Магниевые сплавы

сплавы (далее М)М на основе Наиболее прочные, в том числе и наиболее жаропрочные, М разработаны на основе систем — металл с ограниченной растворимостью в твердом Вследствие высокой активности выбор металлов, пригодных для легирования М, сравнительно невелик. М разделяются на 2 основные группы: литейные — для производства фасонных отливок и деформируемые — для производства полуфабрикатов прессованием, прокаткой, ковкой и штамповкой.

Историческая справка. Первые М появились в начале 20 века (под названием "электрон", теперь мало употребляемым). Значение конструкционных промышленных материалов М приобрели в конце 20-х — начале 30-х годов 20 века, то есть почти через 100 лет после того как французский химик А. Бюсси впервые выделил в чистом виде (1828). До конца 40-х годов применялись главным образомМ на основе систем — — и — . Дальнейшему прогрессу в области создания М способствовало открытие модифицирующего и рафинирующего действия В 50-х годах начали применятьсяМ на основе систем — — , — p. з. м. (редкоземельный металл) — (или ), — , а также сверхлегкиеМ на основе системы — . Производство и потребление и М возрастает. Мировое производство к началу 2-й мировой войны 1939—45 составило около 50 тысяч т, в 1969 ~ 2 млн. т, из них ~ 40—50% расходуется на производство отливок и деформированных полуфабрикатов.

состав наиболее широко применяемых в СССР М дан в таблице 1. В промышленных М содержатся добавки , , , и редкоземельных металлов ( мишметалл, , , ), , , , , и др. Общее количество добавок в наиболее легированных М достигает 10—14%. Вредными примесями являются , , и , которые снижают коррозионную стойкость М В М с ограничивают содержание примесей и , так как в присутствии этих элементов не растворяется в расплавленном образуя с ними тугоплавкие нерастворимые соединения. Растворимость в уменьшают также примеси , и Н. Малые количества (иногда ) используют в качестве технологических добавок для снижения окисляемости М в расплавленном состоянии.

Таблица 1. – состав и механические свойства наиболее широко применяемых в СССР сплавов (1 Мн/м² = 0,1 кгс/мм²)

Тип сплава	состав, %
	основные компоненты					примеси, не более

ЛитейныеМ<
– –	8	0,5	0,2	–	–	–	0,25	0,06	0,01	0,1	–	0,002	0,1
	8	0,5	0,2	–	–	–	0,08	0,007	0,001	0,004	–	0,002	–
– –	–	4,5	–	0,7	–	0,02	0,03	0,01	0,005	0,03	–	0,001	–
– –	–	0,4	–	0,7	2,5	0,02	0,03	0,01	0,005	0,03	–	0,001	–
ДеформируемыеМ<
– –	4	1	0,5	–	–	–	0,15	0,05	0,005	0,05	–	0,02	0,1
– –	–	5,5	–	0,5	–	0,05	0,05	0,05	0,005	0,05	0,1	0,02	–

Тип сплава	Сумма определяемых примесей	Механические свойства при 20 °			Вид термической обработки	Предельные рабочие температуры, °		Назначение
		Мн/м²		s, %		длительно	Кратко времен- но
		s_0,2	s_b	s, %		длительно	Кратко времен- но
ЛитейныеМ<
– –	0,5	90	280	9	Закалка; закалка и старение	150	250	Сплав общего назначения
	0,14	90	280	9	То же	150	250	То же, имеет повышенную коррозионную стойкость
– –	0,2	150	300	6	Отпуск	200	250	Нагруженные детали (барабаны колес, реборды и др.)
– –	0,2	150	280	5	Закалка и старение	250	350	Жаропрочный сплав. Нагруженные детали; детали, требующие высокой герметичности, стабильности размеров
ДеформируемыеМ<
– –	0,3¹	180	290	100	Отжиг	150	200	Панели, штамповки сложной конструкции, сварные конструкции
– –	0,3¹	250 – 300²	310 – 350²	100–140	Старение	100	150	Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок

¹ Для деформируемых сплавов указано содержание прочих примесей.

² Максимальные значения – для пресcованных полуфабрикатов.

Физические свойства М даны в таблице 2. М являются самым легким металлическим конструкционным материалом. Плотность (d) М в зависимости от состава колеблется в пределах 1360—2000 кг/м³. Наименьшую плотность имеют М. Плотность наиболее широко применяемых М равна 1760—1810 кг/м³, то есть примерно в 4 раза меньше плотности стали и в 1,5 раза меньше плотности сплавов. Благодаря малой плотности детали из М обладают высокой жесткостью: относительная жесткость при изгибе двутавровых балок одинаковой массы и ширины для стали равна 1, для 8,9, для 18,9. М имеют высокую удельную теплоемкость. Температура поверхности детали из М при одинаковом количестве поглощенного тепла в 2 раза ниже по сравнению с температурой детали из малоуглеродистой стали и на 15—20% ниже, чем детали из сплава. Коэффициент термического расширения М в среднем на 10—15% больше, чем у сплавов.

Таблица 2. – Физические свойства наиболее широко применяемых в СССР сплавов

Тип сплава	Плотность, кг/м³	Коэффициент линейного расширения при 20—100 ° a·10⁶, 1/°	Коэффициент теплопроводности, вт/м·	Удельная теплоемкость, кдж/кг·	Удельное электро- сопротивление r·10⁶, ом·см
ЛитейныеМ<
– –	1810	26,8	65	1,05	13,4
– –	1810	26,2	134	0,98	6,6
– –	1780	27,7	113	0,963	8,4
ДеформируемыеМ<
– –	1790	26	83,8	1,05	12
– –	1800	20,9	117	1,03	5,65

Механические свойства наиболее широко применяемых в СССР промышленных М представлены в таблице 1. Максимальный уровень механических свойств литейных М достигнут на высокопрочных сплавах системы — — — : предел текучести s_0,2 = 260—280 Мн/м² (26—28 кгс/мм²), предел прочности s_b = 340—360 Мн/м² (34—36 кгс/мм²), относительное удлинение d = 5%. Специальные технологические приемы (например, подштамповка) позволяют увеличить s_b до 400—420 Мн/м² (40—42 кгс/мм²). Уровень свойств самых высокопрочных деформируемых М: s_0,2 = 350 Мн/м² (35 кгс/мм²), s_b = 420 Мн/м² (42 кгс/мм²), d = 5%. Предельная рабочая температура высокопрочных сплавов 150 °С. Самые жаропрочные М (литейные и деформируемые) систем — р. з. м. и — пригодны для длительной эксплуатации при 300—350 °С и кратковременной — до 400 °С. По удельной прочности (s_b/d) высокопрочные литейные М имеют преимущества по сравнению с сплавами, самые высокопрочные деформируемые находятся на одном уровне с наиболее высокопрочными деформируемыми сплавами (или несколько уступают им). Модуль упругости М равен 41—45 Гн/м² (4100—4500 кгс/мм²) (³/₅ модуля сплавов, ¹/₅ модуля сталей), модуль сдвига составляет 16—16,5 Гн/м² (1600—1650 кгс/мм²). При низких температурах модуль упругости, пределы текучести и прочности М увеличиваются, а удлинение и ударная вязкость снижаются; резкого падения пластичности, характерного для низколегированных конструкционных сталей, у М не наблюдается.

Технология. Вследствие большого сродства с при плавке М в воздушной атмосфере поверхность расплавленного металла защищают слоем флюса; в качестве флюсов применяют различные смеси и солей щелочных и щелочноземельных металлов. Чтобы избежать горения металла при литье, в состав формовочных земель вводят защитные присадки, кокили окрашивают специальными красками, в состав которых входит, например, борная кислота. Отливки получают всеми известными способами литья, в том числе литьем в песчаные, оболочковые, стержневые, гипсовые формы, литьем в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, полужидкой штамповкой. Для получения качественных отливок литниковая система строится по принципу расширяющегося потока. При затвердевании М дают большую усадку (1,1—1,5). Благодаря мелкозернистой структуре отливки из М с имеют более однородные и высокие механические свойства, чем отливки из сплавов, легированных Детали и узлы различных конструкций из деформируемых М изготовляют механической обработкой, сваркой и клепкой, объемной и листовой штамповкой. При комнатной температуре технологическая пластичность М низкая, что объясняется гексагональным строением решетки (скольжение происходит по одной плоскости базиса). При высоких температурах (200—450 °С) возникает скольжение по дополнительным плоскостям и технологическая пластичность большинства сплавов становится высокой. Поэтому все операции обработки давлением М проводятся в нагретом состоянии при малых скоростях деформации. Исключение составляют М с 10—14% , которые имеют объемно центрированную кубическую решетку и допускают обработку в холодном состоянии. При конструировании деталей из М избегают острых надрезов и резких переходов сечений. Для соединения деталей применяют различные виды сварки, а также клепку, пайку твердыми и мягкими припоями, склеивание. Сваркой исправляют дефекты литых деталей. ТолькоМ с высоким содержанием не подвергаются сварке. Большинство литых и деформированных полуфабрикатов из М подвергается упрочняющей термической обработке (закалке, старению) или отжигу для снятия внутренних напряжений (литейных, сварочных и других). М легко обрабатываются резанием — вдвое быстрее, чем М, и в 10 раз быстрее, чем стали. При работе с М следует соблюдать правила пожарной безопасности.

Методы защиты от физико- воздействий. М обладают пониженной коррозионной стойкостью из-за высокого электроотрицательного потенциала и недостаточных защитных свойств естественной окисной пленки. Защита М от коррозии осуществляется искусственно создаваемыми или электрохимическими неорганическими пленками в сочетании с лакокрасочными покрытиями. Покрытие состоит из грунтовочного пассивирующего слоя и внешних лаковых или эмалевых слоев. Надлежащая защита обеспечивает надежную работу деталей из М в атмосферных условиях, щелочных средах, минеральных маслах, бензине, керосине. М повышенной чистоты, особенно по содержанию и пригодны для эксплуатации в морском воздухе. М неприемлемы для работы в морской воде, в соляных растворах, кислотах, их растворах и парах. Коррозионная стойкость деталей в значительной степени зависит от выбора правильной конструктивной формы (исключающей скопление влаги) и такого сочетания контактирующих материалов в изделиях, которое не вызывает контактной коррозии. Некоторые высокопрочные деформируемые М склонны к коррозии под напряжением и могут применяться при условии ограничения величины длительно действующих растягивающих напряжений.

Консервация деталей и полуфабрикатов из М осуществляется с помощью пленок, жидких нейтральных обезвоженных масел, специальной смазки и другими способами в зависимости от длительности и условий хранения. Длительное хранение собранных изделий и запасных частей из М с лакокрасочным покрытием в нормальных складских условиях производится в чехлах из полихлорвиниловой или полиэтиленовой пленки с силикагелевым осушителем.

Применение. М пригодны для работы при криогенных, нормальных и повышенных температурах. Благодаря малой плотности, высокой удельной прочности, способности поглощения энергии удара и вибрационных колебаний, отличной обрабатываемости резанием М широко используются в промышленности, прежде всего для снижения массы изделий, повышения их жесткости. М применяются в автомобильной, тракторной промышленности (картеры двигателей, коробки передач, барабаны колес и другие детали), в электротехнике и радиотехнике (корпуса приборов, детали электродвигателей), в оптической промышленности (корпуса биноклей, фотоаппаратов), в текстильной промышленности (бобины, шпульки, катушки), в полиграфии (матрицы, клише, валики), в судостроении (протекторы), в авиационной и ракетной технике (детали колес, детали управления и крыла самолета, корпусные детали двигателей) и во многих других отраслях техники. Промышленностью используются главным образом литые детали из М Основное ограничение в применении М — пониженная коррозионная стойкость в некоторых средах.

Лит.: Конструкционные материалы, т. 2, М., 1964 (Энциклопедия современной техники); Рейнор Г. В., Металловедение и его сплавов, перевод с английского, (М.), 1964; Альтман М. Б., Лебедев А. А, и Чухров М. В., Плавка и литье легких сплавов, 2 изд., М., 1969.

Н. М. Тихова.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.