Magnesium og aluminium er pressstøpbare legeringer. Magnesium er lettere og passer godt til deler som trenger drivstoffeffektivitet og vibrasjonsdemping. Det trenger visse håndteringsteknikker. Aluminium er billigere og passer til generell bruk. Det motstår korrosjon godt. Lær hvilke unike egenskaper som skiller magnesiumstøping og aluminiumstøping fra hverandre. Finn også ut hvilke bruksområder og fabrikasjonshensyn de har.

Egenskaper ved magnesium og aluminium

Egenskaper for magnesium

Spesifikke legeringer

Spesifikke legeringer av magnesium dannes i utgangspunktet gjennom legeringsmetoder. Her blandes det med forskjellige grunnstoffer. Eksempler på dette er AZ91D, AM60 og AS41.

Bedre styrke og forbedret evne til å forhindre korrosjon er de viktigste egenskapene til disse legeringene. AZ91D er for eksempel sterkere og lettere på grunn av sin strekkfasthet på 240 MPa.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Magnesium kan korrodere på grunn av hva miljøer som luft eller alkaliske løsninger gjør. I slike tilfeller fungerer belegg eller legeringselementer best. For eksempel blir magnesiums korrosjonsbestandighet bedre når ingeniører blander det med aluminium.

I tillegg gjør den lavere tettheten (1,74 g/cm³) i magnesium at det ikke hindrer korrosjon på en god måte. Derfor trenger det en viss beskyttelse.

Termisk konduktivitet

Mange magnesiumlegeringer har god varmeledningsevne, som AZ91 (51 W/m-K). De leder altså varme godt, men ikke like effektivt som aluminium eller kobber.

Men hver gang et metall varmes opp, utvider det seg. Dette kalles termisk ekspansjon. Magnesium har større termisk ekspansjon ved eller nær 25,2 x 10-⁶/°C enn aluminium (23,6 x 10-⁶/°C).

Dempingskapasitet

Magnesium har en utmerket vibrasjonsdempende egenskap. Det gjør det godt egnet til bruk i kjøretøy og fly. Fordi disse delene trenger redusert støy og vibrasjon, er elastisitetsmodulen på 45 GPa, noe som betyr mer fleksibilitet. Det er lavere enn aluminium (69 GPa).

Bearbeidbarhet

Magnesiumlegeringer har lavere smeltetemperatur (650 °C) enn aluminium. Bearbeidbarheten påvirkes imidlertid av ulike skjærekrefter, verktøyslitasje og spordannelse.

Brennbarheten må på en eller annen måte behandles riktig. Det kan nemlig slå gnister under bearbeiding.

Aluminiums egenskaper

Spesifikke legeringer

A380, A383 og ADC1 er en slags spesifikke aluminiumlegeringer. Disse legeringene inneholder andre elementer som silisium, kobber og sink.

Det gir derfor bedre styrke og korrosjonsbestandighet. For eksempel gjør A380s strekkfasthet på 320 MPa den til et bedre valg for industriell bruk.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Aluminium danner et beskyttende oksidlag som gjør at det motstår korrosjon i atmosfæriske og marine miljøer. Aluminium har dessuten en tetthet på 2,70 g/cm³. Det er derfor det er sterkere, men likevel lett.

Elektrisk ledningsevne

I aluminiumlegeringer som A380 er det en elektrisk ledningsevne på 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). I utgangspunktet er den lavere enn kobber, men fungerer likevel best for elektriske ledninger.

Støpbarhet

Aluminiumslegeringer kan ta hvilken som helst kompleks form på grunn av deres utmerkede støpbarhet. De flyter jevnt inn i formen og kan skape tynne vegger. Det er derfor det har blitt et populært produksjonsvalg. Det høye smeltepunktet gjør også at de tåler høyere temperaturer under støping.

Bruksområder for pressstøping av magnesium

Luft- og romfart

Magnesiums lave vekt og moderate styrke gjør at det kan brukes til produksjon av flere romfartsdeler. Det gjelder blant annet girkassehus til fly og rotornav til helikoptre.

Bilindustrien

I bilindustrien bruker produsentene dem på grunn av deres evne til å bruke mindre drivstoff og fordi de er lette. Bruksområdene omfatter instrumentpaneler, ratt, bakluker, dørpaneler og styreopphengsbjelker.

Elektronikk

Magnesium egner seg også til produksjon av kabinetter til bærbare datamaskiner og komponenter til smarttelefoner. Det reduserer vekten på komponentene og gir lang holdbarhet.

Vektbesparelser

Fordi magnesium ikke inneholder mer vekt enn aluminium, kan det brukes til å gjøre rattet 40% lettere.

Når vi snakker om luftfartsindustrien, kan det spare vekt for girkassehus i stedet for aluminium. Dette betyr at flyene fungerer mer effektivt.

Betydningen av vektreduksjon

Som du allerede har oppdaget, er effekten av lettvektsfunksjoner. Men biler som bruker magnesium, bruker mindre drivstoff og produserer mindre utslipp. Dessuten kan lettere fly fly langt. Du kan også lettere bære lette produkter.

Bruksområder for pressstøping av aluminium

Bilindustrien

Aluminium er et metall som gjør det mulig for produsenter å støpe det i alle former og fasonger. Den lave vekten og styrken gjør det velegnet til å lage motorblokker, girhus og hjul. Resultatet er at applikasjonene bruker mindre energi og varer lenger.

Luft- og romfart

Det tåler høy belastning på en effektiv måte. Derfor bruker romfartsselskaper det til strukturelle komponenter og elektroniske kabinetter.

Industrielt utstyr

Aluminiumslegeringer beskytter delene mot korrosjon. De motstår korrosjon og gir holdbarhet og slitestyrke i de industrielle delene, spesielt de som trenger det. For eksempel pumper og girkasser.

Resirkulerbarhet

Aluminium er resirkulerbart. Det er slik det er kjent for å være et bærekraftig alternativ. Du kan gjenbruke produktmaterialet på grunn av den uendelige kjeden. Det mister heller ikke sin kvalitet og sine egenskaper.

Prosessen med resirkulering av aluminium bruker ikke mer enn 5% for å utvinne primæraluminium fra bauksitt. Det reduserer derfor miljøpåvirkningen.

Fordeler med resirkulering av aluminium i pressstøping

Resirkulert aluminium brukes ofte også i pressstøping. Det sparer ressurser og kostnader. Det er også et alternativ for å oppfylle bærekraftige mål på tvers av ulike bransjer. Bruk av resirkulert metall fjerner karbonavtrykket og er egnet til å gi økonomisk mening.

Produksjonshensyn ved støping

Støping av magnesium

Die Temperatur og reaksjon

Når støperen varmer opp magnesiumlegeringer til smeltepunktet (650 °C), blir den til smeltet form.

For å kunne håndtere dette oppvarmede metallet er det meningsløst å plukke matriser med lavere temperaturer. Derfor må en matrise tåle en temperatur på minst 700 °C. Det oppstår reaksjoner når magnesium kommer i kontakt med oksygen. Det kan føre til oksidasjon eller brannfare.

For å unngå dette kan du velge mellom forseglede ovner, argon, eller SF6-gassdeksler. Bruk av tørre verktøy bidrar også til å hindre oksidasjon.

Dessuten reduserer man sjansene for kommende defekter ved å ta hensyn til riktig krymping av hulrom og kjerneplassering.

Materiale og vedlikehold av matriser

Kokillene som brukes til å støpe magnesium, er vanligvis laget av H13-stål (45-50 HRC-hardhet) og 4140-stål (28-32 HRC-hardhet).

H13-stål tåler temperaturer på rundt 600 °C. Det slites raskt fordi magnesium skaper reaksjoner.

Å legge til trekkvinkler hjelper til med å skyve ut den støpte delen fra formene. Det betyr at det også bidrar til jevn ytelse i matrisen.

I tillegg holder matrisen lenger på grunn av regelmessig vedlikehold og nitreringsbelegg.

Syklustid

Magnesiumstøping stivner raskere. Hver syklus tar ikke mer enn 20 til 40 sekunder. Dessuten er det lettere å skille linjen i matriser. Det sparer også produksjonstid.

Sikkerhetstiltak

SF6-gassundertrykkelse bidrar til å kontrollere de brannfarlige situasjonene som kan oppstå under magnesiumstøping.

I tillegg bør du unngå å bruke vannbaserte kjølevæsker. Det er fordi oppvarmet magnesium reagerer voldsomt med vann.

Utkastvinklene og skillelinjene skaper ikke problemer under prosessen, noe som reduserer risikoen.

Overflatebehandling

Ved å legge til 1 til 3 graders trekkvinkler kan du få bedre overflater. Flere belegg og lakkeringer etter støping forbedrer også delenes utseende og beskytter dem mot korrosjon.

Støping av aluminium

Temperatur og trykk i matrisen

Aluminiumstøping krever sterkere støpeformer for å kunne fungere ved 350 °C under trykk på opptil 140 000 kPa. Dette skyldes at aluminium har høye smeltepunkter, og høyere trykk kan føre til sprekkdannelser.

Formateriale og produksjonsgrenser

Matrikser laget av stål (H13) fungerer vanligvis godt og kan fullføre 100 000 sykluser før de må skiftes ut.

Skilleflaten her reduserer stress og forlenger levetiden. Optimalisering av matrisedesign gir dessuten positive endringer i holdbarhet og ytelse. Disse teknikkene minimerer også kostnadene forbundet med utskifting av matriser.

Syklustid for aluminium

Aluminiumstøping tar 20 sekunder til 1,5 minutter å avslutte hver syklus. Det skaper deler med veggtykkelse rundt (2-10 mm).

Syklustiden omfatter i utgangspunktet innsprøytningshastighet (1-5 m/s), matrisetemperatur (150-250 °C) og størkningstid (5-20 sekunder). Derfor er denne prosessen litt langsommere, men gir bedre presisjon.

Sikkerhetstiltak for aluminium

Støping av aluminium avgir ofte røyk. Derfor er det viktig å arbeide i ventilerte områder. Bruk også varmebestandig personlig verneutstyr og vedlikehold maskinbeskyttelser. Det må være strenge protokoller knyttet til smeltet aluminium og formtemperatur. Slik kan du forhindre brannskader, branner og innåndingsfare.

Overflatebehandling av aluminium

Når det gjelder overflatebehandling, gjennomgår aluminium flere prosesser. Her går sandblåsing, polering og anodisering godt sammen.

Aluminiumsstøping produserer deler med en ruhet (Ra) på mellom 0,8 og 3,2 µm.

Belegg som pulverlakk (60-120 µm tykkelse) øker derfor holdbarheten og skjønnheten. De reduserer forekomsten av rust og forbedrer ytelsen.

Sammenligning av mekaniske egenskaper

Magnesium og aluminium er to forskjellige metaller med unike egenskaper. Derfor kan magnesium brukes til ulike produksjonsprodukter. For eksempel blander produsenter det med 43% aluminium for å lage legeringer.

På samme måte brukes 40% av magnesium til å lage konstruksjonsmetall. Det er slik det fremhever sin betydning i lettvektsteknikk.

Strekkfasthet og flytegrense

Strekkfastheten til metall viser metallets evne til å motstå krefter før det brekker.

Strekkfasthet er det punktet der et metall begynner å bøye seg permanent.

Magnesiumlegeringer som AZ91D har en strekkfasthet på 240 MPa og en flytegrense på 150 MPa. Det bidrar til å gjøre det til et lettere alternativ for støping.

I aluminium er fordelen med 320 MPa at det er en strekkfasthet  og flytegrense opp til 130 og 280 MPa i A380.

Det er derfor disse metallene brukes til deler som utsettes for store påkjenninger.

Forlengelse og slagfasthet

Metaller kan strekkes til en viss grense før de går i stykker, noe som kalles tøyning.

Forlengelsen påvirker metallets motstandskraft og viser dets evne til å absorbere støt.

Det er 5 til 6% forlengelse i magnesium og 4-8 J slagfasthet. Det er det som gjør det mer fleksibelt og støtdempende.

I aluminium er imidlertid forlengelsesområdet 1 til 10% og har 3-5 J slagfasthet. Dette betyr at de er litt mer sprø.

Utmattingsstyrke

Metallers evne til å motstå gjentatte påkjenninger er det som kalles utmattingsstyrke.

Magnesiumlegeringer gir 70-150 MPa utmattingsstyrke. Selv om de er mindre sterke enn aluminium, gir de pålitelighet.

Utmattingsstyrken i aluminium svinger mellom 90 og 180 MPa. Dette gjør det egnet til bruk i motordeler.

Hardhet

Hardheten til metaller måler hvor ripebestandige de er. Magnesium har for eksempel en hardhet på 60-80 HB og regnes i kategorien myke metaller. I mellomtiden er aluminium 70-100 HB hardere. Så det er mer holdbart.

Motstand mot kryp

Varme påvirker materialenes kvalitet og ytelse med tiden. Parameteren krympebestandighet er en type som måler metallers evne til å motstå varme over tid.

Magnesium er for eksempel begrenset til bruk ved høy varme, så det svekkes raskere. I dette tilfellet er aluminium det beste alternativet fordi det tåler høyere temperaturer.

Konklusjon

I Pressstøping av magnesiumLegeringer av magnesium størkner raskt, men det er større risiko for brann. I mellomtiden tar det litt lengre tid for aluminium å kjøle seg ned enn magnesium. Det gir imidlertid holdbarhet ved produksjon av deler. Du kan bruke magnesium som et lettvektsmetall for å produsere deler i store volumer raskt. På den annen side passer aluminium til sterkere deler som ikke må korrodere over tid. Det riktige valget av metall mellom magnesium og aluminium kan imidlertid gjøres ved å avveie applikasjonsbehovene.