InfoNu.nl > Wetenschap > Techniek > Eigenschappen van magnesiumlegeringen

Eigenschappen van magnesiumlegeringen

Eigenschappen van magnesiumlegeringen Magnesium is een nieuw constructiemetaal. De Canadees L M Pidgeon zette pas in 1940 de eerste magnesium industrie op. Door het lage gewicht, de goede gietbaarheid en verspaanbaarheid, zijn magnesiumlegeringen geschikt voor de vervaardiging van niet eenparig bewegende onderdelen en behuizing van draagbare apparatuur, zoals fototoestellen, handboormachines, kettingzagen en uiteraard voor de automobiel- en vliegtuigindustrie.

Algemene beschouwing magnesiumlegeringen

Magnesium is het lichtste constructiemetaal. Ongelegeerd is het te zwak en onbruikbaar. De legeringselementen zijn aluminium, mangaan, zink, zirkonium, zilver, thorium. Toevoeging van legeringselementen geeft een bruikbaar constructiemateriaal en in sommige gevallen een thermisch hardbare legering. Demping, schokweerstand en vermoeiingsweerstand van de magnesiumlegeringen zijn goed.

Voorkomen magnesium in de aardkorst

Magnesium komt voor in verbindingen met andere elementen. Dolomiet en magnesiet zijn bekende magnesium ertsen. Circa 2% van de aardkorst bestaat uit magnesiumhoudende ertsen. Magnesium staat op de achtste plaats in voorkomen van de elementen in de aardkorst. Uit zoutlagen wordt het magnesiumzout (MgCl2) gewonnen, dat door elektrolyse omgezet wordt in magnesium.
SymboolMg
Atoomnummer 12
Atoommassa 24,3
Kleur Zilver wit
Kristalstructuur (20ºC) Hexagonaal
Dichtheid (20 ºC) 1,74 g/cm3
Aggregatietoestand 20ºC Vast
Smeltpunt651 ºC
Kookpunt1107 ºC
Smeltwarmte46,5 cal/g
Specifieke warmteO,25 cal/g/ ºC
Elektrische weerstand4,46 micro Ω cm
Warmtegeleidingsvermogen37 W/m• ºC
Liniaire uitzettingscoefficient 26,1.10-6/ ºC
Treksterkte180 N/mm2
Strekgrens140 N/mm2
VloeigrensZie strekgrens
Verlenging (breukrek)5%
Insnoering100%
Hardheid 36 HB
Elasticiteitsmodules43000 N/mm2

Slecht koudvervormbare magnesium legeringen

De hexagonaal structuur van magnesium maakt het metaal anisotroop d.w.z. dat de mechanische eigenschappen afhankelijk zijn van de bewerkingsrichting zoals walsrichting. Door deze hexagonale rooster is het materiaal slecht koudvervormbaar. Alleen de basisvlakken zijn geschikt als glijvlak van atomen. Bij hogere temperatuur ontstaan meerdere glijvlakken zodat tussen 260 en 360 ºC walsen mogelijk is.
Hexagonaal atoom rooster van magnesium / Bron: HKosterHexagonaal atoom rooster van magnesium / Bron: HKoster
.............................................................

Groepen magnesiumlegeringen

Toepassing van onderstaande drie groepen magnesiumlegeringen voor o.a. vliegtuig- en raketonderdelen, kantoormachines, automobielen, vrachtwagencarrosserie, koffers, sportartikelen, camera’s, andere optische apparatuur, handgereedschap zoals handboormachines, kettingzagen enz

Groep MgAlZnMn

AZ31B Producten uit plaat, geextrudeerde profielen en smeedwerk. Na lassen spanningsvrijgloeien op circa 250 ºC.
AZ61A minder goed lasbaar en vervormbaar, hogere sterkte, niet in plaat en band vorm voorhanden wel als staf, buis en andere extrusie profielen.

Groep MgZnZrTh

ZK60A hoge sterkte, minder goed lasbaar. Beschikbaar als staf, buis en extrusie profielen.

Groep MgAlZn

AZ63A legering voor zand-gietwerk en Coquille-gietwerk.
AZ81A legering voor zand en coquillegietwerk met relatief grote taaiheid
AZ91 Spuitgietlegering
AZ92A Legering voor zand en Coquillegietwerk

Brandgevaar

Magnesiumlegeringen oxideren snel. Zowel fijn verdeeld als in gesmolten toestand reageert het heftig met water en is zeer brandbaar. Bij verbranding ontstaat een fel wit licht dat schadelijk is voor de ogen. Atoom raakt bij voorkeur de twee buitenste elektronen kwijt om het tweewaardige ion Mg2+ te vormen. Het metaal is een sterke reductor.

Magnesiumbrand niet met water blussen omdat water indirect extra brandstof levert volgens:
  • Mg + 2H2O → Mg2+ + 2 OH- + H2

Tijdens verwerking van vloeibaar magnesium voorkomt men een reactie met zuurstof door toepassing van een beschermend gas of het metaalbad afdekken met een zout. Magnesiumpoeder wordt gedroogd en samengeperst opgeslagen om zelfontbranding te voorkomen.

Aanduiding van magnesiumlegeringen.

De eerste twee letters geven de belangrijkste legeringselementen weer. Daarop volgt het percentage hiervan in de legering (afgerond op hele procenten). AZ31 bevat 3% aluminium en 1% zink- AZ 61 bevat 6% aluminium en 1% zink.

Chemische samenstelling, fysische en mechanische eigenschappen

In onderstaande tabel zijn de courante magnesiumlegeringen opgenomen, selectie criterium is dat de legeringen zowel onder DIN als onder ASTM vermeld moeten staan.

DIN MgAl3ZnMgAl6ZnMgZn6ZrGMgAl6Zn3GMgAl8Zn1GMgAl9Zn1GMgAl9Zn2
ASTMAZ31BAZ61AZK60AAZ63AAZ81A AZ91 AZ92A
Mgrestrestrestrestrestrestrest
Al3,06,5---6,07,69,09,0
Zn1,01,05,53,00,70,72,0
Mn0,20,15---<0,15<0,13<0,13<0,10
Zr------<0,45------------
Dichtheid g/cm31,781,801,831,841,811,811,82
Smeltzone ºC575-630 510-610530-630455-610 475-600 468-595 443-590
Liniaire uitzetting coeff.
.10↑-6 m/m.K
26272626272627
Warmtegeleiding coeff.
W/m.K
848011875848671
Soortelijke warmte
J/kg.K
1050100010501050100010501050
Spec. electr.weerstand
Ohm mm2/m
0,100,140,060,120,140,170,14
Elasticiteitsmodules
10↑+3 N/mm2
45454545454545
Glijdingsmodules
10↑+3 N/mm2
17171717171717
Treksterkte N/mm2
260/265320/300 370/310210/280 280 240 170/280
Strekgrens N/mm2175/180 230/180310/210 100/135 85 160 100/145
Breukrek (50mm) %
12/ 1814/ 1211/ 166 / 51532 / 2
Hardheid Brinell4866 / 458250 / 72556065 / 80
Vermoeiinggrens
N/mm2
125140 / 140160 / 120100 / 130120120130 / 130

Invloed van legeringselementen in magnesiumlegeringen

  • A- Aluminium verbetert sterkte gietbaarheid en corrosieweerstand heeft hoge oplosbaarheid en maaktwarmte behandeling mogelijk
  • C- Koper
  • E - Zeldzame aarde verbetert de mechanische eigenschappen bij hogere temperatuur
  • H- Thorium
  • K -Zirkonium verbetert de korrelverfijning. Niet toe passen in combinatie met aluminium en mangaan
  • L -Lithium
  • M - Mangaan verhoogt de corrosievastheid verhoogt de vloeigrens heeft lage oplosbaarheid
  • Q- zilver
  • S - silicium
  • W- Ittrium
  • Z - Zink verbetert de sterkte en in combinatie met zirkonium wordt een legering gevormd die een warmtebehandeling kan ondergaan

Toepassingen

Bron: El Grafo, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)Bron: El Grafo, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)
Magnesium producten worden vooral gegoten in zand-, in coquille- en in spuitgietmatrijzen. Combinatie van gewicht besparing en redelijke sterkte-eigenschappen maakt het metaal geschikt voor de lucht- en ruimtevaart, transportmiddelen, huishoudelijke apparatuur, levensmiddelindustrie, racefietsen, notebooks en camcorders e.d.

Lage smeltpunt, weinig smeltenergie en kleine warmtecapaciteit maken magnesiumlegeringen geschikt voor spuitgieten. Gesmolten magnesium reageert niet met ijzer uit de matrijs (wat aluminium wel doet), dunwandige onderdelen met nauwe toleranties kunnen worden gegoten omdat magnesium niet krimpt tijdens stollen en de gietvorm dus goed vult.

Bij verspanen zijn de snijkrachten op het snijgereedschap relatief laag. Er ontstaan korte spanen, gunstig in verband met automatische fabricage op CNC-machines. Gereedschap slijtage is minder dan bij aluminium en de standtijd van de gereedschappen is meer dan vijf maal zo hoog. Men kan met 50% hogere snijsnelheden werken. De oppervlaktekwaliteit bij het verspanen is fraai.

Magnesium in de biologie

Magnesium komt voor in levensvormen. In elk chlorofylmolekuul, dat zorgt voor de fotosynthese in planten, zit een magnesiumatoom. Magnesiumhoudende kunstmeststof wordt gebruikt in de tuinbouw. Wat de gezondheid aspecten (zie medische websites) betreft: Magnesium is onmisbaar voor de mens voor de energieproductie, de werking van spieren en zenuwen en voor het behoud van gezonde botten. Magnesium heeft invloed op het functioneren van enzymen en hormonen. Het metaal zit in alle lichaamscellen. Opname van magnesium gaat via voedsel, (o.a. noten, granen, groenten).

Het corroderen van magnesium

Algemeen

Aan de lucht vormt zich MgO en MgCO3, deze oppervlaktelaag is niet bestand tegen vocht en vooral niet tegen zeelucht en producten uit magnesium moeten beschermd worden door bichromatiseren, lakken of epoxeren.

Contact corrosie

Een galvanisch element (galvanische cel, voltacel, electrochemisch element) is een stroombron; die elektrische stroom opwekt d.m.v chemische omzetting. Een galvanisch element bestaat uit twee elektrisch geleidende platen van verschillende metalen die door een elektrolyt met elkaar verbonden zijn. Het minst edele van de twee metalen gaat in oplossing, waarbij elektriciteit (elektronen) worden geleverd. Onedele metalen hebben een grotere oplosdruk dan edele metalen. Als men de metalen rangschikt in volgorde van toenemende oplosdruk dus afnemende edelheid ontstaat de spanningsreeks. Geheel onderaan staan de onedele metalen, die een positieve oplosdruk hebben, op plaats nul staat waterstof als nullijn en daarboven staan de edele metalen.

Spanningsreeks van materialen:
  • platina (edelmetaal)
  • goud (edelmetaal)
  • titaan
  • zilver
  • AISI 316(passief)
  • AISI 304(passief)
  • Nikkel (passief)
  • Brons
  • Koper
  • Messing
  • Waterstof ----------neutrale lijn
  • Lood
  • Tin
  • AISI 316 (actief)
  • AISI 304 (actief)
  • Gietijzer
  • ijzer en staal
  • Chroom
  • Zink
  • Aluminium
  • Magnesium

Hoe hoger(edeler) in de spanningsreeks hoe beter het materiaal bestand is tegen aantasting. Als twee metalen met een verschillende plaats in de spanningsreeks met elkaar in een vochtige omgeving in contact komen, ontstaat een galvanisch element en wordt de minst edele metaal aangetast (opgelost). Laag geplaatst metaal in de reeks wordt opgeofferd ten gunste van hoger geplaatst metaal. Om stalen schepen te beschermen tegen corrosie worden tegen de scheepshuid zinkblokken gemonteerd. Na een bepaalde tijd zijn de zink blokken verteerd, terwijl de scheepshuid niet aangetast is. Des te verder metalen uit elkaar staan in de reeks, des te heftiger de galvanische werking en des te sneller het laagst geplaatste metaal ‘weg rot’.

Geen roestvaststalen schroeven in magnesium gebruiken. Magnesium niet in contact brengen met brons, messing, staal, tin, koper en lood. Maken zink en lood contact op een droge plek gebeurt er niets, zodra de plek nat wordt lost het zink langzaam op. Aan de zeekust verloopt galvanische corrosie(contact corrosie) sneller.
© 2013 - 2019 Custor, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Gootwerk voor afvoer van hemelwaterGootwerk voor afvoer van hemelwaterHet dak van een huis of gebouw heeft oorspronkelijk hoofdzakelijk de functie van waterdichtheid. In de loop van de jaren…
De corrosie van metalenDe corrosie van metalenCorrosie is metaal aantasting door chemische of elektrochemische reacties tussen metaal en elementen uit de omgeving. Me…
Het hardverchromen van metalenHet hardverchromen van metalenDoor de zwaarbelaste onderdelen met geavanceerde thermische en galvanische technieken te voorzien van een hardchroom dek…
Chroom: Het elementChroom: Het elementChroom is een heldere blauw-witte, hard en corrosiebestendig metaal. Het chroomoxide geeft voorwerpen een groenachtige t…
Nikkel-Koper legering Monel: Eigenschappen en toepassingenNikkel-Koper legering Monel: Eigenschappen en toepassingenMonel is niet magnetische nikkel-koper legering die zijn toepassingen te danken heeft aan zeer goede mechanische eigensc…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Mark Fergus, Wikimedia Commons (CC BY-3.0)
  • http://www.intlmag.org/mech01.html2003w/
  • http://www.magnesium.com/w3/
  • http://www.magnesiumsquare.com/index.php?option=com_content&view=article&id=32&Itemid=38
  • http://www.matbase.com/material-categories/metals/non-ferrous-metals/wrought-magnesium/material-properties-of-am503-wrought-magnesium-grade.html
  • http://asmcommunity.asminternational.org/portal/site/www/GoogleSearch_2010/?qOld=magnesium&q=magnesium&collection=www_only&searchQueryString=&submit.x=10&submit.y=6
  • Theoretische en toegepaste metaalkunde door prof Ir de Sy en Dr Vidts N.I.C.I. Gent
  • http://mg.tripod.com/asm_prop.htm#amchem
  • http://www.alurvs.nl
  • http://www.suppliersonline.com/
  • Afbeelding bron 1: HKoster
  • Afbeelding bron 2: El Grafo, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)

Reageer op het artikel "Eigenschappen van magnesiumlegeringen"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Custor
Laatste update: 27-02-2017
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Techniek
Bronnen en referenties: 12
Schrijf mee!