1. Introduction
AZ91D est l'alliage de casting de matrice de magnésium le plus utilisé dans le monde entier, réputé pour sa combinaison exceptionnelle de propriétés légères, coulée, et résistance mécanique.
Alors que les industries repoussent les limites des performances des matériaux tout en visant à réduire les émissions de carbone et à améliorer l'efficacité énergétique, L'alliage de magnésium AZ91D est devenu une solution vitale pour l'ingénierie légère.
2. Qu'est-ce que l'alliage de magnésium AZ91D?
AZ91D est un alliage à base de magnésium principalement composé de aluminium (9%), zinc (1%), et manganèse (~ 0,2 à 0,3%), avec du magnésium comme équilibre.
La désignation «LE"Représente Aluminium (UN) et Zinc (Z), les principaux éléments d'alliage, Alors que le nombre 91 indique approximativement 9% Al et 1% Zn.
La lettre «D" représente une note spécifique optimisée pour la haute pression moulage avec une excellente fluidité et une stabilité dimensionnelle.
Composition chimique de l'alliage de magnésium AZ91D
(Valeurs typiques par poids%)
| Élément | Contenu (%) | Fonction / But |
| Magnésium (Mg) | Équilibre | Métal de base, Fournit des propriétés légères |
| Aluminium (Al) | 8.3 - 9.7 | Améliore la force, dureté, et la coulée |
| Zinc (Zn) | 0.35 - 1.0 | Améliore la résistance à la force et à la corrosion |
| Manganèse (MN) | 0.15 - 0.5 | Neutraliser le fer, améliore la résistance à la corrosion |
| Silicium (Et) | ≤ 0.10 | Limité à réduire la fragilité |
| Cuivre (Cu) | ≤ 0.030 | Impureté - doit être limité pour éviter la corrosion |
| Nickel (Dans) | ≤ 0.002 | Impureté - très nocif pour la résistance à la corrosion |
| Fer (Fe) | ≤ 0.005 | Doit être minimisé pour maintenir les performances de corrosion |
3. Propriétés physiques de l'alliage de magnésium AZ91D
| Propriété | Valeur typique | Remarques |
| Densité | ~ 1,81 g / cm³ | ~ 35% plus léger que l'aluminium, ~ 78% plus léger que l'acier |
| Gamme de fusion | 595–640 ° C | Permet un casting de matrices efficace avec une bonne fluidité |
| Conductivité thermique | ~ 72 w / m · k | Plus bas que le magnésium pur mais adapté aux dissipateurs thermiques |
| Conductivité électrique | ~ 6,8 ms / m | Plus bas que l'aluminium; Pas idéal pour les composants conducteurs |
| Coefficient de dilatation thermique | ~ 26 x 10⁻⁶ / ° C | Plus élevé que l'acier; doit considérer dans les articulations multi-matériaux |
| Chaleur spécifique | ~ 1,05 J / G · K | Légèrement plus élevé que l'aluminium |
| Capacité d'amortissement | Haut | Absorption des vibrations supérieures - Idéal pour la réduction de NVH |
4. Propriétés mécaniques de l'alliage de magnésium AZ91D
L'alliage de magnésium AZ91D est largement considéré comme l'alliage de magnésium moulé le plus structurellement capable, offrant un profil de force équilibré, rigidité, et la coulée.
Bien qu'il ne corresponde pas à la force de certains alliages d'aluminium forgés, Il offre d'excellentes performances mécaniques pour les applications légères, surtout en volume élevé, Environnements de coulée en forme de file.
Propriétés mécaniques typiques (Condition à l'établissement)
| Propriété | Valeur typique | Remarques |
| Résistance à la traction ultime | 230 MPA (33 ksi) | Adéquat pour de nombreux composants structurels |
| Limite d'élasticité (0.2% compenser) | 160 MPA (23 ksi) | Bon pour les applications de chargement légères |
| Allongement à la pause | 3% - 7% | Ductilité modérée; sensible au taux de refroidissement et à la qualité du moulage |
| Dureté de Brinell | 63 - 70 HB | Plus doux que la plupart des alliages en aluminium; suffisant pour une résistance à l'usure modérée |
| Module d'élasticité | ~ 45 GPA | ~ 70% de la rigidité de l'aluminium; devrait être considéré dans les utilisations sujettes aux vibrations |
| Force de fatigue (10⁷ Cycles) | ~ 105 MPa | Stable sous charges cycliques; dépend de l'état de surface et des défauts |
| Résistance au cisaillement | ~ 145 MPa | Important dans les applications de torsion et de fixation |
5. Résistance à la corrosion de l'alliage de magnésium AZ91D
AZ91D a résistance à la corrosion modérée, qui peut être considérablement amélioré par les traitements de surface.
La présence du β-phase, riche en aluminium, Forme des couples galvaniques aux joints de grains, qui peuvent devenir des sites d'initiation de la corrosion, en particulier dans les environnements salins ou humides.
Les méthodes de protection courantes comprennent:
- Revêtements de conversion de chromate
- Anodisation
- Peinture électrostatique ou liquide
- Revêtements de poudre
- Protection cathodique
Les progrès récents d'alliage - comme de petits ajouts de calcium ou d'éléments de la terre rare - se sont avérés améliorer la résistance à la corrosion en réduisant la continuité en phase β et affiner les structures de grains.
6. Fonderie & Considérations de fabrication en alliage de magnésium AZ91D
AZ91D est l'alliage de magnésium le plus utilisé dans la coulée à haute pression (HPDC) En raison de sa coulée exceptionnelle, stabilité dimensionnelle, et excellente finition de surface.
Caractéristiques de coulée
Excellente fluidité
Magnésium Alliage AZ91D présente une fluidité supérieure par rapport à de nombreux alliages de magnésium et d'aluminium.
Cela lui permet de remplir facilement des moules à parois minces et complexes, qui est essentiel pour des pièces comme les boîtiers électroniques, grappes d'instruments, et les cas de transmission.
Faible tendance à la déchirure chaude
Grâce à son contenu en aluminium optimisé (~ 9%), AZ91D maintient un faible risque de fissuration chaude pendant la solidification. Cela permet des pièces moulées à haute intégrité avec moins de défauts internes.
Microstructure fine dans HPDC
Casting à haute pression entraîne une solidification rapide (~ 10⁴ k / s), Produire une microstructure à grains fins qui améliore la résistance et la finition de surface.
Cependant, Il peut piéger une certaine porosité ou des inclusions d'oxyde si elle n'est pas bien contrôlée.
Processus de fabrication préféré: Casting à haute pression (HPDC)
- Efficacité du temps de cycle: Les temps de cycle typiques vont de 30 à 90 secondes, Soutenir la production de masse.
- Capacité de forme proche: Un usinage minimal est nécessaire en raison de tolérances étroites et d'une excellente réplication de moisissure.
- Stabilité dimensionnelle élevée: Bon pour les composants nécessitant un ajustement précis, comme les boîtes de vitesses et les supports.
Autres méthodes de coulée moins courantes pour AZ91D:
- Moulage par gravité (pour les volumes inférieurs)
- Thixomold (traitement semi-solide avec des propriétés mécaniques améliorées et moins de porosité)
- Coulée de sable (Pas idéal en raison d'une mauvaise fluidité dans les environnements à basse pression)
Usinage et post-traitement
Machinabilité
Magnésium Alloy AZ91D offre une machinabilité modérée. Ses faibles forces de coupe et excellente formation de puces sont des avantages.
Cependant, La dureté relativement faible de l'alliage et une réactivité chimique élevée peuvent entraîner une usure d'outils et une formation de bords construite s'il n'est pas correctement géré.
Recommandations clés:
- Utiliser Sharp, Outils en carbure en revêtement.
- Appliquer des fluides de coupe solubles dans l'eau pour prévenir l'oxydation et améliorer la finition.
- Évitez l'usinage à sec en raison du risque d'allumage de la puce (bien que le magnésium soit moins inflammable qu'on ne le supposait souvent).
Adhésion & Défis de soudage
Le soudage AZ91D est difficile en raison de la formation d'oxydes de surface stables et de la plage de solubilité solide limitée de l'alliage.
- Soudage de fusion (Tig / moi) est pas recommandé sans blindage spécial et pré-nettoyage.
- Techniques d'adhésion à l'état solide comme soudage par agitation à la friction ou Fixation mécanique sont plus efficaces.
- Liaison adhésive est également utilisé dans l'électronique et les pièces automobiles avec des matériaux différents.
7. Applications de l'alliage de magnésium AZ91D
L'AZ91D est l'un des alliages de casting de magnésium les plus utilisés au monde au monde, principalement en raison de son excellent rapport force / poids, Couchabilité supérieure, et bonne finition de surface.
Ces attributs le rendent idéal pour les applications structurelles et semi-structurales légères dans plusieurs industries.
Industrie automobile
L'alliage de magnésium AZ91D joue un rôle essentiel dans la réduction du poids du véhicule et l'amélioration de l'efficacité énergétique.
Son utilisation s'est considérablement développée dans les véhicules électriques et hybrides, où les économies de masse ont un impact direct sur la plage et les performances.
Composants automobiles typiques:
- Cas de transmission et boîtiers d'équipement
- Roues de direction et colonnes de direction
- Supports de moteur et montures
- Supports d'instruments et Structures de tableau de bord
- Boîtiers d'embrayage, supports de pédale, et supports de miroir
Electronique grand public
En raison de son excellente qualité de surface, coulée à paroi mince, et propriétés de blindage électromagnétique, AZ91D est largement utilisé dans les appareils électroniques haut de gamme.
Applications clés:
- Châssis d'ordinateur portable et cadres de tablette
- Boîtiers de téléphonie mobile
- Corps de caméras numériques
- Enclos de disque dur
- Cadres de conférencier
Sa capacité à dissiper la chaleur et sa rigidité le rendent particulièrement adapté à compact, dispositifs haute performance.
Aérospatial et aviation
Tandis que les alliages de magnésium sont utilisés plus conservateur dans l'aérospatiale en raison de réglementations de sécurité strictes, L'alliage de magnésium AZ91D trouve toujours une utilisation à faible charge, Applications structurelles et intérieures non critiques.
Composants communs:
- Enclos de cabine et de cockpit
- Logements électroniques et couvercles de capteur
- Structures du cadre des sièges
- Supports de panneau intérieur
Son potentiel ignifuge de la flamme (avec un traitement approprié) et les capacités de réduction de masse sont attrayantes pour les futurs conceptions de cabine d'aéronefs et UAV.
Équipement médical et sportif
Grâce à sa biocompatibilité et à sa capacité d'amortissement élevée, AZ91D est de plus en plus utilisé dans les secteurs des équipements médicaux et sportifs.
Applications:
- Accolades orthopédiques et cadres prothétiques
- Cadres de vélos et boîtiers d'équipement
- Têtes de club de golf, Cadres de raquette de tennis
- Composants en fauteuil roulant
Sa capacité à absorber les vibrations le rend idéal pour les équipements sportifs nécessitant une précision et un confort.
Équipement industriel & Outils électriques
Basse densité du magnésium, force, et la durabilité rend AZ91D adapté aux outils et enceintes industriels de haute performance.
Exemples:
- Boîtiers à outils électriques (Par exemple, forets, scie)
- Cadres de générateur portable
- Boîtiers de pompage et de compresseur
- Enveloppes d'instruments portables
8. Avantages de l'alliage de magnésium AZ91D
- Ratio de force / poids élevé: offre de fortes performances avec une masse minimale
- Couchabilité supérieure: Idéal pour complexe, composants à paroi mince
- Bonne capacité d'amortissement: réduit les vibrations dans les composants sensibles
- Recyclabalité: Le magnésium nécessite moins d'énergie pour recycler que l'aluminium ou l'acier
- Amélioration de l'apparence de surface: réalisable avec le polissage ou le revêtement
- Boundage thermique et électromagnétique
- Stabilité dimensionnelle fiable dans le chargement dynamique
9. Limitations et défis
- Sensibilité à la corrosion galvanique, surtout lorsqu'il est associé à des métaux différents
- Ductilité limitée, le rendre inapproprié pour les pièces critiques d'impact
- Problèmes de soudabilité, nécessitant un blindage spécial et des flux
- Sensibilité à l'impureté: trace de fer, cuivre, ou le nickel au-dessus des niveaux de seuil réduit considérablement la résistance à la corrosion
- Performance médiocre dans les environnements marins ou chimiquement agressifs sans protection supplémentaire
10. Grades équivalents internationaux pour AZ91D
| Système standard | Nom de grade | Numéro un | Remarques |
| ASTM (USA) | AZ91D | M11917 | Selon ASTM B93 / B93M - alliage de casting la plus courant |
| ISO (Mondial) | M10910 | - | ISO 16220 Désignation en alliage de magnésium |
| DANS (Europe) | One-MGAL9ZN1 (DANS 1753) | - | Propriétés chimiques et mécaniques équivalentes |
| Il est (Japon) | Jis h 5202 AZ91D | - | Norme industrielle japonaise pour le magnésium moulé |
| GB (Chine) | GB / T 5153 AZ91D | - | Spécification équivalente chinoise |
11. Comparaison avec d'autres alliages de magnésium
AZ91D est souvent considéré comme la référence parmi les alliages de casting de magnésium.
Cependant, Lors de l'ingénierie des composants légers, Il est essentiel de comparer AZ91D avec d'autres alliages de magnésium et d'aluminium communs pour déterminer le meilleur ajustement pour des demandes d'application spécifiques.
| Propriété / Alliage | AZ91D | AM60 | AZ31 | Aluminium 6061 |
| Type en alliage | Magnésium moulé | Magnésium moulé | Magnésium forgé | Aluminium forgé |
| Éléments d'alliage primaire | ~ 9% Al, ~ 1% Zn, MN | ~ 6% Al, MN | ~ 3% Al, ~ 1% Zn, MN | ~ 1% mg, ~ 0,6% de Si |
| Densité (g / cm³) | 1.81 | 1.80 | 1.77 | 2.70 |
| Résistance à la traction (MPA) | ~ 230 | ~ 220 | ~ 250 | 275–310 |
| Limite d'élasticité (MPA) | ~ 160 | ~ 130 | ~ 160 | 240 |
| Élongation (%) | 3–7 | 7–10 | 10–20 | 10–17 |
| Dureté (Brinell) | 63–70 | ~ 60 | ~ 55 | ~ 95 |
| Coulée / formabilité | Excellent (moulage) | Très bien (moulage) | Bien (extrusion, roulement) | Excellent (forgé) |
| Résistance à la corrosion | Modéré (recouvert) | Modéré | Modéré à bon | Excellent |
| Soudabilité | Pauvre | Pauvre | Bien | Excellent |
| Cas d'utilisation | Parties structurelles coulées | Pièces automobiles résistantes à l'impact | Feuilles, tubes, extrusions | Cadres, aéronef, machinerie |
| Forces clés | Haute force à poids | Ductilité élevée, dureté | Bonne formulation, soudabilité | Forte résistance, corrosion res. |
| Limitations clés | Faible ductilité, soudabilité | Résistance légèrement inférieure | Pas adapté pour le moulage | Plus lourd, Coût d'énergie plus élevé |
12. Tendances futures et r&D Directions
Plusieurs r&D Les tendances visent à étendre les capacités de l'alliage de magnésium AZ91D:
- Revêtements avancés: Les revêtements anodisant et les revêtements d'oxydation micro-arc améliorent l'usure et la résistance à la corrosion
- Ajouts de terres rares: Incorporer des éléments comme Yttrium, cérium, et le néodyme améliore la résistance au fluage et la stabilité thermique
- Composites hybrides: Composites de matrice de magnésium renforcé (MMC) Améliorer la résistance et la rigidité pour l'aérospatiale et la défense
- Adoption EV: Utiliser dans les douilles de la batterie, moteurs, et des cadres structurels pour réduire le poids et étendre
13. Conclusion
L'alliage de magnésium AZ91D reste une pierre angulaire d'ingénierie légère, Offrir une combinaison supérieure de coulée, résistance mécanique modérée, et résistance à la corrosion acceptable.
Alors que les industries continuent de pousser vers l'efficacité et la responsabilité environnementale, Le rôle de l'alliage de magnésium AZ91D devrait croître, Surtout lorsqu'il est combiné avec des revêtements de pointe et des modifications en alliage.
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FAQ
AZ91D est-il adapté aux applications marines?
Non, À moins que. Son taux de corrosion dans l'eau de mer dépasse 0.5 mm / an - Utiliser 316 acier inoxydable à la place pour les environnements marins.
Peut-il AZ91d?
Oui, Mais avec difficulté. Le soudage laser ou TIG avec le blindage argon est possible mais nécessite une expertise; La fixation mécanique est préférée pour la rentabilité.
Comment AZ91D se compare-t-il avec l'aluminium 6061?
Alliage de magnésium AZ91D est 35% plus léger mais a une résistance à la traction plus faible et des taux de corrosion plus élevés. Il excelle dans les applications critiques (Par exemple, électronique) où la force supplémentaire du 6061 n'est pas nécessaire.
Est-ce que l'alliage AZ91D est respectueux de l'environnement?
Oui. C'est 95% recyclable, avec la production émettant 50% moins de co₂ que l'aluminium et 80% moins que l'acier (Association mondiale de magnésium).
Quelles industries bénéficient le plus de l'utilisation de l'AZ91D?
Automobile (réduction du poids), électronique (portabilité), et aérospatiale (efficacité énergétique)—Undustries où la légèreté entraîne des performances et des économies de coûts.
