Grados de aleación de magnesio: AZ31B, AZ91D Propiedades y selección

Explicación de los grados de aleación de magnesio: propiedades, composición y cómo elegir el correcto

Cada kilogramo que se retira de un componente estructural también funciona para modificar la economía de los costos de combustible, la capacidad de carga útil y el tiempo de ciclo. Esa única ventaja económica es suficiente para explicar por qué los ingenieros se han obsesionado repetidamente con el magnesio, el metal estructural más ligero para uso comercial, con una baja densidad de sólo 1,74 g/cm³. Pero el “magnesio” no es un solo material. Es una familia de mecanizado CNC de magnesio aleaciones, cada una diseñada para un equilibrio específico de propiedades mecánicas, ductilidad, corrosión y tecnología de fabricación.

Este compendio presenta una visión general de los principales grados de aleaciones de magnesio: AZ91D, AZ31B, WE43, AZ61 y ZK60, con datos de propiedades mecánicas validados, composiciones de aleaciones y un diagrama de toma de decisiones. Si envía cajas de fundición a presión o soportes estructurales mecanizados, estos datos le ayudarán a eliminar los grados inadecuados antes de solicitar una cotización.

Por qué las aleaciones de magnesio son importantes para la ingeniería ligera

El magnesio es ahora el metal estructural de menor densidad en el servicio comercial. Es 33% menos denso que el aluminio, 61% menos denso que el titanio y un asombroso 78% menos denso que el acero. Esa densidad heroica confiere ahorros fuera de línea en el consumo de combustible, ganancias más que proporcionales en la relación de carga útil e inercia más ligera para cualquier pieza móvil y, por lo tanto, hace que los diseñadores aeroespaciales y automotrices estén ansiosos por implementar aleaciones de magnesio para ahorrar peso.

La relación resistencia-peso de las aleaciones de magnesio es muy competitiva con muchas aleaciones de aluminio y un par de aceros aleados. El Entrada de Wikipedia sobre fuerza específica señala que las aleaciones de magnesio endurecidas por precipitación rivalizan con las resistencias específicas logradas endureciendo las mejores aleaciones de aluminio, una característica deseable en las piezas de soporte de carga.

Los ingenieros aeroespaciales Boeing y Airbus han incorporado aplicaciones de aleación de magnesio en sus respectivos programas de aviones comerciales. El Asociación Internacional del Magnesio (IMA) ha registrado de manera confiable aplicaciones de aleación de magnesio en fuselajes, recintos de satélites y cajas de cambios de helicópteros, automóviles GT y carrocerías de bicicletas. GM ha utilizado piezas fundidas de magnesio en bastidores de asientos, paneles de instrumentos y bloques de cilindros. Ford utiliza brazos de magnesio en el volante y piezas de los asientos traseros. Alrededor de 70-80% de todas las piezas fundidas de magnesio utilizadas en todo el sector automotriz son piezas fundidas de cámara caliente.

Cómo se clasifican los grados de aleación de magnesio (sistema de denominación ASTM)

Todos los grados de aleación de magnesio disponibles comercialmente cumplen con el sistema de designación establecido en ASTM B951 (inicialmente ASTM B275). Cada código consta de dos letras que indican los elementos primarios de la aleación, dos números que muestran los porcentajes en peso aproximados de estos elementos y luego una letra que designa la mezcla específica de la aleación.

Por ejemplo, tome AZ91D-T6. “A”=aluminio, “Z”=zinc, “9”=9% aluminio, “1”=1% zinc, “D”=cuarta variación registrada de esta composición y “T6«=solución tratada más envejecida artificialmente.

Códigos de letras ASTM para elementos de aleación

En nuestro taller de CNC mecanizamos piezas fundidas (por ejemplo, AZ91D) y aleaciones de magnesio forjado (por ejemplo, AZ31B) de forma regular. Estos nombres le dicen al maquinista CNC qué esperar antes del primer corte: un nivel más alto de aluminio (letra “A” en el código) indica una mejor capacidad de fundición y una menor ductilidad, mientras que una aleación que contiene circonio (códigos de la serie K) indica una estructura de grano más fina y una mejor respuesta de forja.

Designaciones de temperatura comunes

Las aleaciones de magnesio se pueden dividir en dos grupos: aleaciones fundidas como AZ91, AM60 y AE42, que son los productos finales de la fundición a presión, la fundición en arena y la fundición en molde permanente, y aleaciones forjadas como AZ31, AZ61, AZ80 y ZK60, que son los productos finales de la extrusión, la laminación y la forja; Ambos grupos siguen el mismo sistema de denominación de aleaciones con números de letras. El magnesio puro es demasiado blando para uso estructural, por lo que estos elementos de aleación se agregan para alcanzar propiedades útiles de las aleaciones de magnesio en servicio.

AZ91D « La aleación de magnesio fundido más utilizada

AZ91D es la aleación de fundición a presión predominante en la familia del magnesio, es la aleación dominante para la fundición a presión a alta presión en todo el mundo. Las adiciones de calcio de 0,002-0,005% y los límites estrictos de Fe (0,005%), Ni y Cu a los grados de aleación de alta pureza lo distinguen de AZ91A/B/C, que tienen graves fallas por corrosión galvánica.

Composición química

Propiedades mecánicas (Die-Cast, F Temper)

En Le-creator, mecanizamos motores, cajas de cambios, paneles de instrumentos y carcasas electrónicas AZ91D para nuestros clientes de electrónica; Las propiedades de fundición de esta aleación la convierten en uno de los materiales de producción más confiables disponibles. Las secciones de pared más delgadas (hasta 1,5 mm) se rellenan consistentemente bien y después de la solidificación, la estabilidad dimensional es alta con límites de deformación, etc. Un alto contenido de aluminio le da a AZ91D una resistencia a la corrosión ligeramente mejor que sus aleaciones fundidas de aluminio más bajas, ya que el aluminio ayuda a formar una superficie protectora de óxido más fuerte y menos permeable.

AZ91D se utiliza en columnas de dirección de automóviles, carcasas de cajas de cambios, vigas del panel de instrumentos y gabinetes electrónicos. como se puede ver en el Artículo de Wikipedia sobre aleaciones de magnesio AZ91 parecería ser la más popular (a nivel mundial) de las aleaciones de magnesio para fundición a presión utilizadas en todas las industrias del mundo.

AZ31B « La aleación de magnesio forjado de referencia

AZ31B es, con diferencia, la aleación de magnesio forjado más popular utilizada para láminas, placas, extrusiones y magnesio mecanizado piezas. Al igual que AZ91D en el mundo de la fundición, donde domina, AZ31B es la aleación a la que recurren la mayoría de los ingenieros cuando una pieza necesita laminada, doblada, soldada o mecanizada CNC a partir de barras y placas.

Composición química

Propiedades mecánicas (F Temperamento)

El grado que recomendaremos con mayor frecuencia para componentes estructurales mecanizados por CNC en Le-creator es AZ31B. AZ31B demuestra la mejor maquinabilidad de cualquier aleación de magnesio funcional «produce un chip brillante y manejable a altas velocidades de corte (el máximo recomendado para la velocidad de giro es 65-115 m/min) bajo fuerzas de corte reducidas (y la alta ductilidad (15%) es necesario para permitir que el metal resista las tensiones de fijación sin agrietarse. Utilizando los datos que se encuentran en el Hoja de datos AZ31B de AZoM a partir de la aleación de magnesio forjado AZ31B, su resistencia a la tracción de 260 MPa y su límite elástico de 200 MPa son individualmente mucho mayores que los AZ91D fundidos a presión utilizados en el estado de fabricación.

La soldabilidad es otra ventaja de resistencia y ductilidad de AZ31B. AZ31B es una de las aleaciones de magnesio más fáciles de soldar mediante AC TIG, y el FSW de la lámina AZ31B da como resultado uniones con una resistencia a la tracción de hasta 176 MPa para condiciones óptimas. AZ31B está disponible comercialmente como lámina y placa (abajo) ASTM B90) y barras, varillas y tubos extruidos (según ASTM B107).

Otros grados de aleación de magnesio notables: WE43, AZ61, ZK60

AZ91D y AZ31B cubren la mayor parte de la demanda comercial, pero otros tres grados de aleación de magnesio llenan los vacíos de rendimiento que la serie AZ no puede alcanzar, principalmente a temperaturas elevadas, en operaciones de forja y en entornos biomédicos.

WE43 « El grado de tierras raras de alto rendimiento

WE43 es una aleación de magnesio de alto rendimiento con aproximadamente 4% de itrio (W), 3,3% de elementos de tierras raras (E) mischmetal y Zr para el refinamiento del grano. Lo que hace que WE43 sea especial es su resistencia a la fluencia: resistencia a la tracción superior a 180 MPa a 300 °C, mucho mejor que las aleaciones de la serie AZ que pierden integridad estructural por encima de 120 °C. Una revisión en Fronteras en Materiales confirma que los elementos de tierras raras proporcionan una mezcla de solución sólida y refuerzo de la precipitación a alta temperatura.

Otra posible aplicación de WE43 es en el campo de la medicina. El módulo elástico de WE43 (~45 GPa) es mucho más compatible con el hueso (15-25 GPa) que con los implantes de acero o titanio, por lo que es probable que haya menos protección contra tensiones. Un papel adentro PMC/Institutos Nacionales de Salud se informaron placas de fijación ósea basadas en WE43 con suficiente resistencia para su uso en huesos de la mitad de la cara.

AZ61 « El caballo de batalla de la forja

AZ61 tiene 6% Al y 1% Zn, lo que lo sitúa entre AZ31B (más débil pero más conformable) y AZ80 (más resistente pero menos dúctil). Es la aleación de forja forjada para magnesio más utilizada y también sirve como alambre de relleno para soldadura. Si un taller necesita un grado de magnesio forjado más resistente pero no puede justificar el costo de las aleaciones de tierras raras, AZ61 llena ese vacío.

ZK60 « El grado de extrusión de alta resistencia

ZK60 es una aleación de magnesio, zinc y circonio de alta resistencia (6% Zn, ~0,5% Zr). Alcanza una resistencia a la tracción de 321 MPa en estado extruido, con un alargamiento de 15-28% según el método de procesamiento, lo que sitúa las propiedades mecánicas del ZK60 mucho más cerca de las aleaciones de aluminio de gama media que de los grados típicos de magnesio. Las adiciones de circonio producen una estructura de grano extremadamente fina, lo que confiere a la aleación una alta resistencia y formabilidad a temperaturas de trabajo de 250-400 °C.

AZ31B vs AZ91D « Elenco vs Forjado Cara a Cara

La elección más habitual en la producción de Mg es AZ31B o AZ91D. Estas son las dos familias principales (labrada y fundida) y saber cuál domina (y tiene un rendimiento inferior) puede evitar costosas discrepancias en el material.

Un informe de error típico en proyectos: declare AZ91D clase3 al doblar o soldar después de la fundición. Con un alargamiento deficiente 3-7%, AZ91D se agrietará fácilmente incluso cuando AZ31B sobreviva fácilmente. El mayor gasto del aluminio le da al AZ91D una mayor capacidad de lucha contra la corrosión y la fundición, pero una mayor tendencia al agrietamiento en caliente, una menor resistencia al impacto bajo cargas dinámicas y susceptibilidad a la corrosión intergranular si no se controlan las impurezas. La capacidad de endurecimiento por trabajo también está limitada en AZ91D fundido en comparación con AZ31B forjado.

Mientras tanto, haber especificado AZ31B para un programa doméstico de gran volumen donde la fundición a presión reduciría el costo unitario en 60% sería un error muy costoso. AZ31B es una aleación de magnesio forjado ñan que no está fundido a presión. Siempre que su volumen supere los 5.000 componentes y la geometría adecuada para fundir AZ91D casi siempre triunfará económicamente.

“Entre AZ31B y AZ91D, es realmente una opción de fabricación. Decida cómo hacerlo, ya sea una máquina y la calidad se ajuste a su lugar”

« Equipo de ingeniería de Le-creator

Cómo elegir el grado de aleación de magnesio adecuado para su proyecto

Elegir un grado de aleación de magnesio es una compensación de cinco parámetros: carga mecánica, temperatura, ambiente, proceso y cantidad. A continuación se muestra el árbol de decisión que utilizamos en el proceso de obtención de trabajos de mecanizado nuestras capacidades de mecanizado de aleaciones de magnesio.

Cuando un cliente nos trae una pieza con requisitos no identificados, primero usamos AZ31B para crear prototipos y probar, ya que calienta y mecaniza más rápido que otros grados. Una vez que se verifica el diseño de producción y requiere fundición a presión en grandes volúmenes, utilizamos herramientas AZ91D y confiamos en que los estudios de geometría y tolerancia con AZ31B no requerirán una revisión importante.

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