Magnesio

Ingeniería Mecánica. Materiales mecánicos. Historia. Características físico-químicas. Diagramas. Procesos de obtención. Propiedades mecánicas. Aleaciones. Aplicaciones. Tratamientos. Ensayos metalúrgicos y mecánicos

  • Enviado por: Bruno Ezequiel García
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
  • 27 páginas
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Índice:

Historia del Magnesio .............................................................................................................

3

Características físico-químicas ...............................................................................................

3

Generalidades sobre el Magnesio ..........................................................................................

4

Diagrama Al - Mg ....................................................................................................................

7

Diagrama Mg - Y ....................................................................................................................

7

Diagrama Mg - Zn ...................................................................................................................

8

Obtención ...............................................................................................................................

8

Sistema de producción .................................................................................................

9

Procedimiento Dow .............................................................................................

9

El proceso Pidgeon (proceso de reducción térmica) ..........................................

10

Proceso de deshidratación Norsk Hydro .............................................................

10

Recuperación de magnesio a partir de restos de asbestos ................................

11

Resistencia a la corrosión ......................................................................................................

12

Propiedades mecánicas .........................................................................................................

12

Aleaciones y productos del Magnesio ....................................................................................

13

Nomenclatura según Norma ASTM ..............................................................................

13

Composición química y Propiedades físicas de algunas de las Aleaciones más utilizadas........................................................................................................................

14

Especificaciones de los productos de magnesio según distintas normas ....................

14

Comparación entre el Magnesio aleado con Tierras Raras y otros .......................................

15

Aplicación - Llantas ligeras para automóviles deportivos .......................................................

16

Procesos de Conformado .............................................................................................

17

Proceso de fundición ...........................................................................................

17

Fundición a presión en cámara caliente ....................................................

17

Operaciones posteriores a la fundición - Operaciones secundarias ...................

19

Desbarbado ...............................................................................................

19

Mecanizado ...............................................................................................

19

Defectos en las piezas de fundición ....................................................................

20

Tratamientos .................................................................................................................

20

Tratamientos térmicos .........................................................................................

20

Tratamientos superficiales ..................................................................................

21

Ensayos metalúrgicos ...................................................................................................

21

Ensayo de material .............................................................................................

21

Ensayo de corrosión ...........................................................................................

21

Ensayos mecánicos ......................................................................................................

22

Ensayo de torsión ...............................................................................................

22

Ensayo de rodamiento ........................................................................................

23

Ensayo de impacto ..............................................................................................

24

Ensayo del par alternado ....................................................................................

24

Control de calidad .........................................................................................................

25

Conclusión ....................................................................................................................

26

Bibliografía ....................................................................................................................

27

Historia del Magnesio

El magnesio fue aislado por primera vez en 1808 por Humphrey Davey. El método que utilizó fue la electrólisis en la pila de Volta a partir de una mezcla pastosa de magnesia y sulfuro de mercurio. Esta pasta, después de la evaporación del mercurio, pasa a una amalgama que deja al magnesio en forma de polvo.

Veinte años más tarde, Bussy es capaz de preparar MgCl2 anhidro por acción del carbón y del cloro sobre el MgO por reducción con potasio en forma de vapor. Poco después (1830) Liebig, aprovechando y ampliando los resultados de Bussy, obtiene gramos puros del metal y determina algunas de sus propiedades.

La extracción del magnesio por electrólisis a partir del MgCl2 fundido fue descubierta por Bunsen en 1852, y en 1862 se inicia en Inglaterra la producción de magnesio a pequeña escala industrial por el método de Saint-Claire Deville, que consiste en la reducción con sodio del MgCl2 anhidro.

La producción industrial comenzó en Alemania en 1886, pero sólo había alcanzado las 10 toneladas en el mundo entero en el 1900. Ésta aumentó a 350 toneladas en 1915 y después dio un salto hasta las 3000 toneladas hacia finales de la Primera Guerra Mundial, cayendo sólo 350 toneladas hacia 1920. La producción en 1939 fue 32000 toneladas y, debido al ímpetu de la Segunda Guerra Mundial, volvió a crecer hasta diez veces, para no volver a caer hasta finales de la década de los 40. La producción media durante los últimos años ha sido cercana a las 250000 toneladas/año.

Características físico-químicas

El magnesio es un metal blanco plateado y muy ligero, con escasa tenacidad y por lo tanto poco dúctil, cuyas principales constantes físicas se indican a continuación:

  • Densidad: 1,738 g/cm3

  • Temperatura de fusión: 648,8°C

  • Temperatura de ebullición: 1090°C

  • Masa atómica: 24,305 (78,6% del isótopo 24, 10,1% del isótopo 25 y 11,3% del isótopo 26)

  • Conductividad térmica 156 W/(m·K)

  • Módulo de rigidez: 17.109 Pa

  • Módulo de Young: 45.109 Pa

  • Módulo de Poisson: 0,29

  • Dureza Brinell: 26 HB

  • Resistividad eléctrica: 4,4.10-8 Ωm

  • Reflectividad: 74%

Generalidades sobre el Magnesio

Es uno de los elementos químicos más importantes, tanto por su abundancia como por sus aplicaciones. Es el octavo constituyente de la corteza terrestre (2,33 % en peso), y el tercero de los que contiene el agua del mar en disolución (0,13 % - 1,3 kg/m3). Se halla presente en la dolomita (MgCO3.CaCO3), la magnesita (MgCO3), la carnalita, el amianto, la espuma de mar o sepiolita, la giobertita, y como cloruros o sulfatos en el agua de mar.

Su extremadamente baja densidad (1,74 g/cm3), incluso menor al aluminio (2,70 g/cm3), le otorga importantes ventajas en el campo de las Aleaciones Ligeras donde generalmente se encuentra aleado con aluminio, cinc, manganeso, cobre, litio, circonio y elementos lantánidos (tierras raras). Estas aleaciones poseen además, adecuadas características de mecanización, fabricación, empleándose en diversas piezas con aplicaciones aeronáuticas y automotrices. Algunos ejemplos de piezas en vehículos livianos son válvulas y engranajes de distribución, bridas, bastidores de cajas de transmisión y embragues, radiadores, accesos de lámparas, carcazas de motores de limpiaparabrisas y varias parte de reguladores interiores; en Aeronáutica, las aleaciones base magnesio son ampliamente empleadas en cajas de cambios al igual que en vehículos de carrera.

Las aleaciones de magnesio presentan una gran resistencia a la tracción. Cuando el peso es un factor a considerar, el metal se utiliza aleado con aluminio o cobre en fundiciones para piezas de aviones; en miembros artificiales, aspiradoras e instrumentos ópticos, y en productos como esquíes, carretillas, cortadoras de césped y muebles para exterior. El metal sin alear se utiliza en flashes fotográficos, bombas incendiarias y señales luminosas (es extremadamente inflamable en forma de polvo, emitiendo una luz radiante), como desoxidante en la fundición de metales y como afinador de vacío, una sustancia que consigue la evacuación final en los tubos de vacío.

Material

Características

Aplicaciones

Magnesio

- Muy ligero pero poco dúctil (2º metal más ligero - 65% del peso del Al).

- De color blanco argénteo.

- Se suele utilizar como reductor enérgico.

-Reacciona con ácidos y a 800 ºC reacciona con oxígeno emitiendo una luz radiante.

- Es soluble con los ácidos diluidos exceptuando al ácido fluorhídrico.

- Conductividad eléctrica moderada.

- De dureza intermedia.

- Es laminable entre 350 y 400 ºC

- Se alea con mayoría de los metales exceptuando el hierro y el cromo, con los que más se une (como elemento aleado) son el aluminio, cobre, cadmio, cinc y manganeso.

- Posee elevada resistencia a la tracción al alearse con aluminio.

- No presentan ningún peligro de toxicidad conocido

- En virtud de su extraordinario peso específico se utiliza mucho en aviones y transporte en general.

- Lámparas de magnesio.

- Bombas incendiarias y fuegos artificiales.

- Flashes eléctricos.

- Moldes livianos para concreto y productos estructurales.

- Construcción de ladrillos refractarios.

- En revestimientos de hornos.

- Fabricación de lápices de colores.

- Como relleno del algodón y la lana.

- Fabricación de papel.

- Circuitos electrónicos.

Caja de cambios para un helicóptero hecha de una aleación de magnesio, tratada superficialmente como protección contra la corrosión.
( http://www.airforce-technology.com)

'Magnesio'

  • Caja de cambios y (b) Múltiple hechos mediante fundición, de una aleación de magnesio (http://www.uk-racing-casting.co.uk)

  • En la siguiente tabla se compara la razón entre el límite de fluencia y la gravedad específica de algunas aleaciones para mostrar las ventajas del empleo de aleaciones de magnesio en aplicaciones donde la densidad es un factor relevante.

    En general las propiedades mecánicas de estas aleaciones son inferiores a las de aluminio, sin embargo, al considerar su gravedad específica se tornan altamente atractivas. Uno de los principales problemas con las aleaciones base magnesio es su baja ductilidad, originada en la estructura cristalina del Mg, hexagonal compacta, la que dificulta el conformado a temperatura ambiente y por ende, el conformado de estas aleaciones suele realizarse en caliente. Su alta reactividad en estado líquido es también un problema para la fabricación de estas aleaciones vía fusión.

    'Magnesio'

    Diagrama Al - Mg

    Diagrama Mg - Y

    Diagrama Mg - Zn

    Obtención

    Para la extracción del magnesio se utilizan distintos métodos basados en dos procedimientos generales (Fig. sig.), la electrólisis ígnea del MgCl2 anhidro fundido (que representa el 80 % de lo obtenido) y la reducción térmica del MgO.

    Sistema de producción

    Procedimiento Dow

    Es el método mas económico y más importante para producir magnesio, el cual utiliza agua de mar como la materia prima más importante, el agua de mar debe estar tibia , limpia y no debe de estar diluida.

    Los pasos por los cuales se efectúa la extracción del magnesio son:

    Decantación:

    El agua de mar pasa por una compuerta la cual deja pasar el agua, en este punto tiene lugar una estratificación del agua de alta densidad, y del agua de baja densidad. Se añade al agua de mar cloro en cantidad que deje por lo menos. 5 p.p.m. de halógeno libre residual para impedir el desarrollo de algas marinas. Después se produce cal con conchas de ostras, la cal es convertida en lechada en un apagador rotatorio. El hidróxido de calcio es sedimentado en tanques, de los cuales se extrae una lechada rica, mientras el líquido claro que queda se vuelve a someter al ciclo. La lechada se mezcla con un poco de sosa cáustica y se diluye para facilitar el control, la mezcla de sosa cáustica y cal se agita con agua de mar en el deposito flocurador.

    Filtración:

    Esta operación se realiza en filtros moore, conectados a un colector central de succión, cada filtro se hace descender a un pozo lleno de lechada y durante dos horas permanece ahí y se recoge el hidróxido de magnesio. Después de sacar el cesto del pozo se lleva por medio de una grúa hasta tanques de vaciamiento, en los cuales se separa lavando las hojas del filtro con aire a presión.

    Neutralización:

    Este paso comienza con la disolución de lechada, que en este momento contiene aproximadamente el 25% de hidróxido de magnesio en peso, para transformarla en una lechada bombeable. Esto se realiza en homogeneizadores por agitación con una solución de cloruro de magnesio que vuelve al ciclo. La lechada resultante con una consistencia de crema, se bombea a los neutralizadores equipados con agitadores de hélice recubiertos con caucho. En el primer tanque se añade 75% del ácido necesario y todo el hidróxido de magnesio. La neutralización se completa en el segundo tanque.

    Evaporación:

    En esta operación se realiza la eliminación casi completa del agua de la solución del cloruro de magnesio al 15%, por evaporación y reducción en la solubilidad del cloruro de sodio. Este paso se efectúa en cuatro unidades de evaporación sumergidas del tipo de combustión colocadas en serie. Cada unidad está en comunicación con una torre de enfriamiento equipada con un precipitador electrostático. El paso siguiente es otra evaporación que se lleva a cabo en calderas de ebullición.

    Secado:

    Para eliminar el agua en exceso para alimentar las cubas electrolíticas se calienta el liquido, de 50 % de cloruro de magnesio a 170 ºC en tuberías de monel, pulverizando en ellas seis veces su peso de sólido previamente secado en una mezcladora rotatoria. El material se almacena o se usa directamente en las celdas electrolíticas, que son equipo auxiliar de los secaderos. Se hace pasar los gases de escape cargados de polvo por separadores calientes de ciclón para recuperar el cloruro de magnesio.

    Electrólisis:

    Se realiza en celdas electrolíticas Dow. Las celdas en trabajo están llenas de una mezcla de sales fundidas, que consta de 25% de cloruro de magnesio, 15% de cloruro de calcio, 60% de cloruro de sodio. El agua residual es evaporada al fundirse el material por el calor del baño. Sin ninguna dificultad puede añadirse material de alimentación que contenga de 10 al 20 % de agua a un baño que este a 700 ºC, la adición se hace lenta y uniformemente.

    Por electrólisis se puede producir magnesio fundido y cloro gaseoso. El magnesio sube hasta la punta del electrolito y es dirigido por placas de hierro hacia los pozos colectores situados en la parte delantera de la celda, y el metal se saca a mano de los pozos en lingotes.

    El proceso Pidgeon (proceso de reducción térmica)

    En el proceso Pidgeon, se produce magnesio a partir de la calcinación de dolomita, bajo vacío y a altas temperaturas, usando silicio como agente reductor. En el proceso, este carbonato (magnesio / calcio) finamente triturado se alimenta a un horno rotativo donde se calcina, y donde se evacua dióxido de carbono, quedando un producto de dolomita calcinada. Luego, la dolomita calcinada se pulveriza en un molino de rueda antes de mezclarse con ferrosilicio y fluorespato finamente divididos. Se pesan lotes de dolomita calcinada fina, ferrosilicio y fluorespato y se cargan en un mezclador rotativo. A esta mezcla se le da después forma de briquetas mediante prensas a tal fin.

    Posteriormente, las briquetas son transportadas a los hornos de reducción. La operación de reducción es un proceso por lotes que libera magnesio en forma de vapor, que condensa en la sección de la retorta enfriada por agua, ubicada externamente a la pared del horno. Luego de la remoción del horno, se comprime la corona magnésica desde la manga, mediante una prensa hidráulica. El residuo remanente de la carga reductora se elimina de la retorta y se envía a un repositorio. La Figura de la página siguiente ilustra el proceso en forma esquemática.

    Proceso de deshidratación Norsk Hydro

    Norsk Hydro ha desarrollado y llevado a la práctica con éxito una nueva tecnología, un proceso de deshidratación de MgCl2, en su planta de Canadá.

    La planta produce salmuera de MgCl2 por disolución de roca magnesita en ácido clorhídrico. Las impurezas tales como el aluminio, el hierro y el manganeso se eliminan del licor de lixiviado por purificación. Posteriormente, la salmuera se somete a evaporación y formación de pepitas, y secado usando la técnica de lecho fluidizado. Esto da como resultado un producto de MgCl2 anhidro.

    Las celdas de electrólisis Hydro se operan a 400 kA aproximadamente. Las pepitas de MgCl2 se alimentan en forma continua, desde la planta de deshidratación a las celdas electrolíticas. Esta operación produce magnesio metálico y gas cloro. El gas se hace reaccionar con hidrógeno para producir ácido clorhídrico, que se recicla a la etapa de disolución de la magnesita. El magnesio fundido se moldea en condiciones controladas. Los productos finales son el metal puro y aleaciones en la forma de lingotes y planchas para moler.

    Recuperación de magnesio a partir de restos de asbestos

    Una tecnología nueva empleada en Noranda involucra la recuperación de magnesio a partir de restos de asbestos. La descripción del proceso es la siguiente:

    Transformación de serpentina en magnesio de alto grado: En el proceso de magnesio propiedad de Noranda, la serpentina se somete a una serie de procesos químicos y de etapas de filtración para producir un cloruro de magnesio anhidro muy puro. Este se reduce electrolíticamente a magnesio y cloro en celdas muy avanzadas y de alta eficiencia. El cloro se capta completamente y se recicla.

    Purificación de la salmuera: Para purificar la solución de cloruro de magnesio, la salmuera pasa por ulteriores pasos de purificación para eliminar la mayor parte de las impurezas, tales como el boro. Las impurezas se extraen de la salmuera por precipitación.

    Secado del lecho fluido: La salmuera, de alta pureza, se seca para producir cloruro de magnesio granular. Esto produce cloruro de magnesio parcialmente deshidratado. El HCl se recicla para usarse en la fase de lixiviado.

    Clorador de fundido: Los gránulos de cloruro de magnesio se funden en un electrolito, y se tratan por un proceso de cloración que involucra la inyección de gas HCl. El ácido y el agua se recuperan en el proceso para ser usados en la fase de lixiviado.

    Celda electrolítica: El magnesio metálico se produce por electrólisis enviando una intensa corriente eléctrica a través del electrolito. El gas cloro que se produce durante la fase de electrólisis se lava, se combina con hidrógeno y así se reconvierte en ácido, y se reconvierte en gas que se reusa en el proceso de cloración.

    Moldeado: Se realiza el colado de magnesio metálico y luego se moldea en lingotes.

    Purificación de las emisiones: La instalación de producción está equipada con depuradores de gases a lo largo de todo el proceso, para purificar las emisiones de proceso y de venteo. El cloro se captura completamente, se recicla y se retorna al proceso. Las emisiones se lavan para extraer partículas y otros contaminantes antes de ser liberados a la atmósfera. El proceso no libera efluentes líquidos al ambiente.

    Resistencia a la corrosión

    Un problema con el magnesio ha sido su carencia de suficiente resistencia a la corrosión para muchas aplicaciones, particularmente las aleaciones usadas para colada inyectada y colada en molde de arena. Expuesto a ambientes no salitrosos se le genera una capa gris que no altera notablemente las propiedades mecánicas, pero si se acumulan sustancias externas sobre la superficie, que retengan la humedad, se producirá picado y corrosión generalizada.

    El problema ha sido resuelto por los dos mayores suministradores, Dow y AMAX; ambos han desarrollado la aleación de alta pureza AZ91 para colada inyectada, y ambos ofrecen un grado de colabilidad en molde de arena. Se dice que estas aleaciones de alta pureza son 100 veces más resistentes a la corrosión que las aleaciones de magnesio corrientes, y más resistentes al agua salada que la aleación de aluminio 380 por colada inyectada, o que el acero laminado, probado de acuerdo a las normas ASTM B117. La investigación en metalurgia de magnesio ha evidenciado que la habilidad del magnesio para resistir corrosión en un ambiente salitroso depende fuertemente del mantenimiento de las impurezas (hierro, níquel, cobre) bajo sus límites máximos durante toda la operación de producción.

    La aleación de magnesio de alta pureza ya ha reemplazado otros metales así como un número de plásticos en una variedad de componentes de automóviles y camiones livianos. Ejemplos incluyen cubiertas de válvulas y engranajes de distribución, bridas, bastidores de cajas de transmisión y embragues, radiadores, accesos de lámparas, carcazas de motores de limpiaparabrisas, y varias partes de reguladores interiores.

    En cuanto a la corrosión galvánica, el magnesio posee el más elevado potencial de electronegatividad de los metales estructurales y en consecuencia una gran tendencia a polarizarse anódicamente en soluciones salinas. En función de prevenir este problema, deben tomarse las siguientes medidas para la unión con otros metales: el metal a unirse no debe ser muy disímil, poseer tratamientos protectores adecuados, utilizar algún dispositivo que incremente la resistencia, o inhibir la celda galvánica químicamente. El aluminio de altísima pureza (99%) es compatible galvánicamente con el magnesio, pero pequeñas cantidades de impureza (0,02%), hierro o cobre, disminuyen la compatibilidad.

    Debido a las características mencionadas es usualmente utilizado para protección catódica de otras piezas.

    Propiedades mecánicas

    El magnesio puro tiene poca resistencia mecánica y plasticidad, su poca plasticidad es debida a que su red es hexagonal y posee pocos planos de deslizamiento. Las bajas propiedades mecánicas excluye la posibilidad de utilizarlo en estado puro como material estructural, pero aleado y tratado térmicamente puede mejorarse sus propiedades mecánicas. Como es el metal estructural más liviano disponible, la combinación de baja densidad y buena resistencia mecánica de las aleaciones de magnesio resulta en una alta relación resistencia-peso. Sobre esta base, es comparable con la mayoría de los materiales estructurales comunes.

    Entre los aleantes más comunes, el aluminio y el zinc se introducen para elevar la resistencia mecánica, el manganeso para elevar la resistencia a la corrosión y afinar el tamaño de grano, para esto último se pueden utilizar el circonio y los metales de las tierras raras, el berilio se utiliza para disminuir la tendencia a la inflamación durante la colada.

    Debido a su bajo módulo de elasticidad, las aleaciones de magnesio pueden absorber energía elásticamente. Combinado con tensiones moderadas, esto provee excelente resistencia al rayado y alta capacidad de amortiguamiento. El magnesio aleado posee buena resistencia a la fatiga y se comporta particularmente bien en aplicaciones que involucran un gran número de ciclos de tensiones relativamente bajas. Sin embargo, el metal es sensible a la concentración de tensiones, por lo que deberían evitarse muescas, aristas agudas y cambios abruptos de sección.

    Las partes de magnesio son generalmente utilizadas a temperaturas que varían desde la ambiente hasta los 175°C. Algunas aleaciones pueden ser usadas en ambientes de servicio de hasta 370°C por breves exposiciones. A temperaturas elevadas se oxida intensamente e incluso se inflama espontáneamente.

    Las piezas fundidas tienen una resistencia compresiva prácticamente igual a la tensión de fluencia a la tracción, mientras que en las aleaciones para forja la resistencia a la compresión es considerablemente menor que la fluencia de tracción. Las aleaciones para forja poseen un mayor alargamiento a la rotura, una mayor tensión de rotura y una mayor resistencia a la fatiga.

    A pesar de una amplia variación de la dureza con los distintos aleantes, la resistencia a la abrasión varía sólo en un 15 a 20%. Para proteger lugares o zonas de la pieza expuestas a gran roce, se suelen colocar insertos de acero, bronce, o materiales no metálicos. Pueden utilizarse para bujes de poca carga, bajas velocidades, bajas temperaturas y buena lubricación.

    Aleaciones y productos del Magnesio

    Nomenclatura

    Las aleaciones de magnesio son designadas por un sistema establecido por la A.S.T.M. (Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales), que cubre tanto composiciones químicas como durezas.

    Las primeras dos letras de la designación identifican los dos elementos aleantes presentes en mayor cantidad. Las letras son ordenadas en forma decreciente según porcentajes, o alfabéticamente si los elementos se encuentran en igual proporción. Las letras son seguidas de sus respectivos porcentajes redondeados a números enteros, seguidos por una letra final de serie. Esta letra de serie indica alguna variación en composición de algún constituyente aleante menor, o impurezas.

    Las letras que designan los constituyentes aleantes más comunes son:


    A Aluminio

    E Tierras raras

    H Torio

    K Circonio

    L Litio

    M Manganeso

    Q Plata

    S Silicio

    Z Zinc


    Por ejemplo, la aleación de magnesio AZ31B contiene 3% de aluminio (código de letra A) y 1% de zinc (código de letra Z).

    Composición química y Propiedades físicas de algunas de las Aleaciones más utilizadas

    Especificaciones de los productos de magnesio según distintas normas

    Producto

    A.S.T.M.

    Mazlo

    Ejercito

    DOW

    FED.

    A.S.T.M.

    Ejercito

    A.M.S.

    AERO.

    S.A.E.

    Lingotes

    -

    AM80A

    AZ92A

    AM100A

    AZ63A

    M1B

    AZ91A

    AZ91B

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    A

    C

    G

    H

    M

    R

    RC

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    B92

    B93

    B93

    B93

    B93

    B93

    B93

    B93

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

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    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    Piezas fundidas en arena

    AM90A

    AZ92A

    AM100A

    AZ63A

    M1B

    AZ91C

    -

    AM260

    -

    AM265

    AM403

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    A

    C

    G

    H

    M

    AZ91C

    -

    QQ-M-56

    -

    QQ-M-56

    QQ-M-56

    -

    B80

    B80

    B80

    B80

    B80

    B80

    -

    -

    -

    57-74-1

    -

    -

    -

    4434

    -

    4420

    -

    -

    -

    ANM36C

    -

    ANM36A

    -

    MILM4204

    -

    500

    -

    50

    -

    -

    Piezas fundidas en moldes permanentes

    AZ92A

    AM100A

    AM260

    AM240

    -

    -

    C

    G

    QQ-M-55

    QQ-M-55

    B199

    B199

    57-74-2

    -

    4484

    -

    -

    -

    503

    502

    Piezas fundidas en matriz

    AZ91A

    AZ91B

    AM263

    -

    -

    -

    R

    RC

    QQ-M-38

    -

    B94

    B94

    57-74-3

    -

    4490

    -

    ANM16

    -

    501

    501ª

    Extrusiones de varillas, barras y perfiles

    -

    AZ31B

    AZ61A

    M1A

    AZ80A

    -

    AM-C52S

    AM-C57S

    AM3S

    AMC58S

    -

    18

    -

    11

    9

    ZK60A

    FS1

    J1

    M

    O1

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    B107

    B107

    B107

    B107

    -

    AXS1328

    -

    AXS1328

    AXS1328

    -

    -

    4350

    -

    -

    MILM5354

    ANM27

    ANM24

    ANM26

    ANM25

    -

    52

    520

    522

    523

    Extrusiones de tubos

    AZ31B

    AZ61A

    M1A

    AMC52S

    AMC57S

    AM3S

    18

    -

    11

    FS1

    J1

    M

    WWT825

    WWT825

    WWT825

    B217

    B217

    B217

    57-193

    -

    57-193

    -

    -

    -

    ANM72

    ANM71

    ANM73

    52

    520

    522

    Lámina

    AZ31A

    M1A

    AMC52S

    AM3S

    -

    -

    FS1

    M

    QQM44

    QQM54

    B90

    B90

    -

    -

    4375

    4376

    -

    -

    510

    -

    Piezas forjadas

    TA54A

    AZ31B

    AZ61A

    -

    AZ80A

    AM65S

    -

    AMC57S

    -

    AMC58S

    D

    -

    A

    C

    B

    -

    FS1

    J1

    M

    D1

    -

    -

    -

    -

    -

    B91

    B91

    B91

    -

    B91

    57-159

    -

    57-159

    57-159

    57-159

    -

    -

    -

    -

    -

    ANM23

    -

    ANM20

    ANM22

    ANM21

    53

    -

    531

    533

    532

    Barras para soldadura

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    C

    J1

    M

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    MILR6944

    MILR6944

    MILR6944

    -

    -

    -

    Comparación entre el Magnesio aleado con Tierras Raras y otros

    Resultados de un ensayo de fluencia a 60 Mpa donde la temperatura fue incrementándose en pasos de 120 a 200ºC, por aproximadamente 200 hs en cada temperatura. La Aleación AE (Tierras Raras) demuestra mucho mejor rendimiento a temperaturas de 175 ºC y superiores.

    Aplicación
    Llantas ligeras para automóviles deportivos

    Esta aplicación específica del magnesio se enfoca en el diseño de una llanta de automóvil deportivo, en el cual el magnesio tiene un papel muy importante debido a su extraordinario peso específico. En el mundo de la competición es importante obtener la mayor reducción de peso posible con el objetivo de obtener unas mejores prestaciones de velocidad y aceleración del vehículo en cuestión.

    Hay que tener en cuenta que la estética es un factor muy a tener en cuenta a la hora de diseñar los componentes de los coches deportivos porque además de elemento estructural actúan como elemento embellecedor.

    'Magnesio'
    'Magnesio'
    'Magnesio'

    Procesos de Conformado

    Proceso de Fundición

    El proceso tradicional de fundición es el de Fundición a Alta Presión, que consiste en la inyección, a alta presión, de una aleación de metal fundido en un molde de acero (conocido también como herramienta o molde). Ésta se solidifica rápidamente (en unos cuantos segundos) para producir un componente de forma final que es extraído automáticamente a continuación.

    Existen dos procesos básicos de fundición a presión, que se diferencian solamente por el método de inyección del metal: cámara caliente y cámara fría. El proceso en cámara caliente se suele utilizar siempre para aleaciones de magnesio AZ91.

    La etapa del ciclo correspondiente a la inyección de metal normalmente concluye con una súbita intensificación de la presión sobre el metal. Esta presión se logra aumentando la presión hidráulica del émbolo, que obliga a una cantidad adicional de metal a penetrar en la cavidad del molde para compensar la contracción que se produce durante la solidificación. Esto es beneficioso hasta el punto en que promueve el llenado completo de la cavidad del molde, y crea una densidad uniforme en el metal. Sin embargo, la intensificación excesiva no es aconsejable porque fuerza al metal fundido a introducirse entre los componentes del molde, provocando el desgaste del molde y una rebaba excesiva que tiene que ser eliminada posteriormente. Se debe controlar cuidadosamente esta intensificación de presión para producir piezas de la mejor calidad.

    La presión máxima, multiplicada por el área proyectada de toda la colada, genera la fuerza que se aplica sobre la estructura de la máquina. Con frecuencia, esta presión dicta el tamaño de máquina que se necesita para hacer una pieza, lo cual, a su vez, influye en el costo del producto terminado. Normalmente, la pieza fundida es expulsada del molde, unida a cierta cantidad de material sobrante. Aquí se incluyen la compuerta, el canal de colada (que puede tener una galleta), cualquier rebosadero y, posiblemente, rebaba. Conjuntamente, todo este material (conocido como colada) es transferido a un troquel de desbarbado que separa la pieza fundida del material sobrante. Este material procedente del desbarbado se recicla posteriormente.

    Fundición a presión en cámara caliente

    A continuación se ilustran los componentes básicos de una máquina de fundición a presión en cámara caliente y el molde.

    'Magnesio'

    En este proceso, el émbolo y el cilindro, que forman el mecanismo de inyección, se sumergen en el metal fundido que se encuentra en el crisol (o recipiente refractario) que es parte integral de la máquina. A continuación se ilustra la secuencia de operación del ciclo de fundición en cámara caliente.

    Secuencia de operación del proceso de fundición a presión en cámara caliente

    'Magnesio'

  • Se cierra el molde y se eleva el émbolo, abriendo el orificio y permitiendo que el metal fundido llene el cilindro.

  • 'Magnesio'

    2. El émbolo desciende y sella el orificio empujando el metal fundido a través del sifón y la tobera, hacia el interior de la cavidad del molde, donde es mantenido bajo presión hasta que se solidifica.

    'Magnesio'

    3. El molde se abre y los machos, si hay alguno, se retiran. La pieza fundida se queda sólo en una sección del molde, en el lado del mecanismo de eyección. El émbolo retorna, permitiendo que el metal fundido residual retorne a través de la tobera y el sifón.

    'Magnesio'

    4. Los expulsores empujan la pieza fundida y la sacan del molde por el lado del eyector. A medida que el émbolo va destapando el agujero de llenado, el metal fundido fluye a través de la entrada para rellenar el sifón, como en el paso (1).

    Operaciones posteriores a la fundición - Operaciones secundarias

    Desbarbado

    Después del moldeo, la llanta será sometida a un tratamiento de desbarbado. Algunas veces será necesario un chorro de aire o agua para enfriar la pieza antes de desbarbar.

    'Magnesio'

    Vista de cerca de la eliminación
    de rebabas por cepillos de copa NAF

    Mecanizado

    Para el conformado de llantas ésta no es una operación necesaria ya que después del moldeo su forma ya es la deseada.

    Sin embargo, en algunas ocasiones se realizará. Esta aleación tiene una excelente propiedad para el mecanizado debido a la compacta estructura hexagonal del magnesio. Siempre existe el riesgo de incendio cuando se mecanizan aleaciones de magnesio, especialmente cuando se producen astillas o virutas finas (debido a que es extremadamente inflamable). Durante el mecanizado y el manejo de las virutas de magnesio deben cumplirse ciertas reglas generales:

    • Utilizar altas velocidades de avance para producir viruta gruesa.

    • No permitir que las herramientas rocen con la pieza de trabajo.

    • Evitar cualquier fuente de ignición de las virutas.

    • Mantener el puesto de mecanizado limpio y libre de acumulación excesiva de viruta.

    • Tener siempre a mano una cantidad adecuada de agentes extintores (fundente seco, arena seca, extintores clase D).

    • Utilizar soluciones cáusticas diluidas / emulsiones de aceite o refrigerantes sintéticos especialmente homologados para minimizar la formación de hidrógeno.

    • Garantizar un abundante flujo de lubricante de corte.

    • Las cabinas cerradas de mecanizado deben tener una buena ventilación para evitar las concentraciones excesivas de hidrógeno.

    • Guardar las virutas húmedas en bidones de acero ventilados por la parte superior, colocados en un área de almacenamiento adecuada, alejada de las áreas de mecanizado y fundición.

    • Transportar las virutas húmedas en contenedores bien ventilados, en vehículos ventilados.

    Defectos en las piezas de fundición

    Las grietas y las uniones frías probablemente representan las formas más frecuentes de defectos en las fundiciones por moldeo; sin embargo, una variedad de defectos pueden ocurrir:

    • Llenado incompleto del molde

    • Rechupes

    • Porosidades

    • Tensiones internas debidas al diseño del molde

    • Deformaciones debidas a las fuerzas de contracción

    Tratamientos

    Tratamientos térmicos

    Para esta aleación realizaremos dos de los tratamientos térmicos más comunes de las aleaciones no férreas: recocido y bonificado. Según la normativa UNE 38 - 513 - 75 éstos se realizarán de la siguiente manera:

    TRATAMIENTO

    Recocido

    Bonificado

    Temple

    Maduración

    Temperaturas y tiempos usuales

    Estabilización

    260º C

    16-18 h a 415º C

    enfriamiento: aire

    16 h a 170º C

    Los tratamientos térmicos mejoran la resistencia y dan como resultado una máxima dureza y mayor resistencia al choque. El envejecimiento artificial después del tratamiento da aún mayor dureza y límite elástico al material.

    El recocido disminuye las tensiones internas y aumenta la ductilidad facilitando, de este modo, el posterior mecanizado de la pieza. Además incrementando el tiempo de envejecimiento se aumenta considerablemente la tensión de límite elástico.

    Modificaciones sobre estos tratamientos térmicos se están desarrollando para algunas aleaciones específicas para obtener las combinaciones de propiedades mecánicas deseadas, por ejemplo, incrementando el tiempo de envejecimiento aumenta el límite elástico aún perdiendo ductilidad.

    Tratamientos superficiales

    El magnesio puede ser utilizado en la mayoría de aplicaciones sin especial tratamiento superficial. Con adecuadas medidas anti-galvánicas, nuestra aleación AZ91D trabaja satisfactoriamente sin apenas protección. El magnesio desarrollará oxidación natural y producirá películas que servirán de protección en algunos ambientes severos.

    Sin embargo, en muchos otros necesitará protección adicional o acabados decorativos superficiales apropiados a su uso. Cuando se aplican, es principalmente para mejorar su aspecto y resistencia a la corrosión. La necesidad de protección superficial y de diferentes tratamientos varía ampliamente según los requerimientos estéticos, la composición de la aleación y la forma deseada.

    Algunos de los tratamientos posibles pueden ser: mecánicos, químicos o iónicos.

    Ensayos metalúrgicos

    Una vez realizados los tratamientos térmicos apropiados realizaremos los siguientes ensayos:

    Ensayo de material

    En el ensayo de material de nuestra aleación distinguiremos los siguientes pasos:

  • Análisis químico de la materia prima

  • Comprobación de otras características mecánicas de piezas tomadas en el centro del área de montaje y en el disco para bordear el área de transición o en el área de fallo si existiera. Se realizarán ensayos de tensión y además ensayos de dureza y de resistencia a la penetración.

  • Análisis de los defectos metalúrgicos y de la estructura de las piezas sacadas del centro del área de montaje y en el disco para bordear el área de transición o en la zona de fallo si existiera. Se observará la microestructura con el microscopio para evaluar las siguientes condiciones:

    • Porcentaje de fases

    • Porosidad

    • Cavidades internas

    • Tamaño de grano

    Ensayo de corrosión

    Este ensayo consiste en realizar una prueba con una solución salina según la norma ISO 9227 durante 384 horas (16 días).

    Los pasos a seguir en este ensayo son:

  • Preparación de la muestra: Se toma de la producción una pieza con la superficie tratada. Ésta será atacada con piedras (ISO 565) para simular los daños causados por el uso normal del vehículo (los daños estarán situados en el área del reborde y en el interior de la llanta).

  • Desarrollo del ensayo: La superficie deberá ser tratada con la solución salina. Durante el ensayo la muestra y cualquier componente que esté normalmente en contacto con ella son colocados en posición vertical. La llanta es girada 90º cada 48 horas.

  • Evaluación: Las medidas individuales que pueden afectar la corrosión deben ser evaluadas. La documentación del ensayo incluirá fotografías mostrando los puntos de máxima corrosión que anteriormente habrán sido lavados mecánicamente para así mostrar los defectos del material. Después de un ensayo de 192 horas (8 días) no habrá corrosión significante. Después de 384 horas (16 días) la funcionalidad de la llanta, los componentes del montaje y del neumático ya no están afectados por la corrosión.

  • La corrosión es considerada como uno de los problemas más importantes del magnesio. Posibles soluciones para la corrosión son:

    • Uso de aleaciones de gran pureza con el mínimo contenido de impurezas de hierro. Esto da lugar a un aumento en la resistencia a la corrosión.

    • Protección química especial del disco antes de pintar. Un recubrimiento químico es también una subcapa muy buena para la coloración posterior.

    • Cubierta de tres capas con polvos epoxide (tipo de resina).

    Ensayos mecánicos

    Ensayo de torsión

  • Descripción del ensayo: Durante el ensayo de torsión se simulan las fuerzas laterales que actúan en la llanta cuando se conduce en curvas. Realizaremos el ensayo de cuatro llantas, dos al 50% y las otras dos al 75% de la fuerza lateral máxima. El borde de la llanta se fija y se aplica un momento M de torsión en el centro del área de montaje.

  • La fórmula para calcular el momento de torsión M es el siguiente:

  • Mmax = S · Fv · (μ · rdyn + d)

    Mmax: Momento máximo de torsión

    Fv: Capacidad máxima de carga de la llanta

    rdyn: Radio dinámico del mayor neumático recomendado para la llanta

    d: Inserción

    μ: Coeficiente de fricción

    S: Coeficiente de seguridad

  • El ensayo se lleva a cabo con los dos valores porcentuales del 50 y el 75% del valor del momento máximo y siguiendo los siguientes estándares:

  • Coeficiente de fricción

    0,9

    Coeficiente de seguridad

    2,0

    Ciclos nominales por minuto

    El número de ciclos por minuto puede ser el máximo posible, pero fuera de la frecuencia de resonancia del instrumento de prueba

    'Magnesio'

    Ensayo de rodamiento

  • Descripción del ensayo: En el ensayo de rodamiento se simula la tensión en la llanta haciéndola rodar contra un tambor estandarizado.

  • Fórmula para calcular la carga:

  • FP = S · Fv

    FP: Carga de ensayo

    Fv: Capacidad máxima de carga de la llanta

    S: coeficiente de seguridad

    'Magnesio'

    'Magnesio'

    Ensayo de impacto

  • Descripción del impacto: Se comprobarán las fracturas en los bordes y otros puntos críticos cuando la llanta se encuentre con un obstáculo.

  • Cálculo de la carga:

  • D = 0,6 · Fv / g + 180

    D: Valor de la masa que cae

    Fv: Capacidad de carga máxima

    g: gravedad

    Criterios de fallo:

    La llanta no se considerará apta cuando:

    • Fracturas visibles penetren a través de una sección del miembro central de la llanta

    • El miembro central se separa del borde

    • El neumático pierde toda la presión del aire en un minuto.

    Ensayo del par alternado

  • Descripción del ensayo: En este ensayo se simulará el par que actúa en las llantas durante la frenada y la aceleración. Las llantas serán probadas al 50% y 75% del máximo valor del par calculado. Cada borde de la llanta es fijado rígidamente en la mesa de ensayo y es tensionado por un par que se alterna entre ± MT.

  • Fórmula para el cálculo del par:

  • MT = S · Fv · rdyn

    Control de calidad

    Los ensayos de rayos X garantizan la fiabilidad y durabilidad de las llantas de magnesio. Ésta es una de las razones por la cual las llantas de magnesio son utilizadas en súper coches como Porche, Lamborghini y Ferrari. El chasis de estos coches está también fabricado con aleaciones de magnesio.

    Conclusión

    El estar enterados de que el magnesio es un metal moderadamente duro, argénteo y que se fabrica rápidamente por todos los métodos estándar, nos hace caer en la cuenta de que es uno de los metales no ferrosos más importantes y el más ligero de los metales estructurales.

    Es muy importante tener en cuenta que el magnesio es un fuerte agente oxidante y que el oxígeno y la humedad lo pueden dañar considerablemente si no se alea y protege adecuadamente; su conductividad eléctrica es similar a la del aluminio, por lo que al alearse crea materiales de muy alta calidad.

    Aunque este metal se usa mucho en la industria hay que tener en cuenta que no se disuelve en agua, pero es soluble en ácidos, por lo que es inflamable y el riesgo de trabajarlo es bastante alto, ya que, puede producir incendios (si la viruta que se forma es demasiado fina) y sólo se pueden apagar con arena o talco. Por lo tanto, al utilizarlo, será necesario tomar las medidas de seguridad necesarias.Bibliografía Utilizada

    • Aleaciones ligeras - Ediciones UPC - 2001 - Universidad politécnica de Cataluña, SL.

    • Magnesio y sus Aleaciones - Capítulo IX - de A. Monsalve G del Departamento de Ingeniería Metalúrgica de una Universidad desconocida (obtenido vía Internet).

    • UNEP/POPS/COP.1/INF/7 - Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente - Conferencia de las Partes en el Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes - Producción de Magnesio - pág. 216

    • http://www.hydro.com/magnesium/en

    • http://www.km77.com/tecnica/materiales/magnesio/texto.asp

    • ASM Handbook - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special purpose Materials - Vol. 2 - 10º Edición - The Materials Information Society - pág. 1216-1218 - 1995.

    • http://www.braid.es/braidwheels/i+d/i+dENG.htm

    • www.monografias.com/trabajos11/llantdos/llantdos.shtml

    • Selección de distintos apuntes sobre magnesio descargados de distintas páginas de internet.

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    'Magnesio'