Magnesium en aluminium zijn spuitgietlegeringen. Magnesium is lichter en past goed bij onderdelen die brandstofefficiëntie en trillingsdemping vereisen. Het heeft bepaalde behandelingstechnieken nodig. Aluminium is goedkoper en geschikt voor algemeen gebruik. Het is goed bestand tegen corrosie. Leer welke unieke eigenschappen magnesium spuitgietwerk en aluminium spuitgietwerk van elkaar onderscheiden. Ontdek ook hun toepassingen en fabricageoverwegingen.
Eigenschappen van magnesium en aluminium
Eigenschappen van magnesium
Specifieke legeringen
Specifieke legeringen van magnesium worden in principe gevormd door legeringsmethoden. Hierbij wordt het gemengd met verschillende elementen. Voorbeelden zijn AZ91D, AM60 en AS41.
Betere sterkte en beter vermogen om corrosie te voorkomen zijn de belangrijkste eigenschappen van deze legeringen. AZ91D is bijvoorbeeld sterker en lichter dankzij de treksterkte van 240 MPa.
Corrosiebestendigheid
Magnesium kan corroderen door omgevingsfactoren zoals lucht of alkalische oplossingen. In dat geval werken coatings of legeringselementen het beste. De corrosiebestendigheid van magnesium wordt bijvoorbeeld beter wanneer ingenieurs het mengen met aluminium.
Bovendien is magnesium door de lagere dichtheid (1,74 g/cm³) niet goed bestand tegen corrosie. Het heeft dus een bepaalde bescherming nodig.
Thermische geleidbaarheid
Veel magnesiumlegeringen hebben een goed warmtegeleidingsvermogen, zoals AZ91 (51 W/m-K). Ze geleiden warmte dus goed, maar niet zo efficiënt als aluminium of koper.
Maar elke keer dat een metaal wordt verwarmd, zet het uit. Dat staat bekend als thermische uitzetting. Magnesium heeft een grotere thermische uitzetting bij of nabij 25,2 x 10-⁶/°C dan aluminium (23,6 x 10-⁶/°C).
Dempingscapaciteit
Magnesium heeft een uitstekende trillingdempende eigenschap. Dat maakt het zeer geschikt voor gebruik in voertuigen en vliegtuigen. Omdat deze onderdelen minder geluid en trillingen nodig hebben, is hun elasticiteitsmodulus 45 GPa, wat verwijst naar meer flexibiliteit. Dit is lager dan aluminium (69 GPa).
Bewerkbaarheid
Magnesiumlegeringen hebben een lagere smelttemperatuur (650°C) dan Al. Hun bewerkbaarheid wordt echter beïnvloed door verschillende snijkrachten, gereedschapsslijtage en spaanvorming.
De brandbaarheid moet op de een of andere manier goed behandeld worden. Het kan namelijk vonken tijdens het bewerken.
Eigenschappen van aluminium
Specifieke legeringen
A380, A383 en ADC1 zijn specifieke aluminiumlegeringen. Deze legeringen bevatten andere elementen zoals silicium, koper en zink.
Dat zorgt dus voor een betere sterkte en corrosiebestendigheid. De treksterkte van 320 MPa van de A380 maakt het bijvoorbeeld een betere keuze voor industrieel gebruik.
Corrosiebestendigheid
Door de vorming van een beschermende oxidelaag in aluminium is het bestand tegen corrosie in atmosferische en mariene omgevingen. Bovendien heeft aluminium een dichtheid van 2,70 g/cm³. Daarom is het sterker en toch licht.
Elektrische geleidbaarheid
In aluminiumlegeringen zoals A380 is er een elektrisch geleidingsvermogen van 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). In principe is het lager dan koper, maar het werkt nog steeds het beste voor elektrische bedrading.
Gietbaarheid
Aluminiumlegeringen kunnen elke complexe vorm aannemen dankzij hun uitstekende gietbaarheid. Ze vloeien soepel in de mal en kunnen dunne wanden creëren. Daarom is aluminium een populaire productiekeuze geworden. Door hun hoge smeltpunt kunnen ze ook hogere temperaturen aan tijdens het gieten.
Toepassingen van magnesium spuitgietwerk
Ruimtevaart
Het lichte gewicht en de gemiddelde sterkte van magnesium maakt het bruikbaar voor de productie van verschillende onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart. Denk hierbij aan behuizingen voor vliegtuigversnellingsbakken en rotornaven voor helikopters.
Automotive
In de automobielsector gebruiken fabrikanten ze omdat ze minder brandstof verbruiken en licht zijn. De toepassingen omvatten instrumentenpanelen, stuurwielen, binnenkanten van achterkleppen, deurpanelen en balken van stuurhangers.
Elektronica
Magnesium is ook geschikt voor de fabricage van laptoptassen en smartphone-onderdelen. Het vermindert het gewicht van onderdelen en biedt duurzaamheid.
Gewichtsbesparing
Omdat magnesium niet meer gewicht bevat dan aluminium, kan het gebruikt worden om het stuur 40% lichter te maken.
Over de luchtvaartindustrie gesproken: het kan gewicht besparen voor behuizingen van versnellingsbakken in plaats van aluminium. Dit betekent dat vliegtuigen efficiënter werken.
Het belang van gewichtsvermindering
Zoals je al hebt ontdekt, is de impact van lichtgewicht eigenschappen. Toepassingen zoals auto's die magnesium gebruiken, verbruiken echter minder brandstof en produceren minder uitstoot. Bovendien vliegen lichtere vliegtuigen grote afstanden. Ook kun je lichtgewicht producten gemakkelijker dragen.
Toepassingen van gietaluminium
Automotive
Aluminium is een metaal dat fabrikanten in elke vorm kunnen gieten. De lichtgewicht eigenschappen en sterkte zijn geschikt voor het maken van motorblokken, transmissiebehuizingen en wielen. Hierdoor verbruiken toepassingen minder energie en gaan ze langer mee.
Ruimtevaart
Het kan effectief omgaan met hoge spanningen. Daarom gebruiken ruimtevaartbedrijven het voor hun structurele componenten en elektronische behuizingen.
Industriële uitrusting
Aluminiumlegeringen beschermen de onderdelen tegen corrosie. Ze bieden duurzaamheid en slijtvastheid in die industriële onderdelen, vooral die onderdelen die dat nodig hebben. Bijvoorbeeld pompen en tandwielkasten.
Recycleerbaarheid
Aluminium is recyclebaar. Zo staat het bekend als een duurzame optie. Je kunt het productmateriaal hergebruiken omdat het een eindeloze keten is. Bovendien verliest het zijn kwaliteit en eigenschappen niet.
Bij het proces van aluminiumrecycling wordt niet meer dan 5% gebruikt om primair aluminium uit bauxiet te winnen. Dat vermindert dus de impact op het milieu.
Voordelen van aluminiumrecycling bij spuitgieten
Gerecycled aluminium wordt ook vaak gebruikt bij spuitgieten. Hiermee worden grondstoffen en kosten bespaard. Het is ook een optie om te voldoen aan duurzame doelstellingen in verschillende industrieën. Het gebruik van gerecycled metaal verwijdert de koolstofvoetafdruk en is geschikt om economisch zinvol te zijn.
Productieoverwegingen bij gieten
Gieten van magnesium
Matrijstemperatuur en reactie
Wanneer de diecaster magnesiumlegeringen verhit tot het smeltpunt (650°C), worden ze gesmolten.
Om dit verhitte metaal te kunnen verwerken, heeft het geen zin om matrijzen met lagere temperaturen te plukken. Daarom moet een matrijs een minimumtemperatuur van 700°C verdragen. Er zijn reacties wanneer magnesium in contact komt met zuurstof. Dat kan oxidatie of brandgevaar zijn.
Om dit te vermijden, kun je kiezen tussen gesloten ovens, argon, of SF6-gaskappen. Ook droog gereedschap helpt oxidatie tegen te gaan.
Als je bovendien rekening houdt met de juiste krimpholtes en kernplaatsingen, verklein je de kans op defecten.
Matrijzenmateriaal & onderhoud
De matrijzen die gebruikt worden om magnesium te gieten zijn meestal gemaakt van H13 staal (45-50 HRC hardheid) en 4140 staal (28-32 HRC hardheid).
H13 staal is bestand tegen temperaturen rond 600°C. Op de een of andere manier slijt het snel omdat magnesium reacties veroorzaakt.
Het toevoegen van trekhoeken helpt om het gegoten onderdeel uit de matrijzen te duwen. Dat betekent dat het ook helpt bij een soepele werking van de matrijs.
Bovendien gaat de matrijs langer mee door regelmatig onderhoud en nitreerlagen.
Cyclustijd
Gieten van magnesium stolt sneller. Elke cyclus duurt niet meer dan 20 tot 40 seconden. Door de lijn in matrijzen te verdelen, kan deze gemakkelijk worden gescheiden. Dat bespaart ook productietijd.
Veiligheidsmaatregelen
SF6-gasonderdrukking helpt bij het beheersen van brandgevaarlijke situaties die zich kunnen voordoen bij het gieten van magnesium.
Vermijd bovendien het gebruik van koelmiddelen op waterbasis. Dat komt omdat verhit magnesium heftig reageert met water.
De ontwerphoeken en de deellijnen veroorzaken geen problemen tijdens het proces, waardoor het risico afneemt.
Oppervlakteafwerking
Door trekhoeken van 1 tot 3 graden toe te voegen, krijg je betere oppervlakken. Verschillende coatings en verflagen na het gieten verbeteren het uiterlijk van de onderdelen en beschermen ze tegen corrosie.
Gieten van aluminium
Matrijstemperatuur en -druk
Voor het gieten van aluminium zijn sterkere matrijzen nodig om te kunnen werken bij 350°C onder drukken tot 140.000 kPa. Dit komt omdat aluminium hoge smeltpunten heeft en hogere druk scheuren kan veroorzaken.
Matrijsmateriaal en productielimieten
Matrijzen gemaakt van staal (H13) presteren meestal goed en kunnen 100.000 cycli aan voordat ze vervangen moeten worden.
De scheidingslijn vermindert hier stress en verlengt de levensduur. Bovendien zorgt de optimalisatie van matrijsontwerpen voor positieve veranderingen in duurzaamheid en prestaties. Deze technieken minimaliseren ook de kosten die gepaard gaan met het vervangen van matrijzen.
Cyclustijd van aluminium
Bij aluminiumgieten duurt het 20 seconden tot 1,5 minuut om elke cyclus te beëindigen. Het maakt onderdelen met een wanddikte rond (2-10 mm).
In principe omvat de cyclustijd de injectiesnelheid (1-5 m/s), de matrijstemperatuur (150-250°C) en de stollingstijd (5-20 seconden). Daarom is dit proces iets langzamer, maar het geeft precisie.
Veiligheidsmaatregelen van aluminium
Bij het gieten van aluminium komen vaak dampen vrij. Het is dus belangrijk om in geventileerde ruimtes te werken. Draag hittebestendige persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) en onderhoud machineafschermingen. Er moet een strikt protocol zijn voor de temperatuur van gesmolten aluminium en matrijzen. Zo kun je brandwonden, brand en inademingsgevaren voorkomen.
Oppervlaktebehandeling van aluminium
In het geval van oppervlakteafwerking ondergaat aluminium verschillende processen. Waarbij stralen, polijsten en anodiseren zo goed samengaan.
Gieten van aluminium produceert onderdelen met een ruwheid (Ra) van 0,8 tot 3,2 µm.
Coatings zoals poedercoating (60-120 µm dikte) verhogen daarom de duurzaamheid en schoonheid. Ze verminderen het optreden van roest en verbeteren de prestaties.
Vergelijking van mechanische eigenschappen
Magnesium en aluminium zijn twee verschillende metalen met unieke eigenschappen. Daarom kan magnesium worden gebruikt voor verschillende fabricageproducten. Fabrikanten mengen het bijvoorbeeld met 43% aluminium om legeringen te maken.
Op dezelfde manier wordt 40% magnesium gebruikt voor het maken van constructiemateriaal. Zo wordt het belang ervan in lichtgewicht engineering benadrukt.
Treksterkte & Opbrengststerkte
De treksterkte van metaal geeft aan of het in staat is om krachten op te vangen voordat het breekt.
De vloeigrens is het punt waarop een metaal permanent begint te buigen.
Magnesiumlegeringen zoals AZ91D hebben een treksterkte van 240 MPa en een vloeigrens van 150 MPa. Dat maakt het een lichtere optie voor gietwerk.
Voor wat het waard is in aluminium, is er het voordeel van de 320 MPa treksterkte en vloeigrens tot 130 en 280 MPa in A380.
Daarom worden deze metalen gebruikt voor onderdelen met een hoge belasting.
Rek & Schokbestendigheid
Metalen kunnen tot bepaalde grenzen worden uitgerekt voordat ze breken, wat verwijst naar hun rek.
Rek beïnvloedt de weerstand van metaal en toont het vermogen om schokken te absorberen.
Er is 5 tot 6% rek in magnesium en 4-8 J schokbestendigheid. Dat maakt het flexibeler en schokabsorberend.
Bij aluminium is het rekbereik echter 1 tot 10% en heeft het een slagvastheid van 3-5 J. Dit betekent dat ze iets brosser zijn.
Vermoeiingssterkte
Het vermogen van metalen om bestand te zijn tegen herhaalde belasting staat bekend als vermoeiingssterkte.
Magnesiumlegeringen geven een vermoeiingssterkte van 70-150 MPa. Hoewel ze minder sterk zijn dan aluminium, zijn ze wel betrouwbaar.
De vermoeiingssterkte van aluminium schommelt tussen 90 en 180 MPa. Dit maakt het geschikt voor gebruik in motoronderdelen.
Hardheid
De hardheid van metalen meet hun krasbestendigheid. Magnesium heeft bijvoorbeeld een hardheid van 60-80 HB en wordt gerekend tot de categorie zachte metalen. Aluminium is daarentegen 70-100 HB harder. Het is dus duurzamer.
Kruipweerstand
Warmte beïnvloedt de kwaliteit en de prestaties van materialen naarmate de tijd verstrijkt. De parameter kruipweerstand is een soort die de hittebestendigheid van metalen na verloop van tijd meet.
Magnesium is bijvoorbeeld beperkt tot gebruik bij hoge temperaturen, waardoor het sneller verzwakt. In dit geval is aluminium het alternatief omdat het bestand is tegen hogere temperaturen.
Conclusie:
In Spuitgieten van magnesiumlegeringen stollen snel, maar de kans op brand is groter. Aluminium heeft iets meer tijd nodig om af te koelen dan magnesium. Het geeft echter duurzaamheid bij de productie van onderdelen. Je kunt magnesium gebruiken als een lichtgewicht metaal om snel grote volumes onderdelen te produceren. Aan de andere kant is aluminium geschikt voor sterkere onderdelen die na verloop van tijd niet mogen corroderen. De juiste metaalkeuze tussen magnesium en aluminium kan echter worden gemaakt door de toepassingsbehoeften af te wegen.