Magnesiumlegering som et lettere alternativ til aluminiumslegering

Magnesiumlegering kan gøres stærkere og mere anvendelig ved varmpresning under optimerede forhold for at producere en ultrafin krystallinsk struktur, A*STAR-forskere har vist. Det forbedrede materiale betyder, at magnesiumlegering vil have bredere anvendelser som et ultralet strukturelt materiale.

Aluminiumslegering er i øjeblikket det foretrukne letmetal til mange strukturelle applikationer, fra flykroppe til smartphone-kroppe. Det er let, korrosionsbestandig og er forholdsvis let at forme, svejse og arbejde. Legeringer af magnesium er op til en tredjedel lettere end legeringer af aluminium, og er særligt lovende til applikationer, hvor vægt er kritisk:de har den ekstra fordel, at de er mere bulefaste og mere bearbejdelige, og bedre i stand til at skærme elektromagnetisk stråling og dæmpe vibrationer, end legeringer af aluminium.

Afvejningen med magnesium er, at det er notorisk svært at arbejde med, kræver høje temperaturer for formbarhed, og har generelt lavere styrke. At finde en måde at forbedre de mekaniske egenskaber og bearbejdeligheden af ​​magnesiumlegeringer kunne åbne mange nye anvendelser for materialet med fordele i den virkelige verden som forbedret brændstoføkonomi i fly, vandfartøjer og landkøretøjer, og lettere mobiltelefoner.

Kai Soon Fong og kolleger fra Singapore Institute of Manufacturing Technology og Nanyang Technological University har nu udtænkt en forbehandlingsmetode, der markant forbedrer den mekaniske styrke og duktilitet af AZ31, den mest udbredte magnesiumlegering.

"Vi har vist, at egenskaberne af kommercielle AZ31 magnesiumplader kan forbedres ved alvorlig plastisk deformation ved hjælp af en ortogonal, begrænset rillepresningsteknik med hurtig efterudglødning, " siger Fong.

Begrænset rillepresning involverer gentagen presning af en tynd metalplade, såsom magnesiumlegering, mellem opvarmet, fint bølgede matricer. Dette strækker - eller spænder - materialet over meget smalle domæner, forårsager plastisk deformation, samtidig med at det forhindrer beskadigelse og får de mikroskopiske krystalkorn til at omkrystallisere til en finere mikrostruktur. Ved at dreje arket 90 grader mellem hvert tryktrin, materialet sigtes gentagne gange, indtil hele arket er blevet behandlet.

Materialet opvarmes derefter, eller udglødet, at fjerne resterende stress, men med en hurtigere opvarmningshastighed og kortere tid end normalt, for at forhindre, at kornene forstørres igen.

"Ved at optimere forarbejdningstemperaturen og belastningshastigheden, vi var i stand til at opnå en ultrafinkornet mikrostruktur, som ikke fysisk ændrer legeringen, men forbedrer dets mekaniske egenskaber gennem kornforfining, " siger Fong. "Denne behandling førte til forbedret mekanisk styrke og duktilitet, gør det mere sejt og lettere at forme ved stuetemperatur."