Magnesium spuitgietlegeringen 101

Diecasting wordt momenteel gerevolutioneerd door magnesium, omdat het een levensvatbaar alternatief is voor traditionele materialen zoals aluminium. Het is het lichtste structurele metaal dat een aanzienlijke gewichtsbesparing in eindproducten mogelijk maakt, wat essentieel is voor een zuinig brandstofverbruik en een vermindering van de milieueffecten van auto-emissies. Er is opmerkelijke vooruitgang geboekt in het onderzoek dat de mogelijkheden van magnesium uitbreidt en het een goede kandidaat maakt voor verschillende hoogwaardige toepassingen.

Daarom is magnesium toonaangevend bij spuitgieten:

Magnesium heeft een dichtheid van ongeveer 1,7 g/cm³ in vergelijking met aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Dit leidt tot een enorme gewichtsvermindering van onderdelen, waaronder die voor voertuigen, waardoor het brandstofverbruik toeneemt en de draagbaarheid van elektronische apparaten verbetert.

Magnesium heeft een uitstekende verhouding tussen sterkte en gewicht. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat specifieke magnesiumlegeringen, zoals AZ91D, treksterkten van meer dan 230 MPa kunnen bereiken [2]. Deze eigenschappen maken ze zeer geschikt voor onderdelen die zowel duurzaam als lichtgewicht moeten zijn, omdat ze zowel licht als sterk zijn.

Recent onderzoek onderzocht bijvoorbeeld de integratie van enkele zeldzame aardelementen in magnesium om legeringen te vormen die beter bestand zijn tegen vervorming bij hoge temperaturen [3].

Bron:

1. Magnesium in Casting Technology door Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Evaluatie van magnesium spuitgietlegeringen voor toepassingen bij hoge temperaturen: Microstructuur, treksterkte-eigenschappen en kruipweerstand door Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Microstructuur en kruipweerstand van Mg-Gd-Y legeringen door X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 en AM50 zijn de meest gebruikte legeringen in spuitgieten. Ze zijn allemaal gebaseerd op het Mg-AI systeem.

Lees ook: De matrijzenafgietsel van de aluminiumlegering

In dit artikel leren we over

• Het wereldwijde bereik van magnesium spuitgietlegeringen,
• De voordelen van deze materialen benadrukken,
• Eigenschappen van magnesiumlegeringen
• Korte vergelijking van gangbare magnesiumlegeringen voor spuitgieten

We belichten ook de belangrijke voordelen van het gebruik van magnesium spuitgietlegeringen, zoals:

• uitzonderlijke kracht
• lichtgewicht karakter
• geschikt voor het produceren van ingewikkelde vormen

We bespreken ook de verschillende soorten magnesium matrijzen die beschikbaar zijn voor het gieten van legeringen, waarbij hun unieke kwaliteiten en ideale toepassingen worden benadrukt.

Tot slot bekijken we hoe het spuitgieten van magnesium zich verhoudt tot andere alom bekende methoden, zoals het spuitgieten van aluminium, en bespreken we de interessante vooruitzichten van het toekomstpotentieel van deze technologie.

We hopen dat je aan het eind van deze verkenning een uitgebreide kennis hebt van magnesium spuitgietlegeringen en hun belang in de moderne productie.

Laten we magnesium als legering begrijpen

De bekendste magnesiumlegering is AZ91D. In combinatie met andere metalen maakt magnesium verschillende legeringen. Enkele van de meest voorkomende soorten magnesium zijn:

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

Wat zijn magnesiumlegeringen?

Magnesiumlegeringen zijn metalen waarin magnesium (Mg) het belangrijkste element is en meestal meer dan 90% van de samenstelling uitmaakt. Zuiver magnesium wordt gemodificeerd door legeringselementen als aluminium (Al), zink (Zn) en mangaan (Mn) toe te voegen.

Voordelen van magnesium spuitgietwerk

Het unieke van magnesium spuitgietwerk is dat het verschillende belangrijke voordelen met zich meebrengt voor het productieproces. Hieronder gaan we dieper in op enkele van de belangrijkste voordelen:

Lichtgewicht en hoge sterkte-gewicht verhouding. 

Zoals hierboven vermeld, is magnesium het lichtste structurele metaal. Het biedt de sterkte en het lage gewicht voor extreem lichte onderdelen, wat voor veel bedrijven grote voordelen oplevert.

Verbeterde dimensionale precisie en stabiliteit

De spuitgietmethode garandeert een uitstekende maatnauwkeurigheid en stabiliteit van het eindproduct. Dit maakt de assemblage van onderdelen met andere componenten eenvoudiger en met dezelfde hoge normen.

Uitstekende bewerkbaarheid en afwerkingsdetails

Magnesium spuitgietstukken zijn goed te bewerken. Dit maakt het vormen en aanpassen van het materiaal gemakkelijker na het gieten. Bovendien hebben deze gietstukken meestal een superieure oppervlaktepolijsting, waardoor er minder extra bewerkingen nodig zijn.

Uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid

Goede thermische en elektrische geleidbaarheid zijn de eigenschappen van magnesiumlegeringen. Daarom kunnen ze worden gebruikt in situaties waar elektrische geleiding of warmteafvoer nodig is.

Hoge recyclebaarheid

Magnesium is een zeer goed recyclebaar metaal. Aan het einde van de levensduur van een product kunnen de magnesium onderdelen gemakkelijk worden hergebruikt en gerecycled, waardoor de ecologische voetafdruk wordt verkleind.

Magnesium spuitgietproces

In dit deel leren we de basis van magnesium spuitgieten en wat daarbij komt kijken en laten we stap voor stap zien hoe gesmolten magnesium verandert in complexe waardevolle onderdelen.

Bij dit proces wordt een herbruikbare mal, een matrijs genaamd, gebruikt om ingewikkelde en maatvaste producten te maken.

Hieronder volgen enkele noodzakelijke stappen:

Voorbereiding en reiniging van matrijzen 

De matrijs wordt grondig gereinigd en gesmeerd om een perfect gietproces te garanderen en defecten te vermijden. Dit proces is nodig om de integriteit van de matrijs te behouden en gietstukken van de hoogste kwaliteit te produceren.

Smelten en legeren van magnesium

Magnesium wordt gesmolten in een oven bij extreem hoge temperaturen. In dit stadium kunnen legeringselementen in het gesmolten metaal worden geïnjecteerd om de gewenste eigenschappen van het eindproduct te verkrijgen, zoals verhoogde sterkte of corrosiebestendigheid.

Injectie en verharding

Onder hoge druk wordt het gesmolten magnesium in de matrijsholte gespoten. Deze holte heeft dezelfde vorm als het gewenste eindproduct. Na het injecteren van het gesmolten magnesium koelt het snel af en wordt het hard. In een mum van tijd neemt het magnesium de vorm van de matrijs aan.

Verwijderen en afwerken van onderdelen

Na het stollen wordt het nieuw gemaakte onderdeel uit de matrijs gehaald. Na het gietproces wordt eventueel extra materiaal, zoals sprues of runners, verwijderd. Na het verwijderen van extra materiaal kunnen verdere afwerkingstechnieken worden toegepast op het oppervlak van het onderdeel op basis van de vereisten van de toepassing.

Vandaag de dag stelt deze methode ons in staat om complexe magnesium onderdelen in grote hoeveelheden te produceren met een uitstekende maatnauwkeurigheid en betrouwbare kwaliteit.

Metalen van magnesium spuitgietmatrijzen

Een zorgvuldige selectie van magnesium spuitgietlegeringen kan het product succesvol maken. Het kiezen van de juiste legering is cruciaal omdat het de uiteindelijke eigenschappen en prestaties van een eindproduct bepaalt.

De beste magnesiumlegering kiezen 

Magnesiumlegeringen zoals AZ91D en AM50A/AM60B worden steeds populairder in de auto- en transportsector.

Deze nieuwe legeringen zijn sterker, hebben betere eigenschappen bij hoge temperaturen, zijn kneedbaarder en hebben een hoger warmtegeleidingsvermogen.

Voordat je de beste magnesiumlegering voor het spuitgieten kiest, moet je volledige kennis hebben van de gewenste eigenschappen voor het eindproduct. 

Hier zijn enkele cruciale factoren wanneer je deze cruciale beslissing neemt.

Sterkte: Een belangrijke factor hierbij is de vereiste sterkte van de verschillende onderdelen die worden gebruikt. De vloeigrens, treksterkte en vermoeiingsweerstand zijn variabel voor verschillende legeringen.

Corrosiebestendigheid: Ook essentieel is het rekening houden met de omgeving waarin een onderdeel zal functioneren. Ze hebben een hogere weerstand tegen corrosie in vergelijking met verschillende andere metalen, waardoor ze het meest geschikt zijn voor zware omgevingen.

Gietbaarheid: Een gesmolten metaal moet bijvoorbeeld goed in de matrijsholte kunnen stromen en ingewikkelde vormen kunnen vullen. Goede gietlegeringen zorgen voor weinig defecten en een hoge mate van gietspanning.

Bewerkbaarheid: Bovendien moet worden bekeken hoe gemakkelijk een gegoten voorwerp kan worden bewerkt om het een vorm te geven of zijn vorm te veranderen. De juiste legering maakt efficiënt maatwerk en nabewerking mogelijk.

Vandaag de dag kunnen magnesium spuitgietlegeringen met optimale sterkte en prestaties worden gekozen door fabrikanten die deze factoren afwegen tegen de eisen van de toepassingen.

Gebruikelijke magnesiumlegeringen

Er zijn veel soorten magnesium legeringen op de markt. Elke legering heeft unieke kwaliteiten en perfecte toepassingen.

Laten we nu eens kijken naar de eigenschappen van de meest gebruikte legeringen.

AZ91D: de kampioen van alle rondes

AZ91D is de meest gebruikte legering voor het gieten van magnesiummatrijzen. Het heeft 9% aluminium en 1% zink. Het biedt een aantrekkelijke mix van corrosiebestendigheid, taaiheid en hoge gietbaarheid. Deze eigenschappen maken AZ91D een flexibele optie voor vele toepassingen, zoals motoronderdelen, behuizingen, consumentenelektronica en de automobielsector.

3.2.2 AM-serie (AM 50A, AM20, AM60B): Focus op taaiheid

De AM-serie heeft een gelegeerde groep die bekend staat om zijn opmerkelijke slagvastheid en taaiheid. Deze eigenschappen maken ze perfect voor onderdelen die fysieke weerstand of impact nodig hebben. AM-serie legeringen worden gebruikt in de luchtvaart- en auto-industrie voor beugels, wielen en andere onderdelen.

3.2.3 AS41B en AE42: Hoge temperatuur legeringen

AS41B- en AE42-legeringen zijn uitstekende opties voor toepassingen die hoge temperaturen vereisen. Deze legeringen vertonen uitstekende vervormbaarheid, kruipweerstand en sterkte bij hoge temperaturen, waardoor ze geschikt zijn voor motor- en transmissieonderdelen waar hittebestendigheid nodig is.

Het is belangrijk op te merken dat dit een gedeeltelijke lijst is van magnesium spuitgietlegeringen. Er zijn vele andere soorten magnesium spuitgietlegeringen die zijn ontwikkeld om aan specifieke eisen te voldoen. Het kiezen van de perfecte legering vereist een volledig begrip van de gewenste kwaliteiten en unieke toepassingseisen.

Eigenschappen van magnesium spuitgietlegeringen

Als je de belangrijkste eigenschappen van verschillende magnesiumlegeringen begrijpt, kun je beter onderbouwde beslissingen nemen. 

Hier volgt een korte vergelijking van enkele opvallende kenmerken van magnesium spuitgieten legeringen:

Toepassingen van magnesium spuitgietlegeringen

Magnesium staat bekend om zijn lichtgewicht legeringsgietwerk. Ze worden steeds populairder in structurele automobieltoepassingen. Magnesiumlegeringen zijn licht van gewicht, hebben een uitstekende verhouding tussen sterkte en gewicht, een herhaalbare maatvastheid en een bijna-netvorm.

Een recent voorbeeld is de 2017 Chrysler Pacificawaarbij magnesium spuitgietwerk wordt gebruikt om negen componenten in de structurele kern van het hefsysteem te vervangen, waardoor het gewicht van het hefsysteem met ongeveer 50% wordt verminderd.

Zoals we weten hebben magnesium spuitgietlegeringen opmerkelijke kwaliteiten. Ze hebben veel toepassingen in verschillende sectoren. 

We zullen nu een aantal van de populairste sectoren van deze innovatieve technologie bekijken.

Auto-industrie: Magnesium spuitgietlegeringen zijn zeer goed voor de auto-industrie omdat ze licht van gewicht en duurzaam zijn, waardoor ze perfect zijn voor brandstofefficiëntie. Ze worden gebruikt voor de productie van motoronderdelen, beugels, wielen enz.

Consumentenelektronica: Magnesium spuitgietlegeringen zijn het meest geschikt voor wie lichtgewicht draagbare en duurzame apparaten wil.

Het magnesium spuitgietproces heeft de gebruikerservaring verbeterd, het is het beste voor laptoptassen en camerabehuizingen die opvallend duurzaam en comfortabel in de hand liggen. 

 Ruimtevaartindustrie: Magnesium spuitgietlegeringen zijn essentieel in de lucht- en ruimtevaartindustrie omdat elke gram daar telt. Deze legeringen helpen vliegtuigen om hun laadvermogen te vergroten en brandstofefficiëntie. Ze zijn ook nuttig voor de prestaties en het bereik van vliegtuigen.

Medische apparatuur: De verhouding sterkte/gewicht van magnesium spuitgietwerk komt goed van pas in de medische apparatuurindustrie. Deze legeringen zijn zeer licht van gewicht. Deze geven patiënten de sterkte en duurzaamheid die ze nodig hebben in rolstoelen en krukken. 

Vergelijking met spuitgieten van aluminium

Zowel spuitgietaluminium als magnesium worden op grote schaal gebruikt voor de productie van lichtgewicht, complexe onderdelen in grote hoeveelheden. Om een keuze te kunnen maken, moeten we echter hun specifieke eigenschappen begrijpen.

Gelijkenissen

Licht gewicht: Magnesium en aluminium zijn allebei lichtgewicht metalen. Daarom is spuitgieten van deze twee metalen een goede oplossing om het gewicht te verminderen.

Sterkte en lichtheid: Beide technieken hebben een hoge sterkte-gewichtsverhouding, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van sterke en toch lichte onderdelen.

Complexe vormen gemakkelijk gemaakt: Magnesium en Aluminium Die Castings kunnen ingewikkelde, gedetailleerde ontwerpen maken met een uitstekende maatnauwkeurigheid.

Verschillen

De lichtgewicht held: Op het gebied van pure lichtheid is magnesium ongeëvenaard door welk ander materiaal dan ook. Met een aanzienlijke gewichtsvermindering ten opzichte van aluminium is het het lichtste structurele metaal.

Superieure afscherming: Voor onderdelen die beschermd moeten worden tegen elektromagnetische golven (Thai) is magnesium het beste materiaal vanwege de uitzonderlijke afschermingskwaliteit tegen elektromagnetische interferentie (EMI) en radiofrequentie-interferentie (RFI).

Corrosiebestendigheid: Aluminium is doorgaans beter bestand tegen corrosie dan magnesium. Daarom heeft aluminium de voorkeur voor toepassingen die worden blootgesteld aan bijtende stoffen of ruwe omgevingen.

Uiteindelijk hangt de keuze tussen magnesium of aluminium spuitgietwerk af van de specifieke behoeften van een toepassing.

Conclusie

De magnesium spuitgietindustrie heeft een mooie toekomst. Omdat er voortdurend nieuwe legeringen met betere kwaliteiten worden ontwikkeld, kan deze technologie de manier waarop we krachtige, lichtgewicht onderdelen voor verschillende toepassingen ontwerpen en produceren volledig veranderen.