Basınçlı Döküm için Magnezyum Alaşımları: Türleri ve Özellikleri

Basınçlı döküm için en yaygın kullanılan magnezyum alaşımları AZ91D, AM60B ve AM50A'dır. — her biri farklı mühendislik gereksinimlerine uygun, farklı bir güç, süneklik ve dökülebilirlik dengesi sunar. AZ91D, en iyi güç ve korozyon direnci kombinasyonuyla genel amaçlı uygulamalara hakim olurken, AM60B ve AM50A, enerji emilimi ve uzamanın sertlikten daha önemli olduğu durumlarda tercih edilir. Magnezyum alaşımlı dökümler magnezyum otomotiv, elektronik ve havacılık sektörlerinde değerlidir çünkü magnezyum en hafif yapısal metal Alüminyumdan yaklaşık %33 ve çelikten %75 daha hafif olup, yapısal bütünlükten ödün vermeden önemli ölçüde ağırlık tasarrufu sağlar.

Basınçlı Dökümde Neden Magnezyum Kullanılır?

Magnezyum alaşımları, birbirine bağlı çeşitli nedenlerden dolayı yüksek basınçlı döküme (HPDC) benzersiz şekilde uygundur. Saf magnezyumun yoğunluğu yalnızca 1,74 gr/cm³ — alüminyum için 2,70 g/cm³ ve çelik için 7,87 g/cm³ ile karşılaştırıldığında — kütle azaltmanın tasarım önceliği olduğu durumlarda tercih edilen seçimdir.

Magnezyum alaşımları, ağırlığın ötesinde, onları ticari açıdan çekici kılan işleme avantajları sunar:

• Döküm sıcaklığında mükemmel akışkanlık: Magnezyum alaşımları ince duvarlı bölümlere kolayca akar 0,6–1,0 mm tek bir çekimde karmaşık, ağa yakın şekilli parçalara olanak sağlar.
• Hızlı çevrim süreleri: Magnezyum hızla katılaşır; döngü süreleri genellikle %25–50 daha hızlı karşılaştırılabilir alüminyum dökümlere göre parça başına üretim maliyetini azaltır.
• Eriyiğin düşük ısı içeriği: Daha düşük termal kütle, kalıp termal yorgunluğunu azaltır ve kalıp ömrünü Alüminyuma kıyasla 2–3× .
• İyi işlenebilirlik: Magnezyum, işlenmesi en kolay metaller arasındadır ve kesme hızları 10 kat daha hızlı çeliğe göre daha az takım aşınması gerektirir.
• Yüksek mukavemet/ağırlık oranı: Magnezyum alaşımları, birçok alüminyum alaşımı ve bazı çeliklerle rekabet edebilecek belirli mukavemet değerlerine ulaşır.

Bu özellikler, otomotiv gösterge paneli yapılarında, direksiyon kolonu braketlerinde, koltuk çerçevelerinde ve tüketici elektroniği muhafazalarında magnezyum alaşımlı basınçlı dökümleri standart bileşenler haline getirmiştir.

Basınçlı Dökümde En Yaygın Magnezyum Alaşımları

Magnezyum basınçlı döküm alaşımları ASTM tarafından tanımlanan bir harf-sayı sistemiyle belirtilir. Harfler birincil ve ikincil alaşım elementlerini (A = alüminyum, Z = çinko, M = manganez, S = silikon, E = nadir toprak) gösterir ve sayılar bunların yaklaşık ağırlık yüzdelerini gösterir.

AZ91D — Sektörün İş Makinası

AZ91D yaklaşık olarak içerir %9 alüminyum ve %1 çinko Korozyona karşı dayanıklılık için kontrollü manganez içeriğine sahiptir. Yaklaşık olarak şunu ifade ediyor Tüm magnezyum basınçlı döküm üretiminin %90'ı küresel olarak ve hiçbir özel işlevsel gereksinimin başka bir alaşımı tercih etmediği durumlarda varsayılan seçimdir.

AZ91D, standart basınçlı döküm alaşımı ailesinde en yüksek akma mukavemetini ve nihai çekme mukavemetini, iyi dökülebilirliği ve sıkı bir şekilde kontrol edilen demir, bakır ve nikel safsızlık limitleri (her biri %0,005'in altında) nedeniyle yaygın Mg-Al alaşımları arasında en iyi genel korozyon direncini sunduğu için tercih edilir.

AM60B — Süneklik ve Enerji Emilimi

AM60B şunları içerir: %6 alüminyum ve %0,3 manganez çinko ilavesi olmadan. Alüminyumun %9'dan %6'ya düşürülmesi, mukavemeti biraz azaltır ancak uzamayı önemli ölçüde artırır — AM60B şunu başarır: %8 uzama AZ91D'nin %3'üne kıyasla. Bu, çarpışma enerjisi emiliminin bir tasarım gereksinimi olduğu direksiyon simidi, koltuk çerçeveleri ve kapı iç panelleri gibi otomotiv güvenliği açısından kritik bileşenler için onu tercih edilen alaşım haline getiriyor.

AM50A — Maksimum Süneklik

AM50A şunları içerir: %5 alüminyum ve en yüksek uzamayı sağlar ( %10'a kadar ) standart basınçlı döküm alaşımlarından daha düşük çekme mukavemeti pahasına. Gösterge paneli çapraz kirişleri ve Cabrio araçlardaki devrilmeye karşı koruma yapıları gibi kırılmadan önce maksimum deformasyon gerektiren uygulamalarda kullanılır.

AS41B ve AE44 — Yüksek Sıcaklık Alaşımları

Standart AZ ve AM alaşımları yukarıda belirtilenlerin üzerinde önemli ölçüde sürünme direncini kaybeder 120°C Tane sınırlarında Mg₁₇Al₁₂ intermetalik fazın yumuşaması nedeniyle. Şanzıman kutuları, yağ karteri ve motor braketleri gibi güç aktarım sistemi uygulamaları için yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımlar gereklidir:

• AS41B (%4 Al, %1 Si): Silikon ilavesi termal olarak stabil Mg₂Si çökeltileri oluşturarak sürünme direncini 150°C .
• AE44 (%4 Al, %4 nadir toprak): Nadir toprak ilaveleri (seryum, lantan), yüksek sıcaklık dayanımını ve sürünme direncini önemli ölçüde artırır. 175°C BMW ve Porsche motor yataklarında ve şanzıman muhafazalarında kullanılır.

Temel Basınçlı Döküm Alaşımlarının Mekanik Özelliklerinin Karşılaştırılması

Aşağıdaki tablo, ASTM standartlarına göre en önemli magnezyum basınçlı döküm alaşımlarının temel mekanik özelliklerini karşılaştırarak alaşım seçimi için veriye dayalı bir temel sağlar:

Magnezyum Alaşımlı Basınçlı Dökümlerin Başlıca Uygulamaları

Magnezyum alaşımlı dökümler geniş bir endüstri yelpazesinde bulunur; otomotiv en büyük pazarı yaklaşık olarak temsil eder. Toplam tüketimin %70'i .

Otomotiv Endüstrisi

Araçta tasarruf edilen her kilogram, yakıt tüketimini yaklaşık olarak azaltır 100 km'de 0,06–0,08 litre aracın ömrü boyunca. Tipik magnezyum döküm otomotiv bileşenleri şunları içerir:

• Gösterge paneli yapıları ve çapraz kirişler (AM60B, AM50A)
• Direksiyon armatürleri ve kolon braketleri (AM60B)
• Şanzıman kasaları ve transfer kutusu muhafazaları (AZ91D, AE44)
• Koltuk çerçeveleri ve kapı iç panelleri (AM60B)
• Yüksek sıcaklık bölgelerindeki motor braketleri ve yağ karterleri (AS41B, AE44)

Tüketici Elektroniği

Elektronik endüstrisi, AZ91D'yi dizüstü bilgisayar muhafazaları, kamera gövdeleri, akıllı telefon yapısal çerçeveleri ve tablet kabukları için yaygın olarak kullanıyor. Magnezyum sağlar mükemmel EMI (elektromanyetik girişim) koruması - kadar zayıflama 90 dB 30 MHz'den 1 GHz'e kadar frekanslarda - plastik muhafazalara göre önemli bir avantaj.

Havacılık ve Savunma

Her gramın önemli olduğu havacılık alanında, helikopter dişli kutusu muhafazalarında, uçak koltuk çerçevelerinde ve aviyonik muhafazalarında magnezyum alaşımlı döküm dökümler görülür. Çalışma sıcaklıklarının 150°C'yi aştığı durumlarda nadir toprak katkılı özel alaşımlar kullanılır.

Elektrikli Aletler ve Spor Ekipmanları

Elektrikli alet muhafazaları, motorlu testere gövdeleri ve bisiklet bileşenleri, magnezyumun hafifliği ile yeterli sağlamlığın birleşiminden faydalanır. AZ91D, bu uygulamalar için standart alaşımdır ve bitmiş parça ağırlığının azaltılmasını sağlar. Benzer alüminyum dökümlere kıyasla %30–35 .

Magnezyum Alaşımları için Basınçlı Döküm Prosesi

Magnezyum alaşımlı basınçlı dökümler, her biri farklı avantajlara sahip iki ana proses çeşidi kullanılarak üretilir:

Sıcak Kamara Basınçlı Döküm

Magnezyum basınçlı dökümün çoğu, sıcak hazne (kaz boynu) işlemini kullanır çünkü magnezyumun düşük demir çözünürlüğü, enjeksiyon sisteminin önemli bir erozyon olmadan eriyiğe daldırılmasına olanak tanır. Magnezyum sıcak hazneli döküm için temel parametreler şunları içerir:

• Erime sıcaklığı: Alaşıma bağlı olarak 620–680°C
• Enjeksiyon basıncı: 35–105 MPa
• Kalıp sıcaklığı: 180–260°C
• Çevrim süresi avantajı: Soğuk kamaralı alüminyum döküme göre %40–60 daha hızlı

Soğuk Oda Basınçlı Döküm

Soğuk kamara döküm, sıcak kamara makinesi kapasitesinin yetersiz olduğu daha büyük, daha ağır magnezyum parçalar için kullanılır. Erimiş metal, her döngüde püskürtme manşonuna dökülür. Enjeksiyon basınçları daha yüksektir ( 70–140 MPa ), daha düşük gözenekliliğe sahip daha yoğun dökümler üretir - yapısal otomotiv uygulamaları için tercih edilir.

İşleme Sırasında Eriyik Koruması

Erimiş magnezyum hızla oksitlenir ve havaya veya neme maruz kaldığında tutuşabilir. Modern basınçlı döküm tesisleri, eriyik yüzeyini bir SF₆ ve CO₂ veya SO₂ gaz karışımını kapsar veya tescilli inhibitörler içeren kuru hava. SF₆ konsantrasyonları şu kadar düşük: hacimce %0,2 Kapak gazındaki oksidasyonu bastırmak için yeterlidir. Bu güvenlik gerekliliği prosesin karmaşıklığını artırır ancak ticari operasyonlarda iyi bir şekilde yerleşmiştir.

Magnezyum Basınçlı Dökümlerin Korozyon Direnci

Korozyon direnci, magnezyum alaşımlarının en sık bahsedilen sınırlamasıdır. Korunmasız magnezyumun standart elektrot potansiyeli vardır. –2,37V Bu da onu oldukça anodik hale getirir ve diğer birçok yapısal metalle temas ettiğinde galvanik korozyona karşı duyarlı hale getirir.

Bununla birlikte, modern alaşımların (AZ91D, AM60B) yüksek saflık tanımı birincil korozyon mekanizmasına yöneliktir. Araştırma, demir içeriğinin kritik bir oranın altında sınırlandırılmasının Fe/Mn ≤ 0,032 korozyon oranını bir kat azaltır 10–100× daha eski, daha düşük saflıkta alaşımlarla karşılaştırıldığında. Tuz püskürtme testinde (ASTM B117) AZ91D artık basınçlı döküm alüminyum alaşımı 380 ile karşılaştırılabilir korozyon oranlarına ulaşıyor.

Korozyona karşı koruma amacıyla magnezyum basınçlı dökümlere uygulanan yüzey işlemleri şunları içerir:

• Mikro ark oksidasyonu (MAO / PEO): 10–30 μm kalınlığında sert bir seramik oksit tabakası oluşturur; mükemmel korozyon ve aşınma direnci sağlar.
• Krom içermeyen dönüşüm kaplamaları: Otomotiv uygulamalarında boya yapışma temeli olarak kullanılan fosfat-permanganat veya titanyum/zirkonyum bazlı astarlar.
• E-kat (elektrokaplama) son kat: Standart otomotiv boyama işlemi; AZ91D bileşenleri uygun ön işleme tabi tutularak elde edilir 500 saat ASTM B117 tuz spreyinde.
• Polimer toz kaplama: Hem estetik hem de korozyon direncinin gerekli olduğu elektronik muhafazalar ve tüketim malları için kullanılır.

Basınçlı Döküm Projeniz için Doğru Magnezyum Alaşımını Nasıl Seçersiniz?

Magnezyum basınçlı dökümler için alaşım seçimi, işlevsel gereksinimlerin yapılandırılmış bir değerlendirmesiyle yönlendirilmelidir. Aşağıdaki karar çerçevesini kullanın:

1. Çalışma sıcaklığını tanımlayın: Parçada sürekli 120°C'nin (motor bölmesi, şanzıman) üzerinde sıcaklıklar görülecekse, standart AZ/AM alaşımları uygun değildir; AS41B (150°C'ye kadar) veya AE44'ü (175°C'ye kadar) belirtin.
2. Birincil mekanik gereksinimi belirleyin: Maksimum güç ve sertliğe ihtiyaç duyuluyorsa (muhafazalar, braketler, yapısal paneller) AZ91D'yi seçin. Süneklik ve çarpışma enerjisi emilimi kritik öneme sahipse (güvenlik bileşenleri, koltuk yapıları), AM60B veya AM50A'yı seçin.
3. Duvar kalınlığını ve geometri karmaşıklığını değerlendirin: Çok ince duvarlar (1,5 mm'nin altında) ve karmaşık geçitler, AZ91D'nin üstün akışkanlığından yararlanır. AM serisi alaşımlar biraz daha az akışkandır ve karmaşık geometriler için kapının yeniden tasarlanmasını gerektirebilir.
4. Korozyon ortamını değerlendirin: Dış mekan veya yüksek neme maruz kalma için, yüksek saflık derecelerini belirtin (AZ91D'deki "D" ve AM60B'deki "B", yüksek saflıktaki versiyonları belirtir) ve en başından itibaren uygun yüzey işlemini planlayın.
5. İşlem sonrası gereksinimleri göz önünde bulundurun: Parça kaynak yapılacaksa AM serisi alaşımlar, daha düşük çinko içeriği nedeniyle AZ91D'ye göre daha kaynaklanabilir, bu da sıcak çatlama eğilimini azaltır.

Ticari basınçlı döküm projelerinin çoğunluğu için (muhafazalar, braketler, yapısal çerçeveler) AZ91D varsayılan başlangıç noktası olmaya devam ediyor ve yalnızca belirli testler veya işlevsel analizler AM60B, AM50A veya yüksek sıcaklık alaşımına geçişte açık bir avantaj gösterdiğinde değiştirilmelidir.