4.2. Общая характеристика и классификация магниевых сплавов

Основным преимуществом сплавов магния является их низкая плотность и высокая удельная прочность: предел прочности ряда сплавов достигает 250-400 Н/мм² при плотности до 2 г/см³.

Основной недостаток сплавов магния - низкая коррозионная стойкость и склонность к окислению и самовозгоранию на воздухе даже при комнатной температуре. Это создает повышенную опасность в цехах по обработке и производству магниевых сплавов.

Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, Mn, а дополнительными - Zr, Cd, Ce, Nd и др. Механические свойства сплавов магния при комнатной температуре улучшаются при легировании алюминием, циником, цирконием, при повышенной - добавками церия, ниодима и тория. Цирконий и церий оказывают модифицирующее влияние на структуру сплавов магния. Добавка 0,5-0,7 % Zr уменьшает размер зерна магния в 80-100 раз, Zr и Mn способствуют устранению отрицательного влияния примесей - железа и никеля.

Сплавы магния могут быть упрочнены закалкой и искусственным старением (температура нагрева - до 200 °С, выдержка - до 16-24 ч). термическая обработка магниевых сплавов затруднена из-за замедления процессов диффузии в твердом растворе легирующих элементов в магнии. это требует большой выдержки не только при старении, но и в процессе нагрева под закалку (16-30 ч) для растворения соединений легирующих элементов. Пластическая деформация закаленного сплава магния перед его старением (ТМО) способствует его значительному упрочнению.

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, сплавы алюминия и меди), легко шлифуются и полируются. Они удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой.

Недостатками магниевых сплавов являются: низкая коррозионная стойкость и малый модуль упругости, плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их изготовлении. Плавку и разливку сплавов магния ведут под специальными флюсами.

Магниевые сплавы классифицируются:

1. По технологии изготовления - на литейные (маркируют буквами МЛ) и деформируемые (маркируют буквами МА);

2. По механическим свойствам - на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные сплавы и жаропрочные сплавы;

3. По склонности к упрочнению с помощью термической обработки - на сплавы, упрочняемые термической обработкой и сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

4.3. Деформируемые магниевые сплавы

Свойства ряда сплавов магния приведены в таблице 4.1. Среди этих сплавов наиболее высокими прочностными свойствами обладают сплавы магния с алюминием и магния с цинком, легированные дополнительно цирконием, кадмием, редкоземельными металлами.

Таблица 4.1 - Химический состав и механические свойства некоторых

магниевых сплавов

Марка сплава	Содержание элементов, % масс, (остальное - магний)	Механические свойства
		в, Н/мм2	т, Н/мм2	, %
1. Деформируемые сплавы ( после закалки и старения)
МА-5 МА 11 МА 14 МА 19	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. Литейные сплавы (после закалки и старения)
МЛ 5 МЛ 8	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. Литейные сплавы (в литом состоянии)
МЛ 10 МЛ 15	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

Алюминий и цинк обладают высокой растворимостью в магнии (соответственно до 12,1 % при 436 °С для алюминия и до 8,4 % при 340 °С для цинка). Повышение их содержания приводит к упрочнению сплава как за счет легирования твердого раствора, так и в результате появления вторичных упрочняющих фаз - Mg₄Al₃ и Mg₃Zn₃Al₂ . Однако, в промышленные сплавы не вводят больше 10 % алюминия и 6 % цинка из-за снижения их пластичности в результате появления большого количества промежуточных фаз. Уменьшение растворимости легирующих элементов с понижением температуры (в 6-8 раз для Al и Zn) дает возможность упрочнять такие сплавы закалкой и старением. Эффект упрочнения оказывается сравнительно небольшим (около 30 %) вследствие образования при старении сразу стабильных фаз с относительно большим расстоянием между их частицами, кроме того, склонных к коагуляции.

Цинк и алюминий придают сплавам хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготавливать из них кованые и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолета). Сплавы с низким содержанием алюминия применяются в горячепрессованном или отожженном состояниях, поскольку незначительно упрочняются в результате закалки и старения. Сплавы с высоким содержанием алюминия, дополнительно легированные серебром и кадмием (МА10), обладают самой высокой прочностью (предел прочности - 430 Н/мм²) и удельной прочностью среди магниевых сплавов.

Кадмий, легируя твердый раствор, повышает механические свойства и технологическую пластичность сплавов. Серебро также легирует твердый раствор, поскольку имеет высокую растворимость (до 15,5%) в магнии. Наличие высоколегированного Al, Ag и Cd твердого раствора и большого количества упрочняющей фазы Mg₄Al₃ обеспечивает высокую прочность таких сплавов.

Высокопрочные сплавы магния с цинком дополнительно легируют цирконием (МА14), кадмием, РЗМ (МА15, МА19). Увеличение содержания цинка приводит к упрочнению магниевых деформируемых сплавов в результате легирования твердого раствора и появления интерметаллидной фазы MgZn₂, но для сохранения достаточной технологической пластичности содержание цинка ограничивают 5-6 %. Цинк способствует упрочнению и повышению пластичности сплавов непосредственно в деформированном состоянии, что делает нецелесообразным проведение термической обработки таких сплавов. Из данных таблицы 4.1 следует, что дополнительному упрочнению деформируемых магниевых сплавов с цинком способствует их легирование кадмием (легирование твердого раствора) и редкоземельными металлами (образование промежуточных интерметаллидных фаз).