Az alumíniumnál is könnyebb magnézium ismét az ipari anyagfejlesztések középpontjába kerülhet. A németországi Freibergi Műszaki Egyetem kutatói olyan gyártástechnológiákat dolgoztak ki, amelyek csökkenthetik a magnézium alkatrészek előállításának energiaigényét, költségeit és szén-dioxid-kibocsátását. Az eredmények új lehetőségeket nyithatnak az autóiparban, a gépgyártásban és az elektromobilitás területén.
A könnyűszerkezetes konstrukciók iránti növekvő igény újra előtérbe helyezheti a magnéziumot, amely rendkívül kis sűrűsége ellenére eddig viszonylag korlátozott szerepet játszott az ipari sorozatgyártásban. Pedig az anyag alkalmazása egyáltalán nem új keletű: már a Volkswagen Bogár motor- és sebességváltóházában is használtak magnéziumötvözeteket, később pedig a Volkswagen Lupo egyes alkatrészeiben is megjelent.
A magnézium sűrűsége körülbelül 1,74 g/cm³, szemben az alumínium 2,7 g/cm³ körüli értékével. Ez jelentős tömegcsökkentési lehetőséget kínál, különösen olyan szerkezeteknél, amelyeknél a kisebb önsúly közvetlenül hozzájárul az energiahatékonyság javításához. Szélesebb körű alkalmazását azonban eddig a viszonylag bonyolult feldolgozás, a jelentős energiaigény, valamint az olvadék és a finom forgács kezelésével kapcsolatos tűzvédelmi követelmények korlátozták.
Energiahatékonyabb gyártási folyamatok
A Freibergi Műszaki Egyetem (TU Bergakademie Freiberg, TUBAF) kutatói ipari partnerekkel együttműködve olyan integrált technológiai folyamatláncot fejlesztettek ki, amely a magnézium megolvasztásától a működőképes prototípus elkészítéséig terjed.
A fejlesztés egyik legfontosabb célja az energiafelhasználás és a szén-dioxid-kibocsátás mérséklése. Ennek érdekében a kutatók hidrogén alkalmazását is vizsgálták az olvasztási és előmelegítési folyamatokban, miközben a technológiai lépések számának csökkentésére és új, hidegen alakítható magnéziumötvözetek alkalmazására összpontosítottak.
A kutatás különösen fontos eredménye az öntőhengerlés alkalmazása. Ezzel az eljárással már körülbelül öt milliméter vastagságú magnéziumlemezek állíthatók elő, ami lehetővé teszi a későbbi alakítási műveletek számának csökkentését. A rövidebb gyártási folyamat kevesebb energiát és kisebb anyagmozgatási ráfordítást igényelhet, miközben javíthatja a termelés gazdaságosságát.
A fejlesztők szerint a megfelelően kialakított magnézium alkatrészek összehasonlítható szilárdsági követelmények mellett akár egyharmaddal könnyebbek lehetnek alumíniumból készült megfelelőiknél. Ez különösen az elektromos járművekben lehet előnyös, ahol minden megtakarított kilogramm hozzájárulhat a hatótávolság növeléséhez vagy az akkumulátorrendszer tömegének kompenzálásához.
Új magnéziumötvözet alacsonyabb alakítási hőmérséklettel
A kutatási program másik fontos eleme a kalciumtartalmú ZAX210 magnéziumötvözet alkalmazása. Az új anyag körülbelül 200 °C-os hőmérsékleten is jól alakítható, ami a hagyományos magnéziumötvözetekhez képest jelentősen mérsékelheti a szükséges hőenergia mennyiségét. A fejlesztés lehetővé teszi az alakítási hőmérséklet csökkentését anélkül, hogy a kész alkatrészek elvárt tulajdonságai romlanának.
A kutatók digitális ikermodelleket is alkalmaznak a gyártási folyamatok elemzésére és optimalizálására. A virtuális modellezés segítségével pontosabban meghatározhatók az egyes technológiai lépések paraméterei, és javítható az energiafelhasználás hatékonysága.
A huzalgyártás területén különleges eredmény a GieWaCon eljárás kifejlesztése, amely az öntőhengerlést a rézfeldolgozásban már ismert Conform technológiával kombinálja. A megoldással 1,6 milliméter átmérőjű magnéziumhuzalok állíthatók elő. A folyamat előnye, hogy a fém öntésekor rendelkezésre álló hőenergia további technológiai lépésekben is hasznosítható.
A kutatás során a magnéziumötvözet kovácsolhatóságát is sikeresen igazolták, a kialakított alkatrészeket pedig közvetlenül az alakítás után sorjátlanítással és marással munkálták tovább. Egy ipari partner olyan extrudálási eljárást is kidolgozott, amelyben az öntött előgyártmányokat még a megmaradt hőt felhasználva sajtolják csővé, majd felhasítással és kiterítéssel lemezzé alakítják. Ez további energiaigényes újramelegítési műveleteket tehet szükségtelenné.
A prototípusoktól az ipari alkalmazásokig
A kutatási program keretében több gyakorlati alkalmazást is bemutattak. Magnéziumból könnyű számítógépházakat, nagysebességű vasúti járművek hátsó ülésfalait, szállítókonténerek zsanérelemeit, valamint egy légpárnás mentőjármű légcsatornáját is elkészítették.
A magnézium szélesebb körű alkalmazásához azonban nem elegendő az alapanyag előállításának és alakításának fejlesztése. Ugyanilyen fontos a megfelelő hegesztési, felületkezelési és korrózióvédelmi technológiák biztosítása, amelyek meghatározzák az alkatrészek üzemi megbízhatóságát és élettartamát.
A magnézium különösen ígéretes lehet az elektromobilitás, a járműgyártás, a gépipar és az orvostechnika területén. A könnyebb szerkezeti elemek alkalmazásával csökkenthető a mozgó tömegek nagysága, mérsékelhető a hajtások energiaigénye, és kedvezőbbé válhat a teljes konstrukció tömegeloszlása.
A freibergi fejlesztések jelentősége elsősorban abban áll, hogy a kutatók nem egyetlen gyártási műveletet, hanem a teljes technológiai folyamatot vizsgálják. Az energiahatékony olvasztás, a rövidített alakítási eljárások, az új ötvözetek és a digitális folyamatoptimalizálás együttes alkalmazása hosszabb távon gazdaságosabbá teheti a magnézium ipari feldolgozását.
Amennyiben az új eljárások nagyüzemi körülmények között is igazolják előnyeiket, a magnézium a jövő könnyűszerkezetes konstrukcióinak egyik fontos alapanyagává válhat, és számos alkalmazásban az alumínium versenyképes alternatíváját jelentheti.
Forrás: MM
Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!
