Κράμα ψευδαργύρου έναντι κράματος αλουμινίου έναντι κράματος μαγνησίου: Μαγνήσιο: Μια ολοκληρωμένη σύγκριση

Οι σύγχρονες βιομηχανίες βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στη μεταλλουργία, επειδή τα κράματα λειτουργούν ως θεμελιώδη στοιχεία για την παραγωγή προϊόντων της σύγχρονης βιομηχανίας. Το αποτέλεσμα μιας παραγωγικής διαδικασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το επιλεγμένο κράμα μετάλλων, διότι η επιλογή αυτή καθορίζει τόσο τη λειτουργικότητα και την ανθεκτικότητα του προϊόντος όσο και τα έξοδα παραγωγής. Ο ψευδάργυρος, το αλουμίνιο και το μαγνήσιο αποτελούν την πιο αναγνωρίσιμη ομάδα κραμάτων, επειδή φέρουν εξαιρετικές ιδιότητες και ευέλικτες βιομηχανικές χρήσεις.

Αυτά τα κράματα παρουσιάζουν μεμονωμένα πλεονεκτήματα που επιτρέπουν τη χρήση τους σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές. Τα κράματα ψευδαργύρου παρουσιάζουν ανώτερη χυτευσιμότητα μαζί με εξαιρετική αντοχή, καθιστώντας τα έτσι το προτιμώμενο υλικό για εφαρμογές χύτευσης. Η αεροδιαστημική αυτοκινητοβιομηχανία και οι κατασκευαστικές βιομηχανίες βασίζονται στα κράματα αλουμινίου επειδή παρέχουν ελαφρύ υλικό που αντιστέκεται στη διάβρωση. Η τρίτη ομάδα κραμάτων μαγνησίου είναι το ελαφρύτερο υλικό με εξαιρετικές ιδιότητες αντοχής προς βάρος, προωθώντας έτσι τη χρήση του στην αεροδιαστημική και στις εφαρμογές ιατρικών συσκευών.

Διάφοροι παράγοντες σχετικά με τις απαιτήσεις μηχανικής αντοχής και βάρους, τις ιδιότητες αντίστασης στη διάβρωση και τη συμπεριφορά θερμικής αγωγιμότητας σε συνδυασμό με δημοσιονομικές εκτιμήσεις καθορίζουν την επιλογή ενός κράματος. Αυτό το άρθρο παρέχει μια ολοκληρωμένη σύγκριση των κραμάτων ψευδαργύρου, αλουμινίου και μαγνησίου εξετάζοντας τα χαρακτηριστικά τους και εξετάζοντας συγκεκριμένες χρήσεις σε σχέση με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα. Ο ακόλουθος οδηγός χρησιμεύει ως πηγή πληροφοριών που βοηθά τους μηχανικούς και τους κατασκευαστές και τους ερευνητές να καθορίσουν την κατάλληλη επιλογή κράματος σύμφωνα με τις επιμέρους απαιτήσεις επιδόσεων.

1. Κατανόηση των βασικών στοιχείων των κραμάτων

1 Τι είναι τα κράματα;

Η πρακτική της κραματοποίησης περιλαμβάνει τη συνένωση πολλαπλών μετάλλων ή τη συνένωση μετάλλων με μη μέταλλα για τη βελτίωση της αντοχής και της αντίστασης στη διάβρωση, καθώς και της μηχανικής κατεργασίας. Οι βιομηχανικές απαιτήσεις απαιτούν την προετοιμασία κραμάτων από καθαρά μέταλλα, επειδή δεν έχουν επαρκή αντοχή.

2 Γιατί τα μέταλλα είναι σύνθετα;

Η σκληρότητα Mohs καθορίζει διάφορες ιδιότητες του υλικού που απαιτούν τη διαδικασία κραματοποίησης για τη βελτιστοποίηση. Οι κύριοι σκοποί για την κραματοποίηση των μετάλλων περιλαμβάνουν διάφορους παράγοντες που περιλαμβάνουν:

• Τα κράματα μετάλλων βελτιώνουν τη μηχανική τους σύνθεση, η οποία δημιουργεί ισχυρότερο υλικό μετά την επεξεργασία.
• Η οξειδωμένη επιφάνεια συγκεκριμένων υλικών, όπως το αλουμίνιο και το μαγνήσιο, αναπτύσσει προστατευτικά στρώματα που εμποδίζουν την ανάπτυξη σκουριάς.
• Η κραματοποίηση των μετάλλων έχει ευεργετική επίδραση στην κατεργασιμότητα του υλικού, η οποία επιτρέπει ευκολότερες εργασίες κοπής και διαμόρφωσης του υλικού.
• Οι επιδόσεις μείωσης του βάρους στους τομείς της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας βασίζονται σε ελαφριά εξαρτήματα που βασίζονται στο αλουμίνιο και το μαγνήσιο ως βασικά στοιχεία.

3 Επισκόπηση των κραμάτων ψευδαργύρου, αλουμινίου και μαγνησίου

Οι ιδιότητες αυτών των τριών οικογενειών κραμάτων τα καθιστούν εφαρμόσιμα σε διαφορετικές χρήσεις. Το κείμενο που ακολουθεί περιγράφει τις βασικές λεπτομέρειες της σύνθεσής τους μαζί με τα γενικά χαρακτηριστικά τους:

Κράματα ψευδαργύρου

Σύνθεση: Το υλικό αποτελείται κυρίως από ψευδάργυρο μαζί με ίχνη αλουμινίου, χαλκού και μαγνησίου.

Ιδιότητες: Υψηλή αντοχή, εξαιρετική χύτευση και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση.

Κοινές χρήσεις: Διαφορετικές διαδικασίες κατασκευής χρησιμοποιούν κράματα ψευδαργύρου και κράματα αλουμινίου και μαγνησίου για την παραγωγή εξαρτημάτων αυτοκινήτων, καθώς και χειρολαβών και κλειδαριών θυρών και ηλεκτρονικών περιβλημάτων μέσω μεθόδων χύτευσης υπό πίεση.

Κράματα αλουμινίου

Σύνθεση: Το κράμα ψευδαργύρου υπάρχει ως αλουμίνιο μαζί με χαλκό, μαγνήσιο και πυρίτιο και ψευδάργυρο που είναι τα τυπικά πρόσθετα για τη δημιουργία του.

Ιδιότητες: Ελαφρύ, ανθεκτικό στη διάβρωση και θερμικά αγώγιμο.

Κοινές χρήσεις: Ο συνδυασμός αλουμινίου με χαλκό και μαγνήσιο παράγει αεροδιαστημικά εξαρτήματα, τα οποία υποστηρίζουν περαιτέρω τα πλαίσια και τις συσκευασίες αυτοκινήτων και χρησιμεύουν ως ηλεκτρικοί αγωγοί.

Κράματα μαγνησίου

Σύνθεση: Κυρίως μαγνήσιο, με αλουμίνιο, ψευδάργυρο και μαγγάνιο ως κοινά στοιχεία κράματος.

Ιδιότητες: Εξαιρετικά ελαφρύ, καλή αναλογία αντοχής προς βάρος και εξαιρετική δυνατότητα κατεργασίας.

Κοινές χρήσεις: Αεροδιαστημικές κατασκευές, ιατρικά εμφυτεύματα, αθλητικός εξοπλισμός και οχήματα υψηλών επιδόσεων.

Οι θεμελιώδεις ιδιότητες χρησιμεύουν ως βασικά στοιχεία κατά την εκτεταμένη σύγκριση των μηχανικών χαρακτηριστικών του υλικού και της λειτουργικής χρήσης και της συνολικής αξιολόγησης των επιδόσεων. Θα εξετάσουμε τις συγκριτικές ιδιότητες μεταξύ αυτών των κραμάτων όσον αφορά την αντοχή, την ανθεκτικότητα και την αντίσταση στη διάβρωση και διάφορους πρόσθετους κρίσιμους παράγοντες στην επόμενη ενότητα.

2. Σύγκριση βασικών ιδιοτήτων

Η επιλογή μεταξύ των κραμάτων ψευδαργύρου, αλουμινίου και μαγνησίου εξαρτάται από την αξιολόγηση των ιδιοτήτων για να αποφασιστεί η καταλληλότερη χρήση τους. Πολλαπλά βασικά κριτήρια θα πρέπει να καθοδηγούν την επιλογή κράματος, διότι περιλαμβάνουν την αντοχή, το βάρος του υλικού, την αντοχή στη διάβρωση και την ικανότητά τους να αγωγιμοποιούν τη θερμότητα και τον ηλεκτρισμό, καθώς και την επιτελεστικότητα και την οικονομική τους αξία.

1 Αντοχή και ανθεκτικότητα

Η μηχανική αντοχή ενός κράματος χρησιμεύει ως η ικανότητά του να αντέχει διάφορα ποσά τάσεων και πιέσεων και δομικών παραμορφώσεων.

• Τα κράματα ψευδαργύρου επιδεικνύουν εξαιρετική αντοχή σε υψηλές αντοχές και ιδιότητες σκληρότητας που τα καθιστούν ιδανικά για χρήση στη χύτευση υπό πίεση. Τα παχιά κράματα αλουμινίου και μαγνησίου διατηρούν το σχήμα τους όταν έρχονται αντιμέτωπα με απαιτητικές εφαρμογές δύναμης, επειδή προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στην κρούση. Το βάρος τους υπερβαίνει τα βάρη των κραμάτων αλουμινίου και μαγνησίου.
• Τα κράματα αλουμινίου επιδεικνύουν αξιοσημείωτες ιδιότητες που συνίστανται στο συνδυασμό σημαντικών τιμών αντοχής με χαρακτηριστικά ελαφρού βάρους. Η θερμική επεξεργασία βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες των κραμάτων ψευδαργύρου, παρόλο που τα κράματα αυτά δεν μπορούν να φτάσουν τα επίπεδα αντοχής των κραμάτων ψευδαργύρου. Η μέση αντοχή των κραμάτων ψευδαργύρου επέτρεψε τη χρήση τους σε εφαρμογές της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας.
• Η αντοχή των κραμάτων μαγνησίου είναι η ασθενέστερη μεταξύ των τριών διαφορετικών τύπων υλικών. Η ισχυρή απόδοσή τους ανά μονάδα βάρους καθιστά τα κράματα ψευδαργύρου ιδιαίτερα χρήσιμα για τη μείωση του βάρους των οχημάτων στην αεροδιαστημική και την αυτοκινητοβιομηχανία.

Νικητής: Κράματα ψευδαργύρου για υψηλή αντοχή- κράματα μαγνησίου για καλύτερη αναλογία αντοχής προς βάρος.

2 Βάρος και πυκνότητα

Το βάρος λειτουργεί ως βασικός παράγοντας στην παραγωγή αυτοκινήτων, παράλληλα με τις αεροδιαστημικές λειτουργίες και την κατασκευή ηλεκτρονικών συστημάτων, επειδή ο παράγοντας αυτός επιτρέπει τη βελτίωση της αποδοτικότητας μέσω της μείωσης της μάζας.

• Η πυκνότητα των κραμάτων ψευδαργύρου φτάνει τα 7,1 g/cm³, επειδή ο ψευδάργυρος είναι το πιο βαρύ μεταξύ αυτών των τριών υλικών.
• Τρίτον, η τιμή της πυκνότητας για τα κράματα αλουμινίου είναι 2,7 g/cm³, καθώς το βάρος τους υπερβαίνει τον ψευδάργυρο αλλά υπολείπεται του αλουμινίου.
• Η επιλογή εφαρμογών δομικών υλικών για έργα ευαίσθητα στο βάρος θα πρέπει να επιλέγει κράματα μαγνησίου, επειδή η πυκνότητά τους φτάνει τα 1,7 g/cm³, η οποία αντιπροσωπεύει το ελάχιστο βάρος των δομικών υλικών.

Νικητής: Κράματα μαγνησίου για χαμηλότερο βάρος.

3 Αντοχή στη διάβρωση

Η επιβίωση ενός κράματος κάτω από πολλαπλές περιβαλλοντικές συνιστώσες εξαρτάται από την ικανότητά του να αντιστέκεται στα φαινόμενα διάβρωσης.

• Τα προστατευτικά στρώματα οξειδίου του ψευδαργύρου που αναπτύσσονται από τα κράματα ψευδαργύρου καθιστούν τα κράματα αυτά φυσικά ανθεκτικά στη διάβρωση. Τα κράματα μαγνησίου σχηματίζουν φυσικά λευκή σκουριά σε υγρές περιβαλλοντικές συνθήκες.
• Τα κράματα αλουμινίου διατηρούν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση επειδή το προστατευτικό στρώμα οξειδίου τους χρησιμεύει ως κατάλληλο υλικό για θαλάσσια χρήση μαζί με τις εξωτερικές συνθήκες.
• Τα κράματα μαγνησίου παρουσιάζουν χαμηλή αντοχή στη διάβρωση εκτός από την υψηλή αντιδραστικότητα που διαθέτουν με την υγρασία, η οποία απαιτεί επιφανειακή προστασία ή επιστρώσεις για ασφάλεια.

Νικητής: Κράματα αλουμινίου για καλύτερη αντοχή στη διάβρωση.

4 Θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα

Οι ποιοτικές εφαρμογές που περιλαμβάνουν ψύκτρες και ηλεκτρικά εξαρτήματα καθώς και η αεροδιαστημική μηχανική εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας.

• Οι ηλεκτρικές και θερμικές αγώγιμες ιδιότητες των κραμάτων ψευδαργύρου είναι μέτριες, αν και βρίσκουν μικρή εφαρμογή σε ηλεκτρικά συστήματα.
• Τα κράματα αλουμινίου κατέχουν την πρώτη θέση στις κατηγορίες των καλύτερων θερμικών και ηλεκτρικών αγωγών λόγω των εξαιρετικών επιδόσεών τους για εναλλάκτες θερμότητας και ηλεκτρικά εξαρτήματα και λειτουργίες μαγειρικών σκευών.
• Τα κράματα μαγνησίου βρίσκουν χρήση σε ευαίσθητες καταστάσεις θέρμανσης λόγω των πλεονεκτημάτων του ελαφρού βάρους τους, ενώ παρουσιάζουν μικρότερη θερμική αγωγιμότητα από το αλουμίνιο.

Νικητής: Κράματα αλουμινίου για καλύτερη αγωγιμότητα.

5 Κατεργασιμότητα και εργασιμότητα

Η ικανότητα κατεργασίας ενός κράματος καθορίζει την ευκολία κοπής και διαμόρφωσης ή διάτρησης ή χύτευσης.

• Η ακριβής κατασκευή περίπλοκων σχεδίων καθίσταται δυνατή χάρη στα κράματα ψευδαργύρου τα οποία επιδεικνύουν ανώτερες ιδιότητες χύτευσης με καλές δυνατότητες χύτευσης υπό πίεση.
• Τα κράματα αλουμινίου προτιμώνται για την κατασκευή κρίσιμων εξαρτημάτων με περίπλοκα σχέδια, επειδή παρέχουν εύκολη συγκολλησιμότητα μαζί με ευκολία κατασκευής.
• Η κατεργασία κραμάτων μαγνησίου παρέχει καλύτερα αποτελέσματα από το αλουμίνιο, αν και απαιτεί ειδικά κοπτικά εργαλεία λόγω των χαρακτηριστικών ευφλεκτότητάς του.

Νικητής: Ο νικητής για εφαρμογές χύτευσης είναι τα κράματα ψευδαργύρου, ενώ το μαγνήσιο γίνεται η πρώτη επιλογή για γενικές απαιτήσεις μηχανουργικής κατεργασίας.

6 Εκτιμήσεις κόστους

Οι επιχειρήσεις παραγωγής μεγάλης κλίμακας θεωρούν το κόστος ως βασικό καθοριστικό παράγοντα κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης.

• Η προσιτή τιμή των κραμάτων ψευδαργύρου συνοδεύεται από μεγάλο βάρος που επηρεάζει το κόστος των υλικών καθώς και τα έξοδα αποστολής.
• Τα κράματα αλουμινίου αποδεικνύονται οικονομικά αποδοτικά επειδή είναι άφθονα και ανακυκλώσιμα, γεγονός που τα καθιστά ελκυστικά για πολλές βιομηχανίες.
• Η υψηλή τιμή των κραμάτων μαγνησίου οφείλεται στη σπάνια φυσική του εμφάνιση και στις απαιτήσεις της εξελιγμένης διαδικασίας παραγωγής του.

Νικητής: Κράματα αλουμινίου για αποδοτικότητα κόστους.

Συνοπτικός πίνακας: 

Πίνακας 1 Σύγκριση βασικών ιδιοτήτων

Η ακριβής κατασκευή περίπλοκων σχεδίων καθίσταται δυνατή χάρη στα κράματα ψευδαργύρου τα οποία επιδεικνύουν ανώτερες ιδιότητες χύτευσης με καλές δυνατότητες χύτευσης υπό πίεση.

3. Εφαρμογές κάθε κράματος

Πολλαπλές βιομηχανίες χρησιμοποιούν εκτενώς κράματα ψευδαργύρου, αλουμινίου και μαγνησίου επειδή διαθέτουν ξεχωριστά χαρακτηριστικά. Κάθε κράμα ψευδαργύρου και αλουμινίου και μαγνησίου παρουσιάζει μοναδικά πλεονεκτήματα που οδηγούν στη χρήση τους στους τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αεροδιαστημικής ανάπτυξης και της κατασκευής ηλεκτρονικών ειδών, καθώς και στους τομείς του ιατρικού εξοπλισμού και των καταναλωτικών προϊόντων. Η επιλογή του κράματος εξαρτάται από τέσσερις σημαντικούς παράγοντες, όπως το επίπεδο αντοχής και το περιεχόμενο σε βάρος και οι ικανότητες αντίστασης στη διάβρωση μαζί με τις απαιτήσεις συνολικού κόστους.

1 Εφαρμογές των κραμάτων ψευδαργύρου

Η ευρεία δημοτικότητα του κράματα ψευδαργύρου προέρχεται από τον εξαιρετικό συνδυασμό υψηλής αντοχής και εξαιρετικών ιδιοτήτων χύτευσης μαζί με αντοχή στη διάβρωση για εξαρτήματα ακριβείας. Η αυτοκινητοβιομηχανία χρησιμοποιεί κράματα ψευδαργύρου για την παραγωγή εξαρτημάτων κλειδαριάς χειρολαβών θυρών, καθώς και γραναζιών και βραχιόνων. Τα κράματα ψευδαργύρου υπερέχουν στην αντοχή σε υψηλές κρούσεις, έτσι ώστε να χρησιμεύουν ως εξέχοντα υλικά για τον εξοπλισμό ασφαλείας μαζί με την ενίσχυση της δομής του οχήματος.

Τα κράματα ψευδαργύρου βρίσκουν εφαρμογές στην ηλεκτρονική και ηλεκτρική βιομηχανία για την κατασκευή περιβλημάτων συνδετήρων, καθώς και ακροδεκτών μπαταριών και περιβλημάτων θωράκισης που λειτουργούν αποτελεσματικά σε περιβάλλοντα θωράκισης ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (EMI). Η παρατεταμένη διάρκεια ζωής του ηλεκτρονικού εξοπλισμού εξαρτάται από την υψηλή ανθεκτικότητα που παρέχουν τα κράματα ψευδαργύρου. Τα κράματα ψευδαργύρου εξυπηρετούν τον τομέα των βιομηχανικών μηχανημάτων και εργαλείων παρέχοντας τη βάση για τα χυτά μέρη μηχανών καθώς και για γρανάζια και βαλβίδες που πρέπει να διατηρούν την ακρίβεια και να διατηρούν ειδικά την ανθεκτικότητα.

Τα κράματα ψευδαργύρου βρίσκουν ευρεία εφαρμογή στην παραγωγή καταναλωτικού υλικού, καθώς χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κλειδαριών και διακοσμητικών προϊόντων εκτός από φερμουάρ και μεντεσέδες. Οι κατασκευαστές βασίζονται στα κράματα ψευδαργύρου επειδή παρέχουν εξαιρετικές επιλογές φινιρίσματος μέσω των οποίων κατασκευάζουν κομψά τελικά αντικείμενα που διαθέτουν ακριβή στοιχεία. Τα κράματα ψευδαργύρου υπερέχουν στη δημιουργία πολύπλοκων αντικειμένων, ενώ προσφέρουν στιβαρή απόδοση, γεγονός που ωθεί τους κατασκευαστές να τα επιλέγουν για απαιτητικά σχέδια δομών.

2 Εφαρμογές των κραμάτων αλουμινίου

Τα κράματα αλουμινίου παραμένουν δημοφιλή λόγω των ελαφρών χαρακτηριστικών τους και της ικανότητάς τους να αντιστέκονται στη διάβρωση και να αγωγιμοποιούν αποτελεσματικά τη θερμότητα, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται σε πολλές εμπορικές εγκαταστάσεις παραγωγής. Τα κράματα αλουμινίου έχουν γίνει θεμελιώδης για την αεροδιαστημική κατασκευή, επειδή παρέχουν εξαιρετική αντοχή σε ελαφριές δομές που χρησιμοποιούνται για τα πλαίσια των αεροσκαφών μαζί με τις πτέρυγες και τα πολλαπλά δομικά κομμάτια. Τα άτομα συσσωμάτωσης επιτρέπουν τη μείωση του βάρους των αεροσκαφών που ενισχύει την αποδοτικότητα των καυσίμων και τις επιχειρησιακές δυνατότητες.

Ο τομέας της αυτοκινητοβιομηχανίας υιοθετεί εκτενώς κράματα αλουμινίου για την παραγωγή βασικών εξαρτημάτων, όπως μπλοκ κινητήρων, τροχούς και πλαίσια και εναλλάκτες θερμότητας. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν το αλουμίνιο ως υποκατάστατο βαρύτερων μετάλλων για να επιτύχουν υψηλότερα επίπεδα οικονομίας καυσίμου παράλληλα με μειωμένες εκπομπές ρύπων. Το αλουμίνιο αντιστέκεται αποτελεσματικά στη διάβρωση, γεγονός που επιτρέπει τη χρήση του για τη δημιουργία ανθεκτικών πλαισίων παραθύρων και πάνελ στέγης και προσόψεων οικοδομικών κτιρίων.

Η ηλεκτρονική βιομηχανία ενσωματώνει κράματα αλουμινίου ως βασικά συστατικά για ψύκτρες μαζί με ηλεκτρικούς αγωγούς και γραμμές μεταφοράς ενέργειας. Τα υλικά αυτά απομακρύνουν με επιτυχία τη θερμική ενέργεια λόγω των ανώτερων ιδιοτήτων θερμικής αγωγιμότητας που διαθέτουν, οι οποίες διατηρούν τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό εντός του επιθυμητού εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας του. Ως μη τοξικό και ανακυκλώσιμο υλικό, το αλουμίνιο εξυπηρετεί τη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, καθώς χρησιμοποιείται για τη συσκευασία τροφίμων και την παραγωγή μαγειρικών σκευών.

3 Εφαρμογές των κραμάτων μαγνησίου

Οι κατασκευαστές δομικών κατασκευών χρησιμοποιούν κράματα μαγνησίου ως τις ελαφρύτερες διαθέσιμες μεταλλικές επιλογές, επειδή η μείωση του βάρους αποτελεί πρωταρχικό μέλημά τους. Ο τομέας της αεροδιαστημικής άμυνας εξαρτάται από τα κράματα μαγνησίου για την κατασκευή πλαισίων αεροσκαφών, καθώς και εξαρτημάτων ελικοπτέρων και δομών διαστημοπλοίων. Οι μηχανικοί μπορούν να εφαρμόσουν ανθεκτικά ελαφριά εξαρτήματα μέσω της αναλογίας αντοχής τους, η οποία προσφέρει αυξημένη απόδοση και αποδοτικότητα καυσίμου.

Η αυτοκινητοβιομηχανία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από κράματα μαγνησίου για την παραγωγή τροχών διεύθυνσης μαζί με πλαίσια καθισμάτων και κιβώτια ταχυτήτων. Η μείωση του βάρους των στοιχείων της αυτοκινητοβιομηχανίας έχει ως αποτέλεσμα τη βελτίωση των επιδόσεων του οχήματος και τη μείωση των απαιτήσεων σε καύσιμα. Τα κράματα μαγνησίου οδηγούν σε χαμηλότερες εκπομπές ρύπων από τα οχήματα, δεδομένου ότι επιτρέπουν τη μείωση του βάρους των οχημάτων, γεγονός που ευθυγραμμίζεται με τις τρέχουσες προσπάθειες για την ανάπτυξη βιώσιμων μεταφορών.

Στις ιατρικές εφαρμογές τα κράματα μαγνησίου βρίσκουν το σκοπό τους με τη δημιουργία βιοδιασπώμενων εμφυτευμάτων εκτός από ορθοπεδικές συσκευές. Λόγω των βιοσυμβατών και ελαφρών χαρακτηριστικών τους, τα κράματα μαγνησίου αποτελούν τη βέλτιστη λύση για ιατρικές συσκευές που πρέπει να διαλύονται με φυσικό τρόπο μέσα στο ανθρώπινο σώμα κατά τη διάρκεια συγκεκριμένης περιόδου. Η χρήση του μαγνησίου επεκτείνεται σε όλο τον τομέα των καταναλωτικών ηλεκτρονικών ειδών, καθώς υπάρχει σε θήκες smartphone, πλαίσια φορητών υπολογιστών και κελύφη φωτογραφικών μηχανών. Τα κράματα μαγνησίου παρέχουν έναν τέλειο συνδυασμό υψηλής αντοχής και χαμηλού βάρους που επιτρέπει τη χρήση τους για προηγμένα ηλεκτρονικά προϊόντα.

Τα κράματα μαγνησίου έχουν γίνει βασικό υλικό για την παραγωγή αθλητικού και ψυχαγωγικού εξοπλισμού, επειδή χρησιμεύουν ως βάση για τα πλαίσια ποδηλάτων, τις ρακέτες τένις και τα προϊόντα εξοπλισμού πεζοπορίας. Οι σχεδιαστές αθλητικού εξοπλισμού επιλέγουν κράματα μαγνησίου λόγω του εξαιρετικού συνδυασμού ιδιοτήτων αντοχής μαζί με την ευελιξία και το χαμηλό βάρος τους.

Συνοπτικός πίνακας: 

Πίνακας 2 Εφαρμογές κάθε κράματος

Η εξέταση δείχνει ότι κάθε μέταλλο πετυχαίνει σε διάφορες διαφορετικές ρυθμίσεις χρήσης. Η απόφαση για το ποιο κράμα θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από τις απαιτήσεις βάρους καθώς και από τις ανάγκες ανθεκτικότητας και αντοχής στη διάβρωση και τις συνολικές δαπάνες παραγωγής.

4. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Τα τρία κράματα ψευδαργύρου, αλουμινίου και μαγνησίου διαθέτουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, επειδή διαφέρουν ως προς τα επίπεδα αντοχής και τα χαρακτηριστικά βάρους τους, καθώς και ως προς τις δυνατότητες αντίστασης στη διάβρωση και τις ιδιότητες κατεργασίας μαζί με το κόστος παραγωγής. Οι ιδιότητες αυτές αποτελούν την απαραίτητη βάση για την επιλογή του κατάλληλου κράματος για συγκεκριμένες χρήσεις.

1 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κραμάτων ψευδαργύρου

Πλεονεκτήματα:

• Η υψηλή αντοχή σε συνδυασμό με τις ιδιότητες σκληρότητας των κραμάτων ψευδαργύρου τα καθιστούν ιδανικά για καταπονημένες εφαρμογές σε εξαρτήματα αυτοκινήτων και βιομηχανικά μηχανήματα και εργαλεία.
• Η διαδικασία χύτευσης υπό πίεση ταιριάζει εξαιρετικά σε αυτά τα κράματα, επειδή παρέχουν ακριβή κατασκευή οργάνων πολύπλοκων σχημάτων και εκλεπτυσμένων σχεδίων.
• Ο ψευδάργυρος σχηματίζει από τη φύση του ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου, ώστε να διατηρεί την αντοχή του στη διάβρωση και τη σκουριά, ιδίως σε συνθήκες με υγρασία.
• Τα κράματα ψευδαργύρου απαιτούν λιγότερη ενέργεια για την παραγωγή, επειδή το σημείο τήξης τους παραμένει κάτω από αυτό του αλουμινίου και του μαγνησίου, παρατείνοντας έτσι το χρόνο λειτουργίας του καλουπιού χωρίς υποβάθμιση των επιδόσεων.
• Το κόστος του ψευδαργύρου παραμένει χαμηλό, οπότε οι παραγωγοί τον βρίσκουν μια οικονομική λύση για να αποκτήσουν ισχυρά και ανθεκτικά υλικά.

Μειονεκτήματα:

• Η πυκνότητα των κραμάτων ψευδαργύρου δημιουργεί εμπόδια στην εφαρμογή τους, επειδή γίνονται βαρύτερα από το αλουμίνιο ή το μαγνήσιο.
• Το όριο θερμοκρασιακής αντοχής αυτών των κραμάτων είναι χαμηλό, επειδή η υψηλή θερμότητα μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική παραμόρφωση των εξαρτημάτων.
• Με βάση τα κριτήρια αντοχής των υλικών, τα κράματα ψευδαργύρου δεν συγκρίνονται με τα κράματα χάλυβα ή τιτανίου, γεγονός που τα περιορίζει από δομικές εφαρμογές βαρέως τύπου.

2 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κραμάτων αλουμινίου

Πλεονεκτήματα:

• Ο τομέας της αεροδιαστημικής μαζί με την αυτοκινητοβιομηχανία και την κατασκευαστική βιομηχανία χρησιμοποιούν συχνά κράματα αλουμινίου λόγω του συνδυασμού υψηλής αντοχής με χαμηλό βάρος.
• Τα υλικά αλουμινίου προστατεύονται από τη σκουριά μέσω του φυσικού τους στρώματος οξειδίου, το οποίο παρέχει ανώτερη αντοχή στη διάβρωση για κάθε θαλάσσια ή εξωτερική εφαρμογή.
• Οι ηλεκτρικές δυνατότητες και οι δυνατότητες μεταφοράς θερμότητας του αλουμινίου το καθιστούν προνομιακό υλικό για την κατασκευή εναλλακτών θερμότητας και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και συστημάτων ηλεκτρικών καλωδίων.
• Τα κράματα αλουμινίου μπορούν εύκολα να υποστούν επεξεργασία μέσω συγκόλλησης και μορφοποίησης και κατεργασίας λόγω της εύκολης δυνατότητας χειρισμού τους.
• Τα χαρακτηριστικά του υλικού του αλουμινίου το καθιστούν 100% ανακυκλώσιμο, γεγονός που παρέχει στις βιομηχανίες μια βιώσιμη λύση για τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

Μειονεκτήματα:

• Το αλουμίνιο παρουσιάζει χαμηλότερη σκληρότητα και αντοχή από τον ψευδάργυρο και τα αντίστοιχα μέταλλα, παρά τις ιδιότητες αντοχής του.
• Η επεξεργασία του αλουμινίου γίνεται πιο ακριβή επειδή το αλουμίνιο χρειάζεται επιπλέον ενέργεια για να φτάσει σε θερμοκρασία τήξης.
• Το υλικό αλουμινίου εκτίθεται σε γαλβανική διάβρωση όταν έρχεται σε επαφή με συγκεκριμένα αγώγιμα μέταλλα και μέταλλα, γεγονός που μειώνει τη διάρκεια ζωής του υλικού του.

3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κραμάτων μαγνησίου

Πλεονεκτήματα:

• Η ιδιότητα του μαγνησίου να είναι εξαιρετικά ελαφρύ καθιστά το υλικό αυτό ιδανικό για βιομηχανίες που είναι ευαίσθητες στο βάρος και περιλαμβάνουν αεροδιαστημικά προϊόντα, εξαρτήματα αυτοκινήτων και ηλεκτρονικά προϊόντα.
• Δεδομένου ότι τα κράματα μαγνησίου διατηρούν μια καλή αναλογία αντοχής προς βάρος, παρέχουν αυξημένες επιδόσεις και καλύτερη οικονομία καυσίμου σε εφαρμογές μεταφοράς οχημάτων.
• Οι διεργασίες μικροκατασκευής λειτουργούν άριστα στα κράματα μαγνησίου, επειδή επιτρέπουν εύκολα την παραγωγή διαμορφωμένων αντικειμένων με ελάχιστα έξοδα κατασκευής.
• Η ικανότητα των κραμάτων μαγνησίου να απορροφούν τους κραδασμούς τα καθιστά χρήσιμα στην αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροδιαστημική βιομηχανία για την ελαχιστοποίηση του θορύβου και των κραδασμών.
• Το ανθρώπινο σώμα δέχεται το μαγνήσιο ως κατάλληλο υλικό για ιατρικά εμφυτεύματα και βιοαποικοδομήσιμα ορθοπεδικά εξαρτήματα, επειδή μετασχηματίζεται μέσω φυσικής διάλυσης κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης ζωής.

Μειονεκτήματα:

• Υπό κανονικές συνθήκες, τα κράματα μαγνησίου παρουσιάζουν μειωμένη αντίσταση στη διάβρωση, επειδή οξειδώνονται εύκολα σε υγρές ή αλμυρές συνθήκες μέχρι να γίνει η κατάλληλη επίστρωση ή επεξεργασία.
• Το μαγνήσιο προσφέρει μειωμένη αντοχή σε σύγκριση με τον ψευδάργυρο και το αλουμίνιο για κανονικές εφαρμογές.
• Η στερέωση εξοπλισμού που σχετίζεται με το μαγνήσιο σε υψηλές θερμοκρασίες εγκυμονεί αυξημένους κινδύνους πυρκαγιάς λόγω των επιταχυνόμενων ιδιοτήτων του ως προς την ευφλεκτότητα, οι οποίες απαιτούν ειδικές προφυλάξεις κατά την κατασκευή και τη μηχανική εργασία.
• Η διαδικασία κατασκευής των κραμάτων μαγνησίου απαιτεί υψηλό κόστος λόγω των υψηλότερων τιμών τους σε σχέση με τα υλικά αλουμινίου και ψευδαργύρου.

Κάθε κράμα - ψευδάργυρος, αλουμίνιο και μαγνήσιο - έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και περιορισμούς. Ο συνδυασμός ανθεκτικότητας και ισχυρών επιδόσεων και προσιτού κόστους των κραμάτων ψευδαργύρου υπάρχει παρά το μεγαλύτερο βάρος τους. Τα κράματα αλουμινίου βρίσκουν μια καλή μέση λύση μεταξύ των επιπέδων αντοχής με ανοσία στη διάβρωση και ανακυκλώσιμες ιδιότητες, παρόλο που παρουσιάζουν μέτρια ακαμψία και εμφανίζουν ευαισθησία στις γαλβανικές αντιδράσεις. Το κύριο μειονέκτημα των κραμάτων μαγνησίου είναι η μειωμένη αντοχή τους στη διάβρωση και ο αυξημένος κίνδυνος αυτοανάφλεξης. Η επιλογή του κατάλληλου κράματος εξαρτάται αποκλειστικά από το μοναδικό σύνολο απαιτήσεων της βιομηχανίας μεταξύ των αναγκών αντοχής και μείωσης του βάρους και των αναγκών αντοχής στη διάβρωση και μείωσης του κόστους.

5. Ποιο κράμα πρέπει να επιλέξετε;

Η επιλογή του κατάλληλου υλικού μεταξύ ψευδαργύρου, αλουμινίου ή μαγνησίου θα πρέπει να ταιριάζει με τις τεχνικές ανάγκες του έργου σας. Για την αυτοκινητοβιομηχανία και τα βιομηχανικά εξαρτήματα, τα κράματα ψευδαργύρου αποτελούν την καλύτερη επιλογή, επειδή εξισορροπούν την αντοχή με την ανθεκτικότητα με τις ανάγκες του προϋπολογισμού. Τα κράματα αλουμινίου εξυπηρετούν βιομηχανίες που απαιτούν πλεονεκτήματα βάρους σε συνδυασμό με προστασία από τη διάβρωση και ευελιξία, επειδή ικανοποιούν αυτές τις ανάγκες με επιτυχία, κυριαρχώντας έτσι στην αεροδιαστημική τεχνολογία και τις κατασκευαστικές βιομηχανίες και στην παραγωγή ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης. Οι τομείς της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας που εστιάζουν στην αποδοτικότητα των καυσίμων επωφελούνται ειδικά από τα κράματα μαγνησίου, επειδή τα υλικά αυτά προσφέρουν εξαιρετικές επιδόσεις όσον αφορά τις ιδιότητες εξαιρετικά ελαφρού βάρους και την καλή κατεργασιμότητα μαζί με δυνατότητες απορρόφησης κραδασμών. Η ανώτερη απόδοση του ψευδαργύρου μεταξύ εξαρτημάτων υψηλής ακρίβειας και εφαρμογών βαρέως τύπου τον καθιστά καλύτερο από το αλουμίνιο και το μαγνήσιο σε αυτές τις συγκεκριμένες χρήσεις. Η επιλογή μεταξύ αυτών των υλικών εξαρτάται από παράγοντες που περιλαμβάνουν το βάρος μαζί με τα χαρακτηριστικά αντοχής και την αντοχή στη διάβρωση και τους δημοσιονομικούς περιορισμούς και τις θερμικές ιδιότητες.

6. Συμπέρασμα

Τα πλεονεκτήματα του κράματος ψευδαργύρου ταιριάζουν με εκείνα του κράματος αλουμινίου και του κράματος μαγνησίου, αλλά κάθε υλικό εξυπηρετεί συγκεκριμένες βιομηχανικές απαιτήσεις. Τα κράματα ψευδαργύρου παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή σε συνδυασμό με αντοχή στη διάβρωση και οικονομικά χαρακτηριστικά που τα καθιστούν καταλληλότερα για εφαρμογές χύτευσης στη βιομηχανία. Τα κράματα αλουμινίου βρίσκουν ευρεία χρήση στους τομείς της αεροδιαστημικής, της αυτοκινητοβιομηχανίας και των κατασκευών λόγω της ελαφριάς κατασκευής τους παράλληλα με την υψηλή αντοχή τους στη διάβρωση και τη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης του υλικού αυτού. Τα ελαφρύτερα δομικά υλικά μεταξύ των μετάλλων είναι τα κράματα μαγνησίου, επειδή διαθέτουν εξαιρετικές ιδιότητες κατεργασίας και απορρόφησης κραδασμών, οι οποίες επιτρέπουν τις απαιτήσεις αεροδιαστημικών και αυτοκινητοβιομηχανικών και ιατρικών εφαρμογών.

Η επιλογή μεταξύ αυτών των μεταλλικών κραμάτων εξαρτάται κυρίως από εκτιμήσεις σχετικά με τις απαιτήσεις βάρους σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά αντοχής, την αντοχή στη διάβρωση και τις θερμικές ιδιότητες, καθώς και το κόστος κατασκευής. Τα ζητήματα βάρους που είναι λιγότερο κρίσιμα σε εφαρμογές έντασης αντοχής καθιστούν τα κράματα ψευδαργύρου μια ανταγωνιστική επιλογή. Μια επιλογή για μικρό βάρος και αντοχή στη διάβρωση θα πρέπει να επιλέξει το αλουμίνιο. Οι ελαφρές εφαρμογές απαιτούν κράματα μαγνησίου που παρέχουν επίσης καλές δυνατότητες κατεργασίας. Η ξυλουργική εργασία που βασίζεται στη βαθιά γνώση των μοναδικών χαρακτηριστικών κάθε κράματος καθώς και των δυνατών και αδύνατων σημείων τους επιτρέπει στις βιομηχανίες να λαμβάνουν αποφάσεις σχετικά με τη σωστή επιλογή υλικού.