Magnija sakausējumi: pielietojums, klasifikācija un īpašības

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Magnija sakausējumiem ir vairākas unikālas fizikālās un ķīmiskās īpašības, no kurām galvenās ir zems blīvums un augsta izturība. Šo īpašību kombinācija materiālos, pievienojot magniju, ļauj ražot produktus un konstrukcijas ar augstām izturības īpašībām un mazu svaru.

Magnija īpašības

Rūpnieciskā magnija ražošana un izmantošana sākās salīdzinoši nesen – tikai pirms aptuveni 100 gadiem. Šim metālam ir maza masa, jo tam ir salīdzinoši zems blīvums (1,74 g / cmᶟ), laba izturība pret gaisu, sārmiem, gāzveida vidi, kas satur fluoru un minerāleļļas.

Tā kušanas temperatūra ir 650 grādi. To raksturo augsta ķīmiskā aktivitāte līdz pat spontānai sadegšanai gaisā. Tīra magnija stiepes izturība ir 190 MPa, elastības modulis ir 4500 MPa, un relatīvais pagarinājums ir 18%. Metālam ir augsta amortizācijas spēja (efektīvi absorbē elastīgās vibrācijas), kas nodrošina to arlieliska triecienizturība un samazināta jutība pret rezonanses parādībām.

Citas šī elementa īpašības ietver labu siltumvadītspēju, zemu spēju absorbēt termiskos neitronus un mijiedarboties ar kodoldegvielu. Pateicoties šo īpašību kombinācijai, magnijs ir ideāls materiāls, lai izveidotu hermētiski noslēgtus kodolreaktoru augstas temperatūras elementu apvalkus.

Magnijs labi sakausē ar dažādiem metāliem un ir viens no spēcīgajiem reducētājiem, bez kura nav iespējams metalotermiskais process.

Tīrā veidā to galvenokārt izmanto kā leģējošu piedevu sakausējumos ar alumīniju, titānu un dažiem citiem ķīmiskiem elementiem. Melnajā metalurģijā magniju izmanto tērauda un čuguna dziļai atsērošanai, un pēdējā īpašības uzlabo grafīta sferoidizācija.

Magnijs un leģējošās piedevas

Visizplatītākie sakausējumi, ko izmanto sakausējumos uz magnija bāzes, ietver tādus elementus kā alumīnijs, mangāns un cinks. Caur alumīniju uzlabojas struktūra, palielinās materiāla plūstamība un izturība. Cinka ieviešana ļauj iegūt arī stiprākus sakausējumus ar samazinātu graudu izmēru. Ar mangāna vai cirkonija palīdzību tiek palielināta magnija sakausējumu izturība pret koroziju.

Cinka un cirkonija pievienošana nodrošina lielāku metālu maisījumu stiprību un elastību. Un dažu retzemju klātbūtneelementi, piemēram, neodīms, cērijs, itrijs utt., ievērojami palielina magnija sakausējumu karstumizturību un palielina mehāniskās īpašības.

Lai izveidotu īpaši vieglus materiālus ar blīvumu no 1,3 līdz 1,6 g/mᶟ, sakausējumos tiek ievadīts litijs. Šī piedeva ļauj samazināt to svaru uz pusi salīdzinājumā ar alumīnija metālu maisījumiem. Tajā pašā laikā to plastiskuma, plūstamības, elastības un izgatavojamības rādītāji sasniedz augstāku līmeni.

Magnija sakausējumu klasifikācija

Magnija sakausējumi tiek klasificēti pēc vairākiem kritērijiem. Tas ir:

• pēc apstrādes metodes - liešanai un deformējamai;
• atbilstoši termiskās apstrādes jutības pakāpei - uz nesacietējušu un termiski sacietējušu;
• pēc īpašībām un pielietojuma - karstumizturīgiem, augstas stiprības un vispārējas nozīmes sakausējumiem;
• atbilstoši sakausējuma sistēmai - ir vairākas nerūdāmu un termiski rūdāmu k altu magnija sakausējumu grupas.

Liešanas sakausējumi

Šajā grupā ietilpst sakausējumi ar magnija piedevu, kas paredzēti dažādu detaļu un elementu ražošanai ar formas liešanu. Tām ir dažādas mehāniskās īpašības, atkarībā no kurām tās iedala trīs klasēs:

• vidēja stipruma;
• augsta izturība;
• karstumizturīgs.

Kīmiskā sastāva ziņā sakausējumus iedala arī trīs grupās:

• alumīnijs + magnijs + cinks;
• magnijs + cinks + cirkonijs;
• magnijs + retzemeelementi + cirkonijs.

Sakausējumu liešanas īpašības

Labākās liešanas īpašības starp šo trīs grupu produktiem ir alumīnija-magnija sakausējumi. Tie pieder augstas stiprības materiālu klasei (līdz 220 MPa), tāpēc tie ir labākais risinājums dzinēju detaļu ražošanai lidmašīnām, automašīnām un citām iekārtām, kas darbojas mehāniskās un termiskās slodzes apstākļos.

Lai palielinātu stiprības raksturlielumus, alumīnija-magnija sakausējumus leģē arī ar citiem elementiem. Bet dzelzs un vara piemaisījumu klātbūtne nav vēlama, jo šiem elementiem ir negatīva ietekme uz sakausējumu metināmību un izturību pret koroziju.

Lietus magnija sakausējumus sagatavo dažāda veida kausēšanas krāsnīs: reverberācijas krāsnīs, tīģeļu krāsnīs ar gāzes, eļļas vai elektrisko apkuri vai tīģeļu indukcijas krāsnīs.

Īpašas plūsmas un piedevas tiek izmantotas, lai novērstu degšanu kausēšanas un liešanas laikā. Lējumus ražo, lejot smilšu, ģipša un čaumalu veidnēs, zem spiediena un izmantojot investīciju modeļus.

Apk alti sakausējumi

Salīdzinot ar lietiem sakausējumiem, k altie magnija sakausējumi ir stiprāki, elastīgāki un stingrāki. Tos izmanto sagatavju ražošanai, velmējot, presējot un štancējot. Kā izstrādājumu termiskā apstrāde tiek izmantota sacietēšana 350-410 grādu temperatūrā, kam seko patvaļīga dzesēšana bez novecošanas.

Kad sildapalielinās šādu materiālu plastmasas īpašības, tāpēc magnija sakausējumu apstrāde tiek veikta ar spiediena palīdzību un augstā temperatūrā. Štancēšana tiek veikta 280-480 grādos zem presēm ar slēgtu presformu palīdzību. Aukstajā velmēšanā bieži tiek veikta starpposma pārkristalizācijas atkausēšana.

Metinot magnija sakausējumus, izstrādājuma šuves stiprība var samazināties segmentos, kur veikta metināšana, jo šādi materiāli ir jutīgi pret pārkaršanu.

Magnija sakausējumu pielietojuma jomas

Lietot, deformējot un termiski apstrādājot sakausējumus, tiek ražoti dažādi pusfabrikāti - lietņi, plātnes, profili, loksnes, kalumi u.c. Šīs sagataves tiek izmantotas modernu tehnisko ierīču elementu un detaļu izgatavošanai, kur prioritāra loma ir konstrukciju svara efektivitātei (samazinātam svaram), saglabājot to stiprības raksturlielumus. Salīdzinot ar alumīniju, magnijs ir 1,5 reizes vieglāks un 4,5 reizes vieglāks par tēraudu.

Pašlaik magnija sakausējumu izmantošana tiek plaši izmantota kosmosa, automobiļu, militārajā un citās nozarēs, kur to augstās izmaksas (dažas kategorijas satur diezgan dārgus leģējošus elementus) no ekonomiskā viedokļa ir pamatotas ar iespēja izveidot izturīgāku, ātrāku, jaudīgāku un drošāku aprīkojumu, kas var efektīvi darboties ekstremālos apstākļos, tostarp augstā temperatūrā.

Lielā elektriskā potenciāla dēļ šie sakausējumi ir optimāls materiāls, lai izveidotu aizsargus, kas nodrošina tērauda konstrukciju, piemēram, automašīnu detaļu, pazemes konstrukciju, naftas platformu, jūras kuģu utt., elektroķīmisko aizsardzību pret korozijas procesiem. mitruma, saldūdens un jūras ūdens ietekmē.

Sakausējumi ar magnija piedevu ir izmantoti arī dažādās radioinženierijas sistēmās, kur no tiem izgatavo skaņas kanālus ultraskaņas līnijām, lai aizkavētu elektriskos signālus.

Secinājums

Mūsdienu rūpniecība izvirza arvien augstākas prasības materiāliem attiecībā uz to izturību, nodilumizturību, izturību pret koroziju un izgatavojamību. Magnija sakausējumu izmantošana ir viena no perspektīvākajām jomām, tādēļ pētījumi, kas saistīti ar jaunu magnija īpašību meklēšanu un tā pielietošanas iespējām, neapstājas.

Šobrīd uz magnija bāzes izgatavotu sakausējumu izmantošana dažādu detaļu un konstrukciju izveidē ļauj samazināt to svaru gandrīz par 30% un palielināt stiepes izturību līdz 300 MPa, taču, pēc zinātnieku domām, š.g. ir tālu no šī unikālā metāla ierobežojuma.