Magnézium Die Casting ötvözetek 101

Az öntvénygyártást jelenleg a magnézium forradalmasítja, mivel életképes alternatívát jelent az olyan hagyományos anyagokkal szemben, mint az alumínium. A legkönnyebb szerkezeti fémek közül jelentős súlymegtakarítást tesz lehetővé a végtermékekben, ami alapvető fontosságú az üzemanyag-hatékonyság és az autók kibocsátásával kapcsolatos környezeti hatások csökkentése szempontjából. Figyelemre méltó kutatási eredmények születtek, amelyek kibővítik a magnézium képességeit, és a magnéziumot a különböző nagyteljesítményű alkalmazások jó jelöltjévé teszik.

Ezért vezet a magnézium a nyomásos öntésben:

A magnézium sűrűsége körülbelül 1,7 g/cm³, szemben az alumíniummal (2,7 g/cm³) [1]. Ez az alkatrészek, köztük a járművek alkatrészeinek tömegének jelentős csökkenéséhez vezet, ezáltal javítva az üzemanyag-hatékonyságot és növelve az elektronikus eszközök hordozhatóságát.

A magnézium kiváló szilárdság/tömeg aránnyal rendelkezik. Egyes tanulmányok kimutatták, hogy bizonyos magnéziumötvözetek, például az AZ91D 230 MPa feletti szakítószilárdságot érhetnek el [2]. Ezek a tulajdonságok alkalmassá teszik őket olyan alkatrészekhez, amelyeknek egyszerre kell tartósnak és könnyűnek lenniük, mivel könnyűséggel és szilárdsággal rendelkeznek.

A közelmúltban végzett kutatások például azt vizsgálták, hogy egyes ritkaföldfémek magnéziumba történő beépítésével olyan ötvözeteket képezzenek, amelyek jobban ellenállnak a magas hőmérsékleten történő deformációnak [3].

Forrás:

1. Magnesium in Casting Technology by Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Magnézium nyomóöntvény ötvözetek értékelése magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz: Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Mg-Gd-Y ötvözetek mikroszerkezete és kúszásállósága by X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 és AM50 a leggyakrabban használt ötvözetek a nyomásos öntésben. Mindegyik az Mg-AI rendszeren alapul.

Olvassa el: Alumínium ötvözet Die Casting

Ebben a cikkben a következőkről fogunk tanulni

• A magnézium nyomásos öntvények globális hatóköre,
• Kiemelve ezen anyagok előnyeit,
• Magnézium ötvözetek tulajdonságai
• A közös magnéziumötvözetek rövid összehasonlítása az öntvények számára

Rávilágítunk a magnézium nyomóöntvény ötvözetek használatának jelentős előnyeire is, mint például:

• kivételes erő
• könnyű természet
• bonyolult formák előállítására való alkalmasság

Megbeszéljük továbbá az ötvözetek öntéséhez rendelkezésre álló különféle magnéziumszerszámokat, kiemelve azok egyedi tulajdonságait és ideális felhasználási lehetőségeit.

Végül megvizsgáljuk, hogyan viszonyul a magnézium nyomásos öntés más, széles körben ismert módszerekhez, például az alumínium nyomásos öntéshez, és megvitatjuk a technológia jövőbeli lehetőségeinek érdekes kilátásait.

Reméljük, hogy e felfedezés végére átfogó ismeretekkel rendelkezik majd a magnézium nyomásos öntvények ötvözeteiről és azok jelentőségéről a modern gyártásban.

Értsük meg a magnéziumot, mint ötvözetet

A leghíresebb magnézium öntvény ötvözet az AZ91D. A magnézium más fémekkel kombinálva különböző ötvözeteket alkot. Néhány a leggyakoribb magnéziumok közül:

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

Mik azok a magnéziumötvözetek?

A magnéziumötvözetek olyan fémek, amelyekben a magnézium (Mg) a fő elem, és jellemzően az összetétel több mint 90%-át teszik ki. A tiszta magnéziumot olyan ötvözőelemek hozzáadásával módosítják, mint az alumínium (Al), a cink (Zn) és a mangán (Mn).

A magnézium öntés előnyei

A magnézium öntvény egyedisége abban rejlik, hogy számos kulcsfontosságú előnnyel jár a gyártási folyamat során. Az alábbiakban néhány fő előnyt fogunk részletesebben kifejteni:

Könnyű súly és nagy szilárdság/tömeg arány. 

Mint már említettük, a magnézium a legkönnyebb szerkezeti fém. Ez biztosítja a rendkívül könnyű alkatrészek szilárdságának és alacsony súlyának alapját, ami számos vállalkozás számára jelentős előnyöket eredményez.

Javított méretpontosság és stabilitás

Az öntési módszer kiemelkedő méretpontosságot és stabilitást garantál a végtermékben. Ez megkönnyíti az alkatrészek más alkatrészekkel való összeszerelését, ugyanolyan magas színvonalon.

Kiváló megmunkálhatóság és befejező részletek

A magnézium nyomásos öntvények jól megmunkálhatók. Ez megkönnyíti az anyag öntés utáni alakítását és módosítását. Ezenkívül ezek az öntvények általában kiváló felületi polírozással rendelkeznek, ami csökkenti a szükséges további megmunkálási szintet.

Kiváló hő- és elektromos vezetőképesség

A magnéziumötvözetek tulajdonságai közé tartozik a jó hővezető és elektromos vezetőképesség. Ennek megfelelően olyan helyzetekben találhatnak felhasználásra, ahol elektromos vezetőképességre vagy hőelvezetésre van szükség.

Magas újrahasznosíthatóság

Magasan újrahasznosítható fém a magnézium. A termék élettartamának végén a magnéziumból készült alkatrészek könnyen újrafelhasználhatók és újrahasznosíthatók, ezáltal csökkentve a környezeti lábnyomot.

Magnézium öntési folyamat

Ez a rész végigvezet minket a magnézium öntés alapjain és annak következményein, valamint lépésről lépésre megmutatja, hogyan alakul át az olvadt magnézium komplex értékes alkatrésszé.

Az eljárás során egy újrafelhasználható formát, úgynevezett szerszámot használnak a bonyolult és méretpontos termékek gyártásához.

Az alábbiakban néhány szükséges lépést ismertetünk:

Szerszám előkészítés és tisztítás 

A szerszámot alaposan megtisztítják és kenik a tökéletes öntési folyamat biztosítása és a hibák elkerülése érdekében. Ez a folyamat szükséges a szerszám épségének megőrzéséhez és a legmagasabb minőségű öntvények előállításához.

Magnézium olvasztása és ötvözése

A magnéziumot egy kemencében olvasztják meg rendkívül magas hőmérsékleten. Ebben a szakaszban az olvadt fémbe ilyen ötvözőelemeket lehet injektálni, hogy a kívánt végterméktulajdonságok, például a megnövelt szilárdság vagy korrózióállóság kialakuljanak.

Injektálás és megszilárdulás

Nagy nyomás alatt az olvadt magnéziumot a szerszám üregébe fecskendezik. Ez az üreg a kívánt késztermékkel megegyező alakú. Az olvadt magnézium befecskendezése után gyorsan lehűl és megszilárdul. A magnézium pillanatok alatt felveszi a szerszám alakját.

Alkatrész eltávolítás és befejezés

A megszilárdulás után az újonnan létrehozott alkatrészt eltávolítják a szerszámból. Az öntési folyamatot követően minden felesleges anyagot, mint például az öntőcsöveket vagy a futócsöveket, eltávolítanak. A felesleges anyagok eltávolítása után az alkalmazás követelményei alapján további befejező technikákat lehet alkalmazni az alkatrész felületén.

Ez a módszer ma már lehetővé teszi számunkra, hogy komplex magnézium alkatrészeket állítsunk elő nagy mennyiségben, kiemelkedő méretpontossággal és megbízható minőségben.

Magnézium Die Casting Metals

A magnézium nyomóöntvény ötvözetek gondos kiválasztása sikeressé teheti a terméket. A megfelelő ötvözet kiválasztása kulcsfontosságú, mivel ez határozza meg a késztermék végső jellemzőit és teljesítményét.

A legjobb magnézium ötvözet kiválasztása 

Magnéziumötvözetek, mint például AZ91D, és AM50A/AM60B egyre népszerűbbek az autóipar és a közlekedés területén.

Ezek az új ötvözetek nagyobb szilárdsággal, jobb magas hőmérsékleti jellemzőkkel, képlékenyebbek és nagyobb hővezető képességgel rendelkeznek.

Mielőtt kiválasztja a legjobb magnézium öntvény ötvözetet, teljes körű ismeretekkel kell rendelkeznie a kívánt tulajdonságok a késztermékhez. 

Íme néhány döntő tényező, amikor meghozza ezt a kritikus döntést.

Erősség: Ennek fontos tényezője a különböző felhasználandó alkatrészek szükséges szilárdsága. A folyáshatár, a szakítószilárdság és a fáradási ellenállás a különböző ötvözeteknél változó.

Korrózióállóság: Szintén lényeges figyelembe venni a környezetet, amelyben az alkatrész működni fog. Számos más fémhez képest nagyobb korrózióállósággal rendelkeznek, így elsősorban a szigorú környezetbe valók.

Önthetőség: Például az olvadt fémnek képesnek kell lennie arra, hogy jól folyjon a szerszám üregébe és kitöltse a bonyolult formákat. A jó öntőötvözetek biztosítják az alacsony hibákat és a magas öntési feszültséget.

Megmunkálhatóság: Továbbá figyelembe kell venni, hogy egy öntött tárgyat milyen könnyen lehet megmunkálni, hogy alakot adjanak neki vagy megváltoztassák a formáját. A megfelelő megmunkálási ötvözet lehetővé teszi a hatékony testreszabást és utólagos megmunkálást.

Ma az optimális szilárdságot és teljesítményt nyújtó magnézium nyomóöntvény ötvözeteket választhatják ki a gyártók, akik ezeket a tényezőket az alkalmazásokkal szemben támasztott követelményekkel együtt mérlegelik.

Közös magnézium ötvözetek

A piacon számos típusú magnézium nyomóöntvény ötvözet áll rendelkezésre. Mindegyik ötvözet egyedi tulajdonságokkal és tökéletes felhasználási lehetőségekkel rendelkezik.

Most pedig vizsgáljuk meg a leggyakrabban használt ötvözetek tulajdonságait.

AZ91D: Minden forduló bajnoka

Az AZ91D a leggyakrabban használt magnézium öntvény ötvözet. Ez 9% alumíniumot és 1% cinket tartalmaz. Vonzó keverékét nyújtja a következőknek korrózióállóság, szívósság és nagyfokú önthetőség. Ezek a tulajdonságok az AZ91D-t rugalmasan alkalmazhatóvá teszik számos alkalmazásban, például motoralkatrészek, házak, fogyasztói elektronika és az autóipar területén.

3.2.2 AM sorozat (AM 50A, AM20, AM60B): A szívósságra összpontosítva

Az AM sorozat egy olyan ötvözött csoportot tartalmaz, amely figyelemre méltó ütésállóság és szívósság. Ezek a tulajdonságok tökéletessé teszik őket a fizikai ellenállást vagy ütődést igénylő alkatrészekhez. Az AM sorozatú ötvözeteket a repülőgépiparban és az autóiparban használják konzolokhoz, kerekekhez és egyéb alkatrészekhez.

3.2.3 AS41B és AE42: Magas hőmérsékletű ötvözetek

Az AS41B és AE42 ötvözetek kiváló választás a magas hőmérsékletet igénylő alkalmazásokhoz. Ezek az ötvözetek kiváló képlékenységet, kúszásállóságot és szilárdságot mutatnak magas hőmérsékleten, így alkalmasak olyan motor- és sebességváltó alkatrészekhez, ahol hőállóságra van szükség.

Fontos megjegyezni, hogy ez a magnézium nyomóöntvény ötvözetek részleges listája. Számos más típusú magnézium nyomóöntvény ötvözet létezik, amelyeket speciális követelmények teljesítésére fejlesztettek ki. A tökéletes ötvözet kiválasztásához az Ön által kívánt tulajdonságok és egyedi alkalmazási követelmények teljes körű ismerete szükséges.

A magnézium öntvények tulajdonságai

A különböző magnézium öntvények legfontosabb jellemzőinek megértése lehetővé teszi a megalapozottabb döntések meghozatalát. 

Íme egy rövid összehasonlítás néhány kiemelkedő jellemzőjéről. magnézium öntvény ötvözetek:

A magnézium öntvények alkalmazásai

A magnézium könnyű ötvözetből készült öntvényeiről ismert. Ezek egyre népszerűbbek a strukturális autóipari alkalmazásokban. A magnéziumötvözetek könnyűek, kiemelkedő szilárdság/tömeg arányúak, méretismétlők és közel nettó alakúak.

Az egyik legfrissebb példa a 2017-es Chrysler Pacifica, amely magnézium nyomóöntéssel kilenc alkatrész helyettesítésére szolgál a lifgate szerkezeti magjában, ami körülbelül 50%-tal csökkenti a liftgate-egység súlyát.

Mint tudjuk, a magnézium öntvények figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkeznek. Számos alkalmazásuk van a legkülönbözőbb ágazatokban. 

Most megvizsgáljuk ennek az innovatív technológiának néhány legnépszerűbb ágazatát.

Autóipar: A magnézium nyomóöntvény ötvözetek nagyon jók az autóipar számára, mivel könnyűek és tartósak, így tökéletesen alkalmasak az üzemanyag-hatékonyságra. Motoralkatrészek, konzolok, kerekek stb. gyártására használják őket.

Szórakoztató elektronika: A magnézium öntvények a legjobban azok számára alkalmasak, akik könnyű, hordozható és tartós eszközöket szeretnének.

A magnézium öntési eljárás javította a felhasználói élményt, a legjobb a következőkhöz laptopházak és kameratestek amelyek figyelemre méltóan tartósak és kényelmesek. 

 Repülőgépipar: A magnézium öntvények nélkülözhetetlenek a repülőgépiparban, mert ott minden gramm számít. Ezek az ötvözetek segítenek a repülőgépek teherbírásának növelésében, és üzemanyag-hatékonyság. A repülőgépek teljesítménye és hatótávolsága szempontjából is hasznosak.

Orvosi berendezések: A magnézium nyomásos öntés szilárdság/tömeg aránya hasznos az orvosi berendezések iparában. Ezek az ötvözetek nagyon könnyűek. Ezek biztosítják a betegek számára a szükséges szilárdságot és tartósságot a kerekesszékek és mankók. 

Összehasonlítás az alumínium öntéssel

Mind az alumínium, mind a magnézium öntvényt széles körben használják könnyű, összetett, nagy mennyiségű alkatrészek gyártására. Sajátos tulajdonságaikat azonban meg kell érteni ahhoz, hogy választani lehessen közöttük.

Hasonlóságok

Könnyű súly: A magnézium és az alumínium egyaránt könnyű fém. Ezért az ebből a két fémből készült öntvények jó megoldást jelentenek a súlycsökkentő alkalmazásokhoz.

Erő és könnyedség: Mindkét technika nagy szilárdság/tömeg aránnyal rendelkezik, ami alkalmassá teszi őket erős, mégis könnyű alkatrészek gyártására.

Bonyolult formák könnyedén: A magnézium- és alumíniumöntvények bonyolult, részletes formatervek létrehozására alkalmasak, kiváló méretpontossággal.

Különbségek

A könnyűsúlyú hős: A magnéziumot a puszta könnyűség tekintetében semmilyen más anyag nem tudja felülmúlni. Az alumíniumhoz képest jelentős súlycsökkentéssel a legkönnyebb szerkezeti fémmé válik.

Pajzsfölény: Az elektromágneses hullámoktól (Thai) védendő alkatrészek esetében a magnézium a legjobb anyag, mivel kivételes árnyékoló tulajdonsággal rendelkezik az elektromágneses interferenciával (EMI) és a rádiófrekvenciás interferenciával (RFI) szemben.

Korrózióállóság: Az alumínium általában nagyobb fokú korrózióállósággal rendelkezik, mint a magnézium. Ezért a maró anyagoknak vagy zord környezetnek kitett alkalmazásoknál előnyösebb alternatívává válik.

Végső soron a magnézium vagy alumínium öntvények közötti választás az alkalmazás speciális igényeitől függ.

Következtetés

A magnézium nyomásos öntvényiparnak fényes jövője van. Mivel folyamatosan fejlődnek az új, jobb tulajdonságokkal rendelkező ötvözetek, ez a technológia teljesen megváltoztathatja a nagy teljesítményű, könnyű alkatrészek tervezését és gyártását a különböző alkalmazásokhoz.