Магніевыя сплавы: прымяненне, класіфікацыя і ўласцівасці

Магніевыя сплавы валодаюць цэлым шэрагам унікальных фізіка-хімічных уласцівасцяў, галоўнымі з якіх з'яўляюцца малая шчыльнасць і высокая трываласць. Спалучэнне гэтых якасцяў у матэрыялах з даданнем магнію дазваляе вырабляць вырабы і канструкцыі, якія валодаюць высокімі трывальнымі характарыстыкамі і малым вагой.

характарыстыкі магнію

Прамысловая вытворчасць і выкарыстанне магнію пачалося параўнальна нядаўна - усяго каля 100 гадоў таму. Гэты метал мае малую масу, бо валодае параўнальна нізкай шчыльнасцю (1,74 г / смᶟ), добрую ўстойлівасць ў паветры, шчолачах, газавых асяроддзях з утрыманнем фтору і ў мінеральных алеях.

Тэмпература яго плаўлення складае 650 градусаў. Ён характарызуецца высокай хімічнай актыўнасцю аж да самаадвольнага ўзгарання на паветры. Мяжа трываласці чыстага магнію складае 190 Мпа, модуль пругкасці - 4 500 Мпа, адноснае падаўжэнне - 18%. Метал адрозніваецца высокай дэмпфіроўнымі здольнасцю (эфектыўна паглынае пругкія ваганні), што забяспечвае яму выдатную пераноснасць ударных нагрузак і зніжэнне адчувальнасці да рэзанансным з'яў.

Да ліку іншых асаблівасцяў дадзенага элемента ставяцца добрая цеплаправоднасць, нізкая здольнасць паглынаць цеплавыя нейтроны і ўзаемадзейнічаць з ядзерным палівам. Дзякуючы сукупнасці гэтых уласцівасцяў магній з'яўляецца ідэальным матэрыялам для стварэння герметычных абалонак высокатэмпературных элементаў ядзерных рэактараў.

Магній добра сплаўляецца з рознымі металамі і адносіцца да ліку моцных аднаўляльнікаў, без якіх немагчымы працэс металлотермии.

У чыстым выглядзе ён у асноўным ужываецца як легіравальных дадатак у сплавах з алюмініем, тытанам і некаторымі іншымі хімічнымі элементамі. У чорнай металургіі з дапамогай магнію праводзіцца глыбокая десульфурация сталі і чыгуну, а таксама паляпшаюцца ўласцівасці апошняга пасродкам сфероидизации графіту.

Магній і легіравальных дабаўкі

Да ліку найбольш распаўсюджаных легіравальных дабавак, якія выкарыстоўваюцца ў сплавах на аснове магнію, адносяцца такія элементы, як алюміній, марганец і цынк. Пасродкам алюмінія паляпшаецца структура, павышаецца жидкотекучесть і трываласць матэрыялу. Ўвядзенне цынку таксама дазваляе атрымліваць больш трывалыя сплавы з паменшаным памерам зерняў. З дапамогай марганца або цырконія павялічваецца каразійная стойкасць магніевых сплаваў.

Даданне цынку і цырконія забяспечвае павышаную трываласць і пластычнасць металлосмесей. А наяўнасць пэўных рэдказямельных элементаў, напрыклад, неадыму, цэрыя, ітрый і пр., Спрыяе значнага павелічэння гарачатрывалага і максімізацыі механічных уласцівасцяў магніевых сплаваў.

Для стварэння звышлёгкіх матэрыялаў з шчыльнасцю ад 1,3 да 1,6 г / мᶟ ў сплавы ўводзіцца літый. Дадзеная дабаўка дазваляе паменшыць іх масу ўдвая ў параўнанні з алюмініевымі металлосмесями. Пры гэтым іх паказчыкі пластычнасці, цякучасці, пругкасці і тэхналагічнасці выходзяць на больш высокі ўзровень.

Класіфікацыя сплаваў з магніем

Магніевыя сплавы падпадзяляюцца па шэрагу крытэраў. гэта:

• па спосабе апрацоўкі - на ліцейныя і дэфармаванага;
• па ступені адчувальнасці да тэрмічнай апрацоўцы - на неупрочняемые і мацаваць тэрмаапрацоўкай;
• па ўласцівасцях і сферах прымянення - на сплавы гарачатрывалыя, высокатрывалыя і агульнага прызначэння;
• па сістэме легіравання - існуе некалькі груп неупрочняемых і мацаваць тэрмаапрацоўкай дэфармаваных магніевых сплаваў.

ліцейныя сплавы

Да гэтай групы ставяцца сплавы з даданнем магнію, прызначаныя для вытворчасці разнастайных дэталяў і элементаў метадам фасоннага ліцця. Яны валодаюць рознымі механічнымі ўласцівасцямі, у залежнасці ад якіх дзеляцца на тры класа:

• среднепрочные;
• высокатрывалыя;
• гарачатрывалыя.

Па хімічным складзе сплавы таксама падпадзяляюцца на тры групы:

• алюміній + магній + цынк;
• магній + цынк + цырконій;
• магній + рэдказямельныя элементы + цырконій.

Ліцейныя ўласцівасці сплаваў

Найлепшымі ліцейна ўласцівасцямі сярод прадуктаў гэтых трох груп валодаюць алюміній-магніевыя сплавы. Яны ставяцца да класа высокатрывалых матэрыялаў (да 220 Мпа), таму з'яўляюцца аптымальным варыянтам для вырабу дэталяў рухавікоў самалётаў, аўтамабіляў і іншай тэхнікі, якая працуе ва ўмовах механічных і тэмпературных нагрузак.

Для павышэння трывальных характарыстык алюмініева-магніевыя сплавы легіравальных і іншымі элементамі. А вось прысутнасць прымешак жалеза і медзі непажадана, бо гэтыя элементы аказваюць адмоўны ўплыў на свариваемость і каразійную стойкасць сплаваў.

Ліцейныя магніевыя сплавы падрыхтоўваюцца ў розных тыпах плавільных печаў: у адбівальных, у Тыгельны з газавым, нафтавым альбо электрычным нагрэвам або ў Тыгельны індукцыйных устаноўках.

Для прадухілення гарэння ў працэсе плаўкі і пры ліцці выкарыстоўваюцца спецыяльныя флюсы і асадкі. Адліўкі атрымліваюць шляхам ліцця ў пясчаныя, гіпсавыя і оболочковые формы, пад ціскам і з выкарыстаннем выплаўлялі мадэляў.

дэфармаванага сплавы

У параўнанні з ліцейна, дэфармуемага магніевыя сплавы адрозніваюцца большай трываласцю, пластычнасцю і глейкасцю. Яны выкарыстоўваюцца для вытворчасці нарыхтовак метадамі пракаткі, прасавання і штампоўкі. У якасці тэрмічнай апрацоўкі вырабаў ужываецца загартоўка пры тэмпературы 350-410 градусаў з наступным адвольным астуджэннем без старэння.

Пры нагрэве пластычныя ўласцівасці такіх матэрыялаў ўзрастаюць, таму апрацоўка магніевых сплаваў ажыццяўляецца з дапамогай ціску і пры высокіх тэмпературах. Штампоўка выконваецца пры 280-480 градусах пад прэсамі пасродкам закрытых штампаў. Пры халоднай прокатке праводзяцца частыя прамежкавыя рекристаллизационные адпалу.

Пры зварцы магніевых сплаваў трываласць шва вырабы можа быць зніжана на адрэзках, дзе выконвалася подварка, з-за адчувальнасці такіх матэрыялаў да перагрэву.

Сферы ўжывання сплаваў з дадання магнію

Пасродкам метадаў ліцця, дэфармацыі і тэрмічнай апрацоўкі сплаваў вырабляюцца розныя паўфабрыкаты - зліткі, пліты, профілі, лісты, пакоўкі і г.д. Гэтыя нарыхтоўкі выкарыстоўваюцца для вытворчасці элементаў і дэталяў сучасных тэхнічных прылад, дзе прыярытэтную ролю адыгрывае вагавая эфектыўнасць канструкцый (зніжаная маса) пры захаванні іх трывальных характарыстык. У параўнанні з алюмініем магній лягчэй у 1,5 разы, а са сталлю - у 4,5.

У цяперашні час прымяненне магніевых сплаваў шырока практыкуецца ў авіякасмічнай, аўтамабілебудаўнічай, ваеннай і іншых галінах, дзе іх высокі кошт (некаторыя маркі ўтрымліваюць у сваім складзе дастаткова дарагія легіруючых элементаў) апраўдваецца з эканамічнага пункту гледжання магчымасцю стварэння больш даўгавечнай, хуткай, магутнай і бяспечнай тэхнікі , якая зможа эфектыўна працаваць у экстрэмальных умовах, у тым ліку і пры ўздзеянні высокіх тэмператур.

Дзякуючы высокаму электрычнаму патэнцыялу гэтыя сплавы з'яўляюцца аптымальным матэрыялам для стварэння пратэктараў, якія забяспечваюць электрахімічную абарону сталёвых канструкцый, напрыклад, дэталяў аўтамабіляў, падземных збудаванняў, нафтавых платформаў, марскіх судоў і г.д., ад каразійных працэсаў, якія адбываюцца пад уздзеяннем вільгаці, прэснай і марской вады.

Знайшлі прымяненне сплавы з даданнем магнію і ў розных радыётэхнічных сістэмах, дзе з іх вырабляюць звукопроводы ультрагукавых ліній для затрымкі электросигналов.

заключэнне

Сучасная прамысловасць прад'яўляе ўсё больш высокія патрабаванні да матэрыялаў у дачыненні да іх трываласці, зносаўстойлівасці, каразійнай стойкасці і тэхналагічнасці. Выкарыстанне магніевых сплаваў адносіцца да ліку найбольш перспектыўных напрамкаў, таму даследаванні, звязаныя з пошукам новых уласцівасцяў магнію і магчымасцяў яго прымянення, не спыняюцца.

У цяперашні час выкарыстанне сплаваў на аснове магнію пры стварэнні разнастайных дэталяў і канструкцый дазваляе дасягнуць зніжэння іх вагі практычна на 30% і павялічыць мяжа трываласці да 300 Мпа, але, як лічаць навукоўцы, гэта далёка не мяжа для гэтага унікальнага металу.