6.2. Магниевые сплавы
Магниевые сплавы обладают рядом положительных свойств, в числе которых:
малая плотность (1738 кг/м3) и меньший вес деталей из них: по сравнению с алюминиевыми сплавами на 20...30%, а со сталью и чугуном на 50...75 %;
высокая удельная (в/ρ) прочность, выраженная способность воспринимать ударные вибрационные нагрузки и высокое сопротивление усталости;
отличная обрабатываемость резанием, значительно превышающая таковую как для алюминиевых, так и особенно для медных сплавов и стали.
Магниевые сплавы как высокопрочные конструкционные сплавы применяются в тех случаях, когда выигрыш в весе имеет важное значение (авиация, ракетостроение, автомобилестроение и др.). Из них могут изготовлять корпусные детали, так как магниевые сплавы обладают высокой демпфирующей способностью.
Магний имеет высокую химическую активность (Tпл = 651 °С), воспламеняется при температуре 632 °С и горит ослепительно ярким светом. В связи с этим производство отливок из магниевых сплавов в отличие от обычно применяемых приемов для других сплавов требует соблюдения особых правил на всех стадиях технологического процесса. Следует отметить также, что оксидная пленка МgО из-за своей пористости не обладает достаточными защитными свойствами.
Выпускают три марки первичного магния: Мг90, Мг95 и Мг96 (в зависимости от количества примесей — соответственно 0,1, 0,05 и 0,04 %). Вредными примесями для магниевых сплавов являются Fе, Ni, Сu. Их содержание не должно превышать, %: Fе 0,08; Ni 0,01; Сu 0,1, так как эти элементы сильно снижают коррозионную стойкость.
Химический состав и механические свойства магниевых литейных сплавов по ГОСТ 2856—79 (изм. в 1988 г.) приведены соответственно в табл. 6.2 и 6.3.
Для маркировки литейных магниевых сплавов используют буквы «МЛ» (магниевый литейный) и число, обозначающее номер сплава; буквы в конце марки указывают на следующее: «он» — общее назначение сплава, «пч» — его повышенная чистота.
В основном магниевые сплавы относятся к системам Мg—А1— Zn (МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6) и Мg-2п (МЛ8, МЛ12, МЛ15). При температуре эвтектики 436 "С в магнии растворяется 12 % А1 (правый угол двойной системы А1—Мg на рис. 6.3) и 8,5 % Zn при температуре эвтектики 335 °С (также в двойной системе Мg—Zn), что свидетельствует о широком интервале кристаллизации сплавов этой системы (150...250°С).
Двойные сплавы Мg—Zn не используются из-за очень плохих литейных свойств, связанных с очень широким интервалом кристаллизации — 250... 350 ˚С.
Элементы цирконий, неодим, церий, иттрий, кадмий, индий, лантан используют в магниевых сплавах как основные или вспомогательные упрочнители. В сплавах МЛ9, МЛ10, МЛ19 основным легирующим элементом является неодим, его концентрация приближается к предельной растворимости в магнии. Кроме того, он образует интерметаллидную фазу Мg2Nd. Названные сплавы обладают высокой жаропрочностью — их рабочая температура составляет 250... 300 ˚С.
Добавки циркония измельчают зерно. Добавки кадмия целиком находятся в твердом растворе. Лантан образует самостоятельную фазу Lа2Мg17.
В литом состоянии магниевые сплавы имеют крупнозернистую структуру. Для измельчения используют модифицирование путем переплава или введением углеродсодержащих модификаторов — гексахлорэтана, гексахлорбензола, мела, мрамора, магнезита, углекислого газа, ацетилена.
Для не содержащих алюминий магниевых сплавов модифицирование осуществляется цирконием (0,5...0,7%) или кальцием (0,1... 0,2 %). Модифицирование приводит к измельчению первичных выделений твердого раствора и интерметаллидных включений, что в итоге улучшает не только механические, но и литейные свойства сплавов.
Особенности литейных свойств магниевых сплавов. Ниже приведены интервалы кристаллизации некоторых литейных магниевых сплавов, свидетельствующие о том, что большинство из них являются широкоинтервальными [3]:
Жидкотекучесть литейных магниевых сплавов примерно такая же, как и у алюминиевых сплавов с соответствующими интервалами кристаллизации.
Отливки из магниевых сплавов поражены усадочной пористостью. Усадочные раковины незначительны. Поэтому отливки, хотя и изготовляются с прибылями, подвергаются пропитке для увеличения герметичности.
Отливки из магниевых сплавов в большей степени, чем алюминиевые сплавы, склонны к горячим трещинам, что связано с меньшим (практически в 2 раза) коэффициентом теплопроводности (213 против 131 Вт/(м·К)). Особенно это относится к отливкам, изготовляемым в металлических формах.
Магниевые литейные сплавы сильнее, чем алюминиевые сплавы, склонны к насыщению газами, особенно водородом. В алюминиевых сплавах содержание Н2 составляет 1... 5 см3/100 г сплава, а в магниевых сплавах оно достигает 20...30 см3/100 г. Магниевые сплавы чувствительны даже к влажному воздуху, из-за этого происходит отсыревание флюса, под слоем которого в обязательном порядке проводится плавка.
Так же, как и алюминиевые сплавы, литейные магниевые сплавы склонны к образованию плен и неметаллических включений. Поэтому для отливок применяют расширяющиеся литниковые системы. Для очистки магниевых сплавов от неметаллических включений используют фильтрацию через сетчатые фильтры с размерами ячейки 1x1 мм, а также более тонкую очистку через зернистые (магнезит, графит, кокс) фильтры.
Широкий интервал кристаллизации является основной причиной высокой склонности к дендритной ликвации, поэтому одним из видов термической обработки магниевых сплавов является гомогенизация (режимы Т4, Т6).
