3. Магниевые сплавы

Магний - самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1740 кг/м³ температура плавления 650°С. Он кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной решетке и не претерпевает полиморфных превращений. В литом состоянии магний имеет низкие значения прочности (σ_в=100 МПа) и пластичности (δ=5-7 %), в деформированном и отожженном состоянии σ_в= 180 МПа и δ ≤ 15 %.

Технически чистый магний содержит 99,8—99,9% магния. Это непрочный металл с низкой тепло- и электро­проводностью.

Чистый магний характеризуется высокой химической активностью и легко окисляется. Оксидная пленка MgO имеет значительно большую плотность (3,2 г/см³), чем чистый магний, и склонна к растрескиванию. При нагреве оксидная пленка теряет свои защитные свойства, скорость окисления магния быстро возрастает, а при 623°С магний воспламеняется на воздухе.

 Из-за низких механических свойств технический магний как конструкционный материал не применяется. Его используют в пиротехнике и химической промышленности для синтеза органических препаратов, а также в металлургии в качестве раскислителя, восстановителя и модификатора.

Для улучшения прочностных свойств в магний добавля­ют алюминий, кремний, марганец, торий, церий, цинк, цирконий и под­вергают термообработке.

Магниевые сплавы широко применяют в авиастроении, ракетной технике, при изготовлении различных транспортных машин, так как при малой объемной массе они имеют высокую удельную прочность, что позволяет снизить массу двигателей и агрегатов и других узлов машин. Ценным свойством магниевых сплавов является то, что они хорошо поглощают механические вибрации. Вместе с тем магниевые сплавы обладают рядом недостатков. Они значительно уступают алюминиевым сплавам по пластичности и коррозионной стойкости; отличаются очень высокой окисляемостью в жидком состоянии, способны воспламеняться при температуре 400—550°С, что затрудняет изготовление отливок.

В зависимости от способа получения изделий магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые сплавы применяют для изготовления деталей ли­тьем. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последующим старением. Литейные свойства у магниевых сплавов низкие: плохая жидкотекучесть, большая линейная усадка, склонность к образованию усадочных рыхлот и горячих трещин. Литейные магниевые сплавы обозначают буквами МЛ (магниевый, литейный) и цифрами, указывающими номер сплава, например МЛ5, MЛ6, МЛ8.

В зависимости от химического состава их разделяют на три основные группы:

- сплавы на основе системы Mg— Al — Zn,

-Mg — Zn — Zr

- Mg — РЗЭ - Zr (РЗЭ — редкоземельные элементы). Лучшими, чем у других магниевых сплавов, литейными свойствами отличаются наиболее широко применяемые сплавы системы Mg— Al —Zn МЛ5 и МЛ6, относящиеся к высокопрочным сплавам (σ_в до 220 МПа). Их используют при изготовлении нагруженных деталей двигателей автомобилей, самолетов с рабочими температурами до 150°С.

Сплав МЛ4, обладающий высокой коррозионной стойкостью, склонен к микропористости и к образованию горячих трещин.По сравнению со сплавами системы Mg— Al —Zn сплавы системы Mg — Zn — Zr обладают более высокими прочностными свойствами (σ_в = 220÷250 МПа), меньшей чувствительностью механических свойств к влиянию микрорыхлот. Типичным представителем этой группы сплавов является сплав МЛ 12, отличающийся более высокими пластическими свойствами по сравнению со сплавами 1 группы, большей коррозионной стойкостью, лучшими литейными свойствами.

Легирование цирконием повышает жаропрочность магниевых сплавов. Сплавы этой группы - МЛ8, МЛ 15 дополнительно легированы кадмием, лантаном и неодимом, что улучшает их технологические и механические свойства. Сплавы этой группы применяют для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при ударных нагрузках и повышенных (до 150—200°С) температурах.

Сплавы системы Mg — РЗЭ - Zr (МЛ9, МЛ 10, МЛ11, МЛ19) используют как жаропрочные. При длительной эксплуатации они могут работать до 250— 300°С, а при кратковременной — до 400°С. Основным легирующим элементом в сплавах МЛ9, МЛ 10, МЛ 19 является неодим, а в МЛ11—цериевый мишметалл (75% Се, остальное—РЗЭ). Все сплавы третьей группы легированы также цирконием, они обладают хорошими литейными и технологическими свойствами

Деформируемые магниевые сплавы предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5.

Контрольные вопросы

1. Опишите основные свойства чистого магния.

2. Дайте классификацию магниевых сплавов по области применения

3. Назовите основные легирующие элементы для магниевых сплавов.

4. Назовите системы легирования основных групп литейных магниевых сплавов.

5 . Какими свойствами обладает оксидная пленка магния?

6. Назовите марки деформируемых магниевых сплавов.

7. Назовите марки литейных магниевых сплавов.