Témata
Reklama

Výhody použití Mg slitin v porovnání s ostatními konstrukčními materiály

Hořčík a jeho slitiny nabízí jako konstrukční materiál řadu výhod a charakteristických znaků. Automobilový průmysl začal již hořčík (Mg) a jeho slitiny intenzivně používat, a to ze začátku zejména pro interiérové prvky, jako je např. středový panel, přístrojová deska, rámy sedaček, volant, konstrukce střešních oken atd. Novým trendem v oblasti používání Mg slitin v automobilovém průmyslu je snaha o zmenšení hmotnosti i ostatních částí - začaly se používat na střešní panely, sklápěcí střechy, litá či tvářená kola, sestavy pro vnitřní potrubí, víka hlav válců, olejové vany, startéry, alternátory, a dokonce bloky motorů.

Vlastností, která omezuje aplikaci Mg a jeho slitin a vede spíše k používání slitin Al a plastů, je jeho horší korozní odolnost. Její zlepšení je cílem vývojářů technologií a budoucím klíčovým výstupem, po jehož zvládnutí se očekává expanze používání Mg slitin nejen v automobilovém a leteckém, ale i ve spotřebním průmyslu.
Vzhledem k hlavní charakteristice Mg slitin, kterou je nízká hustota, se Mg nabízí k rozsáhlému používání při snížené hmotnosti a tomu odpovídajících úsporách paliva. Experimentálně získaná data ukazují možnost celkové úspory hmotnosti přibližně 10 %, což vede k úsporám paliva o řádově 20 - 30 % bez drastických změn v konstrukci automobilu. Nové osobní automobily produkují průměrně 150 g/km výfukových plynů. V případě použití Mg slitin může být množství výfukových plynů redukováno na 100 - 120 g/km. Vzhledem k velkému a neustále narůstajícímu počtu automobilů může tedy dojít k výraznému poklesu produkovaného a vypouštěného CO2 výfukovými plyny do atmosféry, což opět bude zmírňovat dopady globálního oteplování (Kjótský protokol). Mg a jeho slitiny jsou nyní ve středu pozornosti vývojářských týmů např. USAMP (the United States Automotive Materials Partnership), které se ve spolupráci s konstruktéry aut snaží vyvinout rodinný automobil se spotřebou nižší než 2,9 l/100 km. Na tomto projektu se podílí vláda USA, konstruktéři aut, univerzity a národní laboratoře.
Australské závody zabývající se výrobou součástí z Mg slitin oznámily založení strategické aliance s Německem - hlavním cílem této aliance je provést potenciální nákladový odhad pro výrobu bloku motoru z Mg slitin, určit vhodný typ Mg slitiny pro blok motoru, otestovat prototypy a zavést tuto technologii do hromadné výroby. Odhad spotřeby pro tuto hromadnou výrobu je 7000 t/rok Mg slitin. Snahou této aliance je vyvinout během příštích deseti let bloky motorů pro řadu osobních automobilů.
Hlavní výhody Mg a jeho slitin před ostatními materiály spočívají v aplikaci technologie tlakového lití. Tato technologie nabízí velké množství ekonomických výhod. Mnohé typy součástí nemohou být s ohledem na materiálové a technologické vlastnosti vyráběny z jiných materiálů či srovnatelnou technologií.
Přestože je technologie tlakového lití v současné době již na vysoké úrovni, jsou neustále snahy tuto technologii zdokonalovat a používat nové typy slitin se speciálními vlastnostmi a nové zdokonalené modifikace, jako např. thixo casting, rheo casting, squeeze casting atp.
Řadu aspektů je naopak ještě nutné zdokonalit: jedná se například o vývoj odpovídajícího nástrojového materiálu pro slitiny s vysokou teplotou tavení nebo zlepšení dokončovacích technik ve výrobě nástrojů pro velké lisovací stroje (přesnost rovinnosti řádově setiny ?m - snížení nebezpečí prostřiku u nástroje). Technologie zpracování Mg slitin je natolik obtížná, že podle současných poznatků je nejlepší pro výrobu členitých výrobků z Mg slitin používat technologii tlakového lití či gravitační lití do pískových či kovových forem.
Mnohé tlakové slévárny jsou si vědomy toho, že Mg slitiny jsou dražší, náchylnější ke korozi a zvyšují bezpečnostní rizika (zejména je důležitá protipožární ochrana). Řada těchto obav je však zveličena. Za účelem ovládnutí dalších trhů a rozšíření používání Mg slitin, a to nejen v oblasti tlakového lití, musí jejich výrobci a zpracovatelé společně s materiálovými inženýry a univerzitami vzdělávat další technickou generaci a technickou veřejnost a zbavovat je mylných představ a mýtů ohledně zpracování Mg slitin.
Jednou z nejefektivnějších cest vzdělávání lidí z praxe a studentů na univerzitách je seznamování s pozitivními výhodami tlakového lití Mg slitin. Nejlepší cestou k tomu je sledovat hlavní ekonomické výhody a porovnat je s ostatními konstrukčními materiály a podobnými technologickými procesy.
Klíčové výhody Mg a jeho slitin
1. Většina Mg slitin má výbornou tekutost a zabíhavost, což je výhodné u tvarově složitých a tenkostěnných odlitků.
2. Mg slitiny mají nižší hodnoty specifického objemového tepla než slitiny Al a Zn, tzn. že odlitky z Mg slitin chladnou rychleji, což umožní zrychlení licího cyklu a tím pádem i snížení opotřebení nástroje.
3. Mg a jeho slitiny se vyznačují velmi nízkou hustotou, tzn. že stejných vtokových podmínek může být dosaženo nižšími tlaky.
4. Fe z nástroje má velmi nízkou rozpustnost v tekutých Mg slitinách, je tedy sníženo nebezpečí tzv. lepení na nástroj (nejčastěji se s tímto jevem setkáváme u Al slitin). 5. Ze všech výše uvedených výhod vyplývá hlavní výhoda - prodloužení životnosti nástroje na dvoj- až trojnásobek v porovnání se slitinami Al.
Další výhody aplikací Mg a jeho slitin
  • Spojování částí - slévatelnost a rozměrová stabilita Mg slitin dovoluje, aby výrobek byl vyroben jako jednodílný - je to lepší i z hlediska rovnoměrnosti struktury:
  • homogenní konstrukce;
  • zjednodušená konstrukce;
  • vyšší spolehlivost;
  • méně spojů, částí a spojovacích elementů;
  • nízké náklady (odpadají náklady na spojování a montáž);
  • méně odpadů a zmetků;
  • nižší neurčitelné náklady;
  • snazší skladování.
  • Zjednodušení konstrukce - je možné až do jednoduché skořepiny. To je i jedna z výhod, která může vést k používání silnostěnných Mg částí místo tenkostěnných částí požadujících zvláštní vyztužení:
  • větší robustnost, která prodlouží životnost a sníží počet oprav;
  • větší tuhost;
  • větší objemová kapacita pro stejnou velikost (nejsou potřeba výztužná žebra);
  • menší hmotnost při stejné objemové kapacitě;
  • hladký povrch pro dosažení lepšího vzhledu a aerodynamiky.
  • Mimořádná rozměrová stabilita - Mg slitiny odlévané technologií tlakového lití projevují stálý a předvídatelný staženinový poměr během tuhnutí a chladnutí. Součásti z Mg slitin jsou vyjímány z nástroje s minimální deformací a minimálními zbytkovými pnutími.
  • Vysoké výrobní tempo - Mg a jeho slitiny rychle chladnou (nízké specifické teplo), podobně se i s menšími energetickými náklady dosáhne tekutého stavu - ve srovnání se slitinami Al. Záleží na velikosti dílu a typu technologie, obecně však platí, že některé části z Mg slitin mohou být vyrobeny až o 50 % rychleji než stejné součásti z Al slitin.
    Prodloužení životnosti nástroje - díky rychlému chladnutí a nízké reaktivitě s Fe nedochází k lepení slitiny na formu a je snížen efekt tepelné únavy a eroze nástroje. Životnost nástroje se rapidně prodlouží (viz výše).
    Tyto faktory v kombinaci s faktem, že Mg a jeho slitiny mají pouze dvoutřetinovou hmotnost Al a jeho slitin, vedou k nárůstu používání tlakových odlitků z Mg slitin nejen v automobilovém průmyslu.
    V následujících dvou částech našeho seriálu o použití Mg slitin se budeme zabývat porovnáním jejich hlavních ekonomických faktorů se srovnatelnými materiály - tlakově litými slitinami Al a vstřikovanými plasty, dnes pak se slitinami zinku.
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Slitiny Mg versus slitiny Zn

    Významnou výhodou Mg slitin oproti Zn slitinám je snížení nákladů díky snížení hmotnosti a vysokému poměru výkon/hustota. Operace tlakového lití, odstraňování vtoků, apretace odlitků a následné obráběcí operace jsou srovnatelné. Slitiny Zn však mají lepší mechanické vlastnosti. Životnost nástrojů je u těchto materiálů také přibližně srovnatelná, stejně tak i energetické náklady na tavení.
    V tabulce je uveden příklad stejného odlitku vyrobeného z Mg slitiny a Zn slitiny - je vidět výrazná úspora, hlavně díky hmotnosti odlitku.
    Ostřih a obrábění
    Ostřih a obrábění jsou pro slitiny Mg a Zn velmi podobné. Jedinou výjimku tvoří pleny z prostřikování - u Zn slitin jsou měkčí a tenčí a při ostřihu se ohýbají, což vyžaduje další operaci.
    Pokovování
    Pokračování příště
    Ing. Aleš Herman, Ph.D.
    Ing. Barbora Stunová
    Reklama
    Vydání #10
    Kód článku: 51047
    Datum: 12. 10. 2005
    Rubrika: Inovace / Slévárenství
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Odlitek nebo výkovek - vždy perfektně tryskaný

    Rozmanitost slévárenských a kovárenských technologií vyrábějících díly nezná mezí. U výkovků a odlitků jsou nepostradatelnými pracovními procesy odstranění okují, písku a jader a tryskání pro sjednocení povrchu. Zvláště pro tyto průmyslové účely byly vyvinuty různé koncepty tryskacích zařízení na míru – včetně automatizace.

    Slévárna navýší kapacitu výroby

    Uplynulý rok 2015 byl ve slévárně Kovosvitu MAS obdobím řady důležitých změn a rozhodnutí.

    Technologie pro zpracování druhotného odpadu

    Tváří v tvář současným náročným ekonomickým podmínkám závody na zpracování hliníku napříč celou Evropou hledají lepší a efektivnější způsoby, jak zpracovat druhotný kovový odpad. Z finančního hlediska je to logické, ale přináší to kromě zajímavých možností také komplikace.

    Související články
    Slévárna, která exportuje také na západní trhy

    Díky téměř stomilionové investici a včasné diverzifikaci výroby jsou nyní pro slévárnu Kovosvitu MAS hlavními exportními partnery Německo, Švýcarsko a Anglie.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Revoluce udržitelnosti: Bezuhlíková ocel je pouze zdánlivý paradox

    Výroba oceli je dlouhodobě strategickým odvětvím, na němž nevyhnutelně stojí obrovská část strojírenské výroby. Jak může být ocel „bezuhlíková”, když je uhlík její nedílnou součástí? Odpovědí je změna výrobního procesu – nové technologie, které místo uhlíku využívají vodík a zelenou elektřinu, již v dnešní době přispívají k dekarbonizaci tohoto odvětví.

    Ocelové město a CO2

    Co Jules Verne nemohl tušit… Nebo mohl? Zlého profesora nechává umřít na zadušení kysličníkem uhličitým…

    Fórum výrobních manažerů

    Jak se odráží ve vaší výrobě stále přetrvávající nedostatek materiálových vstupů? Jak to ovlivňuje chod vaší firmy, plánování průchodu zakázky výrobou? Navýšení cen surovin musíte pravděpodobně promítnout do výsledných cen vašich produktů. Jak na to reagují odběratelé?

    Virtuálně na veletrh

    Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

    Z manažera vlastníkem

    V době recese koupila Olga Kupec od německého majitele slévárenský provoz a už více než 10 let jede její firma na plné obrátky. Tato přemýšlivá a empatická dáma dokázala svým přístupem ke klientům a kolegům vybudovat v českoněmeckém pohraničí prosperující firmu, která nemá nouzi, ani o zakázky, ani o zaměstnance.

    Kombinace technologií slévání a 3D tisku

    Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

    Hotspot slévárenské a metalurgické techniky

    Centrem světové slévárenské a metalurgické techniky se pod heslem „The Bright World of Metals“ opět po čtyřech letech stane německý Düsseldorf. Přibližně 2 000 vystavovatelů se od 25. do 29. června 2019 představí na předních mezinárodních oborových veletrzích GIFA, METEC, Thermprocess a Newcast.

    Zpracování oceli ve Steel Servis centrech

    Inženýrská akademie ČR je organizace sdružující lidi, jejichž společným zájmem je podpora technického rozvoje, výzkumu, vzdělávání a inovací. V jejích řadách najdeme špičkové odborníky z nejrůznějších technických oborů. V našem seriálu dáváme postupně slovo těm z nich, jejichž oblasti působnosti mohou být pro čtenáře MM Průmyslového spektra zvláště zajímavé.

    Kontinuální omílací systém do stávající periferie

    Pokud jde o sériovou výrobu složitých tlakových odlitků z hliníkových slitin, je Kovolis Hedvikov preferovaným partnerem automobilových výrobců a dodavatelů. S cílem rozšířit kapacitu i možnosti zpracování investovala společnost do nového omílacího systému, přizpůsobeného široké škále dílů a místním podmínkám.

    Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

    V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit