Témata
Reklama

Výhody použití Mg slitin v porovnání s ostatními konstrukčními materiály

V první části našeho třídílného seriálu o hořčíkových slitinách jsme se věnovali jejich vlastnostem a použití, v závěru článku pak jejich porovnání se slitinami zinku. Dnes tyto slitiny podrobíme srovnání s hliníkovými slitinami.

Energetické požadavky

Počátečním bodem srovnávání ekonomických výhod v tlakovém lití jsou energetické požadavky pro natavení materiálu. Pro tavení Mg slitin jsou nižší, ale náklady na energii dle prognóz do budoucna neustále porostou, což je jeden z nejdůležitějších faktorů. V porovnání s jinými kovy do tavení Mg však vstupují náklady na ochrannou atmosféru - ochranné soli či plyny. Slévárny Mg slitin též odlišuje typ pece a tavicích kelímků. Slitiny Al lze tavit a udržovat v litinových kelímcích, zatímco u Mg slitin se k tavení a udržování musí používat kelímky ze speciálních ocelí. Výrazně odlišný je i poměr propalu. Ztráty propalem u Mg slitin činí 5 až 25 %. Tento rozsah ukazuje, že záleží na zvyklostech tavení v jednotlivých slévárnách a na zkušenosti zaměstnanců, kteří tyto ztráty mohou ovlivnit. To samé platí i pro slévárny Al slitin, kde se však díky větším zkušenostem s touto technologií ztráty pohybují od 5 do 10 %.
Pokud má slévárna dnes již dostupné moderní vybavení, může být tavení a zpracování Mg slitin stejně ekonomické jako u Al slitin (z hlediska propalu), bude zde však podstatně více záležet na zkušenostech a odbornosti obslužného personálu.
Reklama
Reklama
Reklama

Nákladové výhody

V mnoha případech určuje výši nákladů velikost tlakového licího stroje (TLS), podobně jako u Al. Slitiny Mg však rychleji chladnou a oproti slitinám Al také nepožadují tak vysoký lisovací tlak. Čas plnění dutiny formy je však kritický. Z toho důvodu musí být TLS schopen dosáhnout velmi vysoké vstřelovací rychlosti s malým vstřelovacím tlakem (rychlosti cca 10 m/s).
Automobilové části, jako jsou pedály brzdy a spojky, mohou být vzhledem k jednoduchému tvaru velmi snadno vyráběny z Mg slitin. Tomuto tvaru a velikosti odpovídá TLS s teplou komorou o zavírací síle 1600 kN. Nejpoužívanějším TLS v Al slévárnách jsou stroje o zavírací síle 5000 - 6500 kN, s tím, že konstrukce tlakového stroje využívá systém "POLAK" - tedy studenou komoru.
Rozměry obou pedálů jsou přibližně 425 x 175 mm, tloušťka stěn od 2 do 9 mm, váží 0,7 kg a jádra jsou tahaná ve třech směrech. Jestliže slévárna používá ke stanovení cen nákladovou analýzu a porovná si náklady na slitiny Al a Mg, pak pro tyto součásti vychází jako vhodnější slitiny Mg.

Licí cyklus tlakového lití

K vysvětlení následující výhody si připomeňme princip licího cyklu TLS a čas cyklu. Připravená tavenina musí být dopravena do komory. Podle typu TLS (buď s teplou, či se studenou komorou) dochází buď k ponoření celé vstřikovací hlavy pod taveninu a k nasátí taveniny, či k dopravení kovu dávkovačem do komory. Poté musí dojít k nalisování kovu do dutiny formy. Rychlosti pístu pro slitiny Al se pohybují v rozmezí 3 - 6 m/s, u slitin Mg je nutné vstřikovat vyššími rychlostmi (max. až 12 m/s). Pro čas potřebný ke ztuhnutí odlitku (aby jej bylo možné vyjmout) je rozhodující rychlost tuhnutí a chladnutí, která je větší u Mg slitin, což zrychluje cyklus v porovnání s Al. Další důležitou fází v licím cyklu tlakového lití je postřik - ten slouží k intenzivnímu ochlazení povrchu dutiny formy (vnitřní chlazení ve formě nestačí) a dále slouží k mazání, aby nedocházelo k nalepování Al na formu. Jak jsme popsali výše, Mg slitiny tuto vlastnost nemají, což znamená zkrácení času postřiku. V případě velkých odlitků, které jsou lité na TLS se studenou komorou, může dojít u Mg slitin v porovnání s Al slitinami až k 25% redukci času cyklu.
Pro odlitek litý na TLS se studenou komorou o zavírací síle 5500 kN, s hrubou hmotností (odlitek, tableta, vtokový systém a přetoky) cca 1 kg, tak u hořčíkových slitin můžeme zvolit ruční nalévání kovu do komory a cca 200 cyklů/h, u hliníkových slitin si můžeme dovolit max. 150 cyklů/h (z důvodu pnutí a deformací by bylo optimální pouze125 cyklů/h). Jiný poměr bude v případě TLS s teplou komorou, kde je úspora času ještě větší, neboť cyklus dávkování kovu je zcela automatizován. Pokud chceme urychlit i tento krok u TLS se studenou komorou, musíme použít automatizovanou naběračku či dávkovací pec.
Je otázkou, zda je výhodnější používat TLS s teplou komorou, či se studenou komorou. Oba typy se vyskytují ve slévárnách Mg slitin, pro TLS s teplou komorou je však limit v zavírací síle stroje (max. zavírací síla je do 5000 kN), podobně u TLS se studenou komorou je většinou min. zavírací síla 2500 kN. To znamená, že pro určité typy odlitků lze použít TLS jak s teplou, tak se studenou komorou. U strojů s teplou komorou je však problém s realizací ochranné atmosféry nad hladinou taveniny v tavicí peci.

Životnost nástroje

Další poměrně důležitou ekonomickou výhodou používání Mg slitin je vyšší životnosti nástrojů. Již jsme zmiňovali, že Fe má výrazně nižší afinitu k Mg než k Al a Zn. Není neobvyklé, že nástroj použitý na 500 000 cyklů, sloužící pro lití Mg slitin, si zachová výborný povrch a je stále možné na něm vyrábět bez nutnosti větších oprav. U Al slitin se životnost formy pohybuje mezi 100 000 a 150 000 cykly, přičemž po každých 20 000 cyklech je nutné kontrolovat nástroj a provádět drobné opravy vložek či výměny namáhaných jader.
Navíc je k tomu nutné započítat průběžné opravy vzniklé provozem, které jsou u Mg slitin díky lepším vlastnostem nižší, a do kalkulace je nutné též zahrnout neustále rostoucí ceny nástrojů a náklady na kapitálové investice.
Odstraňování vtoků, tablet a přetoků u odlitků z Mg slitin je srovnatelné se slitinami Al, provádí se i na konstrukčně shodném vybavení.

Obrobitelnost

Obrábění odlitků z Mg slitin v porovnání s Al slitinami nabízí výraznou výhodu. Mg slitiny se musí obrábět zcela zbavené jakékoliv vzdušné vlhkosti a využívá se jejich přirozené kluznosti a schopnosti vedení tepla. Dokončovací operace mohou být prováděny až rychlostmi obrábění do 2500 m.min-1 při vrtání či soustružení. Vyžaduje to obrábění pomocí velkých úběrů materiálu, což zajistí lepší kvalitu povrchu než úběry tenkých třísek. Na obrábění lze používat nástroje z rychlořezné nástrojové oceli či nástroje s vyměnitelnými karbidovými destičkami. Karbidové nástroje mají v porovnání s rychlořeznými ocelemi delší trvanlivost - časově 5- až 10krát delší.
Dnes je možné se procesu obrábění téměř vyhnout, jelikož tlakovým litím lze docílit poměrně přesných tvarů včetně téměř nulových úkosů a předlití děr (vyžaduje to však komplikovanější nástroj) - pokud jsou předepsané tolerance řádově v setinách mm, není prakticky nutné tyto plochy obrábět.

Povrchové úpravy

Co se týče následné povrchové ochrany, povlakování je oblastí, která v současné době vyžaduje nové přístupy k technologii povrchových úprav. V automobilovém a spotřebním průmyslu se dnes rozvíjí zejména výroba ochranných povlaků (kryty ručních obráběcích nástrojů - vrtačky, řetězové pily apod.). Nátěrové systémy mají na kovově čisté ploše špatnou přilnavost, proto je nutné je správně předupravit - především se jedná o úpravu povrchu technologií chromátování a technologií anodické oxidace (eloxování). Vrstvy vytvořené anodickou oxidací na Mg i Al slitinách mají dobrou korozní odolnost, otěruvzdornost i tvrdost a jsou dobře vybarvitelné.
Nové povlaky se dnes uplatňují i v moderní elektronice, a to zejména u mobilních telefonů či u počítačových komponent, kde i malé poškození povlaku může ohrozit funkci přístroje. Ve srovnání s Al slitinami jsou problémy hodně podobné, avšak používání Al slitin je již běžné a technologické procesy povrchových úprav Al jsou již technické veřejnosti známy. Povlakování Mg slitin se bude dále vyvíjet směrem ke zvyšování korozní odolnosti.
Tímto směrem by se mělo ubírat i vzdělávání technických pracovníků - je třeba je informovat nejen o tom, že Mg slitiny jsou v porovnání s Al slitinami dražší v poměru cca 1,5 : 1, ale zejména o výrazném hmotnostním rozdílu. Nové aplikace výrobků z Mg slitin jsou postaveny hlavně na redukci hmotnosti se zachováním stávajících vlastností.
Pokračování příště.
Ing. Aleš Herman, Ph.D.
Ing. Barbora Stunová
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 51113
Datum: 23. 11. 2005
Rubrika: Výroba / Slévárenství
Autor:
Firmy
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.

Slévárna navýší kapacitu výroby

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

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatické formování

V polovině šedesátých let byl na výstavě GIFA v Německu poprvé vystaven průkopnický vertikální formovací stroj, schopný vyrábět daleko více vysoce kvalitních pískových forem za hodinu než do té doby výhradně používané tradiční horizontální stroje, a to při mnohem nižší spotřebě energie a v mnohem menším prostoru. Tehdy byl položen základ stroje, který dodnes představuje vysoké průmyslové standardy v kvalitě, přesnosti, rychlosti a efektivitě nákladů.

Unikátní technologie 3D tisku písku

3D tisk písku neboli sandprint je technologie, která byla vyvinuta primárně pro výrobu pískových forem pro odlévání kovů.

Keramická jádra v technologii lití hliníkových slitin na vytavitelný model

Používání keramických jader pro odlitky lité na vytavitelný model je běžná praxe u odlitků ze superslitin a ocelí, zvláště pak u odlitků pro náročné aplikace v leteckém a energetickém průmyslu. Tato jádra jsou vyráběna technologií vstřikolisování směsi keramických komponent a vosků do kovových forem. Jádra se následně pálí v zásypu v keramických pouzdrech. Během výpalu dochází k vyhořívání vosku a ke vzniku keramické vazby.

Přesně lité odlitky ze superslitin na bázi niklu a kobaltu

Článek se ve stručnosti zabývá historií slévárny v První brněnské strojírně ve Velké Bíteši, výrobním programem a užívanými materiály. Rovněž je uveden přehled výrobního zařízení pořízeného v rámci čtyř inovačních programů. Je zde i zmínka o úzké spolupráci s výzkumnými ústavy a vysokými školami.

Dispečink na telefonu v dlani jedné ruky

Až čtyřicet pět procent z celkových nákladů na provoz slévárny tvoří spotřebovaná energie. Řešení, které umožňuje efektivně nastavovat využití energie v reálném čase podle potřeby jednotlivých zakázek, tak uspoří deset až patnáct procent její celkové spotřeby.

Vysoce přesné odlitky pro energetiku

V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

Nové trendy v technologii výroby slévárenských forem

V současné době stojíme na historickém prahu změny jednoho z fundamentů slévárenské výroby, protože technologicky jsme schopni vyrábět odlitky bez nutnosti zhotovit modelové zařízení a každý odlitek tedy vyrobit jako originál.

Optimalizace výroby těžkých kovářských ingotů

Těžké kovářské ingoty jsou využívány zejména v těžkém strojírenství, např. pro výrobu zalomených klikových hřídelí pro lodní motory či speciálních dílů pro energetiku – jak pro klasickou, tak i jadernou (turbíny, výměníky, parogenerátory). Výroba těžkých kovářských ingotů je doprovázena výskytem segregací jednotlivých prvků ve struktuře oceli, které způsobují anizotropii mechanických vlastností. Ovšem v případě těchto strojírenských komponent musejí být tyto součásti prakticky bez vad, aby splnily nejnáročnější požadavky.

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.

Kalení laserem dosahuje nové kvality

U mnoha obrobků naráží klasické kalení laserem na své možnosti. Například u ten-kostěnných součástí je požadována garantovaná hloubka zakalení a charakteristické hodnoty, jako jsou tvrdost a opakovatelná kvalita. Pro splnění těchto požadavků musí být kalení laserem rozšířeno o nové poznatky a postupy.

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