Магнезиеви сплави: приложение, класификация и свойства

Магнезиевите сплави имат редица уникални физични и химични свойства, главните от които са ниска плътност и висока якост. Комбинацията от тези качества в материалите с добавяне на магнезий дава възможност да се произвеждат продукти и структури, които имат високи якостни характеристики и ниско тегло.

Характеристики на магнезий

Промишленото производство и употреба на магнезий започнаха относително наскоро - само преди около 100 години. Този метал има малка маса, тъй като има сравнително ниска плътност (1,74 g / cm²), добра стабилност във въздуха, алкали, газообразни среди с флуорно съдържание и в минерални масла.

Точката на топене е 650 градуса. Характеризира се с висока химическа активност до спонтанно изгаряне във въздуха. Ограничена якост чист магнезий е 190 МРа, модулът на еластичност е 4,500 МРа, удължението е 18%. Металът има висока амортизираща способност (ефективно поглъща еластични вибрации), което му осигурява отлична толерантност към ударите и намалена чувствителност към резонансни явления.

Други характеристики на този елемент включват добра термична проводимост, ниска способност за абсорбиране на топлинните неутрони и взаимодействие с ядрено гориво. Благодарение на комбинацията от тези свойства магнезият е идеален материал за създаване на херметични черупки от високотемпературни елементи на ядрени реактори.

Магнезият се свързва добре с различни метали и е един от силните редуциращи агенти, без който металотермичният процес е невъзможен.

В чиста форма се използва основно като допингова добавка в сплави с алуминий, титан и някои други химически елементи. В стоманодобивната индустрия магнезият се използва за дълбоко десулфуриране на стомана и чугун, а свойствата на последните се подобряват чрез графитна сфероидизация.

Магнезий и легиращи добавки

Сред най-разпространените легиращи добавки, използвани в магнезиевите сплави, са елементи като алуминий, манган и цинк. Алуминият подобрява структурата, увеличава течливостта и здравината на материала. Въвеждането на цинк също дава възможност за получаване на по-силни сплави с намален размер на зърното. С помощта на манган или цирконий корозионната устойчивост на магнезиевите сплави се увеличава.

Добавянето на цинк и цирконий осигурява повишена якост и пластичност на металните смеси. А присъствието на някои елементи от редкоземни елементи, например неодим, церий, итрий и др., Допринася за значително увеличаване на топлинната устойчивост и максимизиране на механичните свойства на магнезиевите сплави.

За да се създадат ултра леки материали с плътност от 1,3 до 1,6 g / mᶟ литий се вкарва в сплавите. Тази добавка дава възможност да се намали теглото им наполовина в сравнение с алуминиевите метални смеси. В същото време техните показатели за пластичност, плавност, еластичност и производителност са на по-високо ниво.

Класификация на сплавите с магнезий

Магнезиевите сплави се подразделят по редица критерии. Това са:

• по пътя на обработката - на леярна и деформируеми;
• от степента на чувствителност към топлинната обработка - към некалени и закалени чрез топлинна обработка;
• по свойства и сфери на приложение - на топлоустойчиви сплави, висока якост и общо предназначение;
• от системата за допинг - има няколко групи от нестабилни и закалени с термообработка деформируеми магнезиеви сплави.

Леярски сплави

Тази група включва сплави с добавка на магнезий, предназначени за производството на различни части и елементи чрез метода на формовано леене. Те имат различни механични свойства, в зависимост от които са разделени на три класа:

• sredneprochnye;
• висока якост;
• устойчива на топлина.

Химическият състав на сплавите също е разделен на три групи:

• алуминий + магнезий + цинк;
• магнезий + цинк + цирконий;
• магнезий + редки пръст + цирконий.

Леярски свойства на сплавите

Най-добрите отливни свойства сред продуктите от тези три групи са алуминиево-магнезиеви сплави. Те принадлежат към класа на материали с висока якост (до 220 МРа) и поради това са най-добрият вариант за производство на части от авиационни двигатели, автомобили и друго оборудване, работещо под механично и термично натоварване.

За да увеличите силата характеристики на алуминий-магнезий сплавите са легирани с други елементи. Но наличието на примеси от желязо и мед е нежелателно, тъй като тези елементи оказват отрицателно въздействие върху заваряемостта и устойчивостта на корозия на сплавите.

Магнезиевите сплави от леярски форми се приготвят в различни типове пещи за топене: в отразяващи, в тигели с газово, маслено или електрическо нагряване или в тръбни индукционни растения.

За да се предотврати изгарянето по време на процеса на топене и по време на леене, се използват специални потоци и добавки. Отливките се произвеждат чрез леене под формата на пясък, гипс и черупки под налягане и с използване на разтопени модели.

Деформируеми сплави

В сравнение с леярски, деформируемите магнезиеви сплави са по-трайни, гъвкави и вискозни. Те се използват за производство на заготовки чрез валцуване, пресоване и щамповане. Като топлинна обработка на продуктите, охлаждането се прилага при температура 350-410 градуса, последвано от произволно охлаждане без остаряване.

Когато се нагряват, пластичните свойства на такива материали се увеличават, така че обработването на магнезиеви сплави се извършва чрез налягане и при високи температури. Щамповането се извършва при 280-480 градуса под пресите чрез затворени печати. По време на студено валцуване, чести междинни прекристализиращо свързване.

При заваряване на магнезиеви сплави силата на шева на продукта може да бъде намалена на сегментите, където е извършено заваряване, поради чувствителността на такива материали към прегряване.

Сфери на приложение на сплави с добавяне на магнезий

Чрез методите на леене, деформиране и термична обработка на сплави се произвеждат различни полуготови продукти - блокове, плочи, профили, листове, изковки и др. Тези заготовки се използват за производството на елементи и части от съвременни технически средства, при които приоритетната роля играе ефикасността на теглото на конструкциите (намалена маса) при запазване на техните характеристики на якост. В сравнение с алуминий, магнезият е 1,5 пъти по-лек, а с стомана 4,5 пъти.

В момента прилагане на магнезий сплави са широко практикувани в космическата промишленост, автомобилостроенето, военните и други индустрии, където тяхната висока цена (някои марки съдържат в състава си доста скъпи легиращи елементи) е оправдано от икономическа гледна точка, възможността да се създават по-трайни, бърз, мощен и безопасен метод, който може да работи ефективно в екстремни условия, включително при излагане на високи температури.

Благодарение на високото електрическия потенциал, тези сплави са най-добрият материал за създаване на протектори, които осигуряват електрохимическа защита на стоманени конструкции, като например автомобилни части, подземни конструкции, нефтени платформи, кораби и т.н., от на корозионните процеси, които се провеждат под влияние на влагата, прясна и морска вода.

Използват се сплави с добавяне на магнезий и в различни радиотехнически системи, където се произвеждат звукови линии на ултразвукови линии за забавяне на електрически сигнали.

заключение

Съвременната индустрия поставя все по-високи изисквания към материалите по отношение на тяхната здравина, устойчивост на износване, устойчивост на корозия и обработваемост. Използването на магнезиеви сплави е едно от най-обещаващите насоки, поради което проучванията, свързани с търсенето на нови свойства на магнезий, и възможностите за неговото използване не спират.

Понастоящем използването на сплави на база магнезий за създаване на различни части и структури може да се постигне намаляване на теглото си с почти 30% и за увеличаване на якостта на опън от 300 МРа, но според учените, не е границата на този уникален метал.