آلیاژهای منیزیم و کاربردها

آلیاژهای منیزیم عموما ترکیب منیزیم با فلزات دیگر مانند آلومینیوم آلومینیوم، روی روی، منگنز منگنز، سیلیکون سیلیکون، مس مس، عناصر خاکی نادر و زیرکونیوم زیرکونیوم است. منیزیم، سبکترین فلزات ساختاری است. آلیاژهای منیزیم یک ساختار شبکه شش ضلعی دارند که بر خواص بنیادی این آلیاژ تاثیر می‌گذارد. تغییر شکل پلاستیک از شبکه شش ضلعی منیزیم، پیچیده‌تر از فلزات با شبکه مکعبی مانند آلومینیوم، مس و فولاد فولاد است؛ بنابراین، آلیاژهای منیزیم معمولا به عنوان آلیاژهای ریختگری استفاده می‌شود، اما تحقیقات بر روی آلیاژ منیزیم کار شده از سال ۲۰۰۳ گسترش پیدا کرد. آلیاژهای ریختگری منیزیم برای بسیاری از قطعات اتومبیل‌های مدرن استفاده می‌شود، همچنین موتورهای منیزیمی در برخی از وسایل نقلیه با کارایی بالا استفاده می‌شود. آلیاژهای ریختگری منیزیم همچنین برای بدنه دوربین‌ها و لوازم جانبی در لنز استفاده می‌شود.
در عمل، تمام آلیاژهای منیزیم تجاری تولید شده در ایالات متحده حاوی ۳ تا ۱۳ درصد آلومینیوم و حدود ۰٫۱ تا ۰٫۴ درصد منگنز منگنزاست. همچنین بسیاری از آلیاژهای منیزیم تولید شده در جهان حاوی ۰٫۵ تا ۳ درصد روی می‌باشند. همچنین برخی از آلیاژهای منیزیم توسط عملیات حرارتی سخت می‌شوند. آلیاژهای منیزیم عموما برای بیش از یک نوع محصول استفاده می‌شود، اما آلیاژهای AZ63 و AZ92 عموما برای ریختگری ریخته‌گری ماسه‌ای استفاده می‌شود، AZ91 به‌طور عمومی برای ریختگری قالب فلزی تحت فشار و AZ92 برای ریختگری قالب دائمی مورد استفاده قرا می‌گیرد. برای فورج، آلیاژ AZ61 است استفاده می‌شود، در حالیکه آلیاژ M1 استفاده برای کاربردهای استحکام کم و AZ80 برای کاربردهایربا استحکام بالا استفاده می‌شود. برای کاربردهای اکستروژن، طیف گسترده‌ای از اشکال، میله‌ها، و لوله‌های ساخته شده از آلیاژ M1 در شرایط استحکام کم مورد استفاده قرار می‌گیرد. آلیاژهای AZ31، AZ61 و AZ80 برای اکستروژن در زمانی که استحکام فوق آلعاده آن‌ها هزینه بالای آن‌ها را توجیه می‌کند کابرد دارد.
آلیاژ Magnox، که مخفف «منیزیم غیر اکسیدکننده،» می‌باشد شامل ۹۹ درصد منیزیم و ۱درصد آلومینیوم بوده و در پوشش میله‌های سوخت در رآکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود.
آلیاژهای منیزیم توسط کدهای کوتاه (تعریف شده در استاندارد ASTM B275) تعریف می‌شوند که دلالت بر ترکیب شیمیایی دارد. به عنوان مثال آلیاژ AS41 شامل ۴ درصد آلومینیوم و ۱ درصد سیلیکون و آلیاژAZ81 شامل ۷٫۵ درصد آلومینیوم و ۰٫۷درصد روی است. در صورت وجود آلومینیوم تا ۰٫۲ درصد در منیزیم، ساختار منیزیم بهبود میابد چنانچه آلومینیوم موجود نباشد زیرکونیوم معمولا تا حدود ۰٫۸درصد نتیجه‌ای مشابه اثر آلومینیوم را خواهد داشت.
تاریخچه و خواص آلیاژهای منیزیم
منیزیم سبک‌ترین فلز در بین تمامی فلزات سازه‌ای است. این عنصر به عنوان پایه‌ای برای آلیاژهای صنعتی، موفقیت زیادی را در سطح وسیعی از کاربردها از آن خود نموده‌است. چگالی این فلز در حدود ۷۴/۱ گرم بر سانتیمتر مکعب است که ۵/۴ برابر سبک‌تر از فولاد و ۶/۱ برابر سبک‌تر از آلومینیوم است۱. منیزیم و آلیاژهای آن در محدوده وسیعی از کاربردهای سازه‌ای و غیر سازه‌ای قرار می‌گیرند. تولید سالانه منیزیم در جهان غرب در طی دهه ۹۰ میلادی تقریبا ثابت و برابر ۲۵۰ هزار تن بود. بیش از نصف این مقدار به عنوان افزودنی برای آلیاژهای مختلف آلومینیوم استفاده می‌شود و فقط ۴۰ هزار تن برای تولید آلیاژهای سازه‌ای منیزیم که عمدتا محصولات دایکست هستند مورد استفاده قرار می‌گیرند. در سال‌های اخیر استفاده از آلیاژهای منیزیم افزایش یافته‌است و تقریبا به ۹۰۷ هزار تن در سال ۲۰۱۴ و ۸۷۸ هزار تن در سال ۲۰۱۳ در کل جهان رسیده‌است که دو سوم این مقدار در چین تولید شده‌است. خواص مکانیکی قطعات ریخته‌گری منیزیم، این فلز را با قطعات ریخته‌گری آلومینیوم قابل رقابت نموده‌است. در هنگام کار گرم، منیزیم نسبت به فلزات دیگر به کمترین انرژی برای شکل دهی و براده برداری نیاز دارد. کاربردهای سازه‌ای آن در صنایع مختلف به خصوص اتومبیل و هوا فضا می‌باشد مزایای منیزیم و آلیاژهای آن در زیر آورده شده‌است.
کمترین دانسیته در بین تمام مواد مهندسی
استحکام ویژه (استحکام به وزن) بالا
قابلیت ریخته‌گری مناسب
مناسب جهت die – Cast
قابلیت نورد با سرعت بالا
جوش‌پذیری مناسب تحت اتمسفر کنترل شده
مقاومت به خوردگی فوق‌العاده بالا در مورد منیزیم با خلوص بالا
در دسترس بودن در مقایسه با مواد پلیمری
خواص مکانیکی بهتر
مقاومت به پیر شدن
هدایت الکتریکی و حرارتی بهتر
قابلیت بازیافت
یکی از دلایل کاربرد محدود منیزیم، تحقیقات و کار اندک روی توسعه آن می‌باشد. نقاط ضعف منیزیم به قرار زیر است.
مدول الاستیک پایین
کارپذیری سرد و تافنس پایین
مقاومت به خزش و استحکام دما بالای اندک
مقدار زیاد Shrinkage (انقباض) حین انجماد
فعالیت شیمیایی بالا
مقاومت خوردگی نامناسب در بعضی کاربردها
امکان بهبود بعضی خواص از طریق اضافه کردن عناصر آلیاژی در مورد منیزیم وجود ندارد (به عنوان مثال مدول الاستیک). حلالیت عناصر آلیاژی در منیزیم محدود و اندک است، بنابراین امکان بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی را محدود می‌نماید. آلومینیوم و روی در منیزیم جامد نسبتا محلول هستند اما حلالیت آن‌ها در دمای پایین کاهش می‌یابد. حلالیت آلومینیوم ۱۲٫۷ درصد وزنی در دمای ۴۳۷ درجه و ۳٫۰ درصد وزنی در ۹۰ درجه سانتیگراد می‌باشد. حلالیت روی ۶٫۲ درصد در ۳۴۰ درجه و ۲٫۸ درصد در ۲۰۴ درجه می‌باشد. سایر عناصر آلیاژی منگنز، زیرکونیوم و سریم بوده که حلالیت آن‌ها کمتر از روی می‌باشد. منگنز در بهبود خواص خوردگی آلیاژهای منیزیم که دارای روی و آلومینیوم می‌باشند مفید است. آلیاژهای فاقد آلومینیم و روی که دارای ایتریوم هستند نیز مقاومت به خوردگی خوبی نشان می‌دهند. ساختار کریستالی منیزیم هگزاگونال است که باعث محدودیت ذاتی داکتیلیته می‌شود. تنها عنصر آلیاژی که باعث تغییر فاز به BCC می‌شود، لیتیم است.
عدم کاربرد عمده آلیاژهای منیزیم در گذشته کمبود تحقیقات و اطلاعات در مورد این فلز بوده‌است. در نتیجه آلیاژهای ریختگی و کارپذیر بهینه شده اندکی موجود هستند. روش تولید منیزیم از روی روش‌های تولید فلزات با نقطه ذوب پایین مثل آلومینیوم، اقتباس شده‌اند. هیچ تجربه‌ای در مورد تکنیک و روش تولید جدید در گذشته وجود نداشته‌است. اما اخیرا نیاز تازه به منیزیم و آلیاژهای آن، این روند را دگرگون کرده‌است. تعداد تولیدکنندگان این ماده افزایش یافته و به نظر می‌رسد در آینده نیز با افزایش تولیدکنندگان، قیمت منیزیم به حد قابل قبولی برسد.
نام گذاری
آلیاژهای منیزیم اغلب توسط دو حرف به همراه دو عدد نام گذاری می‌شوند. حروف معرف عناصر آلیاژی اصلی (A = آلومینیوم، Z = روی، M = منگنز، S = سیلیکون) و اعداد نشان دهنده ترکیب اسمی عناصرآلیاژی اصلی می‌باشند. به عنوان مثال آلیاژ AZ91 شامل حدود ۹ درصد وزن آلومینیوم و ۱ درصد وزن روی می‌باشد (ترکیب دقیق باید از استانداردهای مرجع تایید شده است).
سیستم نامگذاری آلیاژهای منیزیم مانند سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم و فولاد نیست. در سیستم‌های نامگذاری استاندارد عموما یک یا دو حرف پیشوند به همراه ۲ یا ۳ عدد و در نهایت ۳ حرف پسوند می‌آید. حروف پیشوند معرف دو عنصر آلیاژی اصلی بر اساس استاندارد ASTM B275 به شرح جدول ذیل می‌باشد:
جدول ۱- مشخصه هر عنصر در نامگذاری آلیاژهای منیزیم
A
B
C
D
E
F
H
J
K
L
M
Aluminium
Bismuth
Copper
Cadmium
Rare earths
Iron
Thorium
Strontium
Zirconium
Lithium
Manganese
N
P
Q
R
S
T
V
W
X
Y
Z
Nickel
Lead
Silver
Chromium
Silicon
Tin
Gadolinium
Yttrium
Calcium
Antimony
Zinc
عناصر آلومینیوم، روی، زیرکونیم و توریم باعث سهولت فرایند رسوب سختی، منگنز باعث مقاومت در برابر خوردگی و قلع قابلیت ریختگری (cast ability) را بهبود می‌بخشد. آلومینیوم رایج‌ترین عنصر آلیاژی در منیزیم می‌باشد. نامگذاری آلیاژهای منیزیم عملیات حرارتی شده بسیار مشابه آلومینیوم می‌باشد به‌طوری‌که آلیاژهای منیزیم عملیات حرارتی شده با استفاده از نشانه‌های F- ،O،H1،T4،T5 و T6- معرفی می‌شود. ریختگری با قالب دائمی شنی و ریختگری قالب فلزی تحت فشار برای آلیاژهای منیزیم توسعه یافتند اما شایان ذکر است که ریختگری قالب فلزی تحت فشار برای آلیاژهای منیزیم بیشتر کاربرد دارد. اگرچه منیزیم دو برابر گران‌تر از آلومینیوم بوده اما فرایند ریختگری قالب فلزی جداره داغ آن آسان‌تر و مقرون به صرفه‌تر و حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد سریع‌تر از فرایند ریختگری جداره سرد مورد نیاز برای آلومینیوم می‌باشد. شکل دهی در دمای اتاق بسیار ضعیف بوده و بسیاری از فرایندهای شکل دهی را می‌توان در دمای ۴۵۰–۷۰۰ درجه فارنهایت (۲۳۲–۳۷۱ درجه سانتی گراد) انجام داد. این دماها به راحتی به دست آمده و به محیط محافظت شده نیاز ندارد. قابلیت ماشینکاری آلیاژهای منیزیم از هر فلز صنعتی بهتر بوده و این قابلیت بسیاری از هزینه‌های جانبی شکل دهی را جبران می‌کند. البته شایان ذکر است در حین ماشینکاری منیزیم باید ابزار نوک تیز بوده و فضای کافی برای تراشه وجود داشته باشد. آلیاژهای منیزیم به راحتی آلیاژهای آلومینیوم جوش نقطه‌ای شده با این تفاوت که قبل از جوشکاری منیزیم، آلیاژ باید کاملا تمیز وپاک شود. جوشکاری ذوبی به راحتی توسط جوش در محیط خنثی آرگون و هلیم بر روی منیزیم قابل انجام می‌باشد. پودر ویا تراشه بسیار ریز آلیاژهای منیزیم بسیار قابل احتراق هستند بطوری‌که در دمایی بالاتر از ۸۰۰ درجه فارنهایت (۴۲۷ درجه سانتی گراد)، باید در یک فضای بدون اکسیژن نگهداری شود:
آلیاژهای ریختگری
تنش تسلیم آلیاژهای ریخگتری منیزیم عموما بین ۷۵ تا ۲۰۰ مگا پاسکال و تنش نهایی آن حدود ۱۳۵ تا ۲۸۵ مگاپاسکال می‌باشد همچنین کرنش طولی آن حدود ۲ تا ۱۰ درصد می‌باشد. این نوع آلیاژها دارای دانسیته حدود g/cm31.8 و مدول یانگ ۴۲ گیگاپاسکال می‌باشند. آلیاژهای ریختگری منیزیم به شرح ذیل می‌باشند. :
جدول ۲- آلیاژهای ریخگتری منیزیم
AZ91
AZ81
AZ63
AM50
AM60
ZK51
ZK61
ZE41
ZC63
HK31
HZ32
QE22
QH21
WE54
WE43
Elektron21
آلیاژهای کار شده
تنش تسلیم آلیاژهای کارشده منیزیم عموما بین ۱۶۰ تا ۲۴۰ مگا پاسکال و تنش نهایی آن حدود ۱۸۰ تا ۴۴۰ مگاپاسکال می‌باشد همچنین کرنش طولی آن حدود ۷ تا ۴۰ درصد می‌باشد. آلیاژهای کار شده منیزیم به شرح ذیل می‌باشند. :
جدول ۳- آلیاژهای کارشده منیزیم
AZ80
AZ31
AZ61
M1A
HK31
ZK60
HM21
ZE41
ZC63
ZC71
ZM21
AM40
AM50
AM60
K1A
Elektron675
آلیاژهای منیزیم‌های کارشده دارای یک ویژگی خاص است. استحکام تسلیم فشاری آن‌ها کوچکتر از استحکام تسلیم کششی می‌باشد. پس از شکل دهی، آلیاژهای منیزیم کارشده یک بافت رشته‌ای در جهت تغییر شکل دارند که باعث افزایش استحکام تسلیم کششی آن‌ها می‌شود. در حالت فشار، استحکام تسلیم به دلیل حضور دوقلویی‌هایی که در حین فشار در ساختار هگزاگونال تشکیل می‌شوند کمتر می‌باشد:
استحکام قطعات اکستروژن حاصل از پودرهای سریع منجمد شده تا حدود۷۴۰ مگاپاسکال به دلیل ساختار آمورف قطعه می‌رسد دو برابر بیشتر از آلیاژهای منیزیم قدیمی و قویترین آلیاژ آلومینیوم می‌باشد:
آلیاژهای منیزیم با آلومینیوم
دو تا از معروف‌ترین آلیاژهای این گروه به نام‌های Birmabright و Magnalium می‌باشد. آلیاژهایی که حاوی توریم می‌باشد خیلی کاربردی نمی‌باشند. زیرا در کنار توریم حتما باید یک جز رادیواکتیو موجود باشد.
آلیاژهای منیزیم به دو صورت ریختگری و کارشده به کار می‌رود. آلیاژهای منیزیم حاوی آلومینیوم معمولا برای ریختگری و آنهایی که حاوی زیرکونیوم می‌باشند عموما برای حالت کارشده استفاده می‌شود؛ آلیاژهای حاوی زیرکونیوم را همچنین می‌توان در دماهای بالاتر استفاده نمود. آلیاژهای منیزیم حاوی ایتریم، خاکی کمیاب و زیرکونیوم مانند WE54 و WE43 می‌توانند در شرایطظ خزشی تا دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد کار کنند و در برابر خوردگی مقاوم باشند.
ویژگی‌ها
نسبت مقاومت به وزن آلیاژهای رسوب سختی منیزیم با مستحکم‌ترین آلیاژهای آلومینیوم یا با فولادهای آلیاژی قابل مقایسه می‌باشد. آلیاژهای منیزیم چگالی کمتر، قابلیت تحمل بار بر واحد وزن بیشتر و مدول خاص بالاتری دارند. آلیاژهای منیزیم عموما در مواردی که نیاز به استحکام زیاد نمی‌باشد یا در مواردی که وزن کم و شکل پذیری مناسب مد نظر باشند عموما مورد استفاده قرا می‌گیرند. برخی آلیاژهای منیزیم برای کاربرد در بدنه هواپیما یا قطعاتی که با سرعت در حال چرخش و رفت و برگشت در ماشین آلات می‌باشند به صورت پیچیده‌ای ریختگری می‌شوند. استحکام آلیاژهای منیزیم در دماهای تا حدودی بالا کاهش می‌یابد؛ بطوری‌که دماهای بالاتر از ۲۰۰ درجه فارنهایت (۹۳ درجه سانتی گراد) باعث کاهش قابل توجهی در عملکرد آلیاژ منیزیم می‌شود.
علی رغم ماهیت واکنش پذیر فلز، منیزیم و آلیاژهای آن دارای مقاومت خوب در برابر خوردگی می‌باشند. نرخ خوردگی بسیار کند می‌باشد. اما غوطه وری آلیاژ منیزیم در آب نمک باعث خوردگی شدید می‌شود، با این حال آلیاژهای کار شده منیزیم به دلیل وجود تخلل کمتر و حضور نیکل و کرم در ترکیب خود دارای مقاومت به خوردگی بالاتری در آب نمک می‌باشند.
خوردگی ممکن است حتی در محیط‌هایی که کمتر محافظت شده‌اند و هوا جریان دارد یا بارندگی اتفاق میفتد نیز رخ دهد. قطعات آلیاژ منیزیم به جز محیط‌های خورنده ضعیف، عموما رنگ می‌شوند. برای اطمینان از چسبندگی مناسب رنگ، قطعات به وسیله سایش، سنگ زنیو شستشو با اسید دی کرومات تمیز می‌شوند و سپس رنگ می‌شوند.
مشکلات فنی حذف ناخالصی کلرید از قطعات ساخته شده، پیشرفت و توسعه این آلیاژ را با تاخیر روبرو ساخت. با یافتن راه حل نهایی حذف کلراید، راه برای کشف و بهره‌برداری از آلیاژهای جدید روشن شد و الزام استفاده از این آلیاژ در سیستم‌های هوا و فضا و سیستم‌های دفاعی الزامی شد.
وزن مخصوص کم با استحکام بالا از مزایای خاص منیزیم می‌باشد. دانسیته کم منیزیم (تقریبا ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) نسبت به آلومینیوم آلومینیوم (حدود ۲۸۰۰ کیلوگرم / متر مکعب) از خواص منحصر به فرد منیزیم می‌باشد. البته شایان ذکر است که خواص مکانیکی آلیاژهای منیزیم، در مقایسه با آلیاژهای آلومینیوم پایین‌تر می‌باشد.
عناصر گادولینیوم و ایتریم به پیر سختیو مقاومت در دمای بالای آلیاژ منیزیم کمک می‌کنند. نسبت‌های مولی گادولونیوم به ایتریوم حدود ۰: ۱، ۱: ۱، ۳: ۱ و ۱: ۰ با یک مقدار ثابت ۲٫۷۵ درصد مولی در آلیاژهای منیزیم مورد بررسی قرار گرفت. همه آلیاژهای بررسی شده نشان از پدیده پیر سختی قابل توجه فاز رسوب سخت شونده  با ساختار بلوری DO19 و فاز  با ساختار بلوری BCO حتی در دماهای پیر سازی بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتی گراد داشتند. هر دو رسوب در پیک نمونه‌های پیر سختی شده مشاهده شد. رسوبات حاصل از پیر سختی بسیار ریز بوده و با افزایش مقدار گادولونیوم افزایش می‌یابند که باعث افزایش پیک سختی، استحکام کششی و تنش تسلیم شده اما تغییرات طول را کاهش می‌دهد. از سوی دیگر، مقدار بیشتر ایتریم تغییرات طول را افزایش و استحکام را کاهش می‌دهد.
فرایند ساخت
کارسرد و کار گرم
آلیاژهای منیزیم با هر نوع کار سرد به سرعت سخت شده بدون آنیل مکرر نمی‌تواند کار سرد شوند؛ لذا عملیات خمش‌های تیز، پیچش یا کشش باید در حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۲۶۰ تا ۳۱۶ درجه سانتی گراد) انجام می‌شود، اگر چه خمش ملایم با شعاع بزرگ‌تر می‌تواند در دماهای پایین‌تر انجام شود. شکل دهی آهسته نتایج بهتری از شکل دهی‌های سریع دارد. فورج پرسی به دلیل تخصیص بیشتر زمان به جریان مواد نسبت به فورج چکشی ترجیح داده می‌شود، محدوده دمایی فورج پلاستیک حدود ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه فارنهایت (۲۶۰–۴۲۷ درجه سانتی گراد) می‌باشدبطوری‌که فورج خارج از این محدوده دمایی باعث می‌شود تا قطعه به راحتی شکسته شود.
ریختگری
آلیاژهای منیزیم، به خصوص آلیاژهای رسوب سخت شونده، در ریختگری کاربرد دارند. روش‌های ریختگری ماسه‌ای، قالب دائمی و ریختگری قالب فلزی از روش‌های پر کاربرد ریختگری آلیاژهای منیزیم می‌باشد. ریختگری ماسه‌ای در قالب ماسه‌ای خام به دلیل اینکه منیزیم با رطوبت موجود در شن و ماسه واکنش نشان داده و اکسید منیزیم تشکیل شده و هیدروژن خارج می‌شود یک تکنیک خاص نیاز دارد. اکسید در مناطق خالی روی سطح مذاب شکل گرفته هیدروژن آزاد شده باعث تخلخل می‌گردد. مهارکننده‌ها مانند گوگرد، اسید بوریک، اتیل گلیکول، یا فلوراید آمونیوم با شن و ماسه ترکیب شده و مانع واکنش می‌شوند. همه قالب‌های تحت جاذبه نیاز به ستون بزرگ تغذیه فلز مذاب دارند این کار باعث ایجاد فشار اندازه کافی بزرگ برای خروج حباب‌ها و گازها از قالب می‌شود. ضخامت دیوار ریختگری باید حداقل ۵٫۳۲ اینچ باشد. در اغلب شرایط راه گاه‌های بزرگ باید در همه گوشه‌ها به دلیل تمرکز تنش‌های زیاد در آلیاژهای ریختگری، فراهم شود. قالب ریختگری دائمی از آلیاژهای مشابه ساخته شده و در مورد خواص فیزیکی مشابه ریختگری شن و ماسه است. از آنجا که انقباض حین انجماد منیزیم مشابه آلومینیوم می‌باشد، قالب‌های کاربردی برای آلومینیوم اغلب می‌تواند برای منیزیم نیز به کار برده شود. ریختگری جداره سرد برای تولید کم قطعات استفاده می‌شود. انجماد سریع ناشی از تماس مذاب با قالب سرد باعث ایجاد یک ساختار متراکم خواص فیزیکی بسیار عالی می‌شود. پرداخت و دقت ابعادی بسیار خوب و ماشینکاری تنها در جایی که دقت فوق‌العاده مورد نیاز ابوده انجام خواهد شد. معمولا قطعات حاصل از این ریختگری تحت عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرند.
جوشکاری و لحیم کاری
بسیاری از آلیاژهای منیزیم استاندارد به راحتی با گاز یا جوشکاری مقاومتی جوشکاری می‌شوند، اما با اکسیژن برش داده نمی‌شوند. آلیاژهای منیزیم به دلیل تشکیل ترکیبات بین فلزی شکننده یا تشکیل ترکیبات خورنده با فلزات دیگر عمدتا جوش کاری نمی‌شونددر حالیکه دو یا چند قطعه باید به یکدیگر جوش داده شوند، ساختار در محل جوش باید یکسان باشد. لحیم کاری آلیاژهای منیزیم تنها برای از بین بردن عیوب سطحی نقطه‌ای امکان‌پذیر است. اتصالات مفصلی در سازه منیزیمی معمولا از اتصالت آلومینیومی یا آلومینیوم - منیزیمی استفاده می‌شود. میخ‌های پرچ اغلب از جنس منیزیم نیستند زیرا در دماهای بالا کارکرد خود را از دست می‌دهند.
ماشینکاری
یکی از جاذبه‌های خاص آلیاژهای منیزیم خواص ماشین کاری فوق‌العاده خوب آن‌ها می‌باشد. قدرت لازم برای برش آن‌ها بسیارکم و سرعت برش بسیار بالایی (۵۰۰۰ فوت در هر دقیقه در برخی موارد) دارند.. هنگامی که منیزیم در سرعت بالا برش داده می‌شود، ابزار باید تیز بوده و در همه جهات برنده باشد. کسل‌کننده، ابزارها در در سرعت بالا ممکن است گرمای کافی برای مشتعل کردن تراشه‌های ریز را تولید کند. از آنجا که براده‌ها و گرد و غبار حاصل از سنگ زنی می‌تواند به راحتی مشتعل شود، سنگ زنی باید با یک مایع خنک‌کننده یا با یک دستگاهی که گرد و غبار حاصل از سنگ زنی را در زیر آب مدفون کند انجام می‌شود. سنگ مورد استفاده برای منیزیم باید برای فلزات آهنی استفاده می‌شود زیرا یک جرقه ممکن است گرد و غبار حاصل از سنگ زنی را مشتعل کند. چنانچه منیزم مشتعل شود، می‌توان آن را با چدن، شن و ماسه خشک یا با مواد دیگر خاموش کرد. در صورت اشتعال آب یا مایع خاموش هرگز نباید مورد استفاده قرار گیرد، زیرا آن‌ها آتش حاصله را پراکنده می‌کنند. تکنیک‌های ویژه‌ای که باید در ساخت منیزیم (کارشده، ریختگری، و پرچ شده) استفاده می‌شود هزینه تولید را افزایش می‌دهد. در انتخاب بین آلومینیوم و منیزیم، هزینه فلز پایه نسبت به هزینه‌های ساخت خیلی مهم نمی‌باشد۴. به جز یک یا دو آلیاژ نرم، ماشینکاری یک مرحله میانی برای شکل دهی می‌باشد.
اکستروژن داغ
منیزیم خالص به دلیل خواص مکانیکی ضعیفی که دارد عموما اکسترود می‌شود. عناصر آلیاژی اصلی شامل آلومینیوم، روی، سریم و زیرکونیوم؛ منگنز بوده زیرا بر روی استحکام اثر کمی دارند اما مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهند. یک آلیاژ دوتایی مهم، حاوی تا ۲ درصد منگنز، به‌طور گسترده‌ای برای تولید ورق نورد استفاده می‌شود. این آلیاژ نسبتا نرم و راحت‌تر از دیگر آلیاژها اکسترود شده و همچنین یکی از معدود آلیاژهایی بوده که می‌تواند به‌طور مستقیم بدون پیش اکستروژن، نورد شود. در انگلستان، اکستروژن بر روی بیلت ۲٫۸۷–۱۲ اینچ (۷۳–۳۰۵ میلی‌متر) در قطر انجام می‌شود. اکستروژن منیزیم به‌طور کلی شبیه به آلیاژهای پایه آلومینیوم بوده اما، با توجه به قانون Wilkinson and fox، طراحی قالب نیاز به توجه خاص داشته بطوری‌که طول تحمل بار کوتاه و ورودی قالب قالب تیز باشد.
سختی آلیاژها به نسبت حضور عناصر پیر سخت شونده با اکستروژن افزایش می‌یابد، و درجه حرارت کار افزایش می‌یابد. دمای شمش به اندازه سطح مقطع، میزان کاهش سطح بستگی دارد اما در محدوده ۲۵۰–۴۵۰ درجه سانتی گراد (۴۸۲–۸۴۲ درجه فارنهایت) هستند. دمای محیط باید یکسان یا تنها کمی بالاتر از دمای شمش باشد. پیش گرم شمش باید یکنواخت باشد تا همگنی ساختار حفظ شود.
ساختار اولیه شمش و روش ریختگری که منجر به تشکیل ساختار دانه ریز می‌شود بسیار مهم می‌باشد. در مواد دانه درشت، ذرات بزرگتر کمتر حل شده، و منجر به ایجاد یک گرادیان حلالیت می‌شوند. در آلیاژهای منیزیم، این کار باعث تنش‌های داخلی شده و می‌توانید یکنواختی حرارتی را تحت تاثیر قرار دهد.
آلیاژهای دوتایی منیزیم منگنز (AM505) به راحتی در فشارهای پایین در محدوده دمای ۲۵۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی گراد (۴۸۲–۶۶۲ درجه فارنهایت). اکسترودمی شوند. درجه حرارت واقعی به میزان کاهش طول بستگی داشته و شرایط اکستروژن نسبتا غیر حساس می‌باشد. شرایط سطحی خوب اکستروژن تنها درسرعت‌های بالا (۵۰–۱۰۰ فوت در هر دقیقه) به دست می‌آید.
آلیاژهای شامل آلومینیوم و روی، به ویژه به ویژه آلیاژهایی که آلومینیوم بیشتری دارند مانند AZM و AZ855 به دلیل پارگی گرم مشکلات زیادتری در اکستروژن دارند. آلیاژهای حاوی ۶ درصد آلومینیوم بیا مقادیر بیشتر Mg4Al3، یک ذوب یوتکتیکی در ۴۳۵ درجه سانتیگراد اتفاق می‌افتد. دمای اکستروژن ممکن است بین۲۵۰ تا۴۰۰ درجه سانتیگراد (۴۸۲ تا ۷۵۲ درجه فارنهایت) متفاوت باشد، در دماهای بالاتر، سرعت تا محدود ۱۲ فوت در دقیقه محدود می‌شود. ریختگری مداوم همگنی این آلیاژ را بهبود می‌بخشد.
آلیاژهای منیزیم-روی-زیرکونیوم، ZW2 و ZW3، یک پیشرفت قابل توجهی در تکنولوژی آلیاژ منیزیم بود. آن‌ها استحکام بالایی دارند اما از آنجایی که آلومینیوم ندارند شمش ریختگری شده تنها حاوی مقادیر کمی از فاز دوم می‌باشد. از آنجایی که دمای انجماد در حدود ۱۰۰ درجه سانتی گراد (۱۸۰ درجه فارنهایت) می‌باشد، خطر پارگی گرم در سرعت‌های نسبتا بالای اکستروژن بسیار کاهش می‌یابد. با این حال، خواص مکانیکی به زمان پیش گرمایش، درجه حرارت و سرعت اکستروژن و زمان پیش گرمایش بسیار حساس می‌باشد، و خواص مشابه آلیاژهای حاوی آلومینیوم می‌دهد برای رسیدن به خواص بهتر باید دفعات حرارت دهی کم و دما و سرعت اکستروژن پایین باشد. افزایش مقدار روی تا حدود ۵ یا ۶ درصدمانند آلیاژهای ZK60 و ZK61، حساسیت به سرعت اکستروژن را کاهش می‌دهد.
آلیاژهای منیزیم
اخیرا اسکاندیم و گادولینیوم به عنوان عناصر آلیاژی استفاده می‌شوند؛ یک آلیاژ با ۱ درصد منگنز، ۰٫۳ درصد اسکاندیم و ۵ درصد گادولینیم، مقاومت در برابر خزش مناسبی را دردمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد باعث می‌شود. ترکیب فیزیکی این عناصر بسیار پیچیده می‌باشد، زیرا ترکیبات بین فلزی Mn2Sc تشکیل می‌شود. اربیم نیز به عنوان یک افزودنی در نظر گرفته شده‌است.
آلیاژهای منیزیم – لیتیم
اضافه کردن حدود ۱۰ درصد لیتیوم به منیزیم باعث می‌شود تا آلیاژ مورد نظر به عنوان آند با یک کاتد دی‌اکسید منگنز در باتری به کار برده شود۱۶. آلیاژهای منیزیم-لیتیوم به‌طور کلی نرم و انعطاف‌پذیر ب و دانسیته آن g / cm31.4 بوده که برای سیستم‌های فضای بسیار جذاب می‌باشد.
شبیه‌سازی مکانیکی کوانتومی برای پیش‌بینی تشکیل آلیاژهای منیزیم-لیتیوم منظم مورد استفاده قرار گرفت۱۷. این روش پیش‌بینی می‌کند که اضافه کردن حدود ۱۳ درصد باعث شکل‌گیری یک ساختار منظم مکعبی می‌شود.
آلیاژهای غیرقابل اشتعال
با افزودن حدود ۲ درصد کلسیم به آلیاژ منیزیم AM60، آلیاژ غیرقابل احتراق AMCa602 حاصل می‌شود۱۸. واکنش اکسیداسیون کلسیم باعث تشکیل یک پوشش اکسید کلسیم می‌شود که مانعاشتعال منیزیم می‌شود. درجه حرارت اشتعال آلیاژ تا۲۰۰–۳۰۰ درجه کلوین افزایش می‌یابد (فضای بدون اکسیژن بالا برای عملیات ماشینکاری لازم نیست). .
کاربردهای منیزیم
طراحان، ارتباط و همکاری تنگاتنگی با تولیدکنندگان منیزیم برقرار نموده‌اند. شاهدی بر این مدعا این است که ۷۰ درصد منیزیم ریخته‌گری تولیدی برای صنعت خودرو تهیه می‌شود. کاهش وزن خودرو به اندازه ۱۰۰ کیلوگرم باعث کاهش مصرف ۵۱ درصد لیتر بنزین در۱۰۰ کیلوگرم می‌شود. پیش‌بینی می‌شود در سال‌های آینده وزن قطعات ریخته‌گری شده از منیزیم به‌طور میانگین در هر خودرو به ۴۰ کیلوگرم برسد. استفاده از منیزیم در موتورهای احتراق داخلی وزن آن‌ها را از ۱۲۰۰ کیلوگرم به ۹۰۰ کیلوگرم کاهش داده است. در جایگزینی آلیاژ موتور به ترتیب ۳۵ درصد و ۷۵ درصد کاهش وزن در جایگزینی منیزیم با آلومینیوم و چدن ایجاد می‌شود.
اگرچه افزایش استفاده از آلیاژهای منیزیم در صنعت خودرو به میزان ۱۵ درصد در هر سال از دهه قبل ادامه داشته‌است اما این جایگزینی فقط ۱تا ۴ کیلوگرم باعث کاهش وزن خودروها شده‌است. در صورتی که این عدد ۱۲۰ کیلوگرم برای آلومینیوم و پلاستیک برای یک خودرو ۱۵۰۰ کیلوگرمی تولید شده در آمریکای شمالی می‌باشد.
توانایی مناسب در جذب ارتعاشات و اینرسی کم که به وزن سبک این عنصر باعث استفاده از آن در قطعات تحت سرعت بالا و قطعاتی که تحت تغییر سرعت‌های ناگهانی قرار می‌گیرند شده‌است. مثال‌هایی از این دست شامل چرخ اتومبیل، پیستون‌های موتورهای احتراقی، قطعات پر سرعت ماشین و تجهیزات هواپیما و هلی‌کوپتر می‌باشد. کاربرد آلیاژهای منیزیم در صنعت اتومبیل آمریکا در مواردی همچون فرمان اتومبیل، صندلی‌ها، گیربکس، سیستم تهویه هوا، مخزن سوخت و … است که بعضی از آن‌ها در اشکال ذیل نشان داده شده‌است.
کاربردهای غیر خودرویی
آلیاژهای منیزیم در کاربردهای مختلف در تجهیزات تفریحی مثل اسکلت دوچرخه نیز به کار رفته‌اند. کاربرد گسترده و قابل توجه در مهندسی ارتباطات در نشان داده شده‌است. در اینجا وزن کم، بسیار مهم است. همچنین مقاومت مقابل تشعشعات الکترومغناطیس که مواد پلاستیکی فاقد آن هستند باعث کاربرد منیزیم در این کاربردها شده‌است. همان‌طور که قابل مشاهده است آلیاژهای منیزیم دارای رشد زیادی در قرن گذشته بودند.
کاربردهای غیر سازه‌ای
منیزیم کاربردهای غیر سازه‌ای مختلفی نیز دارد. این فلز به عنوان افزودنی در آلیاژهای آلومینیوم، روی، سرب و سایر فلزات غیر آهنی استفاده می‌شود. همچنین منیزیم به عنوان اکسیژن زدا و سولفورزدا در تولید آلیاژهای مس و نیکل استفاده می‌شود و به عنوان سولفورزدا در صنعت آهن و فولاد و به عنوان عامل اکسیدکننده در تولید برلیوم، تیتانیوم، هافنیوم و اورانیوم استفاده می‌شود. کاربرد مهم غیر سازه‌ای دیگر منیزیم در واکنش گرینگراد در شیمی آلی است. همچنین منیزیم به صورت خالص یا آلیاژ با ۳۰ درصد آلومینیوم یا بیشتر در مواد محترقه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جایگاه منیزیم در جدول الکتروموتیوی آن را قادر می‌سازد تا به عنوان فاز حفاظت کاتدی برای سایر فلزات مورد استفاده قرار گیرد. تولیدکنندگان چدن خاکستری منیزیم و آلیاژهای حاوی منیزیم را درست قبل از ریختن فلز مذاب در قالب به آن اضافه می‌کنند تا منیزیم ذرات گرافیت را کروی کند و چقرمگی و داکتیلیته چدن را افزایش دهد. صادرات جهانی منیزیم را از سال ۱۹۸۳ تا ۱۹۸۸ را نشان می‌دهد که گروه‌های عمده کاربردی منیزیم در آن تفکیک شده‌اند.