Titaani Sulamislämpötila 1668 C Titaani Hilarakenne Heksagoninen α- faasi 882 C saakka Tilakeskinen β-faasi 882 C yläpuolella Tiheys 4,54 g/cm 3 Kimmokerroin 105 kn/mm 2 Murtolujuus 280 N/mm 2 2 Käytännön titaanit ja titaaniseokset ovat enimmäkseen heksagonista α-faasia, jonka pysyvyyttä edistävät seosaineet kuten alumiini, happi, typpi ja hiili Hilarakenteensa vuoksi näiden seosten kylmämuovattavuus on rajallista, mutta muodonmuutoskyky on parempi kuin muiden HTP -metallien (Zn, Mg) Muista HTP-rakenteellisista metalleista poiketen α-faasititaanit ovat yleensä sitkeitä myös kylmässä hyvä korroosionkestävyys hyvä lujuus/paino -suhde 3 4 1
Seokset Seostamattomia titaanilajeja on olemassa neljää eri puhtausastetta. Puhtain laji (99,5 % Ti) sisältää epäpuhtauksia enintään 0,5 % ja sen lujuusarvot ovat lähellä puhtaan titaanin arvoja Korkea hinta, n. 10X ruostumattoman teräksen hinta Allotropia -> lämpökäsiteltävyys Faasirajoja voidaan muuttaa seostuksella Valmistettavuus Titaanin valmistettavuuden ja käsittelyn vaikeus. Koska titaani pyrkii sitomaan tai liuottamaan itseensä happea ja vetyä, se joudutaan sulattamaan ja valamaan tyhjiössä tai suojakaasussa Hitsauksessa ei riitä tavallinen suojaus inertillä kaasulla, vaan suojausta tarvitaan myös hitsisauman juuren puolelta. Jos ei suojakaasuja Haurastuminen hapen ja typen vaikutuksesta 5 6 Lastuttavuus Lastuttaessa titaania ja sen seoksia ongelmat ovat samantapaisia kuin ruostumattomien terästen lastuamisessa Voimakas muokkauslujittuminen Huono lämmönjohtuminen Suuri reaktiivisuus terä leikkautuu helposti kiinni työkappaleeseen tai lastut alkavat palaa Reaktiivisuus Reaktiivisuus Passivoituu 525 C alapuolella Korroosio-ominaisuudet Seostuksen ja lämpökäsittelyjen avulla saatavat lujuus-, sitkeys- ja väsymisominaisuudet parhaita metalliseosten joukossa 7 8 2
Suuri Affiniteetti Titaanilla on suuri affiniteetti happeen, typpeen ja vetyyn, joita voi tunkeutua metalliin eri ympäristöistä. Nämä alkuaineet nostavat titaanin lujuutta huomattavasti, mutta laskevat sitkeyttä Vety voi aiheuttaa vetyhaurautta Käyttökohteet Titaanin ja sen seosten käyttö suuntautuu kohteisiin, joissa tarvitaan hyvää lujuus/paino -suhdetta (Suuri lujuus, alhainen tiheys) ja hyvää korroosion-kestävyyttä Tällaisia ovat esim. ilmailu- ja avaruustekniikka, laivanrakennusteollisuus, kemian- ja puunjalostusteollisuus, sentrifugit, urheiluvälineet Kun pyritään suureen lujuuteen, joudutaan käyttämään runsaammin seostettuja laatuja ja samalla tinkimään esim. muokattavuudesta 11 12 Hyvä väsymiskestävyys Hyvä väsymislujuus. Teräksen tapaan titaani saavuttaa väsymisrajan (terävä väsymisraja) Kuormanvaihtoluvun 10 7 jälkeen väsymislujuus ei enää laske Titaanien väsymisraja on useimmiten 0,5-0,6 kertaa vetomurtolujuus Titaani ja titaaniseokset kestävät korkealämpötilankäyttöä aina 550 C Muut sovellukset Koska titaani ja titaaniseokset ovat hyvin sitkeitä myös alhaisissa lämpötiloissa, ne soveltuvat kylmätekniikkakäyttöön Titaania käytetään myös lääketieteellisissä sovellutuksissa; proteeseissa ja luunauloissa Ei ärsytä kudoksia, ei hylkimisreaktioita 13 14 3
Korroosionkestävyys Titaanin korroosionkestävyys perustuu sen pinnassa olevaan ja hyvin kiinnipysyvään oksidikerrokseen Oksidikerros kasvaa huoneilmassa n. 10-20 nm paksuiseksi. Muodostuu yleensä eri oksideista Hapettavissa oloissa kasvu nopeutuu selvästi Oksidikalvo on huomattavasti lujempi ja stabiilimpi kuin alumiinin ja ruostumattoman teräksen passivaatiokalvo Korroosionkestävyys Kestää jopa klorideja Erityisesti merivedessä titaanin korroosionkestävyys on erinomainen Pienellä palladiumseostuksella saadaan korroosionkestävyys hyväksi myös lievästi pelkistävissä oloissa Titaani syöpyy sellaisissa oloissa, joissa oksidikalvo liukenee Titaani kestää huonosti rikki-, suola- ja fluorivetyhapoissa 15 16 jatkuu Yleisin korroosiolaji on pistekorroosio voi syntyä jo melko hapettavissakin olosuhteissa, jos hapen pääsy pinnalle estyy Titaanin jännityskorroosionkesto on erittäin hyvä, tosin joissakin olosuhteissa (rikkihappo) α-titaanilla saattaa esiintyä taipumusta jännityskorroosioon. β-titaanilla parempi kesto jännityskorroosiota vastaan Titaanin lujuudesta Puhtaalla seostamattomalla titaanilla on alhaisin lujuus ja parhaat sitkeysominaisuudet Seostamattomien titaanien lujuus kasvaa epäpuhtauspitoisuuksien (O-, N- ja C- pitoisuudet) lisääntyessä Seostamattoman titaanin lujuusarvot laskevat 50 % lämpötilan noustessa huoneenlämpötilasta 300 C:een 17 18 4
Titaanin lujuudesta Yleisimmän titaaniseoksen (Ti-6Al-4V) lujuusarvot ovat nuorrutusterästen luokkaa Lujuuden kannalta seostamattomien titaanien korkein mahdollinen käyttölämpötila on noin 300-350 C Kuormittamattomissa rakenteissa hapettuminen rajoittaa ylimmäksi käyttölämpötilaksi 550 C 19 Syitä titaanin käyttöön Ominaisuuksia Korroosion kesto Tiheys keskiluokkaa (4.5 g/cm3) Puhtaan (kauppalaatu) titaanin lujuus 480 MPa Seostetut < 1100 MPa Ja erikoistapauksissa jopa 1725 MPa Tietyillä laaduilla ei ole sitkeä-hauras transitiolämpötilaa Kaksi kiderakennetta Eriseosaineet muuttavat alfa-beeta faasimuutoksen lämpötilaa -> seostuksella, lämpökäsittelyillä ja muokkauksella voidaan ominaisuuksia muuttaa merkittävästi Kuumalujuus, virumisen kesto lämpötilaan 540 C asti 20 Kaupallisesti puhdas titaani Puhtausaste luokkaa 98.635-99.5 p-% Käytetään pääasiassa hyvän korroosion keston vuoksi Käytetään kun murtovenymän on oltava suuri ja lujuus voi olla pieni Korroosio Titaani on reaktiivinen metalli, mutta samalla sen pintaan syntyy kestävä ja suojaava oksidikerros Oksidikerros syntyy itsestään metallisen titaanin pintaan ilman ja/tai kosteuden vaikutuksesta Heikkoutena on oksidikerroksen rikkoutuminen hapettomassa ympäristössä, mikä mahdollistaa titaanin syöpymisen. Rakokorroosio on tästä eräs esimerkki (kuumat kloridi, bromidi, jodidi, fluoridi ja sulfaattiympäristöt ympäristöt) Kaupallisesti puhdas titaani Kiderakenne Heksagonaalinen tiivispakkaus (alfa) matalissa lämpötiloissa (alle 885 C) Tilakeskinen kuutiollinen (beeta) korotetussa lämpötilassa (yli 885 C) Epäpuhtaudet ja seosaineet muuttavat faasimuutoslämpötilaa Seostaminen saa aikaa kaksifaasi alueen synnyn alpha transus (solvus) beta transus 21 23 5
Kaupallisesti puhdas titaani Mikrorakenne 100% alfa Epäpuhtaudet (rauta) mahdollistavat beeta-faasin (vertaa jäännösausteniittiin) läsnäolon (alfa faasin raerajoilla) Alfa faasi on tasa-akselista tai asikulaarista (neulasmainen) Tasa-akselinen rakenne Tasa-akselista alfa faasia syntyy rekristallisaatiossa kun muokkaus tehdään alfa faasin stabiilisuusalueella Asikulaarinen (acicular) rakenne Asikulaarinen faasi syntyy kun beta-faasi hajoaa alfaksi tietyllä lämpötila-alueella ja tietyllä jäähtymisnopeudella Asikulaarisen alfa faasin levyt ohenevat kun jäähtymisnopeus kasvaa Asikulaarinen alfa faasi osoittaa että lämpötila on ollut jossain vaiheessa beta faasin stabiilisuusalueella Kaupallisesti puhdas titaani Epäpuhtaudet ja mekaaniset ominaisuudet Faasimuutoslämpötila ja hilamittojen lisäksi epäpuhtaudet kuten C, N, Si ja Fe nostavat lujuutta ja laskevat murtovenymää Kaupallisesti puhtaan titaanin lujuus riippuu pääasiassa happi- ja rautapitoisuudesta. Niitä lisätään korkealujuuksisiin versioihin Hiili- ja typpipitoisuus pyritään pitämään pienenä jotta sitkeys ei laskisi ELI = Extra-low interstitial -> hyvä murtovenymä ja sitkeys 24 25 Kauppalaatujen ominaisuudet Kimmomoduli on keskitasoa Kauppalaatujen ominaisuudet Iskusitkeys on nuorrutusteräksen luokkaa Pienillä epäpuhtauspitoisuuksilla sitkeys kasvaa matalissa lämpötiloissa 26 27 6
Kauppalaatujen ominaisuudet Virumista ei juuri tapahtu lämpötiloissa 200-315 C. Korkeammissa lämpötiloissa virumisella voi olla merkitystä Kauppalaatujen ominaisuudet Titaanin lämmönjohtavuus on matala 16.3-18 W/mK (99.6% Ti) 23-27 W/mK (AISI 403) 228-230 W/mK (AA 1050) 390-398 W/mK (Cu-ETP) Titaani käytetään lämmönvaihtimissa koska pinnalla oleva oksidikerros johtaa hyvin lämpöä, seinämät voivat olla ohuita, titaani kestää hyvin korroosiota Suuri lujuus ja hyvä korroosion kesto mahdollistavat ohuet seinämät 28 29 Vähän seostetut kauppalaadut Ti-0.2Pd ja Ti- 0.3Mo-0.8Ni Seostus parantaa korroosion kestoa ja/tai lujuutta Tyypilliset seokset Ti-6Al-4V (yleisin) Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (suuri lujuus korotetussa lämpötilassa) Ti-6242S, IMI 829, Ti-6442 (virumisen kesto) Ti-6Al-2Nb-1Ta-1Mo, Ti-6Al-4V-ELI (jännityskorroosion kesto ja suuri murtositkeys) Ti-5Al-2.5Sn (hitsattavuus) Ti-5Al-2.5Sn-ELI (matalat lämpötilat) Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al (suuri lujuus) 30 31 7
Seostaminen Pääasiallinen vaikutus on alfa-beeta -faasimuutoksen vaikuttaminen Jotkut seosaineet stabiloivat alfa faasia ja nostavat alfabeeta faasimuutoslämpötilaa Jotkut seosaineet stabiloivat beeta faasia ja laskevat alfa-beeta faasimuutoslämpötilaa Seostaminen saa aikaa kaksifaasialueen (alfa transus ja beeta transus) Alumiini on tärkein alfa faasin stabiloija. Muita ovat Ga, Ge, C, O ja N Beta stabiloijat jaetaan kahteen ryhmään: isomorfisen (Mo, V, Ta, Nb) ja eutektoidisen (Mn, Fe, Cr, Co, Ni, Cu, Si) tasapainopiirroksen muodostaviin Isomorfisen seosaineen tapauksessa rakenteeksi voi syntyä 100% beta faasia (vertaa Ni-Cu) Eutektoidisen seosaineen tapauksessa rakenteeksi voi syntyy alfa-beta faasiseos (vertaa Fe-C) Eutektoidiset seosaineet jaetaan aktiivisiin ja hitaisiin. Aktiiviset (Ni, Cu) seosaineet muodostavat eutektisen rakenteen nopeasti, hitaat (Fe, Mn) hitaasti. 32 33 Alumiini Tärkein alfa-stabiloija Nostaa murtolujuutta, virumisen kestoa ja kimmomodulia Yli 6% lisääminen kasvattaa hauraan Ti 3 Al (α 2 ) faasin syntymisen todennäköisyyttä. Ti 3 Al syntyy etenkin jos seoksessa on happea Tina Suuri liukoisuus sekä alfa että beeta faasiin, pieni vaikutus faasimuutoslämpötilaan Liuolujittaja, käytetään usein yhdessä alumiinin kanssa ilman sitkeyden laskua Voi korvata alumiinin Ti 3 Al yhdisteessä jolloin syntyy Ti 3 (Al,Sn) Zirkonium Stabiloi heikosti beeta faasia, muodostaa aukottoman liukoisuuden, liuoslujittuminen Suurempi kuin 5-6% lisäys voi aiheuttaa murtovenymän ja virumiskeston laskemista Molybdeeni Stabiloi beeta faasia, edistää karkenevuutta ja lyhyen ajan kuumalujuutta Heikentää hitsattavuutta ja pitkän ajan kuumalujuutta (Miten lyhyt ja pitkä aika eroavat?) 34 35 8
Niobi Beeta stabiloija jota käytetään korkean lämpötilan hapettumisen keston parantamiseen Rauta Beeta stabiloija joka laskee virumislujuutta Hiili Alfa stabiloija joka kasvattaa alfan ja betan välistä kaksifaasi aluetta (helpottaa seoksen lämmittämistä kaksi faasialueelle) Nostaa lujuutta ja väsymisen kestoa 36 Seosten jaottelu Alfa, alfa-beeta ja beeta Usein alfa jaetaan edelleen täysin alfaksi (fully-alpha) ja lähes alfa (near alpha) seoksiksi Melkein alfa seoksista käytetään myös superalpha ja lean-beta nimitystä Joskus lähes alfa luetaan alfa-beeta seokseksi Harvemmin puhutaan myös lähes beeta (near-beta) tai metastabiilista beeta (metastable-beta) seoksista Alfa seokset Hiukan vähemmän korroosiota kestäviä kuin kauppalaadut. Lujuus on parempi Varsin sitkeitä (muista heksagonaalinen rakenne), ELI laadut sitkeitä matalissa lämpötiloissa Lujittamiseen ei voida käyttää faasimuutosta, koska alfa faasi on stabiili huoneen lämpötilassa 37 Alfa seokset Lujuuteen ja virumisen kestoon vaikutetaan pääasiassa seostuksen (liuoslujitus)raekoon avulla Esimerkiksi Ti-5Al-2.5Sn Tasapainopiirroksen mukaan Ti3Al alkaa syntyä noin 6% Alpitoisuudelle ja Ti3Sn noin 11% Sn-pitoisuuden kohdalla Eri seosaineet pienentävät titaanin sitkeyttä. Alumiiniekvivalentin tulisi olla alle 9% Al + Sn/3 + Zr/6 + 10 O + 10 C + 20 N Lähes alfa seokset Pieni määrä beeta faasin stabiloijaa mahdollistaa monipuolisemmat lämpökäsittelyt Mikrorakenne on pääasiassa alfaa, mutta seassa on pienimäärä beeta faasia Rakenteeseen vaikuttaa oleellisesti hehkutus/muokkaus lämpötila 38 39 9
Seuraavilla kalvoilla lähes alfa seoksen Ti-8Al- 1Mo-1V mikrorakenteita a) tasa-akselisia primäärisiä alfa rakeita (vaalea) ja tummaa beeta faasia. Muokkaus tehty α-β alueella b) tasa-akselisia primäärisiä alfa rakeita (vaalea) ja beeta faasia (tumma) jossa asikulaarista alfa-faasia. Muokattu α-β alueella, mutta korkeammassa lämpötilassa c) Beeta faasia (tumma), jossa asikulaarista alfaa. Muokattu beeta alueella ja sammutettu nopeasti Alfa-beeta seokset Seoksissa on sekä alfa että beeta faasia stabiloivia seosaineita Near alfa täyttää määritelmän, mutta koska sen ominaisuudet ovat lähempänä alfa seosta, se luokitellaan useimmiten alfa seosten alalajiksi Hyvät mahdollisuudet erilaisia termomekaanisiin lämpökäsittelyihin Jos halutaan hyvä lujuus, niin kappale jäähdytetään nopeasti alfa-beeta tai beeta alueelta sekä päästetään (erkaumien muodostuminen) 40 41 Seuraavalla kalvolla hehkutuslämpötilan ja jäähtymisnopeuden vaikutus Ti-6Al-4V seoksen rakenteeseen Parhaaseen lujuuden ja sitkeyden yhdistelmään päästään α-β alueella tehdyllä hehkutuksella, vesisammutuksella ja päästöllä Beeta seokset Paljon beeta-faasia stabiloivia aineita, vähän alfaa stabiloivia aineita Metastabiileissa beeta seoksissa martensiittireaktion alkamislämpötilaa ei saavuteta Vanhennuksen avulla metastabiilin beetan sekaan voidaan erkauttaa lujittavaa alfa faasia Stabiileissa beeta seoksissa seos pysyy tasapainopiirroksessa esitetyn beetafaasin stabiilisuus alueella Ei mahdollisuutta lämpökäsittelyyn Harvemmin käytettyjä 42 43 10
Beetaseosten lämpökäsittelyt ovat hankalampia. Käytetään koska Murtositkeydet parempia Hyvä korroosion kesto Mo seostuksen takia (miksi taas Mo?) Hyvä muokattavuus huoneen lämpötilassa (tilakeskinen kuutiollinen rakenne) Karkenevat syvempään kuin alfa-beeta seokset Beeta seokset voidaan jakaa kahteen luokkaan erkautumiskäyttäytymisen mukaan Lean beta seoksissa erkautuminen tapahtuu nopeasti Rich beta seoksissa erkautuminen tapahtuu hitaasti Usein kysymyksessä on jonkin muun metastabiilin rakenteen muodostumisesta (seuraava kalvo) Esitiedot Mitä tarkoittavat alfa, alfa-beeta ja beeta seokset kun kysymys on titaanin seostuksesta? Miksi on olemassa alfa, alfa-beeta ja beeta seoksia? Mitkä ovat näiden seosten vahvuudet (ja/tai heikkoudet) toisiinsa verrattuna? Mitä vaihtoehtoja on alfa-beeta rakenteen aikaan saamiseksi? 44 47 Esitiedot Esitiedot Mitkä ovat Ti-6Al-4V seoksen ominaisuudet ja mihin sitä käytetään? Se on eniten käytetty titaaniseos. Sen mikrorakenne on alfa-beeta, joten se on lujaa. Sillä on suhteellisen huono muovattavuus huoneenlämpötilassa verrattuna teräkseen ja alumiiniin. Käyttökohteita ovat ilmailu, energia- ja kemianteollisuuden laitteet. Miten arvostelisit vastauksen? Tiedot Taidot Asenne Mitä eroa on seuraavissa kysymyksissä? Miten seosten AZ91A ja AZ91D koostumus poikkeaa toisistaan? Mitä eroa on seoksilla AZ91A ja AZ91D? Kysymyksen asetteluun liittyen Mistä metalliseoksesta on kysymys? Mitkä ovat seosaineet? Mitä epäpuhtauksia seoksessa voi olla? Miten puhtausaste vaikuttaa seoksen mekaanisiin ja korroosio-ominaisuuksiin? 48 49 11
Magnesium Sulamislämpötila 649 C Höyrystymislämpötila 1107 C Hilarakenne HTP Kimmokerroin 44 kn/mm 2 Murtolujuus 120 N/mm 2 Tiheys 1,74 g/cm 3 50 Magnesium on maankuoressa noin 2,5 % Merivedessä on magnesiumia 0,13 % Osa magnesiumin tuotannosta tapahtuu tätä kautta Magnesium on reaktiivinen metalli, joka esiintyy oksideina, karbonaatteina, silikaatteina Metallisen magnesiumin tuotanto vaatii runsaasti energiaa Voidaan valmistaa pelkistämällä magnesiumoksidia ferrosilikaatilla korkeissa lämpötiloissa ja kaasuatmosfäärissä Kaasumaista magnesiumia, joka kondensoidaan metalliksi. Jopa puhtausasteella 99,95 % olevaa magnesiumia Elektrolyyttinen prosessi, sulaelektrolyysi, saadaan 99,8 % magnesiumia 51 Magnesium on kevyin kontruktiometalli, sen tiheys on vain noin 20 % teräksen tiheydestä. Seostus nostaa hieman tiheyttä Vain lievästi alumiinia alhaisemmat lujuusarvot hyvä lujuus/paino -suhde Yleensä kuitenkin seostus on tarpeen lujuusominaisuuksien parantamiseksi Hyvin alhainen kimmomoduli, noin 20 % teräksen vastaavasta Jäykkyys ongelmana Reaktiivisuus: kestää ilmastollista korroosiota oksidikerroksen ansiosta, syöpyy kloridipitoisissa liuoksissa Heikohkoja väsymis- ja kulumiskestävyydeltään Käytetään yleensä vain seostettuna Seostetaan lujuuden kasvattamiseksi Tärkeimmät seosaineet Al, Mn, Zn, Zr sekä harvinaiset maametallit 52 53 12
Käyttökelpoisten seosatomien määrä vähäinen johtuen magnesiumatomin suuresta koosta Useimpien metallien liukoisuus magnesiumiin vähäistä jähmeässä tilassa Seosaineina lähinnä alumiini, sinkki ja mangaani Yleisin seosaine on alumiini pitoisuuksina 2-10 % Lujuus kasvaa alumiinipitoisuuden kasvaessa, alumiinipitoisuuden ylittäessä 6 % seokset ovat erkautuskarkenevia Koska magnesiumin hilarakenne on heksagonaalinen tiivispakkaus, sitä on vaikea muokata, varsinkin kylmänä Magnesiumia voidaan muokata kuumana erinomaisesti, kuumapuristaa tai valssata, mutta kylmämuokkaus onnistuu vain n. 10 % muokkausasteeseen saakka 54 55 Magnesiumseoksia voidaan lastuta erittäin suurella lastuamisnopeudella käyttäen suurta lastuamissyvyyttä ja syöttöä Saman lastumäärän poistamiseen tarvitaan vain 15 % hiiliteräksen lastuamisen tehosta Lastuttaessa on käytettävä myös vedetöntä jäähdytysainetta, jotta lastut eivät kuumenisi liikaa ja syttyisi räjähdyksenomaisesti palamaan Palovaara on otettava huomioon myös magnesiumseosten sulatuksessa ja valussa sekä hitsauksessa Sula on suojattava hapen vaikutukselta Jos suojaukseen kiinnitetään riittävästi huomiota, voidaan hitsaus tehdä tavanomaisilla TIG/MIG -menetelmillä argontai helium -suojakaasussa. Myös vastushitsaus käy magnesiumille 56 57 13
Magnesiumin normaalipotentiaali on alhaisin metallien joukossa Pintaan muodostuu kuitenkin suojaava oksidikalvo Magnesium ja sen seoksen pysyvät monissa olosuhteissa syöpymättä, kestää esim. ilmastollista korroosiota paremmin kuin hiiliteräs Emäksisissä liuoksissa magnesiumin ja sen seosten pintaan muodostuu hydroksidikerros, joka pysäyttää metallin liukenemisen. Magnesium-metallit kestävätkin hyvin emäksisissä oloissa Mineraalihapot, hiilidioksidi, rikkidioksidi, rikkitrioksidi, kloridi-ionit syövyttävät magnesiumia Ei sovellu teollisuus- tai meriilmastoon Hitsausrakenteissa on vaarana jännityskorroosio ellei jännityksiä ole poistettu hehkuttamalla 58 59 Tuotanto Galvaaninen (kosketus) korroosio on vaarana, kun magnesiumkappaleet joutuvat kosketuksiin muiden metallien kanssa ja ympäristössä on sähköäjohtavaa liuosta Alumiiniseostus parantaa magnesiumseosten korroosioominaisuuksia nimenomaan galvaanisen korroosion osalta Voidaan käyttää muiden metallien korroosiosuojaukseen uhrautuvana anodina Magnesiumin primäärituotanto vuona 1997 oli noin 377 100 tonnia. Kierrätettyä magnesiumia valmistetaan noin 90 000 tonnia. Kiina 10% Norja 10% Primääri Mg tuottajamaat Venäjä 12% Muut 14% Kanada 17% USA 37% 60 61 14
Käyttökohteita Käyttökohteita Karkenemattomat AlMgseokset kestävät hyvin merivesikorroosiota ovat hitsattavia ovat erinomaisia anodisointiin liuoslujittuvat Mg-atomien ollessa korvausijoissa Karkenevat AlMgSi-seokset Mg 2 Si erkaumat nostavat lujuutta sekä korroosion kestävyys että korkea lujuus Alumiinin seostus 43% Painevalu 31% Rikinpoisto 13% Pallografiitin valmistus 3% Sähkökemiallinen käyttö 3% Kemiallinen käyttö 2% Muokatut metallit 1% Metallien pelkitys 1% Gravittaatiovalu 1% Muut 2% Painevalettujen magnesiumseosten käyttökohteita erilaiset kevyet rungot: matkapuhelimet, kamerat, porakoneet jne. urheiluvälineet autoteollisuus autourheilu ilmailuteollisuus aseteollisuus avaruussovellukset Alumiinin seostus 43% Painevalu 31% Rikinpoisto 13% Pallografiitin valmistus 3% Sähkökemiallinen käyttö 3% Kemiallinen käyttö 2% Muokatut metallit 1% Metallien pelkitys 1% Gravittaatiovalu 1% Muut 2% 62 63 Käyttökohteita Käyttökohteita Magnesium reagoi hanakasti rikin kanssa ja koska se liukenee sulaan (toisin kuin monet muut rikin poistoon käytetyt kemikaalit) saadaan rikkipitoisuus hyvin pieneksi (alle 0.002%) Alumiinin seostus 43% Painevalu 31% Rikinpoisto 13% Pallografiitin valmistus 3% Sähkökemiallinen käyttö 3% Kemiallinen käyttö 2% Muokatut metallit 1% Metallien pelkitys 1% Gravittaatiovalu 1% Muut 2% Magnesium muodostaa sulan raudan sekaan ytimiä joiden ympärille hiili muodostaa pallon. Pallografiitti valuraudan sitkeysominaisuudet ovat suomugrafiittia paremmat. Alumiinin seostus 43% Painevalu 31% Rikinpoisto 13% Pallografiitin valmistus 3% Sähkökemiallinen käyttö 3% Kemiallinen käyttö 2% Muokatut metallit 1% Metallien pelkitys 1% Gravittaatiovalu 1% Muut 2% 64 65 15
Käyttökohteita Käyttökohteita Uhrautuvat anodit magnesium on epäjalompi verrattuna suurimpaan osaan metalleista terästen katodinen suojaus vedessä ja maaperässä teräs toimii katodina ja magnesium syöpyy anodina Virranlähteet Mg-Ag merivesipatteri pelastusliivien valot sonarpoiju Alumiinin seostus 43% Painevalu 31% Rikinpoisto 13% Pallografiitin valmistus 3% Sähkökemiallinen käyttö 3% Kemiallinen käyttö 2% Muokatut metallit 1% Metallien pelkitys 1% Gravittaatiovalu 1% Muut 2% Kemialliset reagenssit pinta-alan lisäys LLDPE polyeteenin valmistus Ziegler-Natta katalyytti Alumiinin seostus 43% Painevalu 31% Rikinpoisto 13% Pallografiitin valmistus 3% Sähkökemiallinen käyttö 3% Kemiallinen käyttö 2% Muokatut metallit 1% Metallien pelkitys 1% Gravittaatiovalu 1% Muut 2% 66 67 Nimeäminen Nimeäminen Magnesium seoksia nimettäessä ilmoitetaan vain seosaineiden pitoisuudet Kaikkihan tietysti heti arvaavat että kysymyksessä on Mg seos ;-) Seosaineille käytetään yhden kirjaimen lyhenteitä (seuraava kalvo) Samoja lyhenteitä käytetään sinkiseoksilla Pitoisuuden merkitään kokonaislukuina Viimeinen kirjan kertoo saman seoksen eri modifikaatiot (yleensä puhtausasteen) A alumiini B vismuutti C kupari D kadnium E harvinaiset maametallit F rauta G magnesium H thorium K zirkonium L litium M mangaani N nikkeli P lyijy Q hopea R kromi S pii T tina W yttrium Y antimoni Z sinkki 68 69 16
Nimeäminen Toimitustiloille käytetään vastaavia merkintöjä kuin alumiinille F Toimitustila O Hehkutettu H10, H11 Muokkauslujitettu T4 Liuoshehkutettu T5 Keinovanhennettu T6 Liuoshehkutettu ja keinovanhennettu Seostus Yleisen seosaine on alumiini, jonka liukenevuus pienenee lämpötilan laskiessa (437 C -> 93 C, 12.7% -> 3%) Alumiinin lisääminen nostaa lujuutta ja pienillä pitoisuuksilla murtovenymää Useimmiten hauraan Mg 17 Al 12 faasin syntyy tarvitaan yli 8% Al pitoisuus Muita tyypillisiä seosaineita ovat sinkki ja mangaani Sinkki parantaa korroosionkestävyyttä ja lujuutta Mangaani eliminoin epäpuhtautena olevan raudan haitalliset vaikutuksen korroosio-ominaisuuksiin 70 71 Legendat Magnesium on kallista. Kilohinta on korkea, mutta pieni tiheys ja lujuus muuttaa vertailua. Eräs esimerkki Myötö- Kilo- Myötölujuus / Myötölujuus / lujuus Tiheys hinta tiheys (tiheys * hinta) AZ91 165 1.84 3.6 89.7 24.9 Al-12Si 80 2.66 1.6 30.1 18.8 ZA-8 290 6.35 2.1 45.7 21.7 Legendat Magnesium syöpyy helposti Magnesium passivoituu helposti ja passivaatiokerros suojaa korroosiolta Tietyt seokset alttiimpia korroosiolle Fe, Ni, Cu ja Co liuokoisuus magnesiumiin pientä Syntyvä sekundäärinen faasi toimii katodisena alueena Magnesium syttyy palamaan helposti Magnesiumjauhe syttyy helposti palamaan (paljon pintaalaa tilavuuteen nähden) Kokonaisen magnesium kappaleen syttyminen hankalaa 72 73 17