Legeringar för pressgjutning av magnesium 101

Tryckgjutning revolutioneras för närvarande av magnesium eftersom det utgör ett hållbart alternativ till traditionella material som aluminium. Magnesium är den lättaste konstruktionsmetallen och möjliggör betydande viktbesparingar i slutprodukterna, vilket är avgörande för bränsleeffektiviteten och minskningen av miljöpåverkan från bilarnas utsläpp. Det har gjorts anmärkningsvärda forskningsframsteg som utökar magnesiumets möjligheter och gör det till en bra kandidat för olika högpresterande applikationer.

Det är därför magnesium är ledande inom pressgjutning:

Magnesium har en densitet på cirka 1,7 g/cm³ jämfört med aluminium (2,7 g/cm³) [1]. Detta leder till massiva viktminskningar för komponenter, bland annat i fordon, vilket förbättrar bränsleeffektiviteten och gör det lättare att bära med sig elektroniska enheter.

Magnesium har ett utmärkt förhållande mellan styrka och vikt. Vissa studier har visat att specifika magnesiumlegeringar, som AZ91D, kan uppnå draghållfastheter på över 230 MPa [2]. Dessa egenskaper gör dem väl lämpade för delar som behöver vara både hållbara och lätta samtidigt eftersom de har lätthet och styrka.

Ny forskning har till exempel undersökt möjligheten att införliva vissa sällsynta jordartsmetaller i magnesium för att bilda legeringar som bättre kan motstå deformation vid höga temperaturer [3].

Källa:

1. Magnesium i gjutningsteknik av Yucheng Bai, et al (2012)
2. Utvärdering av pressgjutningslegeringar av magnesium för tillämpningar vid förhöjda temperaturer: Mikrostruktur, draghållfasthetsegenskaper och krypmotstånd av Sergio Cáceres, et al (2015)
3. Mikrostruktur och krypmotstånd hos Mg-Gd-Y-legeringar av X.M. Wang, et al (2020)

AZ91, AM60 och AM50 är de mest använda legeringarna vid pressgjutning. Alla är baserade på Mg-AI-systemet.

Läs också: Pressgjutning av aluminiumlegering

I den här artikeln kommer vi att lära oss mer om

• Den globala omfattningen av pressgjutningslegeringar av magnesium,
• Framhäva fördelarna med dessa material,
• Magnesiumlegeringar Egenskaper
• Kort jämförelse av vanliga magnesiumlegeringar för pressgjutning

Vi kommer också att belysa de betydande fördelarna med att använda gjutlegeringar av magnesium, t.ex:

• exceptionell styrka
• lättviktskaraktär
• lämpar sig för tillverkning av komplicerade former

Vi kommer också att diskutera de olika typerna av magnesiumformar som finns tillgängliga för gjutning av legeringar, och belysa deras unika egenskaper och idealiska användningsområden.

I slutändan kommer vi att undersöka hur magnesiumgjutning jämförs med andra allmänt kända metoder, såsom gjutning av aluminium, och diskutera de intressanta utsikterna för denna teknologis framtida potential.

Vi hoppas att du i slutet av denna undersökning kommer att ha en omfattande kunskap om magnesiumgjutningslegeringar och deras betydelse i modern tillverkning.

Låt oss förstå magnesium som en legering

Den mest kända legeringen för gjutning av magnesium är AZ91D. Magnesium gör olika legeringar när de kombineras med andra metaller. Några av de vanligaste magnesium är:

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

Vad är magnesiumlegeringar?

Magnesiumlegeringar är metaller i vilka magnesium (Mg) är huvudelementet, som vanligtvis utgör över 90% av sammansättningen. Rent magnesium modifieras genom tillsats av legeringselement som aluminium (Al), zink (Zn) och mangan (Mn).

Fördelar med pressgjutning av magnesium

Det unika med gjutning av magnesium är att det kan ge flera viktiga fördelar för tillverkningsprocessen. Nedan kommer vi att utarbeta vidare om några av de viktigaste fördelarna:

Låg vikt och högt förhållande mellan styrka och vikt. 

Som nämnts ovan är magnesium den lättaste konstruktionsmetallen. Den ger styrka och låg vikt för extremt lätta komponenter, vilket innebär stora fördelar för många företag.

Förbättrad dimensionell precision och stabilitet

Pressgjutningsmetoden garanterar enastående måttnoggrannhet och stabilitet i slutprodukten. Detta gör det enklare att montera ihop delar med andra komponenter och med samma höga standard.

Utmärkt bearbetbarhet och finbearbetningsdetaljer

Gjutgods av magnesium erbjuder god bearbetbarhet. Det gör formning och modifiering av materialet enklare efter gjutning. Dessutom har dessa gjutgods vanligtvis en överlägsen ytpolering, vilket minskar den ytterligare bearbetningsnivå som krävs.

Enastående termisk och elektrisk ledningsförmåga

Magnesiumlegeringar har god termisk och elektrisk ledningsförmåga. Följaktligen kan de användas i situationer där elektrisk ledningsförmåga eller värmeavledning är nödvändig.

Hög återvinningsbarhet

Magnesium är en mycket återvinningsbar metall. När en produkt är uttjänt kan dess delar av magnesium enkelt återanvändas och återvinnas, vilket minskar miljöpåverkan.

Gjutningsprocess för magnesium

Denna del kommer att ta oss igenom grunderna i pressgjutning av magnesium och vad det innebär samt visa steg för steg hur smält magnesium omvandlas till komplexa värdefulla delar.

Processen innebär att man använder en återanvändbar form, ett så kallat verktyg, för att tillverka invecklade och måttnoggranna produkter.

Några nödvändiga steg anges nedan:

Förberedelse och rengöring av verktyg 

Gjutformen rengörs och smörjs noggrant för att säkerställa en perfekt gjutningsprocess och undvika defekter. Denna process är nödvändig för att bibehålla formens integritet och producera gjutgods av högsta kvalitet.

Smältning och legering av magnesium

Magnesium smälts i en ugn vid extremt höga temperaturer. Sådana legeringselement kan sprutas in i den smälta metallen i detta skede för att bilda de önskade slutproduktegenskaperna, såsom ökad styrka eller korrosionsbeständighet.

Injektion och stelning

Under högt tryck sprutas det smälta magnesiumet in i formkaviteten. Denna hålighet har samma form som den önskade färdiga produkten. Efter injektion av smält magnesium kyls det snabbt ner och hårdnar. Efter ett ögonblick antar magnesium formen av matrisen.

Borttagning och efterbehandling av delar

Efter stelning avlägsnas den nyskapade delen från gjutformen. Efter gjutningsprocessen avlägsnas eventuellt extra material, t.ex. spröt eller medbringare. Efter att extra material har avlägsnats kan ytterligare efterbehandlingstekniker appliceras på detaljens yta baserat på applikationens krav.

Med den här metoden kan vi idag tillverka komplexa magnesiumdelar i stora kvantiteter med enastående måttnoggrannhet och tillförlitlig kvalitet.

Gjutning av magnesium Metaller

Ett noggrant urval av magnesiumgjutlegeringar kan göra produkten framgångsrik. Att välja lämplig legering är avgörande eftersom det avgör en färdig produkts slutliga egenskaper och prestanda.

Att välja den bästa magnesiumlegeringen 

Magnesiumlegeringar som t.ex. AZ91D och AM50A/AM60B blir alltmer populära inom fordons- och transportsektorn.

Dessa nya legeringar har förbättrad hållfasthet, bättre högtemperaturegenskaper, är mer formbara och har högre värmeledningsförmåga.

Innan du väljer den bästa magnesiumgjutningslegeringen måste du ha fullständig kunskap om önskade egenskaper för den färdiga produkten. 

Här är några viktiga faktorer när du fattar detta kritiska beslut.

Styrka: En viktig faktor är vilken hållfasthet som krävs för de olika komponenter som ska användas. Sträckgräns, draghållfasthet och utmattningshållfasthet varierar mellan olika legeringar.

Motståndskraft mot korrosion: Det är också viktigt att ta hänsyn till den miljö i vilken en del ska fungera. De har högre korrosionsbeständighet jämfört med flera andra metaller, vilket gör dem till de främsta för svåra miljöer.

Gjutbarhet: Till exempel måste en smält metall kunna flyta väl in i formhålan och fylla komplicerade former. Bra gjutlegeringar säkerställer låga defekter och hög gjutspänningshastighet.

Bearbetbarhet: Dessutom bör man ta hänsyn till hur lätt ett gjutet föremål kan bearbetas för att få eller ändra dess form. Lämplig bearbetningslegering möjliggör effektiv kundanpassning och efterbearbetning.

Idag kan tillverkare välja magnesiumlegeringar för pressgjutning som ger optimal styrka och prestanda genom att ta hänsyn till dessa faktorer tillsammans med vad som kan krävas av applikationerna.

Vanliga magnesiumlegeringar

Många typer av magnesiumgjutningslegeringar finns tillgängliga på marknaden. Varje legering har unika egenskaper och perfekta användningsområden.

Låt oss nu utforska egenskaperna hos de vanligaste legeringarna.

AZ91D: Mästaren av alla rundor

AZ91D är den vanligaste legeringen för gjutning av magnesium. Den har 9% aluminium och 1% zink. Det ger en attraktiv blandning av korrosionsbeständighet, seghet och hög gjutbarhet. Dessa egenskaper gör AZ91D till ett flexibelt alternativ för många applikationer, t.ex. motordelar, höljen, konsumentelektronik och fordonsindustrin.

3.2.2 AM-serien (AM 50A, AM20, AM60B): Fokus på tålighet

AM-serien består av en legeringsgrupp som är känd för sina anmärkningsvärda slagtålighet och seghet. Dessa egenskaper gör dem perfekta för delar som kräver fysiskt motstånd eller slag. Legeringar i AM-serien används inom flyg- och fordonsindustrin för fästen, hjul och andra delar.

3.2.3 AS41B och AE42: Högtemperaturlegeringar

Legeringarna AS41B och AE42 är utmärkta alternativ för applikationer som kräver höga temperaturer. Dessa legeringar uppvisar utmärkt duktilitet, krypbeständighet och hållfasthet vid höga temperaturer, vilket gör dem lämpliga för motor- och transmissionsdelar där värmebeständighet är nödvändig.

Det är viktigt att notera att detta är en partiell lista över magnesiumgjutningslegeringar. Det finns många andra typer av magnesiumgjutningslegeringar som är utvecklade för att uppfylla specifika krav. Att välja den perfekta legeringen kräver en fullständig förståelse för dina önskade egenskaper och unika applikationskrav.

Egenskaper hos pressgjutningslegeringar av magnesium

Att förstå de viktigaste egenskaperna hos olika magnesiumgjutningslegeringar möjliggör mer utbildade beslut. 

Här är en kort jämförelse av några av de viktigaste egenskaperna hos pressgjutning av magnesium legeringar:

Användningsområden för pressgjutningslegeringar av magnesium

Magnesium är känt för sina lätta legeringsgjutgods. De blir alltmer populära i strukturella fordonsapplikationer. Magnesiumlegeringar är lätta, har ett enastående styrka/vikt-förhållande, dimensionell repeterbarhet och nära nätform.

Ett aktuellt exempel är Chrysler Pacifica 2017, som använder pressgjutning av magnesium för att ersätta nio komponenter i lyftportens strukturella kärna, vilket minskar lyftportens vikt med cirka 50%.

Som vi vet har magnesiumgjutningslegeringar anmärkningsvärda egenskaper. De har många tillämpningar inom en mängd olika sektorer. 

Vi ska nu titta närmare på några av de mest populära sektorerna inom denna innovativa teknik.

Fordonsindustrin: Magnesiumgjutlegeringar är mycket bra för fordonsindustrin eftersom de har låg vikt och hållbarhet, vilket gör dem perfekta för bränsleeffektivitet. De används för tillverkning av motordelar, konsoler, hjul etc.

Konsumentelektronik: Magnesiumgjutlegeringar är bäst lämpade för dem som vill ha lätta bärbara och hållbara enheter.

Magnesiumgjutningsprocessen har förbättrat användarupplevelsen, det är bäst för höljen till bärbara datorer och kamerahus som är anmärkningsvärt hållbara och bekväma att hålla i. 

 Flyg- och rymdindustrin: Magnesiumgjutlegeringar är viktiga inom flygindustrin eftersom varje gram spelar roll där. Dessa legeringar hjälper flygplan att öka sin lastkapacitet och bränsleeffektivitet. De är också till hjälp för flygplanens prestanda och räckvidd.

Medicinsk utrustning: Magnesiumgjutningens styrka-till-vikt-förhållande är användbart inom medicinteknisk utrustning. Dessa legeringar är mycket lätta. Dessa ger patienterna den styrka och hållbarhet de behöver i rullstolar och kryckor. 

Jämförelse med pressgjutning av aluminium

Både pressgjutning av aluminium och magnesium används i stor utsträckning för produktion av lätta, komplexa delar i stora mängder. Men deras speciella egenskaper måste förstås för att göra ett val mellan dem.

Likheter

Lätt vikt: Magnesium och aluminium är båda lätta metaller. Det är därför pressgjutning gjord av dessa två metaller är en bra lösning för viktminskningsapplikationer.

Styrka och lätthet: Båda teknikerna har ett högt förhållande mellan styrka och vikt, vilket gör dem lämpliga för tillverkning av starka men ändå lätta komponenter.

Komplexa former görs enkelt: Magnesium- och aluminiumgjutgods kan skapa invecklade, detaljerade mönster med utmärkt dimensionell noggrannhet.

Skillnader

Lättviktshjälten: När det gäller ren lätthet är magnesium oöverträffat av något annat material. Med betydande viktminskningar jämfört med aluminium blir det den lättaste konstruktionsmetallen.

Överlägsen avskärmning: För delar som ska skyddas mot elektromagnetiska vågor (Thai) är magnesium det bästa materialet på grund av dess exceptionella avskärmningskvalitet mot elektromagnetisk interferens (EMI) och radiofrekvensinterferens (RFI).

Korrosionsbeständighet: Aluminium har vanligtvis en högre grad av korrosionsbeständighet än magnesium. Därför är det det mest föredragna alternativet för applikationer som utsätts för kaustiska ämnen eller tuffa miljöer.

I slutändan beror valet mellan pressgjutning av magnesium eller aluminium på de specifika behoven i en applikation.

Slutsats

Magnesiumgjutningsindustrin går en ljus framtid till mötes. I takt med att nya legeringar med bättre egenskaper ständigt utvecklas kan denna teknik helt förändra hur vi konstruerar och tillverkar högpresterande lättviktsdelar för olika användningsområden.