Aliaje de magneziu pentru turnare sub presiune 101

Turnarea sub presiune este în prezent revoluționată de magneziu, deoarece acesta reprezintă o alternativă viabilă la materialele tradiționale precum aluminiul. Fiind cel mai ușor metal structural, acesta permite o reducere semnificativă a greutății produselor finale, ceea ce este esențial pentru eficiența consumului de combustibil și reducerea impactului asupra mediului legat de emisiile automobilelor. S-au înregistrat progrese remarcabile în cercetare care extind capacitățile magneziului și îl fac un bun candidat pentru diferite aplicații de înaltă performanță.

Acesta este motivul pentru care magneziul conduce în turnarea sub presiune:

Magneziul are o densitate de aproximativ 1,7 g/cm³ în comparație cu aluminiul (2,7 g/cm³) [1]. Acest lucru conduce la reduceri masive ale greutății componentelor, inclusiv a celor pentru vehicule, îmbunătățind astfel eficiența consumului de combustibil și sporind portabilitatea dispozitivelor electronice.

Magneziul are un raport rezistență/greutate excelent. Unele studii au arătat că anumite aliaje de magneziu, cum ar fi AZ91D, pot atinge rezistențe la tracțiune de peste 230 MPa [2]. Aceste atribute le fac potrivite pentru piese care au nevoie simultan de durabilitate și greutate redusă, deoarece posedă ușurință și rezistență.

De exemplu, cercetări recente au investigat încorporarea unor elemente din pământuri rare în magneziu pentru a forma aliaje care sunt mai capabile să reziste la deformare la temperaturi ridicate [3].

Sursă:

1. Magneziul în tehnologia de turnare de Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Evaluarea aliajelor de magneziu turnate sub presiune pentru aplicații la temperaturi ridicate: Microstructură, proprietăți de tracțiune și rezistență la fluaj de Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Microstructura și rezistența la fluaj a aliajelor Mg-Gd-Y de X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 și AM50 sunt cele mai frecvent utilizate aliaje în turnarea sub presiune. Toate se bazează pe sistemul Mg-AI.

Citește și: Aliaj de aluminiu Die Casting

În acest articol, vom afla despre

• Domeniul de aplicare global al aliajelor de magneziu turnate sub presiune,
• Evidențierea avantajelor acestor materiale,
• Proprietăți ale aliajelor de magneziu
• Scurtă comparație a aliajelor comune de magneziu pentru turnare sub presiune

De asemenea, vom evidenția avantajele semnificative ale utilizării aliajelor de magneziu pentru turnare sub presiune, cum ar fi:

• rezistență excepțională
• natură ușoară
• capacitatea de a produce forme complicate

De asemenea, vom discuta despre diferitele tipuri de matrițe de magneziu disponibile pentru turnarea aliajelor, subliniind calitățile lor unice și utilizările ideale.

În final, vom examina cum se compară turnarea sub presiune a magneziului cu alte metode cunoscute pe scară largă, cum ar fi turnarea sub presiune a aluminiului, și vom discuta perspectivele interesante ale potențialului viitor al acestei tehnologii.

Sperăm că, până la sfârșitul acestei explorări, veți avea o cunoaștere extinsă a aliajelor de magneziu pentru turnare sub presiune și a importanței lor în producția modernă.

Să înțelegem magneziul ca aliaj

Cel mai cunoscut aliaj de magneziu pentru turnare sub presiune este AZ91D. Magneziul formează diferite aliaje atunci când este combinat cu alte metale. Unele dintre cele mai comune magneziu sunt:

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

Ce sunt aliajele de magneziu?

Aliajele de magneziu sunt metale în care magneziul (Mg) este elementul principal, constituind de obicei peste 90% din compoziție. Magneziul pur este modificat prin adăugarea de elemente de aliere precum aluminiu (Al), zinc (Zn) și mangan (Mn).

Avantajele turnării sub presiune a magneziului

Unicitatea turnării sub presiune a magneziului constă în faptul că poate aduce mai multe avantaje cheie procesului de fabricație. Mai jos, vom detalia câteva dintre principalele avantaje:

Greutate redusă și raport rezistență/greutate ridicat. 

După cum s-a menționat mai sus, magneziul este cel mai ușor metal structural. Acesta oferă rezistența și greutatea redusă de bază pentru componente extrem de ușoare, ceea ce duce la avantaje majore pentru multe întreprinderi.

Precizie dimensională și stabilitate îmbunătățite

Metoda de turnare sub presiune garantează o precizie dimensională și o stabilitate remarcabile în produsul final. Acest lucru face ca asamblarea pieselor cu alte componente să fie mai ușoară și la aceleași standarde ridicate.

Mașinabilitate excelentă și detalii de finisare

Piesele turnate sub presiune din magneziu oferă o bună prelucrabilitate. Aceasta facilitează modelarea și modificarea materialului după turnare. În plus, aceste piese turnate au de obicei un luciu de suprafață superior, reducând nivelul de prelucrare suplimentară necesar.

Conductivitate termică și electrică excepțională

Buna conductivitate termică și electrică sunt proprietățile aliajelor de magneziu. În consecință, acestea pot fi utilizate în situații în care este necesară conductivitatea electrică sau disiparea căldurii.

Reciclabilitate ridicată

Magneziul este un metal extrem de reciclabil. La sfârșitul duratei de viață a unui produs, piesele sale fabricate din magneziu pot fi ușor reutilizate și reciclate, reducând astfel amprenta asupra mediului.

Procesul de turnare sub presiune a magneziului

Această parte ne va prezenta elementele de bază ale turnării sub presiune a magneziului și ceea ce implică aceasta, precum și modul în care magneziul topit se transformă, pas cu pas, în piese valoroase complexe.

Procesul implică utilizarea unei matrițe reutilizabile, numită matriță, pentru a fabrica produse complexe și precise din punct de vedere dimensional.

Unii pași necesari sunt prezentați mai jos:

Pregătirea și curățarea matrițelor 

Matrița este curățată și lubrifiată temeinic pentru a asigura un proces de turnare perfect și pentru a evita defectele. Acest proces este necesar pentru a menține integritatea matriței și pentru a produce piese turnate de cea mai înaltă calitate.

Topirea și alierea magneziului

Magneziul este topit într-un cuptor la temperaturi extrem de ridicate. Astfel de elemente de aliere pot fi injectate în metalul topit în această etapă pentru a forma atributele necesare produsului final, cum ar fi rezistența sporită sau rezistența la coroziune.

Injectare și solidificare

Sub presiune ridicată, magneziul topit este injectat în cavitatea matriței. Această cavitate are aceeași formă ca produsul finit dorit. După injectarea magneziului topit, acesta se răcește rapid și se întărește. După nici un moment, magneziul ia forma matriței.

Îndepărtarea și finisarea pieselor

După solidificare, piesa nou creată este scoasă din matriță. După procesul de turnare, se extrage orice material suplimentar, cum ar fi matrițele sau canelurile. După îndepărtarea materialelor suplimentare, se pot aplica alte tehnici de finisare a suprafeței piesei, în funcție de cerințele aplicației.

Astăzi, această metodă ne permite să fabricăm piese complexe din magneziu în cantități mari, cu o precizie dimensională remarcabilă și o calitate fiabilă.

Magneziu Metale turnate sub presiune

Selectarea atentă a aliajelor de magneziu pentru turnare sub presiune poate face ca produsul să aibă succes. Alegerea aliajului potrivit este crucială, deoarece determină caracteristicile și performanțele finale ale produsului finit.

Alegerea celui mai bun aliaj de magneziu 

Aliaje de magneziu, cum ar fi AZ91D și AM50A/AM60B devin din ce în ce mai populare pentru sectoarele auto și de transport.

Aceste noi aliaje au o rezistență sporită, caracteristici mai bune la temperaturi ridicate, sunt mai ductile și au o conductivitate termică mai mare.

Înainte de a alege cel mai bun aliaj de magneziu pentru turnare sub presiune, trebuie să aveți cunoștințe complete despre calitățile dorite pentru produsul finit. 

Iată câțiva factori esențiali atunci când luați această decizie critică.

Putere: Un factor important în acest sens este rezistența necesară a diferitelor componente care urmează să fie utilizate. Limita de elasticitate, rezistența la tracțiune și rezistența la oboseală sunt variabile în funcție de diferitele aliaje.

Rezistența la coroziune: De asemenea, este esențială luarea în considerare a mediului în care va funcționa o piesă. Acestea au o rezistență mai mare la coroziune în comparație cu alte metale, ceea ce le face să fie cele mai potrivite pentru medii severe.

Castabilitate: De exemplu, un metal topit trebuie să fie capabil să curgă bine în cavitatea matriței și să umple forme complicate. Aliajele de turnare bune asigură defecte reduse și o rată ridicată a tensiunii de turnare.

Mașinabilitate: În plus, trebuie luată în considerare ușurința cu care un obiect turnat poate fi prelucrat pentru a-i da formă sau a-i schimba forma. Un aliaj de prelucrare adecvat permite o personalizare și o post-procesare eficiente.

Astăzi, aliajele de magneziu pentru turnare sub presiune care oferă rezistență și performanță optime pot fi alese de producătorii care iau în considerare acești factori împreună cu ceea ce se poate cere de la aplicații.

Aliaje comune de magneziu

Pe piață sunt disponibile multe tipuri de aliaje de magneziu pentru turnare sub presiune. Fiecare aliaj are calități unice și utilizări perfecte.

Acum, să explorăm proprietățile celor mai frecvent utilizate aliaje.

AZ91D: Campionul tuturor raioanelor

AZ91D este cel mai frecvent utilizat aliaj de magneziu turnat sub presiune. Are 9% aluminiu și 1% zinc. Acesta oferă un amestec atractiv de rezistență la coroziune, tenacitate și turnabilitate ridicată. Aceste caracteristici fac din AZ91D o opțiune flexibilă pentru multe aplicații, cum ar fi piese de motor, carcase, electronice de consum și sectorul auto.

3.2.2 Seria AM (AM 50A, AM20, AM60B): Concentrarea asupra rezistenței

Seria AM prezintă un grup aliat renumit pentru remarcabila rezistență la impact și duritate. Aceste caracteristici le fac perfecte pentru piesele pentru rezistență fizică sau la impact. Aliajele din seria AM sunt utilizate în industria aerospațială și auto pentru suporturi, roți și alte piese.

3.2.3 AS41B și AE42: aliaje pentru temperaturi ridicate

Aliajele AS41B și AE42 sunt opțiuni excelente pentru aplicații care necesită temperaturi ridicate. Aceste aliaje prezintă ductilitate, rezistență la fluaj și rezistență excelente la temperaturi ridicate, fiind potrivite pentru piesele de motor și transmisie în care este necesară rezistența la căldură.

Este important să rețineți că aceasta este o listă parțială a aliajelor de magneziu pentru turnare sub presiune. Există multe alte tipuri de aliaje de magneziu pentru turnare sub presiune care sunt dezvoltate pentru a îndeplini cerințe specifice. Alegerea aliajului perfect necesită o înțelegere completă a calităților dorite și a cerințelor unice de aplicare.

Proprietăți ale aliajelor de magneziu turnate sub presiune

Înțelegerea caracteristicilor cheie ale diferitelor aliaje de magneziu pentru turnare sub presiune permite luarea unor decizii mai bine fundamentate. 

Iată o scurtă comparație a unor caracteristici importante ale magneziu turnat sub presiune aliaje:

Aplicații ale aliajelor de magneziu pentru turnare sub presiune

Magneziul este cunoscut pentru aliajele sale ușoare turnate. Acestea devin din ce în ce mai populare în aplicațiile structurale auto. Aliajele de magneziu sunt ușoare, au un raport rezistență/greutate remarcabil, repetabilitate dimensională și formă aproape netă.

Un exemplu recent este Chrysler Pacifica 2017, care utilizează turnarea sub presiune a magneziului pentru a înlocui nouă componente din miezul structural al hayonului, reducând greutatea ansamblului hayonului cu aproximativ 50%.

După cum știm, aliajele de magneziu pentru turnare sub presiune au calități remarcabile. Acestea au numeroase aplicații într-o varietate de sectoare. 

Vom analiza în continuare câteva dintre cele mai populare sectoare ale acestei tehnologii inovatoare.

Industria auto: Aliajele de magneziu pentru turnare sub presiune sunt foarte bune pentru industria auto, deoarece au greutate redusă și durabilitate, ceea ce le face perfecte pentru eficiența consumului de combustibil. Acestea sunt utilizate pentru fabricarea pieselor de motor, suporturilor, roților etc.

Electronică de consum: Aliajele de magneziu pentru turnare sub presiune sunt cele mai potrivite pentru cei care doresc dispozitive portabile ușoare și durabile.

Procesul de turnare sub presiune a magneziului a îmbunătățit experiența utilizatorului, este cel mai bun pentru carcase de laptop și corpuri de aparate foto care sunt remarcabil de durabile și confortabile de ținut în mână. 

 Industria aerospațială: Aliajele de magneziu pentru turnare sub presiune sunt esențiale în industria aerospațială, deoarece fiecare gram contează acolo. Aceste aliaje ajută aeronavele să își mărească capacitatea de încărcare și eficiența combustibilului. De asemenea, acestea sunt utile pentru performanțele și autonomia aeronavelor.

Echipamente medicale: Raportul rezistență/greutate al turnării sub presiune a magneziului este util în industria echipamentelor medicale. Aceste aliaje sunt foarte ușoare. Acestea oferă pacienților rezistența și durabilitatea de care au nevoie în scaune cu rotile și cârje. 

Comparație cu turnarea sub presiune a aluminiului

Atât aluminiul turnat sub presiune, cât și magneziul sunt utilizate pe scară largă pentru producerea în cantități mari a unor piese ușoare, complexe. Cu toate acestea, caracteristicile lor specifice trebuie să fie înțelese pentru a face o alegere între ele.

Similitudini

Greutate redusă: Magneziul și aluminiul sunt ambele metale ușoare. Acesta este motivul pentru care turnarea sub presiune din aceste două metale este o soluție bună pentru aplicațiile de reducere a greutății.

Rezistență și ușurință: Ambele tehnici au un raport rezistență/greutate ridicat, ceea ce le face potrivite pentru producția de componente puternice, dar ușoare.

Formele complexe realizate cu ușurință: Turnările sub presiune din magneziu și aluminiu pot crea modele complexe și detaliate cu o precizie dimensională excelentă.

Diferențe

Eroul ușor: În ceea ce privește ușurința pură, magneziul nu este egalat de niciun alt material. Cu reduceri semnificative de greutate față de aluminiu, acesta devine cel mai ușor metal structural.

Superioritatea ecranării: Pentru piesele care trebuie protejate de undele electromagnetice (Thai), magneziul este cel mai bun material datorită calității sale excepționale de ecranare împotriva interferențelor electromagnetice (EMI) și interferențelor de frecvență radio (RFI).

Rezistența la coroziune: Aluminiul are de obicei un grad mai ridicat de rezistență la coroziune decât magneziul. Ca atare, acesta devine alternativa preferată pentru aplicațiile expuse la substanțe caustice sau medii dure.

În cele din urmă, alegerea între magneziu sau aluminiu turnat sub presiune depinde de nevoile specifice ale unei aplicații.

Concluzie

Industria de turnare sub presiune a magneziului are un viitor strălucit. Pe măsură ce noi aliaje cu calități superioare se dezvoltă constant, această tehnologie poate schimba complet modul în care proiectăm și fabricăm piese ușoare și de înaltă performanță pentru diferite aplicații.