Pozornost se zaměřuje na významné vlastnosti slitin hořčíku Postup prací na projektu MagForge

Na hořčíkové slitiny se v poslední době zaměřuje pozornost konstruktérů i materiálových odborníků. Důvodem je nízká hustota tohoto kovu, díky tomu může nasazení slitin hořčíku dále snížit hmotnost produktu a zlepšit jeho užitné vlastnosti. Předem je však třeba vyřešit řadu technických problémů. Vlastnosti hořčíku jsou technicky velmi významné. Stručně lze říci, že díky nízké hustotě může konkurovat hliníkovým slitinám. Hořčíkové součástky stejných rozměrů by byly o 35 % lehčí než hliníkové. Věnujme pozornost jeho porovnávání především s hliníkem a jeho slitinami. Porovnání základních vlastností je v tabulce 1. Tvařitelnost hořčíku a jeho slitin je horší. Je to dáno tím, že má hexagonální těsně uspořádanou mřížku, jak je znázorněno na obr. 1. Provedené zkoušky však ukazují, že tvařitelnost hořčíkových slitin za tepla je dostatečná a zápustkovým kováním lze vyrobit poměrně složité součásti. Vývoj slitin Mechanické vlastnosti čistého hořčíku jsou pro konstruktéry málo příznivé, proto byla vyvinuta řada slitin určených k odlévání nebo ke tváření, které lépe odpovídají požadavkům kladeným na konstrukční díly. Je třeba podotknout, že mechanické vlastnosti výkovků a odlitků z hořčíkových slitin se značně liší. Výkovky z hořčíkových slitin mají mez kluzu 150 až 250 MPa a tažnost 6 až 12 %, zatím co odlitky mají mez kluzu jen 80 až 180 MPa a tažnost 2 až 7 %. Projekt MagForge se zaměřil na modifikaci slitin AZ80 (legované Al a Zn) a ZK60 (legované Zn a Zr), a to přídavky kovů vzácných zemin, ytria a ceru. Dosavadní výsledky jsou nadějné, zkoumané modifikované slitiny jsou dobře tvařitelné a mají zvýšené mechanické vlastnosti. Konstrukční hledisko Hlavním oborem, v němž se počítá s nasazením hořčíkových slitin, je výroba automobilů. Především jde o automobily poháněné dieselovými motory a vozidla s pohonem všech čtyř kol. Dále by se mohly více uplatňovat i v jiných oborech strojírenství a ve výrobcích pro sport a volný čas. Vhodnost hořčíkových slitin a hliníkových slitin jakožto konstrukčních materiálů ukazuje obr. 2. Kritérium stejné tuhosti v tahu E/? (E – modul pružnosti, ? – hustota) ukazuje, že pokud by měla mít součást z hliníkových nebo hořčíkových slitin stejnou tuhost jako ocelová součást, byla by o několik málo procent těžší. Pokud by však měla mít stejnou pevnost v tahu, pak z hodnot kriteria Rp02/? (Rp02- mez kluzu) vyplývá, že součást by byla v některých případech o více než 30 % lehčí. V případě, že by se požadovala stejná tuhost v ohybu, pak hodnota kriteria E1/2/? ukazuje, že součást by byla o 17 až 19 % lehčí, kdyby se požadovala stejná pevnost v ohybu, pak z hodnot kritéria R2/3/? vyplývá, že součást by mohla být v některých případech asi o 35 % lehčí. Je vidět, že slitiny vyvinuté v rámci projektu MagForge se ukazují jako nejvýhodnější. Nepříznivě zde zatím působí vyšší cena hořčíkových slitin. Naproti tomu působí tlak na snižování hmotnosti výrobků vyvolávaný např. snahou o snížení emisí a spotřeby paliva. Zevrubné průzkumy, které provedl ústav European Research Association for Magnesium Aalen, ukazují, že při nasazení hořčíkových slitin lze snížit hmotnost karoserie současného automobilu o 27 až 46 kg, hmotnost poháněcího mechanismu lze snížit o 32 až 45 kg a u vnitřního vybavení by bylo možné uspořit 19 až 32 kg. Projekt MagForge Na problematiku výroby kovaných součástí ze slitin hořčíku je zaměřen projekt MagForge (Magnesium Forged Components for Structural Lightweigth Transport Applications), který jako součást 6. rámcového programu podporuje Evropská komise. Jedním z důvodů podpory tohoto projektu je i to, že evropský průmysl je vystaven silnému cenovému tlaku a jedním z možností, jak mu čelit, je přechod na „supespeciality“, tedy na technicky náročné výrobky, které nelze snadno vyrábět v méně vyvinutých zemích. Cílem projektu je posílit technologickou bázi pro konstrukci a výrobu kovaných součástí z hořčíkových slitin tím, že dodá technologie přizpůsobené daným potřebám, které zajistí cenově efektivní výrobu. Výzkum a vývoj probíhající v rámci tohoto projektu se zaměřuje na vývoj materiálů, postupů jejich zpracování a vytvoření konstrukčních zásad pro jejich využívání. Součástí projektu je i šíření znalostí o dosažených výsledcích mezi potencionálními uživateli. Jde o kolektivní projekt, do kterého jsou zapojeny tři typy účastníků: průmyslové podniky (IAS Industial Associations and Groupies), které zahrnují kovárny, výrobce nástrojů a další dodavatele pro automobilky), malé a střední podniky (SME Small and Medium-sized Enterprises) a výzkumná a vývojová pracoviště (RTD Research and Technological Development). Kontakt na řešitele: dr. W. H. Sillekens (koordinátor projetu), TNO Science and Technology, e-mail: wim.sillekens@tno.nl. Za českou stranu je do projektu zapojen Svaz kováren ČR a jeho prostřednictvím Katedra tváření materiálů Vysoké školy báňské – technické univerzity Ostrava. Ing. Ladislav Jílek, CSc.