1. Einführung
AZ91D ist die am häufigsten verwendete Magnesium-Stempellegierung weltweit weltweit, Bekannt für seine außergewöhnliche Kombination aus leichten Eigenschaften, Gussbarkeit, und mechanische Stärke.
Da die Branchen die Grenzen der Materialleistung vorantreiben und gleichzeitig darauf abzielen, die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, AZ91D -Magnesiumlegierung hat sich als wichtige Lösung für Leichttechnik entwickelt.
2. Was ist AZ91D Magnesiumlegierung?
AZ91D ist eine auf Magnesiumbasis basierende Legierung, die hauptsächlich aus besteht aus Aluminium (9%), Zink (1%), Und Mangan (~ 0,2–0,3%), mit Magnesium als Gleichgewicht.
Die Bezeichnung “DER”Steht für Aluminium (A) Und Zink (Z), Die Hauptlegierungselemente, während die Zahl 91 zeigt ungefähr an 9% Al und 1% Zn.
Der Brief “D" repräsentiert eine bestimmte Note, die für Hochdruck optimiert ist Druckguss mit ausgezeichneter Fließfähigkeit und dimensionaler Stabilität.
Chemische Zusammensetzung der AZ91D -Magnesiumlegierung
(Typische Werte von Gewicht%)
| Element | Inhalt (%) | Funktion / Zweck |
| Magnesium (Mg) | Gleichgewicht | Grundmetall, Bietet leichte Eigenschaften |
| Aluminium (Al) | 8.3 - - 9.7 | Improves strength, Härte, und Gussbarkeit |
| Zink (Zn) | 0.35 - - 1.0 | Verstärkt die Festigkeit und Korrosionsresistenz |
| Mangan (Mn) | 0.15 - - 0.5 | Neutralisiert Eisen, verbessert die Korrosionsresistenz |
| Silizium (Und) | ≤ 0.10 | Begrenzt auf die Verringerung der Sprödigkeit |
| Kupfer (Cu) | ≤ 0.030 | Verunreinigung - ist beschränkt, um Korrosion zu vermeiden |
| Nickel (In) | ≤ 0.002 | Verunreinigung - sehr schädlich für Korrosionsbeständigkeit |
| Eisen (Fe) | ≤ 0.005 | Muss minimiert werden, um die Korrosionsleistung aufrechtzuerhalten |
3. Physikalische Eigenschaften der AZ91D -Magnesiumlegierung
| Eigentum | Typischer Wert | Notizen |
| Dichte | ~ 1,81 g/cm³ | ~ 35% leichter als Aluminium, ~ 78% leichter als Stahl |
| Schmelzbereich | 595–640 ° C. | Ermöglicht effizientes Stempel mit guter Fließfähigkeit |
| Wärmeleitfähigkeit | ~ 72 W/m · k | Niedriger als reines Magnesium, aber für Kühlkörper geeignet |
| Elektrische Leitfähigkeit | ~ 6,8 ms/m | Niedriger als Aluminium; Nicht ideal für leitfähige Komponenten |
| Wärmeleitkoeffizient | ~ 26 x 10⁻⁶ /° C | Höher als Stahl; Muss in Multi-Materiellögen berücksichtigen |
| Spezifische Wärme | ~ 1,05 j/g · k | Etwas höher als Aluminium |
| Dämpfungskapazität | Hoch | Überlegene Schwingungsabsorption - ideal für die NVH -Reduktion |
4. Mechanische Eigenschaften der AZ91D -Magnesiumlegierung
AZ91D-Magnesiumlegierung wird allgemein als die strukturell fähigste Magnesiumlegierung angesehen, ein ausgewogenes Kraftprofil anbieten, Steifheit, und Gussbarkeit.
Es passt zwar nicht mit der Stärke einiger Schmiede -Aluminium -Legierungen zusammen, Es liefert eine hervorragende mechanische Leistung für leichte Anwendungen, Besonders in hohem Volumen, Netto-Form-Casting-Umgebungen.
Typische mechanische Eigenschaften (As-cast-Zustand)
| Eigentum | Typischer Wert | Anmerkungen |
| Ultimative Zugfestigkeit | 230 MPA (33 ksi) | Für viele strukturelle Komponenten angemessen |
| Ertragsfestigkeit (0.2% Offset) | 160 MPA (23 ksi) | Gut für leichte tragende Anwendungen |
| Dehnung in der Pause | 3% - - 7% | Mäßige Duktilität; empfindlich gegenüber Kühlfrequenz und Gussqualität |
| Brinell Härte | 63 - - 70 Hb | Weicher als die meisten Aluminiumlegierungen; ausreichend für einen mäßigen Verschleißfeststand |
| Elastizitätsmodul | ~ 45 GPA | ~ 70% der Steifheit von Aluminium; sollte bei vibrationsanfälligen Verwendungen berücksichtigt werden |
| Ermüdungsstärke (10⁷ Zyklen) | ~ 105 MPa | Stabil unter zyklischen Belastungen; hängt von Oberflächenzustand und Mängel ab |
| Scherfestigkeit | ~ 145 MPa | Wichtig für Torsions- und Befestigungsanwendungen |
5. Korrosionsbeständigkeit der AZ91D -Magnesiumlegierung
AZ91D hat Mäßige Korrosionsbeständigkeit, Dies kann durch Oberflächenbehandlungen erheblich verbessert werden.
Die Anwesenheit der β-Phase, reich an Aluminium, bildet galvanische Paare an den Korngrenzen, die zu Korrosionsinitiationsstellen werden können, vor allem in Salz- oder feuchten Umgebungen.
Gemeinsame Schutzmethoden umfassen:
- Chromat -Umwandlungsbeschichtungen
- Eloxieren
- Elektrostatische oder flüssige Malerei
- Pulverbeschichtungen
- Kathodischer Schutz
Jüngste Fortschritte bei der Legierung-wie bei kleinen Ergänzungen von Calcium- oder Seltenerdeelementen-haben gezeigt, dass sie die Korrosionsresistenz verbessern, indem sie die Kontinuität der β-Phasen reduzieren und Getreidestrukturen verfeinern.
6. Casting & Herstellungsüberlegungen zur AZ91D -Magnesiumlegierung
AZ91D ist die am häufigsten verwendete Magnesiumlegierung im Hochdruckguss (HPDC) aufgrund seiner außergewöhnlichen Gussbarkeit, Dimensionsstabilität, und ausgezeichnete Oberflächenfinish.
Gusseigenschaften
Hervorragende Fluidität
AZ91D Magnesiumlegierung zeigt im Vergleich zu vielen Magnesium- und Aluminiumlegierungen eine überlegene Fluidität.
Dies ermöglicht es leicht, dünne und komplexe Formen leicht zu füllen, Welches ist für Teile wie elektronische Gehäuse unerlässlich, Instrumentencluster, und Übertragungsfälle.
Geringe Tendenz zum heißen Riss
Dank seines optimierten Aluminiuminhalts (~ 9%), AZ91D hat ein geringes Risiko für heißes Riss während der Verfestigung. Dies ermöglicht hochintegrierte Gussteile mit weniger internen Defekten.
Feine Mikrostruktur in HPDC
Hochdruckguss führt zu einer schnellen Verfestigung (~ 10⁴ k/s), Erzeugung einer feinkörnigen Mikrostruktur, die die Festigkeit und Oberfläche verbessert.
Jedoch, Es kann einige Porositäts- oder Oxideinschlüsse fangen, wenn nicht gut kontrolliert.
Bevorzugter Herstellungsprozess: Hochdruckguss (HPDC)
- Effizienz der Zykluszeit: Typische Zykluszeiten reichen von 30 Zu 90 Sekunden, Unterstützung der Massenproduktion.
- Nah-NET-Formfunktion: Eine minimale Bearbeitung ist aufgrund enger Toleranzen und hervorragender Schimmelpilzreplikation erforderlich.
- Hohe dimensionale Stabilität: Gut für Komponenten, die eine präzise Passform erfordern, wie Getriebe und Klammern.
Andere weniger häufige Gussmethoden für AZ91D:
- Schwerkraft stirbt Guss (Für niedrigere Volumes)
- Thixomolding (Semi-Solid-Verarbeitung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und weniger Porosität)
- Sandguss (Nicht ideal aufgrund einer schlechten Fluidität in niedrigen Druckumgebungen)
Bearbeitung und Nachbearbeitung
Verarbeitbarkeit
Die Magnesiumlegierung AZ91D bietet eine mäßige Bearbeitbarkeit. Seine niedrigen Schnittkräfte und hervorragende Chipbildung sind Vorteile.
Jedoch, Die relativ geringe Härte und die hohe chemische Reaktivität der Legierungen können zu Werkzeugverschleiß und aufgebauter Kantenbildung führen, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.
Schlüsselempfehlungen:
- Verwenden Sie scharf, Beschichtete Carbid -Werkzeuge.
- Tragen Sie wasserlösliche Schneidflüssigkeiten auf, um Oxidation zu verhindern und die Oberfläche zu verbessern.
- Vermeiden Sie die Trockenbearbeitung aufgrund des Risikos einer Chip -Zündung (Obwohl Magnesium weniger brennbar ist als oft angenommen).
Sich anschließen & Schweißherausforderungen
Das Schweißen von AZ91D ist aufgrund der Bildung stabiler Oberflächenoxide und dem begrenzten festen Löslichkeitsbereich der Legierung schwierig.
- Fusionsschweißen (Tig/ich) Ist nicht empfohlen ohne besondere Abschirmung und Vorbereitung.
- Festkörperverbindungstechniken wie Reibung Schweißschweißen oder mechanische Befestigung sind effektiver.
- Kleberbindung wird auch in Elektronik und Automobilteilen mit unterschiedlichen Materialien verwendet.
7. Anwendungen der AZ91D -Magnesiumlegierung
AZ91D ist eine der am häufigsten verwendeten Magnesium-Stempellegierungen der Welt, vor allem aufgrund seines ausgezeichneten Verhältnisses von Stärke zu Gewicht, Überlegene Gussbarkeit, und gute Oberflächenfinish.
Diese Attribute machen es ideal für leichte strukturelle und halbstrukturelle Anwendungen in mehreren Branchen.
Automobilindustrie
Die Magnesiumlegierung AZ91D spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des Fahrzeuggewichts und der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz.
Die Verwendung hat sich in elektrischen und hybriden Fahrzeugen erheblich erweitert, Wo Masseneinsparungen direkt auf den Bereich und die Leistung auswirken.
Typische Automobilkomponenten:
- Übertragungsfälle Und Ausrüstungsgehäuse
- Lenkräder Und Lenksäulen
- Motorhalterungen Und Reittiere
- Instrumententafeln Und Dashboard -Strukturen
- Kupplungsgehäuse, Pedalhalterungen, Und Spiegelklammern
Unterhaltungselektronik
Aufgrund seiner ausgezeichneten Oberflächenqualität, Dünnwandguss, und elektromagnetische Abschirmeigenschaften, AZ91D wird in hochwertigen elektronischen Geräten häufig verwendet.
Schlüsselanwendungen:
- Laptop -Chassis Und Tablet -Rahmen
- Mobiltelefongehäuse
- Digitalkamera -Körper
- Festplattenantriebsgröße
- Sprecherrahmen
Seine Fähigkeit, Wärme und seine Starrheit zu leiten, Hochleistungsgeräte.
Luft- und Raumfahrt und Luftfahrt
Während Magnesiumlegierungen aufgrund strenger Sicherheitsvorschriften konservativer in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, AZ91D-Magnesiumlegierung findet immer noch die Verwendung in niedriger Last verwendet, nicht kritische strukturelle und innere Anwendungen.
Gemeinsame Komponenten:
- Kabine und Cockpit -Gehäuse
- Elektronische Gehäuse Und Sensorabdeckungen
- Sitzrahmenstrukturen
- Innentafelhalterungen
Sein flammretardantes Potenzial (mit richtiger Behandlung) und Massenreduzierungsfähigkeiten sind attraktiv für zukünftige Flugzeugekabinendesigns und UAVs.
Medizinische und sportliche Ausrüstung
Dank seiner Biokompatibilität und hohen Dämpfungskapazität, AZ91D wird zunehmend in den Sektoren für medizinische und sportliche Ausrüstung eingesetzt.
Anwendungen:
- Orthopädische Klammern Und Prothesenrahmen
- Fahrradrahmen Und Ausrüstungsgehäuse
- Golfclubköpfe, Tennisschlägerrahmen
- Rollstuhlkomponenten
Die Fähigkeit, Vibrationen zu absorbieren, macht es ideal für Sportgeräte, die Präzision und Komfort benötigen.
Industrieausrüstung & Elektrowerkzeuge
Magnesiums niedrige Dichte, Stärke, und Haltbarkeit machen AZ91D für leistungsstarke Industriewerkzeuge und Gehäuse geeignet.
Beispiele:
- Elektrowerkzeuggehäuse (Z.B., Übungen, Sägen)
- Tragbare Generatorrahmen
- Pump- und Kompressorgehäuse
- Handheldinstrumentenhüllen
8. Vorteile der AZ91D -Magnesiumlegierung
- Hochfestes Verhältnis: liefert eine starke Leistung mit minimaler Masse
- Überlegene Gussbarkeit: Ideal für Komplex, Dünnwandkomponenten
- Gute Dämpfungskapazität: reduziert die Vibration in empfindlichen Komponenten
- Recyclabalität: Magnesium benötigt weniger Energie, um zu recyceln als Aluminium oder Stahl
- Verbessertes Oberflächenaussehen: erreichbar durch Polieren oder Beschichtung
- Thermische und elektromagnetische Abschirmung
- Zuverlässige dimensionale Stabilität bei der dynamischen Belastung
9. Einschränkungen und Herausforderungen
- Anfälligkeit für galvanische Korrosion, vor allem in Verbindung mit unterschiedlichen Metallen
- Begrenzte Duktilität, Machen Sie es für Schlag-Kritische Teile ungeeignet
- Schweißbarkeitsprobleme, Erfordernde spezielle Abschirmung und Flüsse
- Verunreinigungsempfindlichkeit: Spureneisen, Kupfer, oder Nickel über den Schwellenwert verringern die Korrosionsbeständigkeit erheblich
- Schlechte Leistung in marinen oder chemisch aggressiven Umgebungen ohne zusätzlichen Schutz
10. Internationale Äquivalente für AZ91D
| Standardsystem | Klasse Name | UNS -Nummer | Notizen |
| ASTM (USA) | AZ91D | M11917 | Gemäß ASTM B93/B93M-am häufigsten sterbende Legierung |
| ISO (Global) | M10910 | - | ISO 16220 Bezeichnung von Magnesiumlegierung |
| IN (Europa) | One-Mgal9zn1 (IN 1753) | - | Äquivalente chemische und mechanische Eigenschaften |
| Er ist (Japan) | Jis h 5202 AZ91D | - | Japanischer Industriestandard für die Magnesium-Cast-Magnesium |
| GB (China) | Gb/t 5153 AZ91D | - | Chinesische äquivalente Spezifikation |
11. Vergleich mit anderen Magnesiumlegierungen
AZ91D gilt oft als der Benchmark unter Magnesium-Stempellegierungen.
Jedoch, Beim Engineering leichte Komponenten, Es ist wichtig, AZ91D mit anderen gängigen Magnesium- und Aluminiumlegierungen zu vergleichen, um die am besten geeignete Passform für bestimmte Anwendungsanforderungen zu ermitteln.
| Eigentum / Legierung | AZ91D | AM60 | AZ31 | Aluminium 6061 |
| Legierungstyp | Die-Cast-Magnesium | Die-Cast-Magnesium | Schmiede Magnesium | Aluminium Schmiede |
| Primärlegierungselemente | ~ 9% Al, ~ 1% Zn, Mn | ~ 6% Al, Mn | ~ 3% Al, ~ 1% Zn, Mn | ~ 1% mg, ~ 0,6% Si |
| Dichte (g/cm³) | 1.81 | 1.80 | 1.77 | 2.70 |
| Zugfestigkeit (MPA) | ~ 230 | ~ 220 | ~ 250 | 275–310 |
| Ertragsfestigkeit (MPA) | ~ 160 | ~ 130 | ~ 160 | 240 |
| Verlängerung (%) | 3–7 | 7–10 | 10–20 | 10–17 |
| Härte (Brinell) | 63–70 | ~ 60 | ~ 55 | ~ 95 |
| Gussbarkeit/Formbarkeit | Exzellent (Druckguss) | Sehr gut (Druckguss) | Gut (Extrusion, rollen) | Exzellent (geschmiert) |
| Korrosionsbeständigkeit | Mäßig (beschichtet) | Mäßig | Moderat bis gut | Exzellent |
| Schweißbarkeit | Arm | Arm | Gut | Exzellent |
| Anwendungsfälle | Strukturelle Stanzteile | Impact-resistente Autoteile | Blätter, Röhrchen, Extrusionen | Rahmen, Flugzeug, Maschinen |
| Schlüsselstärken | Hohe Kraft-Gewicht | Hohe Duktilität, Zähigkeit | Gute Formbarkeit, Schweißbarkeit | Hohe Stärke, Korrosion res. |
| Schlüsselbeschränkungen | Niedrige Duktilität, Schweißbarkeit | Etwas niedrigere Stärke | Nicht für das Casting geeignet | Schwerer, höhere Energiekosten |
12. Zukünftige Trends und r&D Anweisungen
Mehrere r&D Trends zielen darauf ab, die Fähigkeiten von Magnesiumlegierung AZ91D zu erweitern:
- Fortgeschrittene Beschichtungen: Nano-strukturierte Anodisierungs- und Mikrobogen-Oxidationsbeschichtungen verbessern Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit
- Ergänzungen von Seltenerd: Elemente wie yttrium einbeziehen, Cer, und Neodym verbessert die Kriechwiderstand und die thermische Stabilität
- Hybridverbundwerkstoffe: Verstärkte Magnesiummatrixverbundwerkstoffe (Mmcs) Stärke und Steifheit für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung verbessern
- EV -Annahme: Verwendung in Batteriegehäusen, Motorgehäuse, und strukturelle Rahmen, um das Gewicht zu reduzieren und den Antriebsbereich zu verlängern
13. Abschluss
AZ91D Magnesiumlegierung bleibt ein Eckpfeiler der leichten Ingenieurwesen, eine überlegene Kombination aus Gussbarkeit anbieten, Mäßige mechanische Stärke, und akzeptabler Korrosionsbeständigkeit.
Da die Branchen weiterhin auf Effizienz und Umweltverantwortung drängen, Die Rolle von Magnesiumlegierung AZ91D wird voraussichtlich wachsen, Besonders in Kombination mit hochmodernen Beschichtungen und Legierungsmodifikationen.
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FAQs
Ist AZ91D für Meeresanwendungen geeignet?
NEIN, es sei denn, es ist stark beschichtet. Seine Korrosionsrate im Meerwasser überschreitet 0.5 MM/Jahr - Verwenden 316 Stahl aus Edelstahl statt für Meeresumgebungen.
Kann AZ91d verschweißt werden?
Ja, aber mit Schwierigkeiten. Laser- oder TIG -Schweißen mit Argonabschirmen ist möglich, erfordert jedoch Fachwissen; Die mechanische Befestigung wird für die Kosteneffizienz bevorzugt.
Wie vergleicht sich AZ91D mit Aluminium? 6061?
Magnesiumlegierung AZ91D Ist 35% leichter, hat aber eine geringere Zugfestigkeit und höhere Korrosionsraten. Es zeichnet sich in gewichtskritischen Anwendungen aus (Z.B., Elektronik) wo die zusätzliche Stärke von 6061 unnötig ist.
Ist AZ91D -Legierung umweltfreundlich?
Ja. Es ist 95% recycelbar, mit Produktion emittieren 50% weniger Co₂ als Aluminium und 80% Weniger als Stahl (World Magnesium Association).
Welche Branchen profitieren am meisten von der Verwendung von AZ91D?
Automobil (Gewichtsreduzierung), Elektronik (Portabilität), und Luft- und Raumfahrt (Kraftstoffeffizienz)- Industrien, in denen Leichtgewichte Leistung und Kosteneinsparungen treibt.
