Magnesium och aluminium är pressgjutbara legeringar. Magnesium är lättare och passar bra ihop med de delar som behöver bränsleeffektivitet och vibrationsdämpning. Det behöver vissa hanteringstekniker. Aluminium finns till ett billigare pris och passar för allmänt bruk. Det motstår korrosion väl. Lär dig vilka unika egenskaper hos gjutning av magnesium och gjutning av aluminium som skiljer dem från varandra. Upptäck också deras applikationer och tillverkningsöverväganden.
Egenskaper hos magnesium och aluminium
Magnesium Egenskaper
Specifika legeringar
Specifika legeringar av magnesium bildas i princip genom legeringsmetoder. Där det blandas med olika element. Exempel är AZ91D, AM60 och AS41.
Bättre hållfasthet och förbättrad förmåga att förhindra korrosion är de viktigaste egenskaperna hos dessa legeringar. AZ91D är t.ex. starkare och lättare tack vare sin draghållfasthet på 240 MPa.
Motståndskraft mot korrosion
Magnesium kan korrodera på grund av vad miljöer som luft eller alkaliska lösningar gör. I så fall fungerar beläggning eller legeringselement bäst. Till exempel blir magnesiums korrosionsbeständighet bättre när ingenjörer blandar det med aluminium.
Dessutom gör den lägre densiteten (1,74 g/cm³) i magnesium att det inte förhindrar korrosion på ett bra sätt. Det behöver därför ett visst skydd.
Termisk konduktivitet
Många magnesiumlegeringar har god värmeledningsförmåga, t.ex. AZ91 (51 W/m-K). De leder alltså värme bra, men på något sätt inte lika effektivt som aluminium eller koppar gör.
Men varje gång en metall värms upp expanderar den. Detta kallas termisk expansion. Magnesium har en större termisk expansion vid eller nära 25,2 x 10-⁶/°C än aluminium (23,6 x 10-⁶/°C).
Dämpningskapacitet
Magnesium har en utmärkt vibrationsdämpande egenskap. Det gör det väl lämpat för användning i fordon och flygplan. Eftersom dessa delar behöver minskat buller och vibrationer är deras elasticitetsmodul 45 GPa, vilket innebär mer flexibilitet. Det är lägre än aluminium (69 GPa).
Bearbetbarhet
Magnesiumlegeringar har en lägre smälttemperatur (650°C) än Al. Deras bearbetbarhet påverkas dock av olika skärkrafter, verktygsslitage och spånbildning.
Dess brandfarlighet måste på något sätt behandlas på rätt sätt. Detta beror på att det kan bildas gnistor vid bearbetning.
Aluminiums egenskaper
Specifika legeringar
A380, A383 och ADC1 är någon form av specifika aluminiumlegeringar. Dessa legeringar innehåller andra grundämnen som kisel, koppar och zink.
Det ger därför bättre styrka och korrosionsbeständighet. A380:s draghållfasthet på 320 MPa gör den till exempel till ett bättre val för industriellt bruk.
Motståndskraft mot korrosion
Genom att ett skyddande oxidskikt bildas i aluminium kan det stå emot korrosion i atmosfäriska och marina miljöer. Aluminium har också en densitet på 2,70 g/cm³. Det är därför det är starkare men ändå lätt.
Elektrisk konduktivitet
I aluminiumlegeringar som A380 finns en elektrisk ledningsförmåga på 22,5% IACS (International Annealed Copper Standard). I princip är den lägre än koppar men fungerar ändå bäst för elektriska ledningar.
Gjutbarhet
Aluminiumlegeringar kan ta vilken komplex form som helst tack vare sin utmärkta gjutbarhet. De flyter smidigt in i formen och kan skapa tunna väggar. Det är därför det har blivit ett populärt tillverkningsval. Dessutom gör deras höga smältpunkt att de kan hantera högre temperaturer under gjutningen.
Tillämpningar av pressgjutning av magnesium
Flyg- och rymdindustrin
Magnesiums låga vikt och måttliga hållfasthet gör att det kan användas för tillverkning av flera delar inom flygindustrin. Det gäller bland annat växellådshus till flygplan och rotornav till helikoptrar.
Fordon
Inom fordonssektorn använder tillverkarna dem på grund av deras förmåga att förbruka mindre bränsle och för att de är lätta. Användningsområdena omfattar instrumentpaneler, rattar, bakluckor, dörrpaneler och styrstänger.
Elektronik
Magnesium är också lämpligt för tillverkning av fodral till bärbara datorer och komponenter till smartphones. Det minskar komponenternas vikt och ger god hållbarhet.
Viktbesparingar
Eftersom magnesium inte innehåller mer vikt än aluminium kan det användas för att göra ratten 40% lättare.
När det gäller flygindustrin kan man spara vikt genom att använda aluminium i växellådshusen. Detta innebär att flygplan arbetar mer effektivt.
Vikten av viktreduktion
Som du redan har upptäckt är effekterna av lättviktsegenskaper. Men tillämpningar som bilar som använder magnesium förbrukar mindre bränsle och ger mindre utsläpp. Dessutom flyger lättare flygplan långa sträckor. Du kan också bära lätta produkter lättare.
Tillämpningar av pressgjutning av aluminium
Fordon
Aluminium är en metall som gör det möjligt för tillverkare att gjuta den i vilken form som helst. Dess lättviktsegenskaper och styrka är lämpliga för tillverkning av motorblock, växellådshus och hjul. Som ett resultat av detta använder applikationer mindre energi och håller längre.
Flyg- och rymdindustrin
Det kan hantera höga påfrestningar på ett effektivt sätt. Därför använder flyg- och rymdföretag det till sina strukturella komponenter och elektroniska höljen.
Industriell utrustning
Aluminiumlegeringar skyddar delarna från korrosion. Genom att motstå korrosionen ger de hållbarhet och slitstyrka i de industriella delarna, särskilt de som behöver det. Till exempel pumpar och växellådor.
Återvinningsbarhet
Aluminium är återvinningsbart. Det är därför det är känt för att vara ett hållbart alternativ. Du kan återanvända dess produktmaterial på grund av dess oändliga kedja. Det förlorar inte heller sin kvalitet och sina egenskaper.
Processen för aluminiumåtervinning använder inte mer än 5% för att utvinna primär aluminium från bauxit. Det minskar därför dess miljöpåverkan.
Fördelar med återvinning av aluminium vid pressgjutning
Återvunnet aluminium används ofta också vid pressgjutning. Därigenom sparas resurser och kostnader. Det är också ett alternativ för att uppfylla hållbara mål i olika branscher. Att använda återvunnen metall tar bort koldioxidavtrycket och är lämpligt för att vara ekonomiskt förnuftigt.
Tillverkningsöverväganden vid gjutning
Gjutning av magnesium
Temperatur och reaktion i munstycket
När pressgjutaren värmer upp magnesiumlegeringar till dess smältpunkt (650°C) övergår de till smält form.
För att kunna hantera denna upphettade metall är det meningslöst att plocka verktyg med lägre temperaturer. Därför måste en matris tåla en temperatur på minst 700°C. Det finns reaktioner som orsakas när magnesium möter syre. Det kan vara oxidation eller brandfara.
För att undvika detta kan du välja mellan slutna ugnar, argon, eller SF6-gasöverdrag. Användning av torra verktyg förhindrar också oxidation.
Dessutom minskar risken för kommande defekter om man beaktar korrekta krympningshål och kärnplaceringar.
Material och underhåll av verktyg
De formar som används för att gjuta magnesium tillverkas vanligen av H13-stål (45-50 HRC hårdhet) och 4140-stål (28-32 HRC hårdhet).
H13-stål tål en temperatur på cirka 600 °C. På något sätt slits det snabbt eftersom magnesium skapar reaktioner.
Att lägga till dragvinklar hjälper till att trycka ut den gjutna delen från formarna. Det betyder att det också hjälper till med smidig prestanda.
Dessutom håller verktyget längre tack vare regelbundet underhåll och nitreringsbeläggning.
Cykeltid
Magnesiumgjutning stelnar snabbare. Varje cykel tar inte mer än 20 till 40 sekunder. Genom att dela linjen i formar kan den också separeras lätt. Det sparar också produktionstid.
Säkerhetsåtgärder
SF6-gasundertryckning hjälper till att kontrollera de brandfarliga situationer som kan uppstå vid magnesiumgjutning.
Undvik dessutom att använda vattenbaserade kylvätskor. Det beror på att upphettat magnesium reagerar våldsamt med vatten.
Dragvinklarna och avstickslinjerna skapar inga problem under processen, vilket minskar riskerna.
Ytbehandling
Genom att lägga till 1 till 3 graders dragvinklar kan du få bättre ytor. Dessutom kan flera beläggningar och målningar efter gjutning förbättra delarnas utseende och skydda dem mot korrosion.
Gjutning av aluminium
Temperatur och tryck i munstycket
Aluminiumgjutning kräver starkare formar för att fungera vid 350°C under tryck på upp till 140.000 kPa. Detta beror på att aluminium har höga smältpunkter och att högre tryck kan orsaka sprickbildning.
Verktygsmaterial och produktionsgränser
Verktyg tillverkade av stål (H13) fungerar vanligtvis bra och kan klara 100.000 cykler innan de behöver bytas ut.
Skiljeväggen här minskar påfrestningarna och förlänger livslängden. Dessutom ger optimeringen av verktygskonstruktioner positiva förändringar i hållbarhet och prestanda. Dessa tekniker minimerar också kostnaderna i samband med byte av verktyg.
Cykeltid för aluminium
Aluminiumgjutning tar 20 sekunder till 1,5 minuter för att avsluta varje cykel. Det skapar delar med väggtjocklek runt (2-10 mm).
I princip omfattar cykeltiden insprutningshastighet (1-5 m/s), matristemperatur (150-250°C) och stelningstid (5-20 sekunder). Det är därför denna process är lite långsammare men ger precision.
Säkerhetsåtgärder för aluminium
Aluminiumgjutning avger ofta ångor. Därför är det viktigt att arbeta i ventilerade utrymmen. Bär också värmebeständig PPE och underhåll maskinskydd. Det måste finnas ett strikt protokoll i samband med smält aluminium och formtemperatur. Så att du kan förhindra brännskador, bränder och inandningsrisker.
Ytbehandling av aluminium
När det gäller ytbehandling genomgår aluminium flera processer. Här passar blästring, polering och anodisering bra.
Aluminiumgjutning ger detaljer med en grovhet (Ra) på mellan 0,8 och 3,2 µm.
Beläggningar som pulverlackering (60-120 µm tjocklek) ökar därför dess hållbarhet och skönhet. De minskar rostförekomsten och förbättrar dess prestanda.
Jämförelse av mekaniska egenskaper
Magnesium och aluminium är två olika metaller med unika egenskaper. Det är därför magnesium kan användas för olika tillverkningsprodukter. Till exempel blandar tillverkare det med 43% aluminium för att skapa legeringar.
På samma sätt används 40% av magnesium för att tillverka konstruktionsmetall. Det är så det belyser dess betydelse för lättviktsteknik.
Draghållfasthet och sträckgräns
Metallens draghållfasthet visar dess förmåga att hantera krafter innan den går sönder.
Sträckgränsen är den punkt där en metall börjar böjas permanent.
Magnesiumlegeringar som AZ91D, i synnerhet, har en draghållfasthet på 240 MPa och en sträckgräns på 150 MPa. Det bidrar till att göra det till ett lättare alternativ för gjutning.
För vad det är värt i aluminium finns fördelen med dess 320 MPa draghållfasthet och sträckgräns upp till 130 respektive 280 MPa i A380.
Det är därför dessa metaller används för delar som utsätts för höga påfrestningar.
Töjning och slagtålighet
Metaller kan töjas till en viss gräns innan de går sönder, vilket kallas töjning.
Töjningen påverkar metallens motståndskraft och visar dess förmåga att absorbera stötar.
Det finns 5 till 6% töjning i magnesium och 4-8 J slagtålighet. Det är det som gör det mer flexibelt och stötdämpande.
Men i aluminium är töjningsintervallet 1 till 10% och har 3-5 J slaghållfasthet. Detta innebär att de är lite mer spröda.
Utmattningshållfasthet
Metallers förmåga att motstå upprepade påfrestningar kallas utmattningshållfasthet.
Magnesiumlegeringar ger 70-150 MPa utmattningshållfasthet. Även om de är mindre starka än aluminium ger de tillförlitlighet.
Utmattningshållfastheten i aluminium varierar mellan 90 och 180 MPa. Det gör det lämpligt för användning i motordelar.
Hårdhet
Metallernas hårdhet mäter deras reptålighet. Magnesium har t.ex. 60-80 HB hårdhet och räknas till kategorin mjuka metaller. Under tiden är aluminium 70-100 HB hårdare. Så det är mer hållbart.
Motstånd mot krypning
Värme påverkar materialens kvalitet och prestanda med tiden. Parametern krypmotstånd är en typ som mäter metallers värmebeständighet över tid.
Magnesium är t.ex. begränsat till användning i höga temperaturer, vilket gör att det försvagas snabbare. I det här fallet är aluminium det bästa alternativet eftersom det klarar högre temperaturer.
Slutsats:
I Pressgjutning av magnesiumMagnesiumlegeringar stelnar snabbt, men det finns risk för högre brandrisk. Samtidigt tar det lite längre tid för aluminium att svalna än för magnesium. Det ger dock hållbarhet vid tillverkning av delar. Du kan använda magnesium som en lättviktsmetall för att snabbt producera delar i stora volymer. Å andra sidan passar aluminium till starkare delar som inte får korrodera över tid. Det rätta valet av metall mellan magnesium och aluminium kan dock göras genom att väga applikationsbehoven.