ریخته گری منیزیم: راه حل های فلزی سبک وزن

1. مقدمه

ریخته گری منیزیم نشان دهنده همگرایی منحصر به فرد از عملکرد سبک و تولید با حجم بالا است.

به عنوان سبکترین فلز ساختاری, منیزیم مزایای قابل توجهی در بخش هایی دارد که در آن کاهش وزن, نسبت قدرت به وزن, و عملکرد حرارتی انتقادی هستند.

ریخته گری چیست?

دایکستینگ یک فرآیند تشکیل فلزی است که در آن فلز مذاب با سرعت و فشار زیاد به قالب فولادی تزریق می شود, تولید قطعات نزدیک به شکل با دقت ابعادی بالا.

منیزیم, به دلیل ذوب کم آن (~650°C), قابلیت بازیگری عالی, و سیالیت بالا, از نظر ایده آل برای این فرآیند مناسب است.

چرا منیزیم?

• تراکم: ~ 1.78 گرم در سانتی متر مربع (33 33 ٪ سبک تر از آلومینیوم, 75% سبک تر از فولاد)
• نسبت استحکام به وزن بالا
• میرایی لرزش عالی و محافظ الکترومغناطیسی

2. آلیاژهای منیزیم برای ریخته گری

آلیاژهای ریخته گری منیزیم به طور خاص برای ارائه ترکیبی از عملکرد سبک طراحی شده اند, قابلیت استفاده, استحکام مکانیکی, و مقاومت در برابر خوردگی.

متداول ترین آلیاژهای منیزیم در ریخته گری مرده متعلق به AM است, در, و سری AE, با سایر آلیاژهای تخصصی که برای کاربردهای صنعتی با درجه حرارت بالا یا طاقچه ایجاد شده اند.

طبقه بندی آلیاژهای ریخته گری منیزیم

آلیاژهای منیزیم بر اساس عناصر اصلی آلیاژ آنها طبقه بندی می شوند. کنوانسیون نامگذاری به طور معمول منعکس کننده ترکیب شیمیایی, کجا:

• الف = آلومینیوم
• ز = روی
• م = منگنز
• اشمیه = زمین های نادر (به عنوان مثال, سریم, یدتیم, نیودیمیم)
• اس = سیلیکون
• ک = زیرکونیوم

به عنوان مثال, AZ91D در درجه اول از آلومینیوم (9%) و روی (1%), با افزودنیهای ردیابی منگنز و سایر عناصر برای پالایش دانه و ثبات.

سری آلیاژ منیزیم رایج برای ریخته گری

3. فرآیندهای ریخته گری منیزیم

ریخته گری منیزیم یک روش تولید دقیق است که در آن آلیاژ منیزیم مذاب با فشار زیاد به قالب فولادی تزریق می شود تا اجزای خالص یا شکل نزدیک به شکل تولید شود.

اتاق گرم در مقابل. ریخته گری اتاق سرد سرد

ریخته گری آلیاژ منیزیم از دو نوع دستگاه اصلی استفاده می کند: محفل داغ و محفل سرد سیستم.

هر کدام متناسب با ویژگی های مختلف آلیاژ است, اندازه اجزای, و الزامات تولید.

بازیگران داغ اتاق داغ

ماشین های اتاق گرم, اغلب به عنوان سیستم های Gooseneck, رایج ترین انتخاب برای منیزیم به دلیل نقطه ذوب نسبتاً کم فلز و عدم واکنش با فولاد است.

این روش به ویژه برای آن کارآمد است اجزای کوچک و متوسط, به طور معمول وزن کمتر از 2 کلوت.

در این پیکربندی, را گلدان ذوب یکپارچه است به واحد تزریق.

آلیاژ منیزیم مذاب در این گلدان ساکن است, و یک مکانیسم Plunger آن را از طریق یک تزریق می کند کانال شکل مستقیماً در حفره مرده.

مسیر کوتاه بین استخر مذاب و قالب تلفات حرارتی را به حداقل می رساند و دمای تزریق مداوم را حفظ می کند, به طور معمول در اطراف 640-680 درجه سانتیگرادideal برای سیالیت منیزیم.

زمان چرخه دامنه بین 10-30 ثانیه, تهیه ریخته گری چمبر گرم مناسب برای تولید با حجم بالا قطعات نازک یا هندسی از نظر هندسی مانند:

• محفظه دستگاه های تلفن همراه
• قاب های دوربین
• محفظه های الکترونیکی کوچک

با این حال, سیستم یکپارچه تزریق ذوب نیز محدودیت هایی دارد.

آلیاژها با نقاط ذوب بالاتر یا آنهایی که بیشتر مستعد هستند اکسیداسیون و آلودگی (مانند آلومینیوم یا ترکیبات غنی از زمین نادر) هستند سازگار نیست با این روند.

قرار گرفتن در معرض مداوم فلز مذاب به هوا خطر اکسیداسیون را افزایش می دهد, کاهش پاکیزگی آلیاژ به مرور زمان.

ریخته گری اتاق سرد سرد

در مقابل, ماشین های سرد مهندسی شده برای قطعات بزرگتر و پیچیده تر, اغلب وزن می شود 25 کیلوگرم یا بیشتر.

این روش کوره ذوب را از سیستم تزریق جدا می کند, ارائه دهنده کنترل بیشتر بر کیفیت آلیاژ و پایداری دما.

در عمل, منیزیم مذاب است به صورت دستی یا روبات از یک مصلوب خارجی به آستین شات.

یک پلونگر هیدرولیک سپس فلز را به داخل می کشاند فشارهای تزریق بالا- به طور معمول بین 50 و 150 MPa.

این جداسازی امکان دستیابی بهتر آلیاژهای حساس به دوچرخه سواری حرارتی و قرار گرفتن در معرض هوا را فراهم می کند.

ریخته گری قالب سرد معمولاً در تولید استفاده می شود:

• خودرو اجزای شاسی
• براکت های ساختاری
• محورهای گیربکس
• بازیگران بزرگ تحرک الکترونیکی

اگرچه زمان چرخه به دلیل قدم اضافی و دوره های جامد طولانی مدت طولانی تر است,

این روند برای برنامه های مورد نیاز مناسب تر است استحکام بالاتر, دقت, و بخش های دیواری ضخیم تر.

4. طراحی قالب و ابزار در ریخته گری منیزیم

عملکرد, قابلیت اطمینان, و راندمان هزینه ریخته گری منیزیم به شدت به قالب بستگی دارد (مردن) استراتژی طراحی و ابزار.

یک مرگ به خوبی طراحی شده نه تنها دقت و تکرارپذیری بعدی را تضمین می کند بلکه عمر ابزار را به حداکثر می رساند و نقص ریخته گری مانند تخلخل را به حداقل می رساند, پیچیدگی, یا پر کردن ناقص.

مواد مرده و روکش های سطحی

با توجه به فشارهای تزریق بالا (تا 150 MPa) و دوچرخه سواری حرارتی سریع (از 650 درجه سانتیگراد منیزیم مذاب برای مرگ دمای 200-250 درجه سانتیگراد), مواد مرده باید داشته باشند:

• مقاومت در برابر خستگی حرارتی بالا
• مقاومت در برابر سایش عالی
• چقرمگی خوب و جلا دادن

مواد قالب مشترک:

• فولاد ابزار H13: استاندارد صنعت برای آلیاژ منیزیم در حال مرگ است; فولاد سخت کننده هوا با محتوای زیاد کروم و مولیبدن.
• حق بیمه H11 یا H21: انتخاب می شود که در هندسه های پیچیده به قدرت گرم یا مقاومت بیشتری نیاز باشد.

درمان های سطحی:

برای گسترش عمر و کاهش لحیم کاری (چسبندگی فلزی), درمان های سطحی اعمال می شود:

• پوشش های PVD/CVD (به عنوان مثال, TiN, CrN): کمبود پایین, سطوح سخت.
• نیتریدینگ: سختی سطح و مقاومت در برابر سایش را تقویت می کند.
• بانوری: در مناطق بحرانی مستعد فرسایش استفاده می شود.

عناصر طراحی بحرانی

• سیستم های خنک کننده: مدارهای چند کانال زمان چرخه را تا حداکثر کاهش می دهد 25%.
• گیت و تهویه: دریچه های دیواری نازک (0.05-0.1 میلی متر) تخلخل گاز را به حداقل برسانید.
• امید به زندگی: 500,000-2 میلیون چرخه, بستگی به آلیاژ و نگهداری دارد.

5. خواص آلیاژ منیزیم

آلیاژهای منیزیم ترکیبی منحصر به فرد از سبک وزن را ارائه می دهند, قدرت مکانیکی خوب, قابلیت استفاده, و عملکرد حرارتی, آنها را برای کاربردهای ساختاری و الکترونیکی ایده آل می کند.

خواص اصلی آلیاژهای ریخته گری منیزیم مشترک

6. رفتار خوردگی و حفاظت از سطح

در حالی که منیزیم به دلیل نسبت سبک وزن و قدرت به وزن آن جایزه می گیرد, رفتار خوردگی آن یک چالش مهندسی قابل توجه را نشان می دهد, مخصوصاً در مرطوب, نمکی, یا محیط های شیمیایی تهاجمی.

تمایلات خوردگی ذاتی منیزیم

منیزیم دارای یک سطح بسیار واکنش پذیر است و در سری گالوانیک کم است, آن را از نظر ترمودینامیکی در برابر اکسیداسیون و حمله الکتروشیمیایی آسیب پذیر می کند.

برخلاف آلومینیوم, لایه اکسید طبیعی منیزیم (مگس) متخلخل و غیر پایبند است, ارائه محافظت محدود.

خطرات اصلی خوردگی:

• خوردگی گالوانیک هنگام تماس با فلزات نجیب تر (به عنوان مثال, فولاد, مس)
• خوردگی در محیط های حاوی کلرید (به عنوان مثال, نمک جاده, آب دریا)
• خوردگی فیلی فرم و شکاف زیر پوشش یا در اتصالات محکم
• تکامل هیدروژن, که می تواند میکرو خرد و تخلخل را تشدید کند

عملکرد خوردگی توسط آلیاژ

آلیاژهای مختلف منیزیم سطح مختلفی از مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهند:

• AZ91D: مقاومت متوسط; مناسب برای محیط های داخلی یا خفیف خورنده.
• am60b: به دلیل پایین بودن محتوای آلومینیومی کمی بهتر است.
• AE44 / QE22: مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته به دلیل عناصر نادر زمین, حتی در دمای بالا.

استراتژی های حفاظت از سطح

با توجه به محدودیت فیلم اکسید بومی منیزیم, درمان های سطح پس از بازی تقریباً همیشه مورد نیاز است, به خصوص در خودرو, هوافضا, یا برنامه های دریایی.

پوشش های تبدیل کرومات (CCC)

• روش سنتی, غالباً به رنگ زرد یا رنگ رنگ
• محافظت از خوردگی متوسط ​​را فراهم می کند
• کرومات های شش ضلعی به دلیل مقررات زیست محیطی در حال خارج شدن هستند

آندایز کردن (مگس, غوغا 17, هه)

• برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی یک لایه اکسید ضخیم تر تولید می کند
• کمتر از آنودایزاسیون آلومینیوم مؤثر است; اغلب به عنوان پایه ای برای رنگ استفاده می شود

اکسیداسیون میکرو قوس (مائو) / اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (پئو)

• لایه سطح پیشرفته سرامیکی مانند
• ثبات حرارتی عالی, مقاومت در برابر سایش و خوردگی
• مناسب برای برنامه های سطح بالا (به عنوان مثال, هوافضا, نظامی, باتری های EV)

پوشش های ارگانیک & سیستم های رنگی

• روکش های اپوکسی یا پلی استر که از طریق پوشش پودر یا برق استفاده می شود (روکش الکترونیکی)
• باید با پیش درمانی مناسب استفاده شود (به عنوان مثال, تبدیل فسفات یا زیرکونیوم)
• در ارائه حفاظت از چند ساله در خدمات خودرو مؤثر است

آبکاری نیکل الکترولس

• هم خوردگی و هم مقاومت در برابر سایش را فراهم می کند
• مناسب برای اجزای دقیق که نیاز به ثبات بعدی دارند

8. برنامه های ریخته گری منیزیم

صنعت خودرو

منیزیم به طور گسترده در صنعت خودرو برای کاهش وزن وسایل نقلیه و بهبود راندمان و عملکرد سوخت استفاده می شود.

به عنوان تولید کنندگان خودرو ، اهداف سخت افزاری تر انتشار را دنبال می کنند و تحرک برقی کشش می یابد, ارتباط منیزیم به سرعت در حال گسترش است.

اجزای مشترک خودرو:

• هسته های فرمان
• تیرهای متقاطع داشبورد
• محورهای گیربکس
• قاب های صندلی و مکانیسم های چرمی
• پانل ابزار پشتیبانی می کند
• موارد انتقال و پوشش گیربکس
• محفظه کلاچ
• محفظه باتری (برای EVS)

هوافضا و دفاع

در برنامه های هوافضا, تقاضا برای مواد سبک وزن با استحکام بالا و لرزش باعث می شود آلیاژهای منیزیم به ویژه با ارزش باشند.

نسبت قدرت به وزن برتر آنها و ماشینکاری خوب در حمل و نقل هوایی نظامی و تجاری مفید است.

اجزای هوافضا:

• محورهای انتقال روترافت
• اتصالات فریم و پانل های دسترسی
• زمین های هوایی
• براکت و پشتیبانی داخلی
• اجزای محفظه خلیج و کابین خلبان

الکترونیک و مخابرات

ریخته گری منیزیم به طور گسترده در صنعت الکترونیک پذیرفته شده است, جایی که سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و مدیریت حرارتی بسیار مهم است.

منیزیم هم پشتیبانی مکانیکی و هم محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی را فراهم می کند (EMI).

قطعات الکترونیکی مشترک:

• محفظه های لپ تاپ و تبلت
• قاب های تلفن هوشمند
• بدنهای دوربین
• قاب های تلویزیون و مانیتور
• درایو هارد دیسک (HDD) روکش ها
• محفظه پروژکتور
• پوشش تجهیزات سرور و مخابراتی

ابزارهای صنعتی و قدرت

برای ابزارهای دستی یا قابل حمل, وزن کم و قدرت خستگی منیزیم مزایای قابل توجهی ارگونومیک را ارائه می دهد.

این ماده همچنین جذب شوک و هدایت حرارتی را در محیط های سنگین تقویت می کند.

برنامه های کاربردی:

• محفظه های مته برق
• وسایل اره دایره ای
• اجسام آچار ضربه ای
• محفظه ابزار باتری
• سینک های حرارتی و قاب های موتور

بازارهای نوظهور و روندهای آینده

همانطور که تکنولوژی تکامل می یابد, منیزیم در حال یافتن نقش های جدید در کاربردهای مختل کننده است - به ویژه مواردی که شامل روباتیک سبک وزن است, سیستم های خودمختار, و تحرک برقی.

برنامه های کاربردی در حال ظهور:

• هواپیماهای بدون سرنشین و پهپادها
• قاب های دوچرخه الکترونیکی و ماژول های باتری
• محفظه سنسور وسیله نقلیه خودمختار
• اجزای دستگاه پزشکی (به عنوان مثال, پروتز, براکت ها)
• حمل و نقل پایدار (اسکوتر الکترونیکی, سیستم عامل های خرد تحرک)

9. مزایا و مضرات ریخته گری منیزیم

ریخته گری منیزیم به دلیل ویژگی های استثنایی وزن به عملکرد ، به طور فزاینده ای در تولید مدرن مورد علاقه است.

مزایای ریخته گری منیزیم

سبکترین فلز ساختاری

منیزیم چگالی دارد 1.74 g/cm³, تقریبا 35% سبک تر از آلومینیوم و 75% سبک تر از فولاد,

ایده آل برای برنامه هایی که در آن کاهش وزن بسیار مهم است (به عنوان مثال, هوافضا, EVS, ابزارهای دستی).

ریخته گری عالی

آلیاژهای منیزیم ویژگی های جریان برتر را نشان می دهند, فعال کردن ریخته گری دیواره نازک, مجتمع, و هندسه های بسیار دقیق با حداقل تخلخل یا نقص انقباض.

نسبت قدرت به وزن بالا

بسیاری از آلیاژهای منیزیم (به عنوان مثال, AZ91D, AE44) عملکرد مکانیکی چشمگیر نسبت به توده آنها ارائه دهید, نقاط قوت کششی در 200-280 MPa محدوده.

ماشینکاری برتر

ماشین های منیزیم سریعتر و با ابزار کمتری نسبت به آلومینیوم, کاهش زمان تولید و نگهداری ابزار. تراشه های آن به راحتی می شکنند و گرما را از منطقه برش دور می کنند.

محافظ الکترومغناطیسی

منیزیم مؤثر است محافظ EMI/RFI, آن را برای محفظه های الکترونیکی بسیار مناسب می کند, از راه دور, و واحدهای کنترل خودرو.

ظرفیت میرایی

این ماده دارای خواص لرزش عالی است, به کاهش سر و صدا, شوک زدن, و خستگی در اجزای ابزار خودرو و برق.

قابلیت بازیافت

آلیاژهای منیزیم هستند 100% قابل بازیافت با حداقل تخریب خواص, حمایت از ابتکارات تولید و پایداری دایره ای.

مضرات ریخته گری منیزیم

حساسیت خوردگی

منیزیم است بسیار واکنشی و مستعد به خوردگی گالوانیک و گودال, به خصوص در محیط های غنی از کلرید یا مرطوب. حفاظت از سطح (به عنوان مثال, پوشش, آندایز کردن) به طور معمول اجباری است.

قدرت با درجه حرارت بالا محدود

بیشتر آلیاژهای منیزیم تجاری در دمای بالا نرم می شوند, محدود کردن استفاده از آنها در بالا 120-175 درجه سانتیگراد. آلیاژهای تخصصی مانند AE44 و QE22 پیشرفت های متوسطی را ارائه می دهند.

هزینه بالا

هزینه مواد اولیه منیزیم به طور کلی است 30% بالاتر از آلومینیوم.

علاوه بر این, پردازش آلیاژهای منیزیم به دلیل واکنش پذیری فلز نیاز به تجهیزات تخصصی و کنترل دارد, افزایش هزینه های کلی تولید.

اکسیداسیون و اشتعال

منیزیم مذاب می تواند در صورت عدم استفاده صحیح از آن مشتعل شود. این امر ضروری است پروتکل های ریخته گری دقیق, جو محافظ (به عنوان مثال, جایگزین های SF₆), و تجهیزات ایمنی.

انعطاف پذیری پایین تر از آلومینیوم

اگرچه آلیاژهای منیزیم مانند AM60B کشیدگی مناسبی را ارائه می دهند, بیشتر آلیاژها شکننده تر هستند از همتایان آلومینیومی آنها, که ممکن است تغییر شکل در مناطق خرابی یا تشکیل برنامه ها را محدود کند.

محدودیت های جوشکاری

منیزیم است جوشکاری دشوار است, مخصوصاً با استفاده از روشهای معمولی. جوش زدن اصطکاک و جوشکاری لیزر گزینه های دیگری را ارائه می دهد اما پیچیدگی و هزینه را اضافه می کند.

10. چرا ریخته گری منیزیم گرانتر است?

هزینه بالاتر ریخته گری آلیاژ منیزیم را می توان به چندین عامل نسبت داد.

اولا, هزینه مواد اولیه منیزیم بالاتر از فلزات متداول در حال مرگ مانند آلومینیوم است.

تولید منیزیم به فرآیندهای پر انرژی بیشتری نیاز دارد, کمک به قیمت نسبتاً گران آن.

دوم, آلیاژهای منیزیم واکنش پذیر تر هستند و در هنگام ذوب نیاز به کار و تجهیزات تخصصی دارند, ریخته گری, و مراحل پردازش.

این شامل استفاده از جوهای محافظ در هنگام ذوب برای جلوگیری از اکسیداسیون است, که به هزینه های عملیاتی می افزاید.

علاوه بر این, نیاز به تیمارهای سطحی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی بیشتر هزینه کلی قطعات ریخته شده منیزیم را در مقایسه با برخی دیگر از فلزات که ممکن است نیاز به درمان گسترده کمتری داشته باشند افزایش می دهد.

11. مقایسه با سایر مواد ریخته گری

ریخته گری منیزیم اغلب با سایر مواد مشترک مقایسه می شود, مانند آلومینیوم و روی, به دلیل استفاده گسترده آنها در اجزای دقیق.

هر ماده تعادل منحصر به فرد از خواص را ارائه می دهد, هزینه, و قابلیت پردازش.

پارامترهای تطبیقی ​​کلیدی

12. نتیجه گیری

ریخته گری منیزیم به یک تبدیل شده است فناوری تولید بحرانی برای اولویت بندی صنایع قدرت سبک وزن, دقت, و توان تولید بالا.

در حالی که همراه با مواد است, ابزار سازی, و چالش های حفاظت از سطح, آن را مزایای عملکرد- به ویژه در حمل و نقل و الکترونیک - برای توجیه استفاده از آن حاکم است.

به عنوان تغییر جهانی به سمت برق, پایداری, و مهندسی سبک وزن تسریع کردن, ریخته گری منیزیم فقط در استراتژی های طراحی و ساخت مدرن بسیار مهم تر می شود.

سفارشی که خدمات ریخته گری با این کار

این با کیفیت بالا ارائه می دهد عرف خدمات ریخته گری متناسب با مشخصات دقیق خود.

با سالها تجربه و تجهیزات پیشرفته, ما در تولید اجزای فلزی دقیق با استفاده از تخصص داریم آلومینیوم, روی, و منیزیم آلیاژها.

آنچه ما ارائه می دهیم:

• OEM & ODM راه حل های ریخته گری
• حمایت کردن تولید کوچک تا با حجم بالا
• طراحی قالب سفارشی و پشتیبانی مهندسی
• تحمل ابعادی محکم و اتمام سطح عالی
• عملیات ثانویه, از جمله ماشینکاری CNC, درمان سطح, و مجمع

سوالات متداول

آیا منیزیم آسان برای ریخته گری است?

منیزیم به دلیل سیالیت عالی و نقطه ذوب کم ، منیزیم نسبتاً آسان است (~650°C).

با این حال, واکنش پذیری شیمیایی بالا آن برای جلوگیری از اکسیداسیون و اطمینان از ریخته گری با کیفیت بالا به جو کنترل شده و تجهیزات تخصصی نیاز دارد.

چگونه منیزیم می میرد?

منیزیم می میرند به طور معمول از فولادهای ابزار با استحکام بالا مانند H13 ساخته می شوند, که برای سختی و دوام تحت گرما قرار می گیرند.

آنها اغلب شامل کانال های خنک کننده دقیق و پوشش های سطح هستند (مانند PVD یا CVD) برای مقاومت در برابر خستگی حرارتی و سایش در طول چرخه ریخته گری مکرر.

چه فلزی برای ریخته گری مرده بهترین است?

بهترین فلز به کاربرد بستگی دارد: منیزیم سبکترین وزن و قدرت خوب را ارائه می دهد; قدرت تعادل آلومینیوم, مقاومت در برابر خوردگی, و هزینه; روی با وضوح جزئیات و دمای ذوب پایین برتری دارد.

انتخاب بر اساس عملکرد است, هزینه, و الزامات طراحی.

چرا به جای آلومینیوم از منیزیم استفاده کنید?

منیزیم نسبت به آلومینیوم ترجیح داده می شود وقتی کاهش وزن بسیار مهم است زیرا در مورد آن است 35% سبک تر.

همچنین قابلیت ماشینکاری برتر و ثبات ابعادی خوب را ارائه می دهد, ایده آل برای قطعات خودرو و هوافضا که به حداقل رساندن جرم باعث افزایش راندمان و عملکرد سوخت می شود.