Painevaletun alumiinin korvaaminen tiksovaletulla magnesiumilla suurissa valukappaleissa

Abstract

Työssä pohditaan painevaletun alumiinin korvaamista tiksovaletulla magnesiumilla suurissa valukappaleissa. Työssä esitellään painevalua yleisesti, ja pohditaan sen kehättämiskohtia. Lisäksi esitellään tiksovalaminen valmistusmenetelmänä, ja kerrotaan, millaisia ominaisuuksia on tiksovaletuilla valukappaleilla. Lopuksi vertaillaan painevalettujen ja tiksovalettujen magnesiumja alumiiniseosten ominaisuuksia.

Painevaletun kappaleen mekaaniset ominaisuudet kärsivät merkittävästi valukappaleen koon kasvaessa. Tiksovaletun valukappaleen mekaaniset ominaisuudet eivät laske niin merkittävästi kappaleen koon kasvaessa, vaan valukappaleella on tasalaatuisempi ja vähemmän huokoinen rakenne kuin painevaletulla kappaleella.

Mekaanisten ominaisuuksien vertailun perusteella tiksovaletulla magnesiumseoksella ja painevaletulla alumiiniseoksella on hyvin samanlaiset mekaaniset ominaisuudet. Magnesium on kuitenkin noin kolmasosan kevyempää kuin alumiini, joten magnesiumseoksen käyttöönotto voisi tuoda merkittäviä raaka-aine- tai komponenttisäästöjä. Tiksovaletulla alumiiniseoksella on myös paremmat mekaaniset ominaisuudet kuin painevaletulla alumiiniseoksella ja tiksovaletulla magnesiumseoksella.

Suurten kappaleiden valamisessa olisi suositeltavaa ottaa käyttöön tiksovalaminen parempien mekaanisten ominaisuuksien vuoksi. Painevalettu alumiini voitaisiin korvata tiksovaletulla magnesiumilla, ja pitää samat mekaaniset ominaisuudet, mutta samalla keventää valukappaletta kolmasosalla. Jos valukappaleelta vaaditaan suurempaa mekaanista kestävyyttä, voidaan ottaa käyttöön tiksovalettu alumiiniseos.

Replacing high-pressure die cast (HPDC) aluminum with thixocast magnesium is considered in this work. HPDC process is described in general together with its drawbacks. Thixocasting is introduced and the properties of the thixocast pieces is described. In the end of the work, aluminum and magnesium pieces made both with high-pressure die casting and thixocasting are compared.

As the size of the casting made with high-pressure die casting increases, the mechanical properties are affected negatively. The mechanical properties of the thixocast pieces are not affected so dramatically by the increase of the size of the castings. The microstructure of the thixocast pieces is more uniform and have less porosity compared to the high-pressure die cast pieces.

The mechanical properties of the thixocast magnesium alloy are close to the high-pressure die cast aluminum. But because magnesium is approximately a third lighter than aluminum, the introduction of magnesium alloy pieces could bring major raw material and component savings. In addition, thixocast aluminum alloy has higher mechanical properties than both thixocast magnesium alloy and high-pressure die cast aluminum alloy.

With large castings, the introduction of thixocasting is recommended to achieve better mechanical properties. The high-pressure die cast aluminum could be replaced with thixocast magnesium, keeping the same mechanical properties with a weight reduction of approximately a third of the original aluminum piece. If more mechanical strength is required, the introduction of thixocast aluminum alloys is recommended.