بلوک موتور منیزیمی: کاربرد، مزایا و معایب و هر آنچه باید بدانید

منیزیم از دهه ۱۹۲۰ در صنعت خودرو برای کاربردهای متنوعی از جمله شاسی و ساخت سیستم انتقال قدرت به کار گرفته شده است. بسیاری از خودروها به دلیل وزن سبک منیزیم و آلیاژهای آن، از این ماده استفاده می‌کنند که به جابجایی مرکز ثقل، کاهش جرم کلی و بهبود ویژگی‌های هندلینگ و تعادل کمک می‌کند. همچنین، منیزیم در مقایسه با قطعات فولادی، مقاومت و خواص کاهش لرزش بهتری ارائه می‌دهد که به نظر می‌رسد برای کاربردهای سنگین مانند قطعات موتور مفید باشد.

استفاده از آلیاژهای منیزیمی در بلوک‌های موتور به دلیل کاهش وزن نسبت به بلوک‌های چدنی یا حتی آلومینیومی، مانند موتورهای LS جنرال موتورز، مزایای متعددی دارد. یک بلوک موتور منیزیمی حدود ۵۰ درصد سبک‌تر از بلوک چدنی و ۳۰ درصد سبک‌تر از بلوک آلومینیومی است که بدون فدا کردن سفتی طبیعی بلوک در ترکیب با فلزات دیگر، صرفه‌جویی قابل‌توجهی در وزن ایجاد می‌کند. این ویژگی‌ها به بهبود تعادل و عملکرد خودرو کمک می‌کند.

بیشتر بخوانید: هیتر بلوک موتور چیست و چگونه کار می‌کند؟

منیزیم مزایای دیگری نیز دارد. آلیاژهای منیزیمی به دلیل قابلیت ریخته‌گری آسان، امکان تولید ساختارهای پیچیده یکپارچه را فراهم می‌کنند. همچنین، این آلیاژها خواص عالی در کاهش سر و صدا و لرزش و پایداری حرارتی دارند. به این معنا که قطعات منیزیمی در برابر تغییرات دمایی شدید، مانند چندین استارت سرد یا کاربردهای خنک‌کننده با هوا مانند موتور فولکس‌واگن، شکل خود را بهتر حفظ می‌کنند. این ویژگی‌ها در کنار نسبت استحکام به وزن بالا، نیاز به مواد کمتری برای ساخت بلوک موتور را کاهش می‌دهد که خود به کاهش بیشتر وزن کمک می‌کند. در مجموع، بلوک موتور منیزیمی به همان اندازه آلیاژهای مشابه قوی است، اما سبک‌تر بوده و ویژگی‌های ثانویه‌ای مانند کاهش سر و صدا و احتمالاً عمر بیشتر در شرایط بار سنگین و دمای بالا ارائه می‌دهد.

با وجود این ویژگی‌ها، منیزیم به نظر یک ماده معجزه‌آسا برای قطعات بزرگ مانند بلوک موتور می‌آید، اما چرا همه تولیدکنندگان از آن استفاده گسترده نمی‌کنند؟ دلایل اصلی هزینه و دسترسی‌پذیری هستند. بلوک موتور یکی از اجزای مادی محور در خودروهای مدرن است که به مقدار زیادی مواد به تلورانس‌های دقیق نیاز دارد تا عملکرد یکنواخت ارائه دهد. منیزیم در این زمینه عالی است، اما فرآیند استخراج و تولید پیچیده آن، هزینه تولید را نسبت به ماشین‌کاری بلوک چدنی با همان استانداردها افزایش می‌دهد.

علاوه بر این، منیزیم به دلیل خوردگی و اشتعال‌پذیری بیشتر نسبت به سایر مواد، چالش‌هایی ایجاد می‌کند. تولید آلیاژهای باکیفیت که بتوانند در محدوده دمایی موتورهای مدرن و در برابر عواملی مانند نمک جاده‌ای عمل کنند، پیچیده‌تر است، هرچند استفاده از جایگزین‌های نمک برای ذوب برف این مشکل را کمتر کرده است. به همین دلیل، بی‌ام‌و در موتورهای خطی شش سیلندر خود تنها در بخش‌هایی که خوردگی و تنش‌های بالا مطرح نیست، از منیزیم استفاده می‌کند.

از نظر دسترسی، چین ۸۷ درصد منیزیم مورد استفاده در تولید جهانی را تأمین می‌کند که بخش زیادی از آن در الکترونیک مصرف می‌شود. پس از همه‌گیری کرونا و اعمال تعرفه‌ها، واردات منیزیم کاهش یافته و هزینه آن افزایش پیدا کرده است. صنایع مختلف در سراسر جهان نیز از منیزیم در تولید آلیاژهای آلومینیومی استفاده می‌کنند که این امر به کمبود جهانی این ماده دامن زده است. اروپا و آمریکای شمالی حدود ۱۹ درصد از تولید جهانی منیزیم را برای قطعات سفارشی و ۴۰ درصد را برای آلیاژهای آلومینیومی استفاده می‌کنند که این صنایع را به شدت تحت تأثیر قرار داده است؛ بنابراین، هرچند استفاده از منیزیم برای قطعات سنگین مطلوب است، اما مقدار کافی برای تولید انبوه وجود ندارد.

امروزه، بلوک موتور منیزیمی به‌عنوان یک جزء تخصصی شناخته می‌شود و قیمت‌گذاری متناسب با آن انجام می‌شود. اکثر خودروها از منیزیم برای کاهش وزن و بهبود بهره‌وری سوخت استفاده می‌کنند، نه برای بهبود عملکرد. با این حال، خودروهای مسابقه‌ای از قطعات منیزیمی بیش از یک قرن استفاده کرده‌اند، هرچند این ماده گاهی به جای سود، خطرآفرین بوده است. برای مثال، خودروی فرمول یک هوندا RA302 در سال ۱۹۶۸ با استفاده از شاسی پوشیده شده با منیزیم و موتور خنک‌کننده با هوا برای کاهش وزن طراحی شده بود؛ اما در تصادف گرند پری فرانسه ۱۹۶۸، بدنه به دلیل ویژگی‌های منیزیم به‌طور کامل شعله‌ور شد و جان راننده جو شلسر را گرفت که این خودرو را به یکی از کشنده‌ترین خودروهای مسابقه‌ای تاریخ تبدیل کرد.

در مورد بلوک‌های موتور، چند وسیله نقلیه معروف جدای از فولکس‌واگن و پورشه از منیزیم استفاده کرده‌اند که برخی از آن‌ها بسیار نادر و عجیب‌اند. برای نمونه، موتورسیکلت موتو گوتزی اوتو سیلندری ۱۹۵۵ (هشت سیلندر) از ایتالیا، احتمالاً یکی از کوچک‌ترین موتورهای V8 کاربردی است و بلوک آن از منیزیم ساخته شده است.

آلیاژهای خاص مورد استفاده در سیستم‌های انتقال قدرت از اوایل دهه ۲۰۰۰ در حال توسعه‌اند و نگرانی‌ها را کاهش داده و از نقاط قوت ذاتی منیزیم بهره می‌برند. اگرچه هیچ تولیدکننده بزرگ در خودروها و موتورسیکلت‌های تولید انبوه از بلوک‌های موتور منیزیمی استفاده نمی‌کند، اما این ماده به‌تدریج در کاربردهای موتور اسپرت محبوب شده است، به‌ویژه در آلیاژهایی مانند موتورهای ناسکار که از ترکیب چدن و منیزیم ساخته می‌شوند. با توجه به قدرت بالای موتورهای ناسکار، این خود گواهی بر کارایی منیزیم در مسابقه‌هاست.