4.2. Загальна характеристика і класифікація магнієвих сплавів

Основними перевагами сплавів магнію є їх низька густина і висока питома міцність: _в ряду сплавів - 250...400 Н/мм² при густині до 2 г/см³.

Основний недолік сплавів магнію - низька корозійна стійкість і схильність до окислення і самоспалахування на повітрі навіть при кімнатній температурі. Це створює підвищену небезпеку в цехах обробки і виробництва магнієвих сплавів.

Основними легуючими елементами магнієвих сплавів є Al, Zn, Mn, а додатковими - Zr, Cd, Ce, Nd та ін. Механічні властивості сплавів магнию при кімнатній температурі поліпшуються при легуванні алюмінієм, цинком, цирконієм, при підвищеній – при додаванні церію, ніодиму і торію. Цирконій і церій здійснюють модифікуючий вплив на структуру сплавів магнию. Додавання 0,5-0,7 % Zr зменшує розмір зерна магнию у 80-100 разів, Zr і Mn сприяють усуванню негативного впливу домішок - заліза і нікеля.

Сплави магнію можуть бути зміцнені гартуванням і штучним старінням (температура нагрівання - до 200°С, витримка - до 16-24 год). Термічна обробка магнієвих сплавів утруднена внаслідок уповільнення процесів дифузії у твердому розчині легуючих елементів у магнії. Це потребує великої витримки не тільки при старінні, але й в процесі нагрівання під гартування (16-30 год.) для розчинення сполук легуючих елементів. Пластична деформація загартованого сплаву магнія перед його старінням (ТМО) сприяє його значному зміцненню.

Магнієві сплави добре обробляються різанням (краще, ніж сталі, сплави алюмінію і міді), легко шлифуються і поліруються. Вони задовільно зварюються методами контактного роликового і дугового зварювання.

Недоліками магнієвих сплавів є: низька корозійна стійкість і малий модуль пружності, пагані ливарні властивості, схильність до газонасичення, окислення і спалахування при їх виготовленні. Плавку і розливання сплавів магнію ведуть під спеціальними флюсами.

Магнієві сплави класифікують за рядом ознак:

1) за технологією виробництва - на ливарні (маркують літерами МЛ) і деформівні (маркують літерами МА);

2) за механічними властивостями - на сплави невисокої і середньої міцності, високоміцні сплави и жароміцні сплави;

3) за схильністю до зміцнення за допомогою термічної обробки - на сплави, які зміцнюються термічною обробкою і сплави, які не зміцнюються термічною обробкою.

4.3. Деформівні магнієві сплави

Властивості деяких сплавів магнію наведені в таблиці 4.1. Серед цих сплавів найбільш високими міцностними властивостями володіють сплави магнію з алюмінієм та магнію з цинком, які додатково леговані цирконієм, кадмієм, рідкоземельними металами.

Алюміній і цинк володіють високою розчинністю у магнії (відповідно до 12,1 % при 436°С для Al і до 8,4 % при 340°С для Zn). Підвищення їх вмісту викликає зміцнення сплаву як за рахунок легування твердого розчину, так і в результаті появи вторинних зміцнюючих фаз - Mg₄Al₃ и Mg₃Zn₃Al₂ .

Таблиця 4.1 - Хімічний склад і механічні властивості деяких

магнієвих сплавів

Марка сплаву	Вміст елементів, % масс. (інше- Mg)		Механічні властивості
			в, Н/мм2	т, Н/мм2	, %
1. Деформівні сплави (після гартування і старіння)
МА5 МА11 МА14 МА19	Mn - 0,15-0,5, Zn - 0,2-0,8, Al - 7,8-9,2 Mn - 1,5-2,5, Nd - 2,5-4, Ni - 0,1-0,25 Zn - 5-6, Zr - 0,3-0,9 Zn - 5,5-7,Zr - 0,5-1,Cd - 0,2-1, Nd -1,4-2	320 280 350 380		220 140 300 330	14 10 9 5
2. Ливарні сплави (після гартування і старіння)
МЛ5 МЛ8	Al - 7,5-9, Mn - 0,15-0,5, Zn - 0,2-0,8 Zn - 5,5-6,6, Zr - 0,7-1,1, Cd - 0,2-0,8		255 255	120 155	6 5
3. Ливарні сплави (у литому стані)
МЛ10 МЛ15	Nd - 2,2-2,8, Zr - 0,4-1, Zn - 0,1-0,7 Zn - 4-5, Zr - 0,7-1,1, La - 0,6-1,2		200 210	95 130	8 3

Однак, в промислові сплави не вводять больше, ніж 10% алюмінію и 6% цинку тому, що відбувається зниження їх пластичності в результаті появи великої кількісті проміжних фаз. Приклад структури деформівного магнієвого сплаву наведений на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 – Мікроструктура сплаву МА5 після пресування і відпалу: - твердий розчин (світлі кристали і темні включення інтерметаліду Mg₄Al₃ і марганцевистої фази  (Mn): х150.

Зменшення розчинністі легуючих елементів зі зменшенням температури (у 6-8 разів для Al и Zn) дає змогу зміцнювати такі сплави гартуванням і старінням. Ефект зміцнення виявляється порівняно невеликим (біля 30 %) внаслідок утворення при старінні одразу стабільних фаз з відносно великою відстанню між їх частинками, крм того, схильними до коагуляції.

Цинк і алюміній надають сплавам добру технологічну пластичність, що дозволяє виготовляти з них ковані і штамповані деталі складної форми (крильчатки і жалюзі капоту літака). Сплави с низьким вмістом алюмінію застосовують у гарячепресованому або відпаденому станах, оскільки вони у незначній мірі зміцнюються в результаті гартування і старіння. Сплави з високим вмістом алюмінію, додатково леговані сріблом і кадмієм (МА10), володіють максимальними міцністю (межа міцності - 430 Н/мм²) і питомою міцністю серед магнієвих сплавів.

Кадмій, легуючи твердий розчин, підвищує механічні властивості і технологічну пластичність сплавів. Срібло також легує твердий розчин, оскільки має високу розчинність (до 15,5%) у магнії. Наявність високолегованого Al, Ag и Cd твердого розчину та великої кількості зміцнюючої фази Mg₄Al₃ забезпеує високу міцність таких сплавів.

Високоміцні сплави магнію з цинком додатково легують цирконієм (МА14), кадмієм, РЗМ (МА15, МА19). Збільшення вмісту цинку забезпечує зміцнення магнієвих деформівних сплавів у результаті легування твердого розчину і появи інтерметалідної фази MgZn₂, але для зберігання достатньої технологічної пластичності концентрацію цинку обмежують 5-6 %. Цинк сприяє зміцненню і підвщенню пластичності сплавів безпосередньо у деформованому стані, що робить недоцільним проведення термічної обробки таких сплавів. З даних таблиці 4.1 виходить, що додатковому зміцненню деформівних магнієвих сплавів з цинком сприяє їх легування кадмієм (легування твердого розчину) і рідкоземельними металами (утворення проміжних інтерметалідних фаз).