Magnez i aluminium to stopy odlewane ciśnieniowo. Magnez jest lżejszy i dobrze komponuje się z częściami wymagającymi oszczędności paliwa i tłumienia drgań. Wymaga pewnych technik obsługi. Z kolei aluminium jest dostępne w niższej cenie i nadaje się do zastosowań ogólnych. Jest odporne na korozję. Dowiedz się, jakie unikalne właściwości odlewów magnezowych i aluminiowych odróżniają je od siebie. Odkryj także ich zastosowania i kwestie związane z produkcją.

Właściwości magnezu i aluminium

Właściwości magnezu

Stopy specjalne

Specyficzne stopy magnezu są zasadniczo tworzone metodami stopowymi. W których jest on mieszany z różnymi pierwiastkami. Przykłady obejmują AZ91D, AM60 i AS41.

Większa wytrzymałość i lepsza zdolność do zapobiegania korozji to istotne właściwości tych stopów. Na przykład AZ91D jest mocniejszy i lżejszy dzięki wytrzymałości na rozciąganie 240 MPa.

Odporność na korozję

Magnez może korodować ze względu na środowisko, takie jak powietrze lub roztwory alkaliczne. W takim przypadku najlepiej sprawdzają się powłoki lub pierwiastki stopowe. Na przykład, odporność magnezu na korozję staje się lepsza, gdy inżynierowie mieszają go z aluminium.

Dodatkowo, niższa gęstość (1,74 g/cm³) magnezu nie pozwala mu dobrze zapobiegać korozji. Wymaga więc pewnej ochrony.

Przewodność cieplna

Wiele stopów magnezu oferuje dobrą przewodność cieplną, jak AZ91 (51 W/m-K). Zatem dobrze przewodzą ciepło, ale nie tak efektywnie jak aluminium czy miedź.

Jednak za każdym razem, gdy metal jest podgrzewany, rozszerza się. Jest to znane jako rozszerzalność cieplna. Magnez oferuje większą rozszerzalność cieplną przy lub blisko 25,2 x 10-⁶/°C niż aluminium (23,6 x 10-⁶/°C).

Zdolność tłumienia

Magnez ma doskonałe właściwości tłumienia drgań. Dzięki temu doskonale nadaje się do stosowania w pojazdach i samolotach. Ponieważ części te wymagają redukcji hałasu i wibracji, ich moduł sprężystości wynosi 45 GPa, co oznacza większą elastyczność. Jest on niższy niż w przypadku aluminium (69 GPa).

Obrabialność

Stopy magnezu mają niższą temperaturę topnienia (650°C) niż stopy aluminium. Jednak ich skrawalność jest zależna od różnych sił skrawania, zużycia narzędzia i tworzenia się wiórów.

Jego łatwopalność musi być odpowiednio traktowana. Może bowiem iskrzyć podczas obróbki skrawaniem.

Właściwości aluminium

Stopy specjalne

A380, A383 i ADC1 to specyficzne stopy aluminium. Stopy te zawierają inne pierwiastki, takie jak krzem, miedź i cynk.

Zapewnia to lepszą wytrzymałość i odporność na korozję. Przykładowo, wytrzymałość na rozciąganie A380 wynosząca 320 MPa sprawia, że jest to lepszy wybór do zastosowań przemysłowych.

Odporność na korozję

Utworzenie ochronnej warstwy tlenku w aluminium umożliwia mu ochronę przed korozją w środowiskach atmosferycznych i morskich. Ponadto aluminium ma gęstość 2,70 g/cm³. Dlatego jest wytrzymałe, a jednocześnie lekkie.

Przewodność elektryczna

Przewodność elektryczna stopów aluminium, takich jak A380, wynosi 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). Zasadniczo jest ona niższa niż w przypadku miedzi, ale nadal sprawdza się najlepiej w przypadku okablowania elektrycznego.

Odlewalność

Stopy aluminium przyjmują dowolnie skomplikowane kształty ze względu na ich doskonałe właściwości odlewnicze. Płynnie wpływają do formy i mogą tworzyć cienkie ścianki. Dlatego też stały się popularnym wyborem produkcyjnym. Ponadto ich wysoka temperatura topnienia pozwala im radzić sobie z wyższymi temperaturami podczas odlewania.

Zastosowania odlewów ciśnieniowych z magnezu

Lotnictwo i kosmonautyka

Lekkość i umiarkowana wytrzymałość magnezu sprawia, że nadaje się on do produkcji wielu części lotniczych. Obejmuje to obudowy skrzyń biegów samolotów i piasty wirników helikopterów.

Motoryzacja

W sektorze motoryzacyjnym producenci używają ich ze względu na ich zdolność do zużywania mniejszej ilości paliwa i lekkość. Zastosowania obejmują tablice przyrządów, kierownice, wkładki tylnej klapy, panele drzwiowe i belki wieszaków kierownicy.

Elektronika

Magnez nadaje się również do produkcji obudów laptopów i komponentów smartfonów. Zmniejsza wagę części i zapewnia trwałość.

Oszczędność wagi

Ponieważ magnez nie ma większej masy niż aluminium, można go wykorzystać do uczynienia kierownicy 40% lżejszą.

Mówiąc o przemyśle lotniczym, może zmniejszyć wagę obudów skrzyń biegów zamiast aluminium. Oznacza to, że samoloty pracują wydajniej.

Znaczenie redukcji masy ciała

Jak już zauważyłeś, wpływ lekkich elementów. Jednak zastosowania takie jak samochody wykorzystujące magnez zużywają mniej paliwa i emitują mniej spalin. Co więcej, lżejsze samoloty latają na duże odległości. Można też łatwiej przenosić lekkie produkty.

Zastosowania odlewów ciśnieniowych z aluminium

Motoryzacja

Aluminium to metal, który pozwala producentom na odlewanie go w dowolnym kształcie i formie. Jego lekkość i wytrzymałość są odpowiednie do produkcji bloków silnika, obudów skrzyni biegów i kół. W rezultacie aplikacje zużywają mniej energii i działają dłużej.

Lotnictwo i kosmonautyka

Skutecznie radzi sobie z wysokimi naprężeniami. Dlatego też firmy z branży lotniczej i kosmicznej wykorzystują go do produkcji elementów konstrukcyjnych i obudów elektronicznych.

Urządzenia przemysłowe

Stopy aluminium chronią części przed korozją. Odporne na korozję, zapewniają trwałość i odporność na zużycie części przemysłowych, szczególnie tych, które tego wymagają. Na przykład pompy i skrzynie biegów.

Możliwość recyklingu

Aluminium nadaje się do recyklingu. Dzięki temu jest znane jako zrównoważona opcja. Dzięki niekończącemu się łańcuchowi można ponownie wykorzystać jego materiał. Ponadto nie traci swojej jakości i właściwości.

Proces recyklingu aluminium wykorzystuje nie więcej niż 5% do wydobycia pierwotnego aluminium z boksytu. Zmniejsza to zatem jego wpływ na środowisko.

Korzyści z recyklingu aluminium w odlewnictwie ciśnieniowym

Aluminium z recyklingu jest również często wykorzystywane w odlewnictwie ciśnieniowym. Pozwala to zaoszczędzić zasoby i koszty. Jest to również opcja pozwalająca osiągnąć cele zrównoważonego rozwoju w różnych branżach. Korzystanie z metalu pochodzącego z recyklingu eliminuje ślad węglowy i ma sens ekonomiczny.

Rozważania dotyczące produkcji odlewów

Odlewanie magnezu

Temperatura matrycy i reakcja

Gdy odlewarka podgrzewa stopy magnezu do temperatury topnienia (650°C), zamieniają się one w stopioną formę.

Aby poradzić sobie z tak rozgrzanym metalem, wybieranie matrycy o niższej temperaturze nie ma sensu. Dlatego też matryca musi wytrzymać temperaturę minimum 700°C. W kontakcie magnezu z tlenem zachodzą reakcje. Może to być utlenianie lub zagrożenie pożarem.

Aby tego uniknąć, można wybrać między piecami szczelnymi, argon, lub SF6. Ponadto używanie suchych narzędzi pomaga zatrzymać utlenianie.

Poza tym, uwzględnienie odpowiednich ubytków skurczowych i umiejscowienia rdzenia zmniejsza ryzyko wystąpienia wad.

Materiał matrycy i konserwacja

Matryce używane do odlewania magnezu są zwykle wykonane ze stali H13 (twardość 45-50 HRC) i stali 4140 (twardość 28-32 HRC).

Stal H13 może wytrzymać temperaturę około 600°C. Szybko się zużywa, ponieważ magnez wchodzi w reakcje.

Dodanie kątów ciągu pomaga w wypychaniu odlewanej części z matryc. Oznacza to, że pomaga również w płynnym działaniu matrycy.

Dodatkowo, matryca działa dłużej dzięki regularnej konserwacji i powłokom azotującym.

Czas cyklu

Odlewanie magnezu krzepnie szybciej. Każdy cykl zajmuje nie więcej niż 20 do 40 sekund. Ponadto dzielenie linii w matrycach pozwala na jej łatwe oddzielenie. Oszczędza to również czas produkcji.

Środki bezpieczeństwa

Tłumienie gazu SF6 pomaga kontrolować sytuacje zagrożenia pożarowego, które mogą wystąpić podczas odlewania magnezu.

Ponadto należy unikać stosowania chłodziw na bazie wody. Dzieje się tak, ponieważ podgrzany magnez gwałtownie reaguje z wodą.

Kąty pochylenia i linie podziału nie stwarzają problemów podczas procesu, zmniejszając ryzyko.

Wykończenie powierzchni

Dodanie kątów pochylenia od 1 do 3 stopni pozwala uzyskać lepsze powierzchnie. Ponadto, kilka powłok odlewniczych i malarskich poprawia wygląd części i chroni je przed korozją.

Odlewanie aluminium

Temperatura i ciśnienie matrycy

Odlewanie aluminium wymaga mocniejszych matryc do pracy w temperaturze 350°C pod ciśnieniem do 140 000 kPa. Wynika to z faktu, że aluminium ma wysoką temperaturę topnienia, a wyższe ciśnienie może powodować pękanie.

Materiał matrycy i limity produkcyjne

Matryce wykonane ze stali (H13) zwykle działają dobrze i mogą wykonać 100 000 cykli przed wymianą.

Linia podziału zmniejsza naprężenia i wydłuża żywotność. Co więcej, optymalizacja konstrukcji matryc przynosi pozytywne zmiany w trwałości i wydajności. Techniki te minimalizują również koszty związane z wymianą matryc.

Czas cyklu aluminium

Odlewanie aluminium trwa od 20 sekund do 1,5 minuty na zakończenie każdego cyklu. Tworzy części o grubości ścianki około (2-10 mm).

Zasadniczo czas cyklu obejmuje prędkość wtrysku (1-5 m/s), temperaturę matrycy (150-250°C) i czas krzepnięcia (5-20 sekund). Dlatego proces ten jest nieco wolniejszy, ale zapewnia precyzję.

Środki bezpieczeństwa aluminium

Podczas odlewania aluminium często wydzielają się opary. Dlatego ważne jest, aby pracować w wentylowanych pomieszczeniach. Należy również nosić odporne na ciepło środki ochrony indywidualnej i utrzymywać osłony maszyn. Musi istnieć ścisły protokół związany ze stopionym aluminium i temperaturą matrycy. W ten sposób można zapobiec poparzeniom, pożarom i zagrożeniom związanym z wdychaniem.

Wykończenie powierzchni aluminium

W przypadku wykańczania powierzchni, aluminium poddawane jest kilku procesom. Śrutowanie, polerowanie i anodowanie idą w parze.

Odlewanie aluminium wytwarza części o chropowatości (Ra) w zakresie od 0,8 do 3,2 µm.

Powłoki, takie jak malowanie proszkowe (o grubości 60-120 µm), zwiększają zatem jego trwałość i piękno. Zmniejszają występowanie rdzy i poprawiają wydajność.

Porównanie właściwości mechanicznych

Magnez i aluminium to dwa różne metale o unikalnych właściwościach. Dlatego też magnez może być wykorzystywany w różnych produktach produkcyjnych. Przykładowo, producenci mieszają go z aluminium 43%, tworząc stopy.

Podobnie, magnez 40% jest wykorzystywany do produkcji metalu konstrukcyjnego. W ten sposób podkreśla się jego znaczenie w lekkiej inżynierii.

Wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności

Wytrzymałość metalu na rozciąganie pokazuje jego zdolność do przenoszenia sił przed pęknięciem.

Granica plastyczności to punkt, w którym metal zaczyna się trwale zginać.

Stopy magnezu, takie jak AZ91D, oferują w szczególności wytrzymałość na rozciąganie 240 MPa i granicę plastyczności 150 MPa. To sprawia, że jest to lżejsza opcja do odlewania.

Jeśli chodzi o aluminium, jego zaletą jest wytrzymałość 320 MPa wytrzymałość na rozciąganie  i granicy plastyczności do 130 i 280 MPa w A380.

Z tego powodu metale te są stosowane w częściach poddawanych wysokim obciążeniom.

Wydłużenie i odporność na uderzenia

Metale mogą być rozciągane do pewnych granic przed pęknięciem, co odnosi się do ich wydłużenia.

Wydłużenie wpływa na odporność metalu i pokazuje jego zdolność do pochłaniania wstrząsów.

Wydłużenie magnezu wynosi od 5 do 6%, a odporność na uderzenia 4-8 J. Dzięki temu jest bardziej elastyczny i pochłania wstrząsy.

Jednak w przypadku aluminium zakres wydłużenia wynosi od 1 do 10%, a odporność na uderzenia 3-5 J. Oznacza to, że są nieco bardziej kruche.

Wytrzymałość zmęczeniowa

Zdolność metali do wytrzymywania powtarzających się naprężeń jest znana jako wytrzymałość zmęczeniowa.

Stopy magnezu zapewniają wytrzymałość zmęczeniową na poziomie 70-150 MPa. Chociaż są mniej wytrzymałe niż aluminium, zapewniają niezawodność.

Wytrzymałość zmęczeniowa aluminium waha się między 90 a 180 MPa. Sprawia to, że nadaje się ono do stosowania w częściach silnika.

Twardość

Twardość metali mierzy ich odporność na zarysowania. Na przykład magnez ma twardość 60-80 HB i jest zaliczany do kategorii metali miękkich. Tymczasem aluminium ma twardość 70-100 HB. Jest więc bardziej wytrzymałe.

Odporność na pełzanie

Ciepło wpływa na jakość i wydajność materiałów wraz z upływem czasu. Parametr odporności na pełzanie jest rodzajem, który mierzy zdolność metali do odporności na ciepło w czasie.

Na przykład magnez jest ograniczony do stosowania w wysokich temperaturach, więc szybciej się osłabia. W takim przypadku aluminium jest alternatywną opcją ze względu na jego zdolność do radzenia sobie z wyższymi temperaturami.

Wnioski:

W Odlewanie ciśnieniowe magnezuStopy magnezu szybko krzepną, ale istnieje większe ryzyko pożaru. Tymczasem aluminium potrzebuje nieco więcej czasu na schłodzenie niż magnez. Zapewnia jednak trwałość w produkcji części. Magnez można wykorzystać jako lekki metal do szybkiej produkcji części o dużej objętości. Z drugiej strony, aluminium nadaje się do mocniejszych części, które nie mogą korodować z upływem czasu. Jednak właściwego wyboru metalu pomiędzy magnezem a aluminium można dokonać poprzez rozważenie potrzeb aplikacji.