multe industrii caută modalități inovatoare de a-și reduce costurile, de a reduce greutatea produselor și de a reduce consumul total de energie. Ca urmare, metalele ușoare, cum ar fi aluminiul, magneziul și titanul sunt considerate din ce în ce mai mult ca alternative la oțel. Cu noi cercetări în aliaje și tehnologii de suprafață, cum ar fi PEO, inginerii sunt capabili să utilizeze aceste metale ușoare în moduri care anterior ar fi fost considerate inadecvate., Pentru a găsi soluțiile materiale potrivite, este important să aveți un sentiment de avantajele și dezavantajele potențiale ale fiecărui metal, și modul în care acestea ar putea avea un impact asupra proiectului la îndemână.
aluminiu
aluminiul a fost folosit de mult timp ca o alternativă la oțelul inoxidabil:
- este mai ieftin decât oțelul pentru a fi turnat și fabricat, iar cel mai ieftin dintre metalele pe care le privim la lira pentru Lira.
- stratul său de oxid pasiv îi conferă o rezistență ridicată la coroziune, care poate fi îmbunătățită în continuare prin anodizare sau PEO.,
- este de aproximativ o treime din densitatea oțelului, oferindu-i un raport util rezistență-greutate. Sale, care este ușor de îmbunătățit în continuare prin aliaje și tehnici de acoperire.
- aluminiul are o ductilitate ridicată și maleabilitate. Ca rezultat, acesta poate fi prelucrat cu precizie cu ușurință. Acest lucru economisește timp în procesul de fabricație, făcându-l o opțiune mai ecologică și mai economică.în ciuda acestor avantaje, merită să țineți cont de:
- duritatea scăzută a aluminiului tinde să îi ofere o rezistență slabă la abraziune și uzură., Prin urmare, acoperirile dure de uzură sunt necesare în multe circumstanțe pentru a permite utilizarea sa acolo unde oferă altfel proprietăți mecanice adecvate.
- în timp ce aluminiul are o rezistență la tracțiune destul de scăzută, există aliaje care îl pot ridica de la 70 MPa la aproximativ 700 mpa, oferind un raport foarte mare rezistență-greutate. Trebuie remarcat faptul că prețul pentru o astfel de rezistență ridicată tinde să fie o pierdere semnificativă a rezistenței la coroziune. Acoperirile sunt în mod normal esențiale pentru a preveni coroziunea în cazul în care sunt utilizate aliaje de înaltă rezistență, cum ar fi seriile 7xxx și 2xxx.,deși este utilizat pe scară largă în ambalarea alimentelor și în ustensilele de gătit, există o anumită îngrijorare cu privire la biocompatibilitatea aluminiului și legăturile potențiale cu boala Alzheimer. Din nou, acoperirile de protecție pot oferi răspunsul în multe cazuri, contribuind la asigurarea faptului că nu are loc nicio reacție a substratului.,
de la fuselajul aeronavei la cutii de cocs, aluminiu, cu greutatea sa ușoară, costul redus și ușurința de fabricație se pretează la o multitudine de aplicații de inginerie:
- Apple au condus calea în utilizarea pe scară largă a aluminiului pentru a face corpurile distinctive ale MacBook-urilor, iPhone-urilor și iPad-urilor lor. Entuziasmul lui Steve Jobs pentru metal l-a determinat chiar să comande un iaht personalizat din aluminiu. De la utilizarea de pionierat a aluminiului de către Apple, acesta este acum materialul de alegere pentru laptopuri și telefoane.multe mașini au o capotă ușoară din aluminiu și alte panouri de caroserie., De obicei, componentele majore ale motorului, cum ar fi blocurile motorului și pistoanele, sunt acum fabricate aproape exclusiv din aliaje de aluminiu turnat. Alte componente ușoare din aluminiu, cum ar fi etrierele de frână, carcasele electrice, piesele de interior, contribuie la reducerea greutății vehiculului și la creșterea eficienței consumului de combustibil.,
Magneziul
Un val de interes în ultimii zece ani a dezvăluit cum aliaje de magneziu și tehnici de acoperire poate face mai atractive proprietati:
- Magneziul este extrem de ușoară: este 75% mai ușor decât oțelul, cu 50% mai ușoare decât titan, iar 33% mai ușor decât aluminiul.
- are cea mai mare capacitate de amortizare cunoscută a oricărui metal structural, capabilă să reziste la 10x mai mult decât aluminiu, titan sau oțel.
- este foarte ușor de mașină și poate fi turnat prin injecție.,
- magneziul este în întregime biocompatibil, fără riscuri de toxicitate.pe de altă parte, are unele deficiențe bine cunoscute care limitează aplicabilitatea sa mai largă.
- metal este chimic foarte activ, deci, rezistență chimică și la coroziune tinde să fie scăzută
- Mic duritate de suprafață, cum ar fi aluminiu, face dificil de utilizat în tribological aplicații fără o acoperire
- Perene preocupările legate de inflamabilitate uneori exclude utilizarea de magneziu, uneori fără justificare., Cu toate acestea, acest aspect ar trebui considerat în continuare ca parte a unui proces holistic de selecție a materialelor.de la acordul ACEA din 1998, legislația care limitează emisiile de carbon a determinat industria auto să investigheze modalități prin care greutatea extrem de ușoară a magneziului poate fi adaptată scopului. Înainte de această creștere a interesului, magneziul părea inutilizabil în multe contexte industriale:
- reactivitatea ridicată a magneziului a făcut-o susceptibilă la coroziune., Cu toate acestea, aliajele descoperite recent și variantele de puritate mai mare ale aliajelor tradiționale au o rezistență mult mai mare la coroziune, iar noile tehnici de acoperire, cum ar fi oxidarea electrolitică în plasmă (peo), fac un oxid neutru complet rezistent din substratul metalului.
- de Magneziu este slabă rezistență la fluaj a făcut nepotrivit pentru temperaturi ridicate, dar a descoperit recent aliaje, cum ar fi ZE41 & ZWO8203 sunt rezistente la căldură, la temperaturi extreme (c. 400 F). Acoperirile PEO fac, de asemenea, magneziu extrem de rezistent la căldură.,
- rezistența scăzută la tracțiune a magneziului a făcut-o nepotrivită pentru utilizări structurale, dar aliajele și acoperirile noi înseamnă că acest lucru nu mai este cazul.ca urmare a acestor evoluții, magneziul este din ce în ce mai utilizat într-o serie de setări: scaunele auto, sculele electrice, bagajele și camerele au fost proiectate pentru a profita la maximum de magneziu ușor și puternic.
- inginerii militari au început să folosească magneziu în cutii de viteze pentru elicoptere și carcase pentru generatoare, ca mijloc de a oferi rezistență ușoară la temperaturi extreme.,
- cadrele și roțile de înaltă performanță pentru biciclete montane sunt din ce în ce mai fabricate din magneziu ușor, rezistent la coroziune.
- industria aviatică și auto se uită din ce în ce mai mult la modalitățile prin care magneziul poate crește eficiența consumului de combustibil și reduce gazele cu efect de seră.
- componentele complexe, ușoare și puternice, cum ar fi cele găsite în motoare, pot fi ușor turnate din magneziu.,evoluțiile interesante în aliajele de magneziu, metodele de fabricație și tehnologiile de acoperire fac din magneziu un candidat din ce în ce mai viabil pentru o soluție puternică, ușoară și rentabilă.titanul este semnificativ mai puternic decât aluminiul și magneziul, deși densitatea sa mai mare înseamnă că raporturile rezistență-greutate pentru cele trei metale tind să fie similare. Este adesea primul port de apel pentru inginerii care doresc să înlocuiască oțelul într-un exercițiu de greutate ușoară pentru componentele stresate., Are avantajul suplimentar de a fi foarte rezistent la coroziune și are, de asemenea, o biocompatibilitate foarte mare.din păcate, costul ridicat al extracției și fabricării poate exclude utilizarea sa pentru piața generală de consum. în industrie, titanul poate fi găsit:
- pe carenele navelor, submarine și alte structuri expuse la apa de mare, datorită rezistenței ridicate la coroziune
- în înlocuirile șoldului și implanturilor dentare, datorită biocompatibilității și rezistenței ridicate.
- în aeronave, nave spațiale și rachete.,dacă banii nu sunt o problemă, titanul este o alegere excelentă pentru un material puternic și ușor. Datorită dezvoltării tehnologiilor de acoperire și a aliajelor recent cercetate, magneziul rentabil este din ce în ce mai ușor ca soluție. Aceste trei metale sunt adesea considerate concomitent în exerciții ușoare, împreună cu materiale compozite și chiar oțeluri de înaltă rezistență.o altă considerație care este adesea trecută cu vederea este problema rigidității. Crearea unui oțel sau a unui aliaj ușor (de ex., aluminiu) cu o rezistență similară va necesita, în multe cazuri, utilizarea unor grosimi mai mari ale pereților pentru componenta din aluminiu în comparație cu componenta din oțel. O consecință pozitivă a acestui fapt la componenta de aluminiu poate fi de fapt mai rigidă decât omologul său din oțel. Acest lucru este vizibil în panourile caroseriei auto, de exemplu, unde un corp monococ din aluminiu poate fi mai rigid decât omologul său din oțel. În acest caz, există un beneficiu în manipularea vehiculului, de exemplu, și, de asemenea, rezistența la impact.
