1. Introducción
AZ91D es la aleación de muerte de magnesio más utilizada en todo el mundo, Reconocido por su combinación excepcional de propiedades livianas, castigabilidad, y resistencia mecánica.
A medida que las industrias superan los límites del rendimiento del material, al mismo tiempo que tienen como objetivo reducir las emisiones de carbono y mejorar la eficiencia del combustible, La aleación de magnesio AZ91D ha surgido como una solución vital para la ingeniería ligera.
2. ¿Qué es la aleación de magnesio AZ91D??
AZ91D es una aleación a base de magnesio compuesta principalmente de aluminio (9%), zinc (1%), y manganeso (~ 0.2–0.3%), con magnesio como equilibrio.
La designación "EL"Significa Aluminio (A) y Zinc (Z), los principales elementos de aleación, Mientras que el número 91 indica aproximadamente 9% Al y 1% Zn.
La carta "D" representa un grado específico optimizado para alta presión fundición a presión con excelente fluidez y estabilidad dimensional.
Composición química de aleación de magnesio AZ91D
(Valores típicos por peso)
| Elemento | Contenido (%) | Función / Objetivo |
| Magnesio (Mg) | Balance | Metal base, proporciona propiedades livianas |
| Aluminio (Alabama) | 8.3 - 9.7 | Mejora la fuerza, dureza, y capacidad de castigo |
| Zinc (Zn) | 0.35 - 1.0 | Mejora la resistencia y la resistencia a la corrosión |
| Manganeso (Mn) | 0.15 - 0.5 | Neutralizar el hierro, Mejora la resistencia a la corrosión |
| Silicio (Si) | ≤ 0.10 | Limitado para reducir la fragilidad |
| Cobre (Cu) | ≤ 0.030 | Impureza: deba limitarse a evitar la corrosión |
| Níquel (En) | ≤ 0.002 | Impureza: muy dañina para la resistencia a la corrosión |
| Hierro (Fe) | ≤ 0.005 | Debe minimizarse para mantener el rendimiento de la corrosión |
3. Propiedades físicas de la aleación de magnesio AZ91D
| Propiedad | Valor típico | Notas |
| Densidad | ~ 1.81 g/cm³ | ~ 35% más ligero que el aluminio, ~ 78% más ligero que el acero |
| Rango de fusión | 595–640 ° C | Permite el fundamento eficiente con buena fluidez |
| Conductividad térmica | ~ 72 w/m · k | Magnesio más bajo que puro pero adecuado para disipadores de calor |
| Conductividad eléctrica | ~ 6.8 ms/m | Más bajo que el aluminio; No es ideal para componentes conductores |
| Coeficiente de expansión térmica | ~ 26 x 10⁻⁶ /° C | Más alto que el acero; debe considerar en las articulaciones multimateriales |
| Calor específico | ~ 1.05 J/G · K | Ligeramente más alto que el aluminio |
| Capacidad de amortiguación | Alto | Absorción de vibración superior: ideal para la reducción de NVH |
4. Propiedades mecánicas de aleación de magnesio AZ91D
La aleación de magnesio AZ91D es ampliamente considerada como la aleación de magnesio de fastidio más estructuralmente capaz, ofreciendo un perfil equilibrado de fuerza, rigidez, y capacidad de castigo.
Si bien no coincide con la fuerza de algunas aleaciones de aluminio forjado, ofrece un excelente rendimiento mecánico para aplicaciones livianas, especialmente en alto volumen, entornos de fundición en forma de red.
Propiedades mecánicas típicas (Condición de talla)
| Propiedad | Valor típico | Observaciones |
| Resistencia a la tracción definitiva | 230 MPA (33 KSI) | Adecuado para muchos componentes estructurales |
| Fuerza de rendimiento (0.2% compensar) | 160 MPA (23 KSI) | Bueno para aplicaciones livianas de carga |
| Alargamiento en el descanso | 3% - 7% | Ductilidad moderada; sensible a la velocidad de enfriamiento y la calidad de la fundición |
| Dureza de Brinell | 63 - 70 media pensión | Más suave que la mayoría de las aleaciones de aluminio; suficiente para resistencia al desgaste moderada |
| Módulo de elasticidad | ~ 45 GPA | ~ 70% de la rigidez del aluminio; debe considerarse en usos propensos a vibraciones |
| Fatiga (10⁷ Ciclos) | ~ 105 MPa | Establo bajo cargas cíclicas; depende de la condición de la superficie y los defectos |
| Resistencia al corte | ~ 145 MPa | Importante en aplicaciones torsionales y de sujetadores |
5. Resistencia a la corrosión de la aleación de magnesio AZ91D
AZ91D tiene resistencia a la corrosión moderada, que puede mejorarse significativamente a través de tratamientos superficiales.
La presencia del fase β, rico en aluminio, Forma parejas galvánicas en los límites de grano, que puede convertirse en sitios de iniciación de corrosión, particularmente en ambientes salinos o húmedos.
Los métodos de protección comunes incluyen:
- Revestimientos de conversión de cromato
- Anodizante
- Pintura electrostática o líquida
- Revestimiento de polvo
- Protección catódica
Los avances recientes en la aleación, como pequeñas adiciones de calcio o elementos de tierra rara, han demostrado mejorar la resistencia a la corrosión al reducir la continuidad de la fase β y refinar las estructuras de grano.
6. Fundición & Consideraciones de fabricación de aleación de magnesio AZ91D
AZ91D es la aleación de magnesio más utilizada en la fundición a alta presión (HPDC) Debido a su excepcional castabilización, estabilidad dimensional, y excelente acabado superficial.
Características de lanzamiento
Excelente fluidez
La aleación de magnesio AZ91D exhibe fluidez superior en comparación con muchas aleaciones de magnesio y aluminio.
Esto le permite llenar los moldes de paredes delgadas y complejas fácilmente, que es esencial para piezas como carcasas electrónicas, grupos de instrumentos, y casos de transmisión.
Baja tendencia a la desgarro caliente
Gracias a su contenido de aluminio optimizado (~ 9%), AZ91D mantiene un bajo riesgo de agrietamiento en caliente durante la solidificación. Esto permite fundiciones de alta integridad con menos defectos internos.
Microestructura fina en HPDC
Casting de alta presión Resulta en una rápida solidificación (~ 10⁴ k/s), producir una microestructura de grano fino que mejore la resistencia y el acabado superficial.
Sin embargo, Puede atrapar algunas inclusiones de porosidad u óxido si no está bien controlado.
Proceso de fabricación preferido: Casting de alta presión (HPDC)
- Eficiencia del tiempo del ciclo: Los tiempos de ciclo típicos van desde 30 a 90 artículos de segunda clase, Apoyo a la producción en masa.
- Capacidad de forma cercana a la red: Se necesita un mecanizado mínimo debido a tolerancias estrechas y una excelente replicación de moldes.
- Estabilidad de alta dimensión: Bueno para componentes que requieren un ajuste preciso, como cajas de cambios y soportes.
Otros métodos de fundición menos comunes para AZ91D:
- Casting de died de gravedad (para volúmenes más bajos)
- Tixomolding (Procesamiento semisólido con propiedades mecánicas mejoradas y menos porosidad)
- Fundición de arena (No es ideal debido a la mala fluidez en ambientes de baja presión)
Mecanizado y postprocesamiento
Maquinabilidad
Aleación de magnesio AZ91D ofrece maquinabilidad moderada. Sus bajas fuerzas de corte y su excelente formación de chips son ventajas.
Sin embargo, La dureza relativamente baja de la aleación y la alta reactividad química pueden conducir al desgaste de herramientas y a la formación de borde acumulado si no se manejan adecuadamente.
Recomendaciones clave:
- Usa afilado, Herramientas de carburo recubiertas.
- Aplicar fluidos de corte solubles en agua para evitar la oxidación y mejorar el acabado.
- Evite el mecanizado en seco debido al riesgo de encendido de chips (Aunque el magnesio es menos inflamable de lo que se supone a menudo).
Unión & Desafíos de soldadura
La soldadura AZ91D es difícil debido a la formación de óxidos de superficie estable y el rango de solubilidad sólida limitada de la aleación.
- Soldadura por fusión (Tig/yo) es no recomendado sin blindaje especial y pre-limpieza.
- Técnicas de unión de estado sólido como soldadura por revocación de fricción o fijación mecánica son más efectivos.
- Enlace adhesivo También se utiliza en electrónica y piezas automotrices con materiales diferentes.
7. Aplicaciones de aleación de magnesio AZ91D
AZ91D es una de las aleaciones de matar de magnesio más utilizadas del mundo, Principalmente debido a su excelente relación de fuerza / peso, Castabilidad superior, y buen acabado superficial.
Estos atributos lo hacen ideal para aplicaciones estructurales y semiestructurales livianas en múltiples industrias.
Industria automotriz
La aleación de magnesio AZ91D juega un papel fundamental en la reducción del peso del vehículo y la mejora de la eficiencia de combustible.
Su uso se ha expandido significativamente en vehículos eléctricos e híbridos., donde los ahorros de masa impactan directamente el rango y el rendimiento.
Componentes automotrices típicos:
- Casos de transmisión y carcasa de equipo
- Ruedas de dirección y columnas de dirección
- Soportes y montura
- Paneles de instrumentos y estructuras de tablero
- Carcasa de embrague, corchetes, y soportes de espejo
Electrónica de consumo
Debido a su excelente calidad de superficie, Castabilidad de la pared delgada, y propiedades de blindaje electromagnético, AZ91D se usa ampliamente en dispositivos electrónicos de alta gama.
Aplicaciones clave:
- Chasis portátil y marcos de tableta
- Carcasas de teléfonos móviles
- Cuerpos de cámara digital
- Recintos de accionamiento de disco duro
- Marcos de altavoces
Su capacidad para disipar el calor y su rigidez lo hacen especialmente adecuado para compacto, dispositivos de alto rendimiento.
Aeroespacial y aviación
Mientras que las aleaciones de magnesio se usan de manera más conservadora en el aeroespacial debido a las estrictas regulaciones de seguridad, La aleación de magnesio AZ91D todavía encuentra el uso en carga baja, Aplicaciones estructurales e interiores no críticas.
Componentes comunes:
- Recintos de cabina y cabina
- Carcasa electrónica y cubiertas de sensor
- Estructuras de marco de asiento
- Soportes de panel interior
Su potencial de retardante de llama (con un tratamiento adecuado) y las capacidades de reducción de masa son atractivas para futuros diseños de cabina de aviones y UAV.
Equipo médico y deportivo
Gracias a su biocompatibilidad y alta capacidad de amortiguación, AZ91D se usa cada vez más en los sectores de equipos médicos y deportivos.
Aplicaciones:
- Aparatos ortopédicos y marcos protésicos
- Marcos de bicicleta y carcasa de equipo
- Cabezas de club de golf, marcos de raqueta de tenis
- Componentes de silla de ruedas
Su capacidad para absorber la vibración lo hace ideal para equipos deportivos que requieren precisión y comodidad..
Equipo industrial & Herramientas eléctricas
La baja densidad de magnesio, fortaleza, y la durabilidad hace que AZ91D sea adecuado para herramientas y recintos industriales de alto rendimiento.
Ejemplos:
- Cobras de herramientas eléctricas (P.EJ., simulacros, sierras)
- Marcos de generador portátiles
- Carcasa de bomba y compresor
- Tripas de instrumentos portátiles
8. Ventajas de aleación de magnesio AZ91D
- Alta relación resistencia a peso: ofrece un rendimiento fuerte con una masa mínima
- Castabilidad superior: Ideal para complejo, componentes de pared delgada
- Buena capacidad de amortiguación: reduce la vibración en componentes sensibles
- Reciclabalidad: El magnesio requiere menos energía para reciclar que el aluminio o el acero
- Apariencia superficial mejorada: lograble con pulido o recubrimiento
- Blindaje térmico y electromagnético
- Estabilidad dimensional confiable en la carga dinámica
9. Limitaciones y desafíos
- Susceptibilidad a la corrosión galvánica, especialmente cuando se combina con metales diferentes
- Ductilidad limitada, haciéndolo inadecuado para piezas críticas de impacto
- Problemas de soldadura, requiriendo blindaje especial y flujos
- Sensibilidad a la impureza: rastreo de hierro, cobre, o los niveles de umbral por encima del níquel reducen severamente la resistencia a la corrosión
- Mala rendimiento en entornos marinos o químicamente agresivos sin protección adicional
10. Grados internacionales equivalentes para AZ91D
| Sistema estándar | Nombre de grado | Número UNS | Notas |
| Astm (EE.UU) | AZ91D | M11917 | Según ASTM B93/B93M-MAYO MÁS COMOS |
| ISO (Global) | M10910 | - | ISO 16220 designación de aleación de magnesio |
| EN (Europa) | One-mgal9zn1 (EN 1753) | - | Propiedades químicas y mecánicas equivalentes |
| Él es (Japón) | Jis h 5202 AZ91D | - | Estándar industrial japonés para magnesio fundido |
| GB (Porcelana) | GB/T 5153 AZ91D | - | Especificación equivalente china |
11. Comparación con otras aleaciones de magnesio
AZ91D a menudo se considera el punto de referencia entre las aleaciones de matar de magnesio..
Sin embargo, Cuando ingeniería componentes livianos, Es esencial comparar AZ91D con otras aleaciones comunes de magnesio y aluminio para determinar el mejor ajuste para demandas de aplicaciones específicas.
| Propiedad / Aleación | AZ91D | AM60 | AZ31 | Aluminio 6061 |
| Tipo de aleación | Magnesio fundido | Magnesio fundido | Magnesio forjado | Aluminio forjado |
| Elementos de aleación primarios | ~ 9% Al, ~ 1% Zn, Mn | ~ 6% Al, Mn | ~ 3% Al, ~ 1% Zn, Mn | ~ 1% mg, ~ 0.6% SI |
| Densidad (g/cm³) | 1.81 | 1.80 | 1.77 | 2.70 |
| Resistencia a la tracción (MPA) | ~ 230 | ~ 220 | ~ 250 | 275–310 |
| Fuerza de rendimiento (MPA) | ~ 160 | ~ 130 | ~ 160 | 240 |
| Alargamiento (%) | 3–7 | 7–10 | 10–20 | 10–17 |
| Dureza (Brinell) | 63–70 | ~ 60 | ~ 55 | ~ 95 |
| Castabilidad/formabilidad | Excelente (fundición a presión) | Muy bien (fundición a presión) | Bien (extrusión, laminación) | Excelente (forjado) |
| Resistencia a la corrosión | Moderado (saburral) | Moderado | Moderado a bueno | Excelente |
| Soldadura | Pobre | Pobre | Bien | Excelente |
| Casos de uso | Piezas estructurales de fundición | Autopartes resistentes al impacto | Hojas, tubos, extrusiones | Marcos, aeronave, maquinaria |
| Fortalezas clave | Alta fuerza a peso | Alta ductilidad, tenacidad | Buena formabilidad, soldadura | Alta fuerza, corrosión. |
| Limitaciones clave | Baja ductilidad, soldadura | Fuerza ligeramente menor | No es adecuado para el lanzamiento | Más pesado, mayor costo de energía |
12. Tendencias futuras y R&D Direcciones
Varios r&D Las tendencias tienen como objetivo expandir las capacidades de la aleación de magnesio AZ91D:
- Revestimientos avanzados: Los recubrimientos anodizantes y de oxidación de micro-arco nano-estructurado mejoran el desgaste y la resistencia a la corrosión
- Adiciones de tierras raras: Incorporando elementos como ytrio, cerio, y el neodimio mejora la resistencia a la fluencia y la estabilidad térmica
- Compuestos híbridos: Compuestos de matriz de magnesio reforzado (MMCS) Mejorar la fuerza y la rigidez para el aeroespacial y la defensa
- Adopción de EV: Usar en las tripas de la batería, carcasa automotriz, y marcos estructurales para reducir el peso y extender el rango de conducción
13. Conclusión
La aleación de magnesio AZ91D sigue siendo una piedra angular de la ingeniería ligera, ofreciendo una combinación superior de castabilidad, resistencia mecánica moderada, y resistencia a la corrosión aceptable.
A medida que las industrias continúan empujando hacia la eficiencia y la responsabilidad ambiental, Se espera que el papel de la aleación de magnesio AZ91D crezca, especialmente cuando se combina con recubrimientos de vanguardia y modificaciones de aleación.
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Preguntas frecuentes
Es AZ91D adecuado para aplicaciones marinas?
No, A menos que esté muy cubierto. Su tasa de corrosión en el agua de mar supera 0.5 MM/Año - Uso 316 acero inoxidable en su lugar para ambientes marinos.
Se puede soldar aZ91d?
Sí, Pero con dificultad. La soldadura con láser o TIG con protección de argón es posible, pero requiere experiencia; Se prefiere la fijación mecánica por rentabilidad.
¿Cómo se compara AZ91D con el aluminio? 6061?
Aleación de magnesio AZ91D es 35% más ligero pero tiene menor resistencia a la tracción y tasas de corrosión más altas. Se destaca en aplicaciones de peso crítico (P.EJ., electrónica) donde la fuerza adicional de 6061 es innecesaria.
¿Es la aleación AZ91D amigable con el medio ambiente??
Sí. Es 95% reciclable, con emisión de producción 50% menos co₂ que aluminio y 80% menos que acero (Asociación Mundial de Magnesio).
Qué industrias se benefician más del uso de AZ91D?
Automotor (reducción de peso), electrónica (portabilidad), y aeroespacial (eficiencia de combustible)— Industrias donde el peso ligero impulsa el rendimiento y los ahorros de costos.
