Legeringer for støping av magnesium 101

Magnesium er i ferd med å revolusjonere støpeprosessen, ettersom det er et levedyktig alternativ til tradisjonelle materialer som aluminium. Magnesium er det letteste konstruksjonsmetallet og gir betydelige vektbesparelser i sluttproduktene, noe som er avgjørende for drivstoffeffektivitet og reduksjon av miljøpåvirkninger knyttet til utslipp fra biler. Det har skjedd bemerkelsesverdige forskningsframskritt som utvider egenskapene til magnesium og gjør det til en god kandidat for ulike bruksområder med høy ytelse.

Dette er grunnen til at magnesium er ledende innen pressstøping:

Magnesium har en tetthet på ca. 1,7 g/cm³ sammenlignet med aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Dette fører til en massiv reduksjon av vekten på komponenter, blant annet i kjøretøy, noe som forbedrer drivstoffeffektiviteten og gjør elektroniske enheter lettere å ta med seg.

Magnesium har et utmerket forhold mellom styrke og vekt. Noen studier har vist at spesifikke magnesiumlegeringer, som AZ91D, kan oppnå strekkfastheter på over 230 MPa [2]. Disse egenskapene gjør dem godt egnet for deler som skal være både slitesterke og lette på samme tid, fordi de både er lette og sterke.

For eksempel har man nylig undersøkt hvordan man kan inkorporere noen sjeldne jordartsmetaller i magnesium for å danne legeringer som er bedre i stand til å motstå deformasjon ved høye temperaturer [3].

Kilde:

1. Magnesium i støpeteknologi av Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Evaluering av magnesiumlegeringer for trykkstøping ved høye temperaturer: Mikrostruktur, strekkegenskaper og krympebestandighet av Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Mikrostruktur og krympebestandighet for Mg-Gd-Y-legeringer av X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 og AM50 er de mest brukte legeringene i pressstøping. Alle er basert på Mg-AI-systemet.

Les også: Pressstøping av aluminiumslegering

I denne artikkelen vil vi lære mer om

• Det globale omfanget av magnesiumstøpelegeringer,
• Fremhever fordelene med disse materialene,
• Egenskaper for magnesiumlegeringer
• Kort sammenligning av vanlige magnesiumlegeringer for pressstøping

Vi vil også fremheve de betydelige fordelene ved å bruke pressstøpelegeringer av magnesium, som f.eks:

• eksepsjonell styrke
• lett natur
• egnet for produksjon av intrikate former

Vi tar også for oss de ulike typene magnesiumstøpeformer som er tilgjengelige for støping av legeringer, og belyser deres unike egenskaper og ideelle bruksområder.

Til slutt ser vi på hvordan magnesiumstøping kan sammenlignes med andre kjente metoder, som for eksempel støping av aluminium, og diskuterer de interessante fremtidsutsiktene for denne teknologien.

Vi håper at du etter å ha lest denne artikkelen vil ha omfattende kunnskaper om magnesiumlegeringer for trykkstøping og deres betydning i moderne produksjon.

La oss forstå magnesium som legering

Den mest kjente magnesiumstøpelegeringen er AZ91D. Magnesium lager forskjellige legeringer når det kombineres med andre metaller. Noen av de vanligste magnesiumene er:

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

Hva er magnesiumlegeringer?

Magnesiumlegeringer er metaller der magnesium (Mg) er hovedelementet, som vanligvis utgjør over 90% av sammensetningen. Rent magnesium modifiseres ved å tilsette legeringselementer som aluminium (Al), sink (Zn) og mangan (Mn).

Fordeler med pressstøping av magnesium

Det unike med magnesiumstøping er at det kan gi flere viktige fordeler i produksjonsprosessen. Nedenfor vil vi utdype noen av de viktigste fordelene:

Lav vekt og høyt styrke/vekt-forhold. 

Som nevnt ovenfor er magnesium det letteste konstruksjonsmetallet. Det gir styrke og lav vekt som grunnlag for ekstremt lette komponenter, noe som gir store fordeler for mange bedrifter.

Forbedret dimensjonell presisjon og stabilitet

Trykkstøpemetoden garanterer enestående dimensjonsnøyaktighet og stabilitet i sluttproduktet. Dette gjør det enklere å montere deler med andre komponenter med samme høye standard.

Utmerket bearbeidbarhet og etterbehandlingsdetaljer

Støpegods av magnesium har gode bearbeidingsmuligheter. Det gjør det enklere å forme og modifisere materialet etter støping. I tillegg har disse støpegodsene vanligvis en overlegen overflatepolering, noe som reduserer behovet for ytterligere bearbeiding.

Fremragende termisk og elektrisk ledningsevne

Magnesiumlegeringer har god varmeledningsevne og elektrisk ledningsevne. Derfor kan de brukes i situasjoner der elektrisk ledningsevne eller varmespredning er nødvendig.

Høy resirkulerbarhet

Magnesium er et svært resirkulerbart metall. Når et produkt er utrangert, kan delene som er laget av magnesium, enkelt gjenbrukes og resirkuleres, noe som reduserer miljøavtrykket.

Støpeprosessen for magnesium

I denne delen går vi gjennom det grunnleggende om magnesiumstøping og hva det innebærer, samt viser trinn for trinn hvordan smeltet magnesium forvandles til komplekse, verdifulle deler.

Prosessen innebærer at man bruker en gjenbrukbar form, en såkalt matrise, til å produsere intrikate og dimensjonspresise produkter.

Noen nødvendige trinn er gitt nedenfor:

Klargjøring og rengjøring av matriser 

Formen rengjøres og smøres grundig for å sikre en perfekt støpeprosess og unngå defekter. Denne prosessen er nødvendig for å opprettholde formens integritet og produsere støpegods av høyeste kvalitet.

Smelting og legering av magnesium

Magnesium smeltes i en ovn ved ekstremt høye temperaturer. Legeringselementer kan injiseres i det smeltede metallet på dette stadiet for å oppnå de ønskede egenskapene til sluttproduktet, for eksempel økt styrke eller korrosjonsbestandighet.

Injeksjon og størkning

Under høyt trykk sprøytes det smeltede magnesiumet inn i formhulrommet. Dette hulrommet har samme form som det ønskede ferdige produktet. Etter at det smeltede magnesiumet er sprøytet inn, kjøles det raskt ned og herdes. Etter et øyeblikk tar magnesiumet form etter matrisen.

Fjerning og etterbehandling av deler

Etter størkning fjernes den nyopprettede delen fra støpeformen. Etter støpeprosessen fjernes eventuelt ekstra materiale, som for eksempel graner eller meder. Etter at ekstra materiale er fjernet, kan ytterligere etterbehandlingsteknikker brukes på emnets overflate, avhengig av bruksområdets krav.

I dag gjør denne metoden det mulig for oss å produsere komplekse magnesiumdeler i store kvanta med enestående dimensjonsnøyaktighet og pålitelig kvalitet.

Støpemetaller av magnesium

Et nøye valg av magnesiumlegeringer for trykkstøping kan gjøre produktet vellykket. Det er avgjørende å velge riktig legering, ettersom det er avgjørende for det ferdige produktets endelige egenskaper og ytelse.

Velge den beste magnesiumlegeringen 

Magnesiumlegeringer som f.eks. AZ91D og AM50A/AM60B blir stadig mer populære i bil- og transportsektoren.

Disse nye legeringene har forbedret styrke, bedre høytemperaturegenskaper, er mer formbare og har høyere varmeledningsevne.

Før du velger den beste magnesiumstøpegodslegeringen, må du ha fullstendig kunnskap om ønskede kvaliteter for det ferdige produktet. 

Her er noen avgjørende faktorer når du skal ta denne kritiske beslutningen.

Styrke: En viktig faktor er den nødvendige styrken til de ulike komponentene som skal brukes. Strekkgrense, strekkfasthet og utmattingsbestandighet varierer mellom ulike legeringer.

Motstandsdyktighet mot korrosjon: Det er også viktig å ta hensyn til miljøet der en del skal fungere. De har høyere korrosjonsbestandighet sammenlignet med flere andre metaller, noe som gjør dem best egnet for tøffe omgivelser.

Støpbarhet: For eksempel må det smeltede metallet kunne flyte godt inn i støpeformens hulrom og fylle intrikate former. Gode støpelegeringer sikrer lave defekter og høy støpespenning.

Bearbeidbarhet: I tillegg bør man vurdere hvor lett det er å bearbeide en støpt gjenstand for å gi den en ny form eller endre dens form. En egnet legering for maskinering gjør det mulig med effektiv tilpasning og etterbehandling.

I dag kan produsenter velge magnesiumlegeringer som gir optimal styrke og ytelse, og som tar hensyn til disse faktorene sammen med hva som kan kreves av bruksområdene.

Vanlige magnesiumlegeringer

Det finnes mange typer magnesiumlegeringer for støpegods på markedet. Hver legering har unike egenskaper og perfekte bruksområder.

La oss nå se nærmere på egenskapene til de mest brukte legeringene.

AZ91D: Mesteren av alle runder

AZ91D er den mest brukte magnesiumstøpelegeringen. Den har 9% aluminium og 1% sink. Den gir en attraktiv blanding av korrosjonsbestandighet, seighet og høy støpbarhet. Disse egenskapene gjør AZ91D til et fleksibelt alternativ for mange bruksområder, for eksempel motordeler, hus, forbrukerelektronikk og bilindustrien.

3.2.2 AM-serien (AM 50A, AM20, AM60B): Fokus på robusthet

AM-serien har en legert gruppe som er kjent for sine bemerkelsesverdige slagfasthet og seighet. Disse egenskapene gjør dem perfekte for deler som skal tåle fysisk motstand eller støt. Legeringer i AM-serien brukes i luftfarts- og bilindustrien til braketter, hjul og andre deler.

3.2.3 AS41B og AE42: Høytemperaturlegeringer

AS41B- og AE42-legeringene er utmerkede alternativer for bruksområder som krever høye temperaturer. Disse legeringene har utmerket duktilitet, krympebestandighet og styrke ved høye temperaturer, noe som gjør dem egnet for motor- og transmisjonsdeler der varmebestandighet er nødvendig.

Det er viktig å merke seg at dette er en ufullstendig liste over magnesiumlegeringer for trykkstøping. Det finnes mange andre typer magnesiumlegeringer som er utviklet for å oppfylle spesifikke krav. For å velge den perfekte legeringen må du ha full oversikt over de ønskede egenskapene og de unike kravene til bruksområdet.

Egenskaper for pressstøpelegeringer av magnesium

Å forstå de viktigste egenskapene til ulike magnesiumlegeringer gjør det mulig å ta veloverveide beslutninger. 

Her er en kort sammenligning av noen av de viktigste funksjonene i pressstøping av magnesium legeringer:

Bruksområder for pressstøpelegeringer av magnesium

Magnesium er kjent for sine lette støpegodslegeringer. De blir stadig mer populære i strukturelle anvendelser i bilindustrien. Magnesiumlegeringer er lette, har et enestående styrke/vekt-forhold, repeterbare dimensjoner og tilnærmet nettoform.

Et nylig eksempel er Chrysler Pacifica 2017, som bruker magnesiumstøping for å erstatte ni komponenter i heisportens strukturelle kjerne, noe som reduserer vekten på heisportenheten med ca. 50%.

Som vi vet, har magnesiumstøpegodslegeringer bemerkelsesverdige egenskaper. De har mange bruksområder i en rekke sektorer. 

Vi skal nå se nærmere på noen av de mest populære sektorene for denne innovative teknologien.

Bilindustrien: Magnesiumlegeringer er svært gode for bilindustrien fordi de har lav vekt og lang holdbarhet, noe som gjør dem perfekte for drivstoffeffektivitet. De brukes til produksjon av motordeler, braketter, hjul osv.

Forbrukerelektronikk: Magnesiumstøpelegeringer er best egnet for de som ønsker lette, bærbare og holdbare enheter.

Magnesiumstøpeprosessen har forbedret brukeropplevelsen, den er best for kabinetter til bærbare datamaskiner og kamerahus som er bemerkelsesverdig holdbare og behagelige å holde i. 

 Luft- og romfartsindustrien: Magnesiumstøpegodslegeringer er avgjørende i luftfartsindustrien fordi hvert gram betyr noe der. Disse legeringene hjelper flyene med å øke lastekapasiteten og drivstoffeffektivitet. De er også nyttige for flyets ytelse og rekkevidde.

Medisinsk utstyr: Magnesiumstøpematerialets styrke-til-vekt-forhold er nyttig i medisinsk utstyrsindustri. Disse legeringene er veldig lette. De gir pasientene den styrken og holdbarheten de trenger i rullestoler og krykker. 

Sammenligning med pressstøping av aluminium

Både aluminium og magnesium brukes i stor utstrekning til produksjon av lette, komplekse deler i store mengder. Imidlertid må deres særegne egenskaper forstås for å gjøre et valg mellom dem.

Likheter

Lav vekt: Magnesium og aluminium er begge lette metaller. Derfor er pressstøping av disse to metallene en god løsning for vektreduksjon.

Styrke og letthet: Begge teknikkene har et høyt styrke/vekt-forhold, noe som gjør dem egnet for produksjon av sterke, men lette komponenter.

Komplekse former blir enkelt: Magnesium- og aluminiumstøpegods kan skape intrikate, detaljerte design med utmerket dimensjonsnøyaktighet.

Forskjeller

Den lette helten: Når det gjelder ren letthet, er magnesium uovertruffen av noe annet materiale. Med betydelige vektreduksjoner i forhold til aluminium er det det letteste konstruksjonsmetallet.

Overlegen skjerming: For deler som skal beskyttes mot elektromagnetiske bølger (Thai), er magnesium det beste materialet på grunn av sin eksepsjonelle avskjermingskvalitet mot elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI).

Motstand mot korrosjon: Aluminium har vanligvis en høyere grad av korrosjonsbestandighet enn magnesium. Derfor er det det foretrukne alternativet for bruksområder som utsettes for kaustiske stoffer eller tøffe miljøer.

Til syvende og sist avhenger valget mellom magnesium- eller aluminiumstøping av de spesifikke behovene til en bestemt applikasjon.

Konklusjon

Magnesiumstøpeindustrien går en lys fremtid i møte. Etter hvert som det stadig utvikles nye legeringer med bedre egenskaper, kan denne teknologien fullstendig endre hvordan vi designer og produserer høyytelsesdeler med lav vekt til ulike bruksområder.