Aleacions de magnesi
Les aleacions de magnesi són mescles de magnesi (el metal estructural més llauger) en atres metals, a sovint alumini, zinc, manganeso, silici, coure, terres rares i zirconi. Les aleacions de magnesi tenen una estructura de retícula hexagonal, lo que afecta a les seues propietats fonamentals. La deformació de la ret hexagonal és més complexa que la de les retículas cúbiques pròpies de metals com l'alumini, el coure i l'acer. Les aleacions de magnesi s'usen habitualment com a materials de fundició moleables, pero l'investigació sobre els composts adequats per a la forja ha segut més intensa des de 2003. Les aleacions de magnesi foses s'usen per a molts components dels automòvilés moderns i també s'han usat en alguns vehículs d'altes prestacions. El magnesi fos a pressió també s'usa en les carcasses i en alguns components de l'accionament de les lents d'algunes càmares fotogràfiques.
Pràcticament totes les aleacions comercials de magnesi fabricades en els Estats Units contenen alumini (del 3 al 13 per cent) i manganeso (del 0,1 al 0,4 per cent). Moltes també contenen zinc (0,5 a 3 per cent) i algunes són endurides per mig de tractament tèrmic.
Totes les aleacions es poden usar per a distints processos, pero les aleacions AZ63 i AZ92 s'usen més para fundició, la AZ91 per a fundició a pressió i la AZ92 s'ampra generalment per a fundició en mòle permanent (mentres que la AZ63 i la A10 a voltes també s'usen en esta última aplicació). Per a processos de forja, l'aleació AZ61 és la més utilisada, amprant-se l'aleació M1 a on es no es requerix una resistència elevada i la AZ80 per a major resistència. Per mig de processos d'extrusió es fabrica una àmplia gama de formes, especialment barres i tubos en l'aleació M1 quan és suficient una resistència baixa o quan es requerix realisar soldaduras en peces de fundició també de M1. Les aleacions AZ31, AZ61 i AZ80 s'ampren per a extrusions en l'orde de preferència mencionat, a on l'aument de la resistència justifica els seus majors costs relatius.[1]
El magnox, una aleació el nom de la qual és una abreviatura de "magnesi no oxidant", té un 99 % de magnesi i un 1 % d'alumini, i s'utilisava en el revestiment de les barres de combustible dels reactors nuclears Magnox.
Les aleacions de magnesi es denominen per mig de còdics abreviats (definits en la norma ASTM B275) que denoten composicions químiques aproximades per pes. Per eixemple, AS41 té 4 % d'alumini i 1 % de silici; i AZ81 té un 7,5 % alumini i un 0,7 % de zinc. Si l'alumini forma part de l'aleació, casi sempre també està present un component de manganeso en aproximadament 0,2% en pes, que servix per a millorar l'estructura del gra. Si l'alumini i el manganeso estan absents, el zirconi sol estar present en al voltant del 0,8 % en este mateix propòsit. El magnesi és un material inflamable, per lo que deu manejar-se en esment.
Designació
[editar | editar còdic]| ASTM | B275 |
|---|---|
|
Alumini | |
| B | Bismut |
| C | Coure |
| D | Cadmi |
| I | Terres rares |
| F | Ferro |
| H | Tori |
| J | Estronci |
| K | Zirconio |
| L | Liti |
| M | Manganeso |
| N | Níquel |
| P | Plome |
| Q | Argent |
| R | Cromo |
| S | Silici |
| T | Estany |
| V | Gadolini |
| W | Itri |
| X | Calcio |
| I | Antimoni |
| Z | Zinc |
Els noms de les aleacions de magnesi a sovint es donen en dos lletres seguides de dos números. Les lletres indiquen els principals elements d'aleació (A = alumini, Z = zinc, M = manganeso, S = silici). Els números indiquen les respectives proporcions nominals dels principals elements de l'aleació. La denominació AZ91, per eixemple, designa a una aleació de magnesi en aproximadament una concentració en pes del 9 % d'alumini i de l'1 % de zinc. La composició exacta deu confirmar-se a partir d'estàndarts de referència.
El sistema de designació de les aleacions de magnesi no està tan ben estandardisat com en el cas dels acers o les aleacions d'alumini; la majoria dels productors seguixen un sistema que usa una o dos lletres de prefix, dos o tres números i una lletra de sufix. Les lletres del prefix designen els dos principals metals d'aleació d'acort en el següent format desenrollat en l'especificació B275 de l'ASTM, com es mostra en la taula de la dreta.[1]
L'alumini, el zinc, el zirconio i el tori contribuïxen a l'enduriment del compost per precipitació: el manganeso millora la resistència a la corrosió;[2] i l'estany millora la moldeabilidad del material. L'alumini és l'element d'aleació més comuna. Els números corresponen al percentage redonejat dels dos elements principals de l'aleació, procedint alfabéticamente a mida que les composicions es tornen estàndar. La designació del procés de revenido és molt similar a la de l'alumini, amprant-se els còdics –F, -O, -H1, -T4, -T5 i –T6.
El mòle permanent en arena i la fundició a pressió són els processos més àmpliament desenrollats per a les aleacions de magnesi, sent la fundició a pressió la més popular. Encara que el magnesi costa aproximadament el doble que l'alumini, el seu procés de fundició a pressió en cambra calenta és més fàcil, més econòmic i entre un 40 % i un 50 % més ràpit que el procés de cambra freda requerit per a l'alumini. El seu comportament com a material forjable és pobre a temperatura ambiente, pero la majoria dels processos convencionals es poden realisar quan es calfa a temperatures de l'orde de Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist.. Com estes temperatures s'alcancen fàcilment i generalment no requerixen una atmòsfera protectora, es fabriquen molts productes de magnesi formats o somesos a embutición. Les propietats per al mecanisat de les aleacions de magnesi és la millor de qualsevol metal comercial i, en moltes aplicacions, els aforros en els costs de mecanisat compensen en créixens el major cost del material. No obstant, és necessari mantindre les ferramentes esmolades i deixar suficient espai per a les borumballes. Les aleacions de magnesi es poden soldar casi tan fàcilment com les d'alumini, pero és necessari espalmar-les o netejar-les en productes químics prèviament. La soldadura per fusió es porta a terme més fàcilment per mig de processos que utilisen una atmòsfera protectora inerte de gas argón o heli. Existix una considerable desinformació sobre el risc d'incendi en el processament d'aleacions de magnesi. És cert que són altament combustibles quan es troben en forma finamente dividida, com a pols o borumballes fines, i este perill deu evitar-se sempre. Per damunt de Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist., es requerix una atmòsfera lliure d'oxigen i no combustible per a evitar que es creme. Les operacions de fundició a sovint requerixen precaucions adicionals per la reactivitat del magnesi en l'arena i l'aigua en forma de làmina, barra, forma extrusionada o fundició; pero les aleacions de magnesi no representen un perill real d'incendi.[1]
Les aleacions que contenen tori generalment no s'usen, ya que un contingut de tori de més del 2 % requerix que es manipule com un material radiactiu, encara que el magnesi toriado conegut com Mag-Thor es va usar en aplicacions militars i aeroespacials en la década de 1950.
Les aleacions de magnesi s'utilisen tant per a components fosos com forjats: les que contenen alumini s'utilisen normalment per a fundició; les que contenen zirconi per a peces forjades; i les que inclouen zirconi es poden usar a temperatures més altes i són populars en l'indústria aeroespacial.
Les aleacions de magnesi, itri, terres rares i zirconi com la WE54 i la WE43 (esta última en una composició de Mg 93,6 %, I 4 %, Nd 2,25 %, Zr 0,15 %) poden treballar sense fluencia fins a 300 °C i són raonablement resistents a la corrosió.
Els noms comercials a voltes s'han associat en aleacions de magnesi. Eixemples coneguts són:
Aleacions per a fundició
[editar | editar còdic]La fundició de magnesi presenta fluencia a tensions de l'orde de 75–200 MPa, la tensió de trencament està compresa en l'interval 135–285 MPa en una elongació del 2–10 %. El seu densitat típica és d'1,8 g/cm3 i el seu mòdul de Young és de 42 GPa.[3] Les aleacions de fundició més comunes són:
Aleacions forjades
[editar | editar còdic]La tensió de prova de l'aleació forjada de magnesi és típicament de 160-240 MPa, la resistència a la tracció és de 180-440 MPa i l'allargament és de 7-40%.[4] Les aleacions forjades més comunes són:
Les aleacions de magnesi forjat tenen una característica especial. La seua resistència a la compressió és menor que la resistència a la tracció. Despuix de la formació, les aleacions de magnesi forjat tenen una textura fibrosa en la direcció de la deformació, lo que aumenta la seua resistència a la tracció. En compressió, la resistència de prova és menor per processos de maclado, que es produïxen més fàcilment a compressió que a tracció en aleacions de magnesi per l'estructura de ret hexagonal.
Les preparacions en pols extrusionadas i ràpidament solidificadas alcancen resistències a la tracció de fins a 740 MPa pel seu caràcter cristalí amorfo,[5] sent dos voltes més fortes que les aleacions de magnesi tradicionals més resistents i comparable a les aleacions d'alumini de major capacitat mecànica.
Taula de composicions
[editar | editar còdic]| Nom de l'aleació | Proporció (%) | Atres metals | Notes | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mg | A el | Zn | Si | Mn | |||
| AE44 | 92 | 4 | - | - | - | 4% metal de Misch | En metal de Misch, una aleació d'elements de terres rares en aproximadament 50% de ceri i 25% de lantano |
| AJ62A[6] | 89.8–91.8 | 5.6–6.6 | 0.2 | 0.08 | 0.26–0.5 | 2.1–2.8% Sr, <0.1% cada u de Be, Cu, Fe, Ni | Aleació de Mg per a motors d'alta temperatura |
| WE43 | 93.6 | - | - | - | - | I 4%, Nd 2.25%, 0.15% Zr | Utilisat en aeronaus i vehículs d'alt rendiment, resistència a la tracció 250 MPa[7] |
| AZ81 | ? | 7.5 | 0.7 | - | 0,13 | ? | - |
| AZ31B[8] | 96 | 2.5–3.5 | 0.7–1.3 | <0.05 | 0.2 | ? | Aleació forjada, bona resistència i ductilitat, resistència a la corrosió, soldabilidad, extrusionable |
| AMCa602 | 91.5 | 6 | 0.1 | - | 0.35 | 2% Ca | Aleació de Mg no combustible |
| AM60 | 93.5 | 6 | 0.1 | - | 0.35 | - | - |
| AZ91[9] | 90.8 | 8.25 | 0.63 | 0.035 | 0.22 | Cu – 0.003; Fe – 0.014; Be – 0.002 | Utilisada per a fundició a pressió |
| QE22[10] | - | - | - | - | - | 2.5% Ag, 2% RE, 0.6% Zr | |
| Magnox (Al 80) | 99.2 | 0.8 | - | - | - | - | Aleació de magnesi no oxidant |
Característiques
[editar | editar còdic]
Les propietats particulars del magnesi són similars a les de les aleacions d'alumini: pes específic baix en resistència satisfactòria. El magnesi proporciona ventages sobre l'alumini, ya que té una densitat encara menor (uns 1800 kg/m3 front a uns 2800 kg/m3).[11] No obstant, les propietats mecàniques de les aleacions de magnesi tendixen a ser inferiors a les de les aleacions d'alumini més resistents.[12]
La relació pese-resistència de les aleacions de magnesi endurides per precipitació és comparable en la de les aleacions d'alumini més forts o en la dels acers aleados. Les aleacions de magnesi, no obstant, tenen una densitat més baixa, soporten una major càrrega de columna per unitat de pes i tenen un mòdul específic més alt. També s'usen quan no és necessària una gran resistència, pero es desija una forma massiça pero llaugera, o quan es necessita una rigidea major. Estes característiques propicien el seu us en la fundició de peces de formes complicades, com a carcasses o fuselages per a aeronaus; i en peces per a màquines de moviment alternatiu o de rotació ràpida. Tals aplicacions poden induir processos de maclado i desdoblament cíclicos que reduïxen el llímit elàstic quan el material se somet a repetits cicles de canvi de direcció de la càrrega.
La resistència de les aleacions de magnesi es reduïx a temperatures alguna cosa elevades; temperatures tan baixes com Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist. produïxen una reducció considerable del seu llímit elàstic. La millora de les propietats a alta temperatura de les aleacions de magnesi és un àrea d'investigació activa en resultats prometedors.[12]
Les aleacions de magnesi mostren una forta anisotropía i una baixa formabilidad a temperatura ambiente, per la seua estructura cristalina compacta hexagonal, lo que llimita els modos pràctics de processament.[13] A temperatura ambiente, l'esmonyida de la recalcada del pla basal i el maclado mecànic són els únics mecanismes de deformació operatius; la presència de maclas requerix ademés que unes condicions de càrrega específiques siguen favorables. Per estes raons, el processament de les aleacions de magnesi deu realisar-se a altes temperatures per a evitar la fractura fràgil.[14]
Les propietats a alta temperatura de les aleacions de magnesi són rellevants per a aplicacions automotrices i aeroespacials, a on la desacceleració de la deformació per fluencia llenta juga un paper important en la vida útil del material. Les aleacions de magnesi generalment tenen males propietats de fluencia; esta deficiència s'atribuïx a les adició de solut en lloc de la matriu de magnesi, ya que el magnesi pur mostra una vida de fluencia similar a la de l'alumini pur, pero les aleacions de magnesi mostren una vida de fluencia menor en comparació a les aleacions d'alumini.[12][14] La fluencia en aleacions de magnesi es produïx principalment per esmonyida per recalcada, que activa l'esmonyida creuada i l'esmonyida de llímit de gra.[15] S'ha demostrat que l'adició de chicotetes cantitats de zinc en les aleacions de Mg-RE aumenta la vida de fluencia en un 600 % en estabilisar els precipitats en els plans basal i prismàtic a través de l'enduriment de l'unió localisada.[15] Estos desenrolls han permés que les aleacions de magnesi s'utilisen en aplicacions automotrices i aeroespacials a temperatures relativament altes.[12] Els canvis microestructurales a altes temperatures també estan influïts per la recristalización dinàmica en aleacions de magnesi de gra fi.
S'investiguen les contribucions individuals del gadolini i l'itri a la reducció del envelliment tèrmic i a l'increment de la resistència a altes temperatures de les aleacions de magnesi que contenen abdós elements, analisant composts que inclouen diferents relacions molar de Gd:I d'1:0, 1:1, 1:3 i 0:1 en un contingut d'I + Gd de 2,75 mol%. Totes les aleacions investigades exhibixen un notable enduriment per envelliment, per la precipitació de la fase β en estructura cristalina DO19 i la fase β en estructura cristalina BCO, inclús a temperatures d'envelliment superiors a 200 °C. Abdós precipitats s'observen en mostres d'edat màxima. Els precipitats que contribuïxen a l'enduriment per envelliment són fins i la seua cantitat aumenta a mida que aumenta el contingut de Gd, i açò dona com resultat un aument de la durea màxima, la resistència a la tracció i una tensió de prova del 0,2 %, pero una elongació disminuïda. Per un atre costat, un major contingut d'I aumenta l'allargament de les aleacions pero dona com resultat una menor resistència.[1]
A pesar de la naturalea activa del metal, el magnesi i les seues aleacions tenen una bona resistència a la corrosió en presència d'aire en condicions de laboratori. La taxa de corrosió és llenta en comparació a l'oxidació del acer en la mateixa atmòsfera. L'immersió en aigua salada és problemàtica, pero s'ha conseguit una gran millora en la resistència a la corrosió per aigua salada, especialment per als materials forjats, en reduir algunes impurees, en particular el níquel i el coure, a proporcions molt baixes[16] o usant recobriment apropiats.[17]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 (2012) DeGarmo's Materials and Processes in Manufacturing, 11th Edition, Wiley. ISBN 978-1-118-16373-3.
- ↑ Corrosion Resistance of Aluminum and Magnesium Alloys: Understanding, Performance, and Testing, John Wiley & Sons. ISBN 9780470531761.
- ↑ «Cast Magnesium Alloy». MakeItFrom.com.
- ↑ “Wrought magnesium alloys for structural applications” . Materials Science and Technology 24 (8): 991–996. doi:.
- ↑ “Consolidation and mechanical properties of atomized Mg-based amorphous powders” (1994). Materials Science and Engineering: A 179-180: 112–117. doi:.
- ↑ «Magnesium Alloys». Lightweight Technology Centre. Archivat des d'el original, el 13 de giner de 2019.
- ↑ «Magnesium Elektron WE43 Alloy (UNS M18430)».
- ↑ AZ31B
- ↑ “Mechanical properties of magnesium alloy AZ91 at elevated temperatures” (2006). Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 18: 203–206.
- ↑ Mechanical Properties of QE22 magnesium alloy based composites, 2004
- ↑ Mechanical System Design: Applications of Fundamentals, Technical Publications. ISBN 9789333221818.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 “Current development of creep-resistant magnesium cast alloys: A review” . Materials and Design 155: 422–442. doi:.
- ↑ “Plastic anisotropy and the role of senar-basal slip in magnesium alloy AZ31B” . International Journal of Plasticity 21 (6): 1161–1193. doi:.
- ↑ 14,0 14,1 “Magnesium Alloy and Applications” . Materials Science and Technology 10 (1): 1–16. doi:.
- ↑ 15,0 15,1 “Exceptional increase in the creep life of magnesium rare-earth alloys due to localized bond stiffening” . Nature Communications 8 (1). doi:. PMID 29222427. Bibcode: 2017NatCo...8.2000C.
- ↑ “Fundamentals and advances in magnesium alloy corrosion” . Progress in Materials Science 89: 92–193. doi:.
- ↑ “Low-Cost Biobased Coatings for AM60 Magnesium Alloys for Food Contact and Harsh Environment Applications” . International Journal of Molecular Sciences 22 (9): 4915. doi:. PMID 34066374.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Aleaciones de magnesio» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.