Stopy magnezu do odlewów ciśnieniowych 101

Odlewanie ciśnieniowe jest obecnie rewolucjonizowane przez magnez, ponieważ stanowi on realną alternatywę dla tradycyjnych materiałów, takich jak aluminium. Magnez jest najlżejszym metalem konstrukcyjnym, który umożliwia znaczne zmniejszenie masy produktów końcowych, co ma zasadnicze znaczenie dla efektywności paliwowej i zmniejszenia wpływu na środowisko związanego z emisją spalin samochodowych. Odnotowano znaczny postęp w badaniach, który rozszerza możliwości magnezu i czyni go dobrym kandydatem do różnych zastosowań o wysokiej wydajności.

Dlatego magnez jest liderem w odlewnictwie ciśnieniowym:

Magnez ma gęstość około 1,7 g/cm³ w porównaniu do aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Prowadzi to do znacznego zmniejszenia masy komponentów, w tym tych stosowanych w pojazdach, poprawiając tym samym wydajność paliwową i zwiększając przenośność urządzeń elektronicznych.

Magnez charakteryzuje się doskonałym stosunkiem wytrzymałości do masy. Niektóre badania wykazały, że określone stopy magnezu, takie jak AZ91D, mogą osiągać wytrzymałość na rozciąganie przekraczającą 230 MPa [2]. Te atrybuty sprawiają, że dobrze nadają się do części, które muszą być jednocześnie trwałe i lekkie, ponieważ charakteryzują się lekkością i wytrzymałością.

Na przykład, ostatnie badania dotyczyły włączenia niektórych pierwiastków ziem rzadkich do magnezu w celu utworzenia stopów, które są bardziej odporne na odkształcenia w wysokich temperaturach [3].

Źródło:

1. Magnez w technologii odlewniczej autorstwa Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Evaluation of Magnesium Die-Casting Alloys for Elevated Temperature Applications: Microstructure, Tensile Properties, and Creep Resistance by Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Mikrostruktura i odporność na pełzanie stopów Mg-Gd-Y przez X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 i AM50 są najczęściej stosowanymi stopami w odlewnictwie ciśnieniowym. Wszystkie oparte są na układzie Mg-AI.

Przeczytaj także: Odlewanie ciśnieniowe stopów aluminium

W tym artykule dowiemy się o

• Globalny zasięg odlewniczych stopów magnezu,
• Podkreślenie zalet tych materiałów,
• Właściwości stopów magnezu
• Krótkie porównanie popularnych stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego

Podkreślimy również znaczące zalety stosowania stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego, takie jak

• wyjątkowa wytrzymałość
• lekki charakter
• przydatność do produkcji skomplikowanych kształtów

Omówimy również różne rodzaje matryc magnezowych dostępnych do odlewania stopów, podkreślając ich unikalne właściwości i idealne zastosowania.

Na koniec zbadamy, jak odlewanie ciśnieniowe magnezu wypada w porównaniu z innymi powszechnie znanymi metodami, takimi jak odlewanie ciśnieniowe aluminium, i omówimy interesujące perspektywy przyszłego potencjału tej technologii.

Mamy nadzieję, że pod koniec tej eksploracji będziesz miał rozległą wiedzę na temat stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego i ich znaczenia w nowoczesnej produkcji.

Zrozummy magnez jako stop

Najbardziej znanym stopem magnezu do odlewania ciśnieniowego jest AZ91D. Magnez tworzy różne stopy w połączeniu z innymi metalami. Niektóre z najpopularniejszych stopów magnezu to:

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

Czym są stopy magnezu?

Stopy magnezu to metale, w których magnez (Mg) jest głównym pierwiastkiem, zazwyczaj stanowiącym ponad 90% składu. Czysty magnez jest modyfikowany przez dodanie pierwiastków stopowych, takich jak aluminium (Al), cynk (Zn) i mangan (Mn).

Zalety odlewania ciśnieniowego magnezu

Wyjątkowość odlewania ciśnieniowego magnezu polega na tym, że może ono przynieść kilka kluczowych korzyści w procesie produkcyjnym. Poniżej omówimy niektóre z głównych zalet:

Lekkość i wysoki stosunek wytrzymałości do wagi. 

Jak wspomniano powyżej, magnez jest najlżejszym metalem konstrukcyjnym. Zapewnia wytrzymałość i niską wagę dla niezwykle lekkich komponentów, co przekłada się na znaczne korzyści dla wielu firm.

Zwiększona precyzja wymiarowa i stabilność

Metoda odlewania ciśnieniowego gwarantuje wyjątkową dokładność wymiarową i stabilność produktu końcowego. Ułatwia to montaż części z innymi komponentami przy zachowaniu tych samych wysokich standardów.

Doskonała obrabialność i szczegóły wykończenia

Odlewy ciśnieniowe z magnezu oferują dobrą obrabialność. Ułatwia to kształtowanie i modyfikację materiału po odlaniu. Dodatkowo, odlewy te mają zwykle doskonałą polerowalność powierzchni, co zmniejsza wymagany poziom dodatkowej obróbki.

Wyjątkowa przewodność cieplna i elektryczna

Dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne to właściwości stopów magnezu. W związku z tym mogą one znaleźć zastosowanie w sytuacjach, w których konieczne jest przewodnictwo elektryczne lub rozpraszanie ciepła.

Wysoka zdolność do recyklingu

Magnez jest metalem w wysokim stopniu nadającym się do recyklingu. Pod koniec życia produktu, jego części wykonane z magnezu mogą być łatwo ponownie wykorzystane i poddane recyklingowi, zmniejszając tym samym wpływ na środowisko.

Proces odlewania ciśnieniowego magnezu

W tej części zapoznamy się z podstawami odlewania ciśnieniowego magnezu i tym, co się z tym wiąże, a także pokażemy krok po kroku, jak stopiony magnez przekształca się w złożone, cenne części.

Proces ten polega na wykorzystaniu formy wielokrotnego użytku zwanej matrycą do produkcji skomplikowanych i precyzyjnych wymiarowo produktów.

Poniżej przedstawiono kilka niezbędnych kroków:

Przygotowanie i czyszczenie matrycy 

Matryca jest dokładnie czyszczona i smarowana, aby zapewnić doskonały proces odlewania i uniknąć wad. Proces ten jest niezbędny do utrzymania integralności matrycy i produkcji odlewów najwyższej jakości.

Topienie i stapianie magnezu

Magnez jest topiony w piecu w bardzo wysokich temperaturach. Takie pierwiastki stopowe mogą być wtryskiwane do stopionego metalu na tym etapie, aby utworzyć wymagane atrybuty produktu końcowego, takie jak zwiększona wytrzymałość lub odporność na korozję.

Wtrysk i krzepnięcie

Stopiony magnez jest wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem do wnęki matrycy. Wnęka ta ma taki sam kształt jak wymagany produkt końcowy. Po wtryśnięciu stopiony magnez szybko stygnie i twardnieje. Po chwili magnez przyjmuje kształt matrycy.

Usuwanie i wykańczanie części

Po zestaleniu nowo utworzona część jest usuwana z matrycy. Po zakończeniu procesu odlewania usuwany jest wszelki dodatkowy materiał, taki jak wlewki lub prowadnice. Po usunięciu dodatkowych materiałów można zastosować dalsze techniki wykańczania powierzchni części w oparciu o wymagania aplikacji.

Obecnie metoda ta pozwala nam produkować złożone części magnezowe w ilościach hurtowych z wyjątkową dokładnością wymiarową i niezawodną jakością.

Metale odlewnicze z magnezu

Staranny dobór stopów odlewniczych magnezu może sprawić, że produkt odniesie sukces. Wybór odpowiedniego stopu ma kluczowe znaczenie, ponieważ decyduje o ostatecznych cechach i wydajności gotowego produktu.

Wybór najlepszego stopu magnezu 

Stopy magnezu, takie jak AZ91D i AM50A/AM60B stają się coraz bardziej popularne w sektorze motoryzacyjnym i transportowym.

Te nowe stopy charakteryzują się zwiększoną wytrzymałością, lepszą charakterystyką wysokotemperaturową, większą plastycznością i wyższą przewodnością cieplną.

Przed wyborem najlepszego stopu magnezu do odlewania ciśnieniowego należy posiadać pełną wiedzę na temat pożądane cechy dla gotowego produktu. 

Oto kilka kluczowych czynników przy podejmowaniu tej krytycznej decyzji.

Siła: Ważnym czynnikiem jest wymagana wytrzymałość różnych komponentów. Granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zmęczenie są różne dla różnych stopów.

Odporność na korozję: Istotne jest również uwzględnienie środowiska, w którym dana część będzie funkcjonować. Mają one wyższą odporność na korozję w porównaniu z kilkoma innymi metalami, co czyni je najważniejszymi w trudnych warunkach.

Odlewalność: Na przykład, stopiony metal musi być w stanie dobrze przepływać do wnęki matrycy i wypełniać skomplikowane kształty. Dobre stopy odlewnicze zapewniają niski poziom defektów i wysoki poziom naprężeń odlewniczych.

Skrawalność: Ponadto należy wziąć pod uwagę, jak łatwo obiekt, który został odlany, może być obrabiany w celu nadania kształtu lub zmiany jego formy. Odpowiedni stop do obróbki pozwala na skuteczne dostosowanie i obróbkę końcową.

Obecnie, stopy odlewnicze magnezu, które oferują optymalną wytrzymałość i wydajność, mogą być wybierane przez producentów, którzy biorą pod uwagę te czynniki wraz z tym, czego można wymagać od aplikacji.

Popularne stopy magnezu

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego. Każdy stop ma unikalne właściwości i doskonałe zastosowania.

Przyjrzyjmy się teraz właściwościom najczęściej stosowanych stopów.

AZ91D: Mistrz wszystkich rund

AZ91D jest najczęściej stosowanym stopem magnezu do odlewów ciśnieniowych. Zawiera on 9% aluminium i 1% cynku. Zapewnia atrakcyjną mieszankę odporność na korozję, wytrzymałość i wysoka odlewalność. Te cechy sprawiają, że AZ91D jest elastyczną opcją dla wielu zastosowań, takich jak części silników, obudowy, elektronika użytkowa i sektor motoryzacyjny.

3.2.2 Seria AM (AM 50A, AM20, AM60B): Koncentracja na wytrzymałości

Seria AM zawiera grupę stopów znaną z niezwykłych właściwości. odporność na uderzenia i wytrzymałość. Cechy te sprawiają, że doskonale nadają się one do produkcji części odpornych na uderzenia. Stopy z serii AM są wykorzystywane w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym do produkcji wsporników, kół i innych części.

3.2.3 AS41B i AE42: Stopy wysokotemperaturowe

Stopy AS41B i AE42 są doskonałymi opcjami do zastosowań wymagających wysokich temperatur. Stopy te wykazują doskonałą ciągliwość, odporność na pełzanie i wytrzymałość w wysokich temperaturach, dzięki czemu nadają się do części silnika i skrzyni biegów, w których wymagana jest odporność na ciepło.

Należy zauważyć, że jest to częściowa lista stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego. Istnieje wiele innych rodzajów stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego, które zostały opracowane w celu spełnienia określonych wymagań. Wybór idealnego stopu wymaga pełnego zrozumienia pożądanych właściwości i unikalnych wymagań aplikacji.

Właściwości stopów magnezu do odlewania ciśnieniowego

Zrozumienie kluczowych cech różnych stopów odlewniczych magnezu pozwala na podejmowanie bardziej świadomych decyzji. 

Oto krótkie porównanie niektórych istotnych cech Odlewanie ciśnieniowe magnezu stopy:

Zastosowania stopów odlewniczych magnezu

Magnez jest znany z lekkich odlewów stopowych. Stają się one coraz bardziej popularne w konstrukcyjnych zastosowaniach motoryzacyjnych. Stopy magnezu są lekkie, charakteryzują się doskonałym stosunkiem wytrzymałości do masy, powtarzalnością wymiarów i kształtem zbliżonym do siatki.

Jednym z ostatnich przykładów jest Chrysler Pacifica z 2017 rokuktóry wykorzystuje odlew magnezowy do zastąpienia dziewięciu komponentów w rdzeniu strukturalnym podnoszonej klapy, zmniejszając wagę zespołu podnoszonej klapy o około 50%.

Jak wiemy, odlewnicze stopy magnezu mają niezwykłe właściwości. Mają wiele zastosowań w różnych sektorach. 

Przyjrzymy się teraz kilku najpopularniejszym sektorom tej innowacyjnej technologii.

Przemysł motoryzacyjny: Stopy odlewnicze magnezu są bardzo dobre dla przemysłu motoryzacyjnego, ponieważ mają niewielką wagę i trwałość, dzięki czemu są idealne dla oszczędności paliwa. Są one wykorzystywane do produkcji części silnika, wsporników, kół itp.

Elektronika użytkowa: Stopy odlewnicze magnezu najlepiej nadają się dla tych, którzy potrzebują lekkich, przenośnych i wytrzymałych urządzeń.

Proces odlewania ciśnieniowego magnezu poprawił komfort użytkowania, jest najlepszy dla Obudowy laptopów i korpusy aparatów które są niezwykle trwałe i wygodne w trzymaniu. 

 Przemysł lotniczy: Odlewnicze stopy magnezu są niezbędne w przemyśle lotniczym, ponieważ każdy gram ma tam znaczenie. Stopy te pomagają samolotom zwiększyć ich pojemność ładunkową oraz wydajność paliwowa. Są one również pomocne dla osiągów i zasięgu samolotu.

Sprzęt medyczny: Stosunek wytrzymałości do masy odlewów magnezowych jest przydatny w branży sprzętu medycznego. Stopy te są bardzo lekkie. Zapewniają one pacjentom wytrzymałość i trwałość, których potrzebują w wózki inwalidzkie i kule. 

Porównanie z odlewaniem ciśnieniowym aluminium

Zarówno odlewy aluminiowe, jak i magnezowe są szeroko stosowane do produkcji lekkich, złożonych części w dużych ilościach. Jednakże, aby dokonać wyboru pomiędzy nimi, należy zrozumieć ich szczególne właściwości.

Podobieństwa

Lekkość: Magnez i aluminium są metalami lekkimi. Dlatego też odlewy ciśnieniowe wykonane z tych dwóch metali są dobrym rozwiązaniem dla zastosowań wymagających redukcji masy.

Wytrzymałość i lekkość: Obie techniki charakteryzują się wysokim stosunkiem wytrzymałości do masy, dzięki czemu nadają się do produkcji wytrzymałych, a jednocześnie lekkich komponentów.

Złożone kształty stają się łatwe: odlewy ciśnieniowe z magnezu i aluminium umożliwiają tworzenie skomplikowanych, szczegółowych projektów o doskonałej dokładności wymiarowej.

Różnice

Lekki bohater: Pod względem czystej lekkości magnez nie ma sobie równych wśród innych materiałów. Dzięki znacznemu zmniejszeniu masy w stosunku do aluminium staje się najlżejszym metalem konstrukcyjnym.

Doskonałe ekranowanie: W przypadku części, które powinny być chronione przed falami elektromagnetycznymi (Thai), magnez jest najlepszym materiałem ze względu na wyjątkową jakość ekranowania przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) i zakłóceniami o częstotliwości radiowej (RFI).

Odporność na korozję: Aluminium ma zazwyczaj wyższy stopień odporności na korozję niż magnez. W związku z tym staje się bardziej preferowaną alternatywą dla zastosowań narażonych na działanie substancji żrących lub trudnych warunków.

Ostatecznie wybór między odlewem magnezowym a aluminiowym zależy od konkretnych potrzeb danego zastosowania.

Wnioski

Branża odlewów magnezowych ma przed sobą świetlaną przyszłość. Wraz z ciągłym rozwojem nowych stopów o lepszych właściwościach, technologia ta może całkowicie zmienić sposób projektowania i produkcji wysokowydajnych, lekkich części do różnych zastosowań.