کاربردهای آلیاژهای منیزیم

مقدمه ای بر کاربردهای آلیاژ منیزیم

پیشرفت‌های آلیاژ منیزیم به طور سنتی ناشی از الزامات صنعت هوافضا برای مواد سبک وزن برای کار در شرایط فزاینده‌ای بوده است.آلیاژهای منیزیم به دلیل چگالی کمشان که فقط دو سوم آلومینیوم است، همیشه برای طراحان جذاب بوده اند.این عامل اصلی در استفاده گسترده از ریخته گری آلیاژ منیزیم و محصولات فرفورژه بوده است.

یک نیاز دیگر در سال های اخیر برای عملکرد خوردگی برتر بوده است و پیشرفت های چشمگیری برای آلیاژهای منیزیم جدید نشان داده شده است.بهبود در خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی منجر به علاقه بیشتر به آلیاژهای منیزیم برای کاربردهای هوافضا و تخصصی شده است و اکنون آلیاژها در برنامه هایی مانند هلیکوپتر McDonnell Douglas MD 500 مشخص می شوند.

آلیاژهای منیزیم در هوافضا

برای سال‌های متمادی، آلیاژ RZ5 به دلیل ترکیبی از چگالی کم و خواص مکانیکی خوب، ماده ترجیحی برای پوشش‌های انتقال هلیکوپتر بوده است.با این حال، اخیراً، نیاز به فواصل طولانی‌تر بین تعمیرات اساسی و در نتیجه بهبود خواص خوردگی باعث شده است که سازندگان در انتخاب مواد تجدید نظر کنند.

در گذشته، RZ5 به طور کلی برای بدنه گیربکس استفاده می شد، اما بسیاری از برنامه های جدید از WE43 به جای ریخته گری روتور اصلی گیربکس استفاده می کردند.برای این کاربرد، از یک گیربکس آلومینیومی استفاده می شد اما برای مقاومت در برابر خوردگی استثنایی WE43.هلیکوپترهای Eurocopter EC 120 و NH90 نیز با جعبه دنده WE43 پرواز کرده اند و WE43 برای Sikorsky S92 مشخص شده است.برنامه های بیشتر برای WE43 در آینده هم در برنامه های جدید و هم برای جایگزینی RZ5 در هلیکوپترهای قدیمی تر انجام خواهد شد.

آلیاژهای RZ5، ZRE1، MSR و EQ21 به طور گسترده برای بدنه موتور هواپیما و جعبه دنده استفاده می شوند.این امر ادامه خواهد داشت، اگرچه این احتمال وجود دارد که WE43 به دلیل خواص خوردگی و دمای بالا به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گیرد.می توان ریخته گری های منیزیمی بسیار بزرگی مانند پوشش های کمپرسور میانی برای موتورهای توربین ساخت.اینها شامل بدنه Rolls Royce Tay در MSR است که 130 کیلوگرم وزن دارد و بدنه BMW Rolls Royce BR710 در RZ5.سایر کاربردهای هوافضا عبارتند از گیربکس های کمکی (F16، Eurofighter 2000، Tornado) در MSR یا RZ5، محفظه ژنراتور (A320 Airbus، Tornado و Concorde در MSR یا EQ21) و سایبان ها، به طور کلی در RZ5.

آهنگرهای آلیاژ منیزیم نیز در کاربردهای هوافضا از جمله قطعات گیربکس حیاتی برای هلیکوپتر Westland Sea King و چرخ‌های هواپیما، هر دو در ZW3 استفاده می‌شوند.قطعات منیزیم فورج شده نیز در کاربردهای موتورهای هوا استفاده می شود.در آینده، آهنگری منیزیم به احتمال زیاد در کاربردهای دمای بالاتر استفاده خواهد شد.

چرا از منیزیم برای ساخت قطعات خودرو استفاده می شود؟

کاهش دائمی وزن خودرو یکی از ابزارهای اصلی موجود برای بهبود بهره وری سوخت خودرو است.فولادهای با استحکام بالا، آلومینیوم (Al) و پلیمرها در حال حاضر برای کاهش وزن به میزان قابل توجهی مورد استفاده قرار می گیرند، با این حال، کاهش وزن قابل توجه بیشتری را می توان با استفاده بیشتر از منیزیم (Mg) و آلیاژهای آن به دست آورد.آلیاژهای منیزیم در حال حاضر در مقادیر نسبتاً کمی برای قطعات خودرو استفاده می‌شوند که عمدتاً محدود به قالب‌های ریخته‌گری می‌شوند، به عنوان مثال، محفظه‌هایی که با جزئیات بیشتر در زیر ذکر شده است.

برای وسایل نقلیه مسافربری معمولی، نزدیک به 90 درصد از کل انرژی مصرفی در طول عمر آنها از زمان تولید تا زمان استفاده نکردن یا خراشیدن، با حمل وزن خود و افراد در اطراف مصرف می‌شود.از این رو، کاهش وزن یکی از بزرگترین چالش های کلیدی برای افزایش بهره وری سوخت خودرو است.

آلیاژهای منیزیم در مهندسی خودرو و مسابقات اتومبیل رانی

استفاده از آلیاژهای منیزیم در ساخت خودرو نویدبخش است، با اکثر تلاش‌های تحقیقاتی کاربردی در حال حاضر بر روی کاربرد در کاربردهای خودرویی که بارهای مکانیکی نسبتاً کم را حمل می‌کنند، انجام شده است.

علیرغم جریمه ظاهری هزینه، در حال حاضر از قطعات ریخته گری به ویژه منیزیم در تعدادی از بدنه، شاسی و پیشرانه خودرو استفاده می شود.به طور خاص، این فلز عمدتاً در قطعات دایکاست از جمله جعبه‌های انتقال چهار چرخ محرک، جعبه‌های انتقال، پایه‌های موتور، اجزای فرمان، صندلی‌ها و پانل ابزار استفاده می‌شود.در حالی که منیزیم فراوان است و تقریباً یک چهارم وزن فولاد و دو سوم وزن آلومینیوم است، می‌تواند مشکلاتی در پردازش ایجاد کند.

در مسابقات اتومبیل رانی، RZ5 به طور کلی برای بدنه گیربکس استفاده می شود، اگرچه آلیاژهای MSR/EQ21 نیز به دلیل خواص دمایی برتر محیط یا به دلیل افزایش دمای عملیاتی به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند.نشان داده شده است که چرخ‌های RZ5 در شرایط مسابقه سخت عملکرد بهتری نسبت به چرخ‌های آلیاژی Mg-Al-Zn دارند.با توجه به دمای عملیاتی بالای موتورهای مسابقه، ریخته گری WE54 برای انواع قطعات موتور فرمول 1 استفاده شده است و برای اجزای موتور برای یک ماشین جاده ای نسخه محدود استفاده می شود.پیستون های فورج شده WE54 پتانسیل خوبی در آینده برای مسابقات موتوری ارائه می دهند و کاربردهای دیگری برای سایر محصولات فرفورژه وجود خواهد داشت.

آلیاژهای منیزیم در بسیاری از کاربردهای مهندسی دیگر نیز استفاده می شوند که وزن سبک مزیت قابل توجهی است.آلیاژهای منیزیم-زیرکونیوم معمولاً در کاربردهای با حجم نسبتاً کم مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که آنها توسط ماسه یا ریخته گری سرمایه گذاری پردازش می شوند یا محصولات فرفورژه با اکستروژن یا آهنگری.آلیاژهای بدون زیرکونیوم، عمدتاً AZ91 و همچنین آلیاژهای دیگر، در خودروسازی و کاربردهای مختلف دیگر با حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرند.