Slitiny hořčíku. Rozdělení Mg slitin

Slitiny hořčíku Výroba hořčíkových slitin • •

Mg – rafinace a legování – provádí se (v ocelových kelímcích malá reakce s ocelí) Mg a jeho slitiny rychle reaguji s kyslíkem a mohou na vzduchu hořet;

ŘEŠENÍ 9 při tavení se používají tavidla s MgCl2, KCl nebo NaCl ⇒ důležité je odstranění chloridů před odléváním k zamezení korozního účinku 9 při legování a rafinačním procesu se používá tavidlo (–směs CaF2, MgF2 a MgO) ⇒ vznikne souvislá viskózní krusta, která chrání taveninu před vzduchem 9 hexafluorid SF6 se také používá pro snížení ztrát oxidací taveniny a operačních nákladů

Rozdělení Mg slitin Podle způsobu zpracování:

Podle legování:

slitiny k odlévání

1) Mg-Al-Zn + další prvky

slitiny ke tváření

2) Mg-Mn

kompozity

3) Mg-Zn-Zr

práškové materiály

4) Mg-Th 5) Mg-Li …

Legující příměsi: slitiny s obsahem 2- 10 % Al, malým obsahem Zn a Mn - relativně levná výroba, mechanické vlastnosti rychle klesají s rostoucí teplotou slitiny s různými příměsmi (Zn, Th, Ag, Si, aj) namísto Al ale vždy s určitým množstvím Zr - jemnozrnnou strukturu a lepší mechanické vlastnosti, vyšší výrobní náklady kvůli dražším legurám i zvláštním technologiím, ale lepší vysokoteplotní vlastnosti

©2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

1

Rozdělení Mg slitin

Vliv legujících prvků na vlastnosti hořčíku : Al, Zn – zlepšují technologické a mechanické vlastnosti a chemickou odolnost Mn zvyšuje odolnost proti korozi K– Ca Zr, Zn –

způsobuje pórovitost slitin v menším množství snižuje pórovitost slitin zjemnění zrna-zlepšení mechanických vlastností, ale zhoršení korozivzdornosti

Cu, Sn, Ni Co, Sb Bi a Si – snižují odolnost proti korozi


2

Rozpustnost prvků v hořčíku : Prvek

at. %

hm. %

Systém

Prvek

at. %

hm. %

Systém

Li

17,00

5,50

E

Sc

~15,00

~24,50

P

Al

11,60

12,70

E

Pb

7,75

41,90

E

Ag

3,80

15,00

E

Tm

6,30

31,80

E

Y

3,35

12,40

E

Tb

4,60

24,00

E

Zn

2,40

6,20

E

Sn

3,35

14,50

E

Nd

~0,10

~0,60

E

Ga

3,10

8,40

E

Zr

1,00

3,80

P

Yb

1,20

8,00

E

Mn

1,00

2,20

P

Bi

1,10

8,90

E

Th

0,52

4,75

E

Ca

0,82

1,35

E

Ce

0,10

0,50

E

Sm

~1,00

~6,40

E

Cd

100,00

100,00

R

Ag

0,10

0,80

E

In

19,40

53,20

P

Ti

0,10

0,20

P

Tl

15,40

60,5

E


3

Vliv prvků na hustotu hořčíkových slitin

Vliv prvků na vodivost hořčíkových slitin


4


Slitiny hořčíku - značení značení pro lité a tvářené slitiny podle norem ASTM Â 275: AZ91C-T6 Tepelné zpracování

2 písmena

2 číslice

1 písmeno specifikační skupiny (C – třetí skupina daného typu slitiny

založené na jejich chemickém složení – písmena a číslice odpovídají základním legujícím prvkům a jejich obsahům: A hliník C měď E kovy vzácných zemin (RE) G hořčík H torium K zirkonium L litium M mangan O stříbro S křemík T cín W yttrium Z zinek J stroncium X vápník Tepelné zpracování: F O H H1 H2 H3 Ò T4 T5 T6 T7 T8

as fabricated annealed, recrystallized (wrought products only) strain hardened strain hardened only strain hardened and then partially annealed strain hardened and then stabilized thermally treated to produce stable tempers other than F, O, or H solution heat treated cooled and artificially aged solution heat treated and artificially aged solution heat treated and stabilized solution heat treated, cold worked, and artificially aged


5

Vlastnosti hořčíkových slitin

Tváření Mg slitin je obtížné při pokojové teplotě vlivem krystalické struktury HTU (obr.5.85)., tedy z důvodu, že při této teplotě je pro skluz dislokací k dispozici pouze bazální rovina (0001), směry pro skluz jsou uvedeny také na tomto obrázku. Deformace tradičními deformačními procesy, jako je protlačování, válcování a kování, je možné až při vyšších teplotách – nad 200 až 225°C, tedy pro čistý Mg je to nad 225°C, pro slitiny závisí T na legujících příměsech. Při vyšších teplotách jsou aktivovány další pyramidální skluzové systémy, což se děje v důsledku vyšší mobility atomů při vyšších teplotách. Tyto dodatečné systémy zlepšují tvařitelnost Mg a jeho slitin.


6

Princip dvojčatění

Kromě pohybu dislokací je dalším mechanismem deformace vznik dvojčat-dvojčatění (Obr.5.86).


7

Vlastnosti hořčíkových slitin Mechanické: většina slitin Mg má specifickou pevnost v tahu srovnatelnou s klasickými konstrukčními materiály Tvrdost a otěruvzdornost : postačující pro všechny konstrukční prvky s výjimkou velkých abrazí Únavová pevnost : vyšší pro tvářené než pro slévárenské Hlavní výhody •

velmi nízká hustota (od 1,350 do 1,830 g/cm3)

•

schopnost tenkých odlitků

•

výborná obrobitelnost

•

dobrá svařitelnost při obloukové svařování v ochr.atm.

•

možnost integrace součástí s odlitky

Nevýhody •

špatná tvařitelnost za studena → použití jako odlitky

•

nižší korozní odolnost

•

vysoká cena při středních až velkých objemech

•

vysoká reaktivita (v některých případech i při obrábění)

•

nízká odolnost za vyšších teplot.

•

nižší vrubová houževnatost

•

výrazná anizotropie vlastností tvářených výrobků - oblasti tvářené tlakem mají odlišnou strukturu a vlastnosti než oblasti s větším podílem tahových napětí, v oblasti tlakových napětí dochází k dvojčatění (dvojčata vznikají i při tepelném zpracování).

•

mechanické vlastnosti lze zvýšit kováním


8

Vlastnosti hořčíkových slitin

Širší využití hořčíkových slitin - brání některé technické problémy: ¾ nízká produktivita Při protlačování se musí volit 5 až 10 krát menší rychlost než u hliníkových slitin, aby nedocházelo k přehřátí materiálu nad teplotu solidu. Rozmezí dobré tvařitelnosti je u většiny hořčíkových slitin úzké. ¾ výrazná anizotropie mezi oblastmi vystavenými tahovému a tlakovému způsobu namáhání - je třeba hledat jiné typy slitin s dobrou tvařitelností a zároveň s dobrými mechanickými vlastnostmi, rovněž je třeba hledat vhodné způsoby tváření.


9

Slitiny hořčíku - příklady složení a vybrané vlastnosti


10

Slitiny hořčíku - příklady složení a vybrané vlastnosti

Slitiny Mg pro automobilový průmysl

©2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl 11

Slévárenské slitiny Mg - přehled metod přípravy Metody lití Vysokotlaké lití (high pressure die casting) - nejrozšířenější - s horkou komorou, studenou komorou Lití stlačováním (squeeze casting) - vertikální uspořádání lití - přímé nebo nepřímé Thixo-lití (thixocasting) - relativně nová metoda založená na thixotropních vlastnostech polotekutých slitin


12

Slévárenské slitiny Mg tlakové lití

vyrábí se takto většina odlitků Mg slitin použití na tenkostěnné díly -pouzdra mobilních telefonů, kryty přenosných počítačů nízká teplota lití 650-680°C Mg-Al

- do 10 % Al, do 6 % Zn, do 2,5 % Mn, do 1 % Zr Mg-Al-Zn-Mn (AZ) Mg-Al-Mn (AM) Mg-Al-Si-Mn (AS)

příklady slitin: Mg-Al-Zn (Mg-Al: nebezpečí vylučování Mg17Al12 – křehkost, přítomnost Zn zvyšuje pevnost – AZ91, AZ81, AZ63), Mg-Al-RE (materiály odolné vůči creepu – potlačení tvorby Mg17Al12), Mg-Al-Si (materiály odolné vůči creepu – vznik Mg2Si na úkor Mg17Al12), Mg-Al-Ca (lacinější varianta Mg-Al-RE pro aplikaci při vyšších teplotách), Mg-Al-Sr (materiály odolné vůči creepu) Obch. název: Elektron Vlastnosti : vyšší pevnost, nízká hustota, dobrá korozní odolnost, vysoká pevnost při vyšších teplotách Použití : automobilový průmysl

V roce 2002 tvořila 67 % hořčíkových materiálu slitina AZ91D vyrobená tlakovým litím (v roce 1997 – 81%). Výhody odlitků tlakovým litím : vysoká produktivita, vysoká přesnost, vysoká kvalita povrchu, jemnozrnná struktura, možnost připravit tenkostěnné a tvarové bohaté výrobky. Výhody ve srovnání s Al : rychlost odlévání je vyšší o 50 %, mohou být použity ocelové ingoty s dlouhou dobou životnosti, dobrá opracovatelnost, 50 % úspora při opotřebení nástrojů vysoká tekutost taveniny.


13

Slévárenské slitiny Mg - vliv teploty na mechanické vlastnosti


14

Slévárenské slitiny Mg - vliv teploty na prodloužení do lomu

Nevýhody odlitků Nevýhody slitin připravených tlakovým litím :

uzavřené póry obsahující plyn jako výsledek velké rychlosti plnění a následného tuhnutí, horší mechanické vlastnosti, omezený výběr legujících prvků, horší odolnost proti creepu jako důsledek malého zrna litého materiálu, omezená slévatelnost slitin Mg-Al-RE a vysoké náklady, nedají se tepelně zpracovávat, nejsou vhodné pro svařování.

Dalšími možnostmi jak zlepšit výrobky z hořčíkových materiálu je dvojstupňové tlakové lití a tixotropní odlévání. Pórovitost materiálů, připravených metodou tlakového lití s dvojnásobnou aplikaci tlaku je téměř nulová.


15

Slitiny Mg - slévárenské Lití do permanentních forem a do písku

Mg-Al-Mn (+Zn)

– dobrá slévatelnost, dobrá houževnatost, středně vysoká mez kluzu do 120°C, vysoká korozivzdornost

Mg-Zr v tahu

– vysoká tlumivá schopnost, nízká mez kluzu a pevnost

Mg-Zn-Zr –

vyšší meze kluzu, komplikované tvary odlitků

Mg-Th-Zr (+Zn)

- vysoká pevnost při teplotách nad 200 °C

Mg-Ag-Zr +KVZ (nebo + Th) Ag zvyšuje pevnost za pokojových teplot, KVZ nebo Th – zvyšují pevnost za vyšších teplot (od 205 do 260°C), TZ: rozpouštěcí žíhání + vytvrzení stárnutím

Mg-Y-KVZ-Zr – vysoká pevnost a mez kluzu, dobrá odolnost vůči creepu až do 300°C, korozní odolnost

Mg-Zn-Cu-Mn

Mg-Zn-RE (automobilový průmysl – výroba plechů, plátů),

-kombinace dobré tažnosti a vysokoteplotních vlastností

tyto slitiny se běžně tepelně zpracovávají


16

Slitiny Mg - slévárenské Lití stlačováním (squeeze casting) •

Nepřímé

•

Přímé

Výhody: 9 Snížená porovitost 9 Prevence praskání za tepla u slitin s velkým intervalem tuhnutí 9 Zvýšená pevnost a houževnatost díky jemnozrnné mikrostruktuře a minimálnímu počtu licích vad 9 Možnost tepelného zpracování 9 Slévatelnost i obtížně litých slitin 9 Vývoj nových slitin 9 Výroba kompozitních materiálů


17

Slitiny Mg - slévárenské Thixo-lití (thixo-casting) •

typická teplota je cca 20°C pod teplotou likvidu

•

litá hmota obsahuje směs pevné a tekuté fáze - jedná se tedy o tváření polotekutého (polotuhého) kovu

•

Intenzivní míchání - změna dendritické mikrostruktury na globulární

Výhody: 9 výroba plně automatizovatelná 9 Vysoká produktivita 9 Úspora nákladů díky nízké spotřebě energie 9 Snadná svařitelnost komponent- neboť jsou bez naplynění 9 Nízké smrštění při tuhnutí a snížená porovitost 9 Zvýšená pevnost a houževnatost díky jemnozrnné mikrostruktuře a minimálnímu počtu licích vad 9 Možnost přípravy tenkostěnných odlitků 9 Přesné tvary


18

Slitiny Mg - slévárenské


19

Slitiny Mg tvářené

tváření Mg a slitin Mg za studena obtížné ← struktura HTU- potenciální skluzová rovina je bazální (0001) a směr 11 20

{10 1 2} dvojčatění na pyramidálních rovinách při vyšších teplotách → skluz možný na rovinách (1011), (1120) čím menší rychlost deformace, tím vyšší úroveň plasticity Produkty: výkovky, tyče, pásky, trubky, plechy. Mg-Mn – nízká pevnost, dobré plastické vlastnosti a svařitelnost Mg-Al-Zn - vysoké vlastnosti mechanické, není náchylná ke koroznímu praskání pod napětím Mg-Zn.Zr - vysoké vlastnosti mechanické, není náchylná ke koroznímu praskání pod napětím, zvýšená tendence ke vzniku trhlin při deformaci zatepla, zhoršená svařitelnost Mg-Al-Mn +Th - náchylná ke koroznímu praskání pod napětím postup: za tepla zpracuje horký odlitek, který se pak mech. zpracuje (porušení lité mikrostruktury ⇒ odlitek je připraven na další zpracování, např. homogenizaci, zjemnění zrna) teploty tváření 280-480°C

Výhody:

Vynikající pevnost Kovací proces eliminuje pórovitost v mikrostruktuře - vynikající vlastnosti i pro svařování

Problémy pro tváření:

Velikost zrn a/nebo vícefázová mikrostruktura - dodatečným protlačováním je možné snížit velikost zrn pro kování Tvarově složité výrobky - kovány v několika krocích

Tváření slitin Procesy : válcování plechů, protlačování profilů , volné nebo zápustkové kování za vyšších T Teploty :

válcování kování lisování a protlačování

počátek 340-440 °C, ukončení při 228 - 250 °C 280-480 °C 300 – 480 °C

Vysoká anizotropie vlastností v závislosti na deformační textuře !!!


20

Slitiny Mg tvářené- zjemňování zrna

Vliv legujících prvků na velikost zrn u Mg-Al slitin


21

Slitiny Mg tvářenétvářené- zjemňování zrna tvářením

Slitiny Mg tvářené- zjemňování zrna přídavkem V


22

Slitiny Mg tvářenétvářenézjemňování zrna přídavkem V


23

Zjemnění zrna - bórem


24

Tvařitelné slitiny Mg - přehled a vlastnosti


25

Tvařitelné slitiny Mg - tvařitelnost a produkty

Mg


Superplasticita - u slitin Mg-Al


27

Superplasticita - u slitin Mg-Li

©2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl 28

Slitiny hořčíku – tepelné zpracování Homogenizační žíhání- 400-420°C, 15-30h. – odstranění segregační heterogenity přísadových prvků – zvýšení tvařitelnosti a úrovně mechanických vlastností Rekrystalizační žíhání Kalení

- 350°C

– 380-420°C, 4-24h., - ohřev je volen tak, aby došlo k rozpuštění vyloučených intermetalických fází (MgZn2,Al3Mg4,Mg3Al2Zn2) v tuhém roztoku, po zakalení → homogenní přesycený tuhý roztok = základní matrice;

během navazujícího Stárnutí - 200-300°C,16-24h. – precipitace zpevňujících fází ochrana proti oxidaci - ohřev v ochranné atmosféře

Slitiny Mg - vývoj vzhledem k mechanickým vlastnostem


29

Vybrané slitiny Mg - vlastnosti a aplikace Slitiny Mg-Al Slitiny Mg-Al + Zn - rozpustnost Al v Mg při TE : 11,5 % , klesá postupně až na cca 1 % při Tp - TE = 437 °C , vzniká směs a fáze (substituční tuhý roztok Al v Mg-(Mg)) a β fáze-Mg17Al12. - Zn ve slitině AZ91 zlepšuje pevnost (zpevnění tuhým roztokem), ale na druhé straně zvyšuje tendenci k tvorbě mikropórů - odolnost proti korozi je dobrá

β (Mg) + β

Obr. Rovnovážný binární diagram Mg-Al


30

Slitiny Mg-Al - binární systém

β (β)

Obr. Binární diagram s teplotami tuhnutí a precipitace sekundární fáze

β (Mg) +β


31

Slitiny Mg-Al-Zn - mikrostruktura

Obr. Dendritická struktura a eutektika v mezidendritickém prostoru

Litá struktura s fází β na hranicích zrn


32

Slitiny Mg-Al-Zn Tabulka Slévárenské slitiny Mg-Al a Mg-Al-Zn a jejich aplikace

Tabulka Mechanické vlastnosti vybraných slitin Mg-Al-Zn ve srovnání s MgMn a Mg-Si


33

Slitiny Mg-Al-RE - odolné proti creepu, potlačena tvorba fáze β - Mg17Al12, kterou nahrazuje intermetalická fáze na bázi Al-RE (RE –vzácné zeminy např. Nd, Y, Th). - vhodné pouze pro tlakové lití, protože při nízkých rychlostech tuhnutí se tvoří hrubé částice Al2RE.

Slitiny Mg-Al-Si - při tlakovém lití - zpevňující fáze Mg2Si jemně rozdělena - dobrá teplotní odolnost - dobrá hodnota lomové houževnatosti - použitelné do teplot 130 – 150°C - standardní slitiny AS21 a AS41. - slévatelnost AS41 -poměrně dobrá, - slévatelnost AS21 -problematická.

Slitiny Mg-Al-Ca - levnější alternativa za slitiny se vzácnými zeminami pro aplikace při vyšších T - precipitační proces závisí na poměru Ca/Al. (Při poměru 0,8 - částice Mg2Ca, resp. Al2Ca) - precipitáty vedou k zvýšení tvrdosti.

Slitiny Mg-Al-Sr - tento typ = poměrně nový - Sr zlepšuje creepové vlastnosti slitin Mg-Al.


34

Slitiny Mg-Zn

• stárnutím vznikají Mg-Zn fáze (viz binární diagram) nebo dle tepelného zpracování - vznik GP zón ! • citlivé na mikropórovitost • vlastnosti se nedají zlepšit zjemněním zrna

Slitiny Mg-Zn-Cu • přídavek Cu zlepšuje houževnatost a schopnost stárnutí • mez kluzu: 130-160 MPa, mez pevnosti v tahu: 215-260 MPa • tažnost 3-8% • přídavek Cu zvyšuje teplotu eutektické reakce


35

Slitiny Mg-Zn

Fáze Mg-Zn na hranicích zrn a v mezidendritickém prostoru Slitiny Mg-Zn-Cu

Lamelární struktura


36

Slitiny Mg-Zn-Zr • ZK51 a ZK61 - lité do písku • 5-6% přídavek Zn - zpevnění tuhým roztokem • 1% přídavek Zr - zjemnění zrna • citlivé na mikropórovitost a pro vysoký obsah Zn nejsou svařitelné omezení pro aplikace

Slitiny Mg-Zn-RE • nejdůležitější slitiny pro automobilový průmysl • RE - Ce, Nd • EZ33 a ZE41 - lité do písku - dobrá slévatelnost (nízkoteplotní eutektika ve formě síťoví na hranicích zrn při tuhnutí) • nižší pevnost vlivem nižšího obsahu Zn v tuhém roztoku díky precipitaci stabilní sekundární fáze Mg-Zn-RE na hranicích zrn • slitina ZE10 - výroba plechů a plátů - střední pevnost , ale tažnost je velmi dobrá. • stárnutím - vznik GP zón, β’’ a β’ z přesyceného tuhého roztoku (Mg)’ dle (Mg)’ → GP zóny → β’’ → β’ → β (Mg12Nd) • + Zr - významné zlepšení mechanických vlastností (vysoká pevnost v tahu bez většího poklesu tažnosti) v důsledku zjemnění zrna. ©2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

37

Slitiny Mg-Mn

Mn-důležitá příměs v mnoha Mg slitinách

vysoká odolnost vůči creepu

binární diagram Mg-Mn- atypický: - peritektická přeměna -(Mg) precipituje při 653°C ze směsi (L+αMn). - rozpustnost Mn je v pevném Mg větší než v kapalném 2,2%vs.2,0% - s poklesem T klesá rozpustnost -zvyšuje se počet precipitátů (αMn)

čistě binární slitiny Mg-Mn s obsahem Mn do 2,5% (např. Mg-1,5Mn, Mg-2Mn) - pro aplikace se střední pevností

vliv Mn na pevnostní charakteristiky - spíše malý- viz obr. níže

slitina Mg-2Mn - vhodná pro protlačování, svařování

dobrá korozní odolnost - aplikace pro plátování nebo pro anody


38

Slitiny Mg-Mn

Mn-důležitá příměs v mnoha Mg slitinách

vysoká odolnost vůči creepu

binární diagram Mg-Mn- atypický: - peritektická přeměna -(Mg) precipituje při 653°C ze směsi (L+αMn). - rozpustnost Mn je v pevném Mg větší než v kapalném 2,2%vs.2,0% - s poklesem T klesá rozpustnost -zvyšuje se počet precipitátů (αMn)

čistě binární slitiny Mg-Mn s obsahem Mn do 2,5% (např. Mg-1,5Mn, Mg-2Mn) - pro aplikace se střední pevností

vliv Mn na pevnostní charakteristiky - spíše malý- viz obr. níže

slitina Mg-2Mn - vhodná pro protlačování, svařování

dobrá korozní odolnost - aplikace pro plátování nebo pro anody


39

Slitiny Mg – Li - nejlehčí známé slitiny. - další legující prvky : Al, Zn nebo Si. - nejsou zatím příliš komerčně využívány, atraktivní specifická pevnost vzhledem k hliníkovým, ale i ostatním hořčíkovým slitinám - dvojnásobná tuhost než ostatní komerční hořčíkové slitiny - pětkrát větší tuhost než hliníkové slitiny - poměrně drahé a zatím využívány jen v kosmickém průmyslu a ve vojenském letectví.

Slitiny Mg–Y-RE(Nd) •

volně lité slitiny - tradiční uplatnění v leteckém průmyslu

•

odolné vůči creepu v kombinaci KVZ a Y až do 300°C

•

neobsahují Al - zjemnění zrna přídavkem Zr

•

ve složení Mg–Y–RE(Nd) - precipitačně vytvrditelné

•

mikrostruktura odlitků slitin WE54 a WE43 - eutektikum (KPLC β-Mg14Nd2Y) na hranicích zrn.

•

výborné vlastnosti slitin WE při pokojové teplotě v homogenizovaném i stárnutém stavu - vlivem precipitátů β’ (Mg12NdY) a β (Mg12Nd2Y)

•

zatím experimentální studium slitin Mg–Gd–Y–Zr a Mg–Y–Zn–Zr


40

Slitiny Mg – Sc - vysoce odolné proti creepu až do teplot 300 °C (Sc má teplotu tavení 1541 °C). - legování dalšími prvky : Y, Nd, La, Ce - další zlepšení vlastností Další slitiny vysoce odolné proti creepu : Mg-Sn-Ca, Mg-Sc-Ce a Mg-Gd-Nd Slitiny se Sc a Gd - určeny pro letecký průmysl


41

Koroze a povrchová úprava Mg a jeho slitin - korozní odolnost ovlivněna legujícími prvky, nečistotami a mikrostrukturou - oxidický povlak MgO není stabilní v roztocích s pH < 10,5 - korozní rychlost Mg v zemědělských i průmyslových oblastech leží mezi korozní odolností Al a ocelí Prvky, které se vyskytují v komerčních slitinách a ovlivňují korozi ve slané vodě: 1) Al, Be, Mn, RE, Si, Zn a Zr - obecně neškodí nebo naopak prospěšné při ochraně 2) Ag - mírně nepříznivá přísada 3) Ni (a Co), Fe, Cu - přispívají k silné korozi - proto se slitiny kontrolují na nečistoty těchto prvků Mikrostruktura slitin Rozdělení a velikost precipitátů (fází, která představují katodová místa) - důležitá úloha při korozi Ovlivněna parametry výroby nebo tepelného zpracování Např. tepelné zpracování ovlivňuje distribuci fáze Mg17Al12 ve slitině AZ91: -viz níže uvedená tabulka U žíhané a stárnuté slitiny AZ91E-T6 značně nižší koroze ( kontinuální síťoví částic podél hranic zrn) než u lité a žíhané AZ91F-T4 (precipitáty jsou zcela rozpuštěny, ale ochlazováním na vzduchu může také dojít k vyloučení sekundární fáze)

Galvanická koroze Pro tento typ koroze musí být splněny dvě podmínky: 1) kontakt dvou rozdílných kovů 2) přemostění spoje obou kovů pomocí vodivého roztoku(elektrolytu). Na galvanickém článku, který obsahuje Mg dochází k reakci: Anoda Mg (kov) → Mg2+ + 2eKatoda: 2H2O + 2e- → H2 + 2(OH)V solných roztocích vede potom přítomnost vysoce rozpustného a kyselého chloridu MgCl2 na anodě k rychlému poškození Mg slitin. Prvotní ochranou takových slitin je vhodný design součásti. ⇒ Ochrana - změnou designu součásti, aby nezůstávaly přítomny roztoky v kontaktu se slitinou nebo - úpravou povrchu (viz schéma níže) ©2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

42

Povrchová úprava Mg a jeho slitin


43

Svařitelnost Mg slitin - ovlivněna legujícími prvky a metodou výroby slitin (x přítomnost pórovitosti!) ⇒ tvářené slitiny jsou velmi dobře svařitelné na rozdíl od litých Metody svařování: • Obloukové -TIG, MIG • Laserovým paprskem • Elektronovým paprskem • Frikční • Difuzní

- vážným problémem je také vznik pórovitosti při spojování- vlivem rozpuštěných plynů ve slitině po tlakovém lití ⇒ metody s roztaveným stavem se nepoužívají ⇒ ale metoda frikčního/difuzního svařování ⇒ nebo potlačit vznik pórů již během lití - vakuové nebo thixo-lití


44

Hořčík v automobilovém průmyslu

Požadavky na potenciální součásti v autě :

Konstrukční ( plechy) - tuhost, kvalitní povrch, odolnost proti korozi, tvařitelnost.

Motory a součásti hnacího soustavy - tuhost, odolnost proti teplotě a creepu, odolnost proti korozi.

Součásti interiéru (sedadla, volant) - tuhost, absorpce energie

Podvozek (kola, ramena náprav) - pevnost, lomová pevnost, odolnost proti korozi.


45



46

Hořčík v automobilovém průmyslu Historie: 1) Volkswagen Brouk: aplikace: vzduchem chlazený motor a převodovka (AS41 a AZ81) období vrcholu: 50.-70. léta 20. století, poté nahrazeny Al slitinami 2)

90. léta 20. století: závazek eliminace CO2 a redukce spotřeby paliva ⇒ vývoj nových lehčích materiálů (Mg, Li…), v r. 1996 3-l Lupo, Audi A2

Obr. 1. Převodová skříň B80 (AZ91) z VW Audi

Obr. 2. Manuál. převodovka MQ200 z VW Audi


47


Slitina AJ62 (Mg-6Al-2Sr) v bloku motoru BMW

Příčný nosník motoru GM ze slitiny AE44 (Mg-4Al-4RE)

JOM , 8/2007, s.39


48

Hořčík v automobilovém průmyslu - přepážka v zavazadlovém prostoru Hlavní způsob výroby pro aut.průmysl - tlakové lití : The cost of producing a die cast mould is generally less than for press tooling, making the application of cast components particularly suitable for lower volume applications. In pressure die casting the molten magnesium is injected into the mould cavity under pressure. As soon as the part is solid the mould is opened and the part ejected. Cooling water and mould release agent are then applied to the mould before the cycle proceeds onto the next part. Tool life can be of the order of 100 000 parts. Similar technology is applicable for both magnesium and aluminium although shrinkage rates will be different. A magnesium die casting was selected by Mercedes- Benz for structural use on its SLK model for the wall between the fuel tank and luggage compartment. This weighed 7.04 lb compared to 13.2 lb for a steel part and the choice was made because the large surface of the part could be divided into zones of varying thickness and strength, the more heavily stressed parts were up to 6.5 mm thick while the central zones were only 1.8 mm thick.28 As stated, this probably represents the way forward regarding body applications and other companies27 are now following the Fiat example of using a single piece magnesium casting for the crossbeam under the dashboard which replaces an 18-part spot welded assembly

K obrázku: tlakové lití The pressure die casting production process necessitated the use of an open section member (a) in place of a fabricated box made by spot welding. The resulting multiweb reticular section (b) achieved a 50 per cent weight reduction, 80 per cent increase in bending stiffness and 50 per cent increase in torsional stiffness. Sheet forming of magnesium at room temperature is limited due to the hexagonal crystal structure of the material, and twinning characteristics allow only low levels of deformation. It is possible to increase the elongation considerably at elevated temperatures and at 235°C it has been shown that elongations of over 35 per cent have been recorded.Forging has been proposed as an alternative means of component production but even near net shape techniques like precision forging are not really relevant to many body applications.


49



50

Hnací soustava

požadavky: odolnost vůči T>130 °C ⇒ odolnost vůči creepu ⇒ Mg slitiny lité pod tlakem (AZ91), současné aplikace: převodové skříně ruční i automatické a skříně zalomené hřídele, nevýhody: praskání za tepla, problémy během odlévání do formy ⇒ výzkum MRI153, možnosti: sací potrubí, víko hlavy válců, výztuž, olejová vana a skříň olejového čerpadla

Obr. Mikrostruktura a vylučování fází ve slitině MRI153 - s dobrými creepovými vlastnostmi : 1. redukce fáze Mg17Al12; 2. vyšší Ttání než má Mg17Al12 a jiné intermet. fáze; 3. jemně a rovnoměrně rozložené fáze; 4. zubaté hranice zrn.


51

Interiér

a

požadavky: žádné speciální na ochranu

před korozí, aplikace slitin nízké hmotnosti atd. ⇒ Mg slitiny lité pod tlakem (AM50/AM60)

podvozek požadavky: bezpečnost, odolnost vůči

únavě způsobené kmitavým namáháním v korozních podmínkách ⇒ výsledky výzkumu neuspokojivé ⇒ další studie (rheocasting, kované slitiny)

možnosti: jádro volantu, konzoly

pedálů, komponenty hřídele volantu, sedadlové komponenty, zadní sedadla atd.

možnosti: základový rám motoru,

kola, přední a zadní rameno nápravy

Kola a ostatní


52

Karosérie Protlačené Mg komponenty: požadavky: odolnost vůči tahovým a ohybovým napětím, vlastnosti: lepší mech. vlastnosti než mají odlévané Mg komponenty (např. lepší tažnost), nízká absorpce energie (vliv HTU), možnosti: okenní rámy, sedadlové rámy, podvozkové součásti

Odlévané Mg komponenty: požadavky: uspokojující tvrdost, absorpce energie, kvalita povrchu, cena možnosti: komplex příčného nosníku přístrojového panelu, tenkostěnné Mg odlitky, vnitřní Mg komponenty v interiérech dveří, řešení: hybridní víko zavazadlového prostoru 3-l Lupo (vnější Al panel + vnitřní Mg panel) ⇒ úspora hmotnosti 50 % oproti oceli, 20 % oproti Al Komponenty z Mg plechů: požadavky: přesné rozměry, kvalita povrchu, odolnost vůči korozi, malá hmotnost vlastnosti: leží uprostřed intervalu Al plechů (AC120), nižší Youngův modul, tvárné až za tepla (kvůli HTU; 200-250 °C pro dosažení hlubokého tažení – AZ31) možnosti: vnější panely karosérie (dveře, zavazadlový prostor, kapota)

Obr. Hybridní víko motoru z Al/Mg plechu vyrobeného hlubokým tažením (VW)


53

Ostatní aplikace

Obr. Kostra fotoaparátu Nikon a kryt mobilního telefonu z Mg slitiny


54

Příklad strategie vývoje

požadavek

vnější plechy

vnitřní plechy

výlisky

tixo-kované části pro podvozek multi materiálový design komplex tenkostěnných částí pro karosérii

odlévání pro vysokotep. a mech. namáhání

odlévání

(velkosériová výroba vozů)

blok motoru, automatická převodovka

převodová skříň, interiér

čas


55

Slitiny hořčíku. Rozdělení Mg slitin

Recommend Documents