4.2 Маркування магнієвих сплавів

Для позначення марки використовують букви та цифри. Приклад маркування: МЛ5, МА6, МА2пч, МЛ5он. Принцип маркування: буква М – сплав на основі магнію, Л – ливарний сплав, А – деформівний сплав; букви пч наприкінці марки – сплав підвищеної чистоти із зниженим вмістом шкідливих домішок Fe, Ni, Cu, он – загального призначення. Цифра – умовний номер сплаву за стандартом. Хімічний склад деформівних та ливарних магнієвих сплавів наведено в додатку 4.

4.3 Класифікація магнієвих сплавів

Магнієві сплави класифікують за наступними ознаками.

Класифікація за способом виробництва:

1. Деформівні.

2. Ливарні.

Класифікація за рівнем міцності:

1. Маломіцні.

2. Середньої міцності.

3. Високоміцні сплави.

Класифікація за густиною:

1. Надлегкі. До цієї категорії відносяться сплави з літієм.

2. Легкі (всі інші магнієві сплави).

Класифікація за можливою температурою експлуатації:

1. Призначені для роботи при звичайних температурах (сплави загального призначення).

2. Жароміцні (для тривалої експлуатації до 200°С).

3. Високожароміцні (для тривалої експлуатації до 250…300°С).

4. Для роботи в умовах криогенних температур.

4.4 Деформівні магнієві сплави

За основними легувальними елементами деформівні магнієві сплави поділяють на п’ять основних груп [3]:

1. Сплави системи Mg-Mn мають добру технологічність та зварюваність. Сплави не зміцнюються термічною обробкою, хоча і спостерігається змінна розчинність марганцю в гратці магнію (рис.4.3, а). Основною метою введення Mn є покращення зварюваності та підвищення корозійної стійкості. Представник групи – сплав МА1. З нього виготовляють ємності для бензину, мастила, деталі трубопроводів. Подвійні сплави Mg-Mn майже не використовують, більше застосування має сплав МА8, що містить 1,3% Mn, 0,2%Се. Структура сплаву складається з фаз: -твердий розчин заміщення атомів Mn в гратці Mg, Mn, Mg₁₂Се. Мікроструктура сплаву МА8 наведена на рис.4.13. Церій утворює дисперсні частинки, подрібнює зерно, внаслідок чого зростає міцність, пластичність, деформівність. Сплав не зміцнюється термічною обробкою. Сплав МА8 має високу технологічну пластичність, середню міцність (_в = 240…260 МПа,  = 7…12%). Використовується для виготовлення ємностей для бензину, мастила, деталей трубопроводів, листів для обшивки, деталей електрохімічного призначення, плит для панелей літаків.

2. Сплави системи Mg-Al-Zn-Mn. До цієї групи належать сплави МА2-1, МА2-1пч, МА5. Мікроструктура сплаву МА5 наведена на рис.4.14. Сплави мають більшу міцність (_в = 260…280 МПа) порівняно із сплавом МА8, більш технологічні при деформуванні, добре зварюються. Недолік сплавів – це схильність до корозії під навантаженням. Алюміній та цинк добре розчиняються в гратці магнію при підвищених температурах. Із зниженням температури розчинність зменшується, що пов’язано з виділенням зміцнювальних фаз:  (Mg₁₇Al₁₂) та  (Mg₃Zn₃Al). Із сплавів МА2-1 та МА2-1пч виготовляють деталі вертольотів, оперення, люки, дверцята, сидіння, шпангоути, деталі внутрішнього набору літака, панелі. Деталі вантажнопідйомних машин, причепи вантажних автомобілів та автобусів; деталі переносного інструменту, різних приборів та установок виготовляють зі сплаву МА5.

а – литий стан; б – відпалений стан.

Рисунок 4.13 – Мікроструктура сплаву МА8

(структура: -твердий розчин + -фаза (Mn) + Mg₁₂Ce), 200 [2]

а б

а – МА5, пресований пруток, відпалений стан, 150.

-твердий розчин + -фаза (Mn) + Mg₁₇Al₁₂. По межах та всередині зерен складнолегованого -твердого розчину виділяються частинки -фази (Mg₁₇Al₁₂);

б – МА5, пресований пруток, загартований стан, 250.

-твердий розчин (світлого кольору) + -фаза (Mn) (темного кольору)

Рисунок 4.14 – Мікроструктура сплаву МА5 [2]

(при друкуванні зменшено в 1,5 рази)

3. Сплави системи Mg-Zn-Zr. До цієї групи належать сплави МА14, МА15, МА19, МА20. Сплави мають високу міцність, що зумовлено дією цирконію. Цирконій сприяє очищенню металу від заліза (утворює сполуки Zr₂Fe₃, ZrFe, що осаджуються з розплаву), подрібнює зерно, стримує ріст зерен при рекристалізації, підвищує опір корозії. Найбільшу міцність серед сплавів цієї групи має сплав МА19 додатково легований неодимом та кадмієм (_в = 380…400 МПа). Недоліком сплавів є схильність до утворення тріщин, що ускладнює деформування при підвищених температурах і зварюваність. Сплави призначені для виготовлення навантажених незварюваних деталей (обшивка літаків, деталі вантажнопідйомних машин, деталі космічних апаратів, штамповані барабани авіаційних колес, деталі вузлів управління).

4. Сплави системи Mg-Nd (МА11, МА12) відносять до жароміцних, їх використовують для деталей, які в процесі експлуатації нагріваються до 250…300°С. Вміст неодиму в сплавах знаходиться в межах 2,5…3,5%. Жароміцність сплавів підвищується внаслідок стабілізації твердого розчину неодимом та уповільнення коагуляції зміцнювальної фази Mg₉Nd. Додатково сплави легують марганцем і нікелем (МА11), цирконієм (МА12). Марганець та нікель підвищують опір повзучості, тривалу міцність. Але введення нікелю знижує опір корозії. Цирконій сприяє подрібненню зерна, поліпшує технологічну пластичність. Сплави системи Mg-Nd можуть зміцнюватися термообробкою.

5. Сплави системи Mg-Li. До цієї групи належать сплави МА18, МА21. Основна галузь використання сплавів літако- та вертольотобудування. Зі сплаву МА18 виготовляють деталі приладів та апаратів які працюють при кімнатній та криогенних температурах, зі сплаву МА21 – крупногабаритні поковки та штамповки. При введені літію (_Li  0,53 г/см³) в магній зменшується густина магнієвих сплавів. Фазовий склад сплавів системи Mg-Li (рис.4.2): -твердий розчин заміщення на основі Li, гратка ОЦК; -твердий розчин заміщення на основі Mg, гратка ГЩП. Внаслідок присутність -фази в структурі магнієвих сплавів підвищується пластичність та технологічність при обробці тиском, що пояснюється більшою кількістю систем ковзання в ОЦК гратці порівняно з ГЩП граткою.

Збільшення вмісту літію призводить до зменшення показників міцності. Для збереження певного рівня міцності сплави додатково легують алюмінієм, цинком, кадмієм, РЗМ.

В залежності від вмісту Li сплави поділяються на три групи [12]:

- сплави з концентрацією Li менше 5,7% (мас.) мають однофазну структуру: -твердий розчин. Густина цих сплавів на 5…10% менша за густину звичайних магнієвих сплавів, а механічні властивості знаходяться на рівні стандартних деформівних сплавів середньої міцності.

- сплави з вмістом Li 5,7…10,3% (мас.) мають двофазну структуру:  + . Збільшення вмісту літію підвищує пластичність але знижує міцність.

- сплави з вмістом Li  10,3% (мас.) мають однофазну структуру -твердого розчину. Це надлегкий конструкційний матеріал з високою пластичністю.

Сплави на основі системи Mg-Li відносяться до надлегких. Переваги цих сплавів порівняно з іншими магнієвими сплавами: більш висока пластичність та деформівність; високий питомий модуль пружності; підвищена границя плинності при стиснені (в 1,5…2,5 рази більша ніж у інших магнієвих сплавів); незначна анізотропія механічних властивостей; достатньо високі механічні властивості (в тому числі пластичність та ударна в’язкість) при кріогенних температурах; менша чутливість до надрізу та висока ударна в’язкість; висока питома теплоємність; можливість виготовлення зварних конструкцій; високий опір згину.

В групу магнієвих сплавів малої міцності входить сплав МА1 (система Mg-Mn), а в групу середньої міцності сплави Mg-Mn (МА8), МА2 (Mg-Al-Zn-Mn).

В групу високоміцних магнієвих сплавів входять сплави системи Mg-Al-Zn-Mn (МА2-1, МА3, МА5), Mg-Zn-Zr (МА14, МА15, МА19, МА20).

Жароміцні магнієві сплави ділять на три групи:

1. Сплави, які тривалий час (більше 100 год.) працюють до 125…150°С. До цієї групи належать сплави МА1, МА2, МА2-1, МА5, МА19, МА20, МА21.

2. Сплави, які тривалий час працюють до 200°С. До цієї групи належить сплав МА8.

3. Сплави, які тривалий час працюють до 250…300°С. До цієї групи належать сплави МА11, МА12, МА14.