Könnyűfémek a járműiparban

Könnyűfémek a járműiparban

Járműanyagok

2013

ÖntészetiAlakítható

Nem neme-síthető

Nemesíthető

Könnyűfémötvözetek típusai

Konkrét példa túltelített oldatokból történő kiválási folyamatokra

• Kiválásos keményedés - Al –ötvözetekben: itt több lépcsős a kiválási folyamat !

Mi minden készül Mg –alapú ötvözetekből?

Al-Mg ötvözetből készült motorblokk

Nemcsak a járműipar használja

Magnéziumból gyártott alkatrészek

A Mg termelése és az előállítási kapacitás eloszlása a világ országai között

A Mg legfontosabb tulajdonságai

Általános tulajdonságok

Vegyjel 12

Elemi sorozat alkáli földfémek

Csoport, periódus mező 2,3,s

Atömtömeg 24,305 g/mol

Mágnesesség paramágneses

Fizikai tulajdonságok

Halmazállapot szilárd

Sűrűség ρ=1,738 g/cm3

Young modulus E = 45 Gpa

Olvadáspont 650°C (923 K )

Forráspont 1090°C (1363 K)

Olvadáshő 8,48 kJ/mol

Párolgáshő 128kJ/mol

Égéshő 25,2 MJ/kg

Atomi tulajdonságok

Kristályszerkezet hexagonális

Ionizációs energiák (1,2,3)

1 : 737,7 kJ//mol

2 : 1450,7 kJ/mol

3 : 7732,7 kJ/mol

Az ötvözők

Mindenütt a kiválásos folyamatok szerepelnek (akár olvadékból, akár szilárd állapotból: szekunder folyamatok).

Leggyakrabban alkalmazott ötvözőelemei

AZ91D (ASTM)MGAl9Zn1D (MSZ EN)

Al Mn Zn Si Cu Ni Fe

8,5-9,5 0,17-0,4 0,45-0,9 0,05 0,025 0,001 0,004

Betű Ötvöző Betű Ötvöző

A Alumínium M Mangán

C Réz Q Ezüst

E Ritkaföldfémek S Szilícium

H Tórium W Ittrium

J Stroncium X Kalcium

K Cirkónium Z Cink

L Lítium

A legismertebb ötvözet, mint szerkezeti anyag

Az eutektikumoknak kulcsszerepe van a szerkezeti Mg ötvözetek tervezésében

Az ötvözetkészítés metallurgiai folyamatai

Primer krist, és precipitációs folyamatok szerepe

Mg-Alsss: Mg(Al) túltelített szilárd oldat

IntroductionMagnesium-based hybrid materials are applied in engine componenets.

Because of construction these materials with different machinability have to be cut together. During simultaneous machining the cutting edge intersects the boundary of the jointed materials.

Source: mwerks.com (2003) Source: EMO (2005)

Introduction

Source: mwerks.com (2003)

Source: mwerks.com (2003)

The BMW Mg-Al crankcase

The BMW Mg-Sint bedplate

Different cutting forcesOptimized cutting

edge material geometry

Temperature control during

machining

Different cutting edge geometries

Different cutting parameter (speed)

Mg: bottom limit

SD11: upper limit

Different cutting temperatures

AIM: Economical and ecological simultaneous milling of Mg+sintered steel hybrid materials.

Mg chip and dust → Fire hazard

Challanges of dry machining of Mg-SD hybrid material:

Introduction

Machine with safety concept

Characterization of Mg-hybrid boundary

(Result of previous tool optimization experiments, presented on

24th Colloquium in Svitavy.)

Mg ismert előnyös tulajdonságai mellett: fokozott tűzveszélyesség.

Hol fordul elő veszélyhelyzet?- előállítás, megmunkálás,

járműbaleseti tűzesetek.

A Mg-O fázisdiagram

Fontosabb technológiai ismeretek a Mg-tűz megelőzésére

• A bomlás során magnézium oxid (MgO) nagy mennyiségű hidrogén gáz, valamint további nagy mennyiségű hő fejlődik.

• 1. ábra Mg reakciója gőzzel

• Ennél a reakciónál szükségszerű megemlíteni, hogy ha nagyon tiszta tömbi magnéziumot reagáltatunk vízzel, akkor az viszonylag csekély mértékben és csak rövid ideig mutat reakciót. Ennek oka a következő reakció egyenletben keresendő.

• 2. ábra Tiszta tömbi magnézium reakciója vízzel• Ebben az esetben magnézium oxid helyett magnézium hidroxid keletkezik, ami egy tejszerű

oldhatatlan folyadék

A tűz keletkezése az alkatrész tömegétől, geometriájától, a hőmérsékletétől függ

Speciális előállítási (öntési, alakítási) technológiák Mg alapúötvözetekhez

Számos indítéka van a különleges öntési, alakítási technológiák bevezetésének:

- a fokozott munkavédelmi problémák

- gazdaságossági célok

- mint szerkezeti anyagot szilárdítani kell (kiválásos keményítés, alakítási keményítés, és ezeknek kombinációja

Milyen mechanizmusok vezetnek a szilárdításhoz?

Az itt alkalmazott technológiák már átvezetnek a kompozitgyártási technológia területére

Thixo-alakításDefiníció: ThixotrópiaFémek esetében a szolidusz és a likvidusz közötti hőmérsékleten a szilárd, összefüggő részecskék mellett folyadék fázis is jelen van. Ekkor nyugalmi állapotban az anyag még mint szilárd test viselkedik. Ha erre a vegyesfázisú anyagra nyírófeszültség hat, akkor elszakadnak a részecskék közti kötések, a viszkozitás jelentős mértékben lecsökken, és a fém mint nagyviszkozitású folyadék viselkedik. Ez a tulajdonság a thixotrópia.

A thixotrópia bizonyos fémeknél, elsősorban alumínium- és magnézium-ötvözeteknél jól definiálható hőmérséklet-tartományban alakul ki.

Thixo-alakításA thixo-alakítás folyamata (1):

1. 1. Félkész termékFélkész termék (öntött rudak) (öntött rudak) gyártása gyártása:: Kristályképződés irányítása elektromágneses térrel. Cél: egyenletesen finomszemcsés szövetszerkezet.

2.2. Félkész termék újrahevítéseFélkész termék újrahevítése::A megfelelő méretre darabolt rudakat indukciuós úton a likvidusz és a szolidusz közé hevítik (az alacsonyabb olvadáspontú fázis megolvad). Ez a hevítés hozza létre a finomszemcsés szövetszerkezetetből a teljesen globulitos (gömbszemcsés) szövetszerkezet-et, amely az alakítás szempontjából a legkedvezőbb. A folyadékfázis eloszlásának egyenletesnek, a hőmérsékleti gradiensnek minimálisnak kell lennie.

Thixo-alakítás A thixo-alakítás folyamata (2):3.3. AlakadásAlakadás::

A félkész termékeket - célszerűen robottal - egy a thixo alakítás igényeire kifejlesztett öntőgép (sajtológép) tartályába helyezzük. A tartályból az öntőcsatornába való átáramláskor - a jelentős keresztmetszet csökkenés miatt - nyírófeszültség ébred az anyagban. A nyírófeszültség hatására elszakadnak a gömbszemcsék közti kötések, és az anyag teljes térfogatában nagy viszkozitású folyadékká válik. Ez a thixotrópia jelensége és a thixo-alakítás névadója. A nyírófeszültség csökkenése után a viszkozitás csak jelentős időbeli késéssel nő ismét eredeti értékére. A sajtolóerő hatására a folyékony fém lamináris áramlással kitölti az előmelegített öntőformát.

4.4. UtómunkálásUtómunkálás

Thixo-alakítás

Thixo-alakítás / Nyomásos-öntés

Budapest University of Technology and Economics

Department of Vehicles Manufacturing and Repairing

MgAl Sint

1. Workpiece materials1. Workpiece materials

1. AJ62 + AlSi17 cylinder block upper and lower surface2. AJ 62 + sintered steel lower cranckshaft bearing casing – “bed plate”

Figure 2 – Scheme of engine block to be machined

22ndnd Consortium meeting M1 Consortium meeting M125-2625-26thth of November of November, 2004, 2004 Barcelona Barcelona