magnésium

La particularité du moulage sous pression du magnésium réside dans le fait qu'il peut apporter plusieurs avantages clés au processus de fabrication. Nous décrivons ci-dessous quelques-uns de ces avantages :

Léger et rapport résistance/poids élevé. 

Comme indiqué ci-dessus, le magnésium est le métal structurel le plus léger. Il offre la résistance et le faible poids nécessaires à la fabrication de composants extrêmement légers, ce qui présente des avantages majeurs pour de nombreuses entreprises.

Précision et stabilité dimensionnelles améliorées

La méthode de moulage sous pression garantit une précision dimensionnelle et une stabilité exceptionnelles du produit final. L'assemblage des pièces avec d'autres composants est ainsi plus facile et se fait avec le même niveau d'exigence.

Excellente usinabilité et détails de finition

Les pièces moulées sous pression en magnésium offrent une bonne usinabilité. Cela facilite la mise en forme et la modification du matériau après le moulage. En outre, ces pièces moulées présentent généralement un polissage de surface supérieur, ce qui réduit le niveau de traitement supplémentaire nécessaire.

Conductivité thermique et électrique exceptionnelle

Les alliages de magnésium se caractérisent par une bonne conductivité thermique et électrique. Ils peuvent donc être utilisés dans des situations où la conductivité électrique ou la dissipation de la chaleur est nécessaire.

Haute recyclabilité

Le magnésium est un métal hautement recyclable. À la fin de la vie d'un produit, ses pièces en magnésium peuvent être facilement réutilisées et recyclées, ce qui réduit l'empreinte écologique.

Processus de moulage sous pression du magnésium

Cette partie nous fera découvrir les bases du moulage sous pression du magnésium et ce qu'il implique, et nous montrera étape par étape comment le magnésium en fusion se transforme en pièces complexes de grande valeur.

Le processus consiste à utiliser un moule réutilisable, appelé matrice, pour fabriquer des produits complexes et précis sur le plan dimensionnel.

Certaines mesures nécessaires sont indiquées ci-dessous :

Préparation et nettoyage des matrices 

La filière est soigneusement nettoyée et lubrifiée pour garantir un processus de coulée parfait et éviter les défauts. Ce processus est nécessaire pour maintenir l'intégrité de la matrice et produire des pièces moulées de la plus haute qualité.

Fusion et alliage du magnésium

Le magnésium est fondu dans un four à des températures extrêmement élevées. Des éléments d'alliage peuvent être injectés dans le métal en fusion à ce stade pour obtenir les caractéristiques requises du produit final, telles qu'une solidité ou une résistance à la corrosion accrues.

Injection et solidification

Sous haute pression, le magnésium en fusion est injecté dans la cavité de la matrice. Cette cavité a la même forme que le produit fini souhaité. Après l'injection du magnésium en fusion, celui-ci se refroidit rapidement et durcit. En un rien de temps, le magnésium prend la forme de la matrice.

Enlèvement et finition des pièces

Après la solidification, la pièce nouvellement créée est retirée de la matrice. Après le processus de moulage, tout matériau supplémentaire, tel que les carottes ou les patins, est extrait. Une fois les matériaux supplémentaires retirés, d'autres techniques de finition peuvent être appliquées à la surface de la pièce en fonction des exigences de l'application.

Aujourd'hui, cette méthode nous permet de fabriquer des pièces complexes en magnésium en grandes quantités avec une précision dimensionnelle exceptionnelle et une qualité fiable.

Métaux moulés sous pression en magnésium

Une sélection minutieuse des alliages de magnésium pour le moulage sous pression peut assurer la réussite du produit. Le choix de l'alliage approprié est crucial car il détermine les caractéristiques et les performances finales du produit fini.

Choisir le meilleur alliage de magnésium 

Alliages de magnésium tels que AZ91D, et AM50A/AM60B sont de plus en plus populaires dans les secteurs de l'automobile et des transports.

Ces nouveaux alliages présentent une résistance accrue, de meilleures caractéristiques à haute température, une plus grande ductilité et une conductivité thermique plus élevée.

Avant de choisir le meilleur alliage de magnésium pour le moulage sous pression, vous devez avoir une connaissance complète des éléments suivants qualités souhaitées pour le produit fini. 

Voici quelques facteurs déterminants pour prendre cette décision cruciale.

La force : Un facteur important est la résistance requise des différents composants à utiliser. La limite d'élasticité, la résistance à la traction et la résistance à la fatigue varient d'un alliage à l'autre.

Résistance à la corrosion: Il est également essentiel de prendre en considération l'environnement dans lequel une pièce fonctionnera. Ils présentent une résistance à la corrosion supérieure à celle de plusieurs autres métaux, ce qui les rend particulièrement adaptés aux environnements difficiles.

Capacité de coulée : Par exemple, un métal en fusion doit être capable de bien s'écouler dans la cavité de la matrice et de remplir des formes complexes. Les bons alliages de fonderie garantissent un faible taux de défauts et un taux élevé de contraintes de fonderie.

Usinabilité : En outre, il convient de tenir compte de la facilité avec laquelle un objet moulé peut être usiné afin de lui donner une forme ou de la modifier. Un alliage d'usinage approprié permet une personnalisation et un traitement ultérieur efficaces.

Aujourd'hui, les alliages de magnésium moulés sous pression qui offrent une résistance et des performances optimales peuvent être choisis par les fabricants qui tiennent compte de ces facteurs ainsi que des exigences des applications.

Alliages de magnésium courants

De nombreux types d'alliages de magnésium pour le moulage sous pression sont disponibles sur le marché. Chaque alliage possède des qualités uniques et des utilisations parfaites.

Explorons maintenant les propriétés des alliages les plus couramment utilisés.

AZ91D : Le champion de tous les rounds

AZ91D est l'alliage de magnésium moulé sous pression le plus couramment utilisé. Il contient 9% d'aluminium et 1% de zinc. Il offre un mélange attrayant de résistance à la corrosion, ténacité et haute coulabilité. Ces caractéristiques font de l'AZ91D une option flexible pour de nombreuses applications, telles que les pièces de moteur, les boîtiers, l'électronique grand public et les secteurs automobiles.

3.2.2 Série AM (AM 50A, AM20, AM60B) : L'accent mis sur la robustesse

La série AM est composée d'un groupe d'alliages réputé pour ses performances remarquables. la résistance aux chocs et la ténacité. Ces caractéristiques les rendent parfaits pour les pièces soumises à des contraintes de résistance physique ou d'impact. Les alliages de la série AM sont utilisés dans les industries aérospatiale et automobile pour les supports, les roues et d'autres pièces.

3.2.3 AS41B et AE42 : alliages à haute température

Les alliages AS41B et AE42 sont d'excellentes options pour les applications exigeant des températures élevées. Ces alliages présentent une ductilité, une résistance au fluage et une solidité excellentes à haute température, ce qui les rend appropriés pour les pièces de moteurs et de transmissions où la résistance à la chaleur est nécessaire.

Il est important de noter qu'il s'agit d'une liste partielle d'alliages de magnésium pour le moulage sous pression. Il existe de nombreux autres types d'alliages de magnésium moulés sous pression qui sont développés pour répondre à des exigences spécifiques. Pour choisir l'alliage idéal, il faut bien comprendre les qualités souhaitées et les exigences uniques de l'application.

Propriétés des alliages de magnésium coulés sous pression

Comprendre les principales caractéristiques des différents alliages de magnésium pour le moulage sous pression permet de prendre des décisions plus éclairées. 

Voici une brève comparaison des principales caractéristiques de moulage sous pression du magnésium alliages :

Applications des alliages de magnésium pour le moulage sous pression

Le magnésium est connu pour ses moulages d'alliages légers. Ils deviennent de plus en plus populaires dans les applications structurelles de l'automobile. Les alliages de magnésium sont légers et présentent un rapport résistance/poids exceptionnel, une répétabilité dimensionnelle et une forme presque nette.

Un exemple récent est la Chrysler Pacifica 2017qui utilise le moulage sous pression du magnésium pour remplacer neuf composants du noyau structurel du hayon, réduisant ainsi le poids de l'ensemble du hayon d'environ 50%.

Comme on le sait, les alliages de magnésium pour le moulage sous pression ont des qualités remarquables. Ils trouvent de nombreuses applications dans des secteurs variés. 

Nous allons maintenant examiner quelques-uns des secteurs les plus populaires de cette technologie innovante.

Industrie automobile : Les alliages de magnésium coulés sous pression sont très utiles pour l'industrie automobile car ils sont légers et durables, ce qui les rend parfaits pour l'efficacité énergétique. Ils sont utilisés pour la fabrication de pièces de moteur, de supports, de roues, etc.

Électronique grand public: Les alliages de magnésium pour le moulage sous pression conviennent le mieux à ceux qui veulent des appareils légers, portables et durables.

Le processus de moulage sous pression du magnésium a amélioré l'expérience de l'utilisateur. les boîtiers d'ordinateurs portables et les boîtiers d'appareils photo qui sont remarquablement durables et agréables à tenir. 

 Industrie aérospatiale: Les alliages de magnésium pour le moulage sous pression sont essentiels dans l'industrie aérospatiale, car chaque gramme y compte. Ces alliages permettent aux avions d'augmenter leur capacité de chargement et de transport. efficacité énergétique. Ils sont également utiles pour les performances et l'autonomie des aéronefs.

Équipement médical: Le rapport poids/résistance du magnésium moulé sous pression est utile dans l'industrie de l'équipement médical. Ces alliages sont très légers. Ils offrent aux patients la solidité et la durabilité dont ils ont besoin dans les hôpitaux. fauteuils roulants et béquilles. 

Comparaison avec le moulage sous pression d'aluminium

L'aluminium et le magnésium moulés sous pression sont tous deux largement utilisés pour la production de pièces légères et complexes en grandes quantités. Cependant, leurs caractéristiques particulières doivent être comprises pour pouvoir faire un choix entre eux.

Similitudes

Légèreté : Le magnésium et l'aluminium sont tous deux des métaux légers. C'est pourquoi le moulage sous pression de ces deux métaux est une bonne solution pour les applications de réduction du poids.

Solidité et légèreté : Les deux techniques présentent des rapports résistance/poids élevés, ce qui les rend adaptées à la production de composants solides mais légers.

Des formes complexes en toute simplicité : les pièces moulées sous pression en magnésium et en aluminium permettent de créer des modèles complexes et détaillés avec une excellente précision dimensionnelle.

Différences

Le héros de la légèreté : En termes de légèreté pure, le magnésium n'est égalé par aucun autre matériau. Avec des réductions de poids significatives par rapport à l'aluminium, il devient le métal structurel le plus léger.

Supériorité du blindage : Pour les pièces qui doivent être protégées des ondes électromagnétiques (Thai), le magnésium est le meilleur matériau en raison de sa qualité exceptionnelle de blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI) et les interférences de radiofréquence (RFI).

Résistance à la corrosion : L'aluminium présente généralement un degré de résistance à la corrosion supérieur à celui du magnésium. C'est pourquoi il devient l'alternative préférée pour les applications exposées à des substances caustiques ou à des environnements difficiles.

En fin de compte, le choix entre le moulage sous pression du magnésium ou de l'aluminium dépend des besoins spécifiques d'une application.

Conclusion

L'industrie du moulage sous pression du magnésium est promise à un bel avenir. Avec le développement constant de nouveaux alliages aux qualités accrues, cette technologie peut complètement changer la façon dont nous concevons et fabriquons des pièces performantes et légères pour différentes applications.