Магний и его сплавы

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЯ

Магний (Mg) впервые обнаружен в 1828 г. в соединениях, найденных вблизи греческого города Магнезий. В природе он встречается только в связанном состоянии и относится к числу наиболее распространенных металлов. На долю магниевых соединений приходится более 12% от общего количества известных минералов. Так же, как и алюминий, магний обладает высокими значениями теплоемкости, скрытой теплоты плавления, электропроводности и невысокой температурой плавления. Важнейшим свойством машин является малая плотность.

Магний обладает большой химической активностью по отношению к кислороду. В виде порошка или ленты магний легко загорается на воздухе, давая яркое ослепительное пламя. В атмосферных условиях он имеет удовлетворительную коррозионную стойкость, однако в присутствии влаги быстро корродирует. Магний реагирует с водой, образуя осадок гидроокиси. Он значительно корродирует в морской воде к 3%-ном растворе хлористого натрия. Сильно действуют на магний разбавленные минеральные кислоты (кроме плавиковой), а также большинство органических кислот.

Магний устойчив против воздействия растворов едких щелочей, фтористых солей, плавиковой кислоты, а также по отношению к спиртам (за исключением метилового), керосину, бензину, фреону и минеральным маслам. Он является энергичным восстановителем и вытесняет менее активные металлы из их соединений.

Магний отлично обрабатывается резанием, но механические и литейные свойства его невысоки, что исключает применение его в качестве конструкционного материала.

Со многими металлами магний образует сплавы, которые обладают более высокими по сравнению с чистым магнием механическими свойствами и коррозионной стойкостью, что значительно расширяет область применения магния.

Легкие магниевые сплавы используют в качестве конструкционного материала для различных частей самолетов, а также железнодорожного и автомобильного транспорта. Детали из магниевых сплавов, полученные литьем под давлением, применяют в производстве оптических и точных приборов. Магниевый порошок служит высококалорийным топливом в ракетной технике, в химической промышленности его используют для обезвоживания органических веществ и для синтеза сложных органических веществ.

Магний применяют также в качестве раскислителя  в производстве стали и цветного литья, для получения трудновосстановимых металлов и их сплавов, для модифицирования чугуна, в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных изделий и конструкций. Ниже приводятся физические и механические свойства магния:

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

В качестве основных легирующих элементов сплавы па магниевой основе содержат алюминий и цинк, которые значительно улучшают механические свойства магния.

Марганец повышает коррозионную стойкость магниевых сплавов и способствует измельчению зерна, поэтому он присутствует во многих магниевых сплавах, а в сплаве Мл2 является основным легирующим элементом. Введение в магниевые сплавы титана и селена (до 0,5%) повышает пластичность сплавов и способствует измельчению зерна. Бериллий, в небольших количествах, создает окисную пленку и предохраняет его от дальнейшего окисления.

Примеси калия, натрия, никеля, меди, железа в магниевых сплавах относятся к числу вредных примесей.

Растворимость элементов, образующих с магнием сплавы, изменяется с изменением температуры. Это позволяет применять к магниевым сплавам упрочняющую термическую обработку.

Магниевые сплавы разделяют на литейные, предназначенные для производства отливок, и деформируемые.

В зависимости от механических свойств литейные сплавы можно условно разделить на три группы: средней прочности, высокопрочные и жаропрочные.

Сплавы средней прочности имеют временное сопротивление не менее 16 кГ/мм2. К ним относятся сплавы магния с алюминием и цинком типа Мл3. Сплавы этой группы не упрочняются термической обработкой. Для снятия внутренних напряжений детали сложной формы из указанных сплавов подвергают отжигу при 325°С. Сплавы средней прочности обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Для повышения коррозионной стойкости детали из этих сплавов подвергают оксидированию.

Наибольшее применение из этой группы сплавов имеет сплав Мл6, в котором сочетаются высокие механические и технологические свойства. Из этого сплава изготовляют детали летательных аппаратов, детали колес, детали управления и крыла самолета, корпусы агрегатов, маслопомпы; в автомобильной промышленности — отливки картера двигателя, коробки передач, детали автомобильных колес; в тракторной промышленностикорпусы коробок передачи т. д.

Сплав Мл4 превосходит сплав Мл5 по коррозионной стойкости. Однако он обладает ограниченной свариваемостью, повышенной склонностью к образованию горячих трещин и микрорыхлоты в отливках, а также пониженной герметичностью и поэтому имеет ограниченное применение. Применяют сплав Мл4 главным образом для протекторной защиты в судостроении. Для отливок рекомендуется использовать песчаные формы. Для литья в кокиль и под давлением этот сплав не пригоден. Из высокопрочных сплавов машин с алюминием и цинком сплав Мл6 имеет самое высокое временное сопротивление. Пластичность сплава при комнатной температуре низкая.

Сплав Мл6, так же как и сплав Мл5, обладает хорошими литейными свойствами и применяется для получения сложных крупногабаритных отливок.

Сплав Мл12 при высоком пределе текучести обладает более высокой пластичностью по сравнению со сплавами Мл5 и Мл6. Это позволяет использовать его в условиях статических и знакопеременных нагрузок. По сравнению со сплавом Мл6 он имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин при литье тонкостенных деталей.

Сплав Мл15 по пластичности при комнатной температуре занимает промежуточное положение между сплавами Мл12 и Мл6. Сплав Мл 15, легированный лантаном, превосходит сплав Мл 12 по пределам ползучести и длительной прочности и является самым жаропрочным из всех магниевых литейных сплавов высокой прочности. По литейным свойствам сплав Мл1б также превосходит сплав Мл12, отливки из него характеризуются высокой пластичностью.

Технологические свойства сплавов Мл 12 и Мл 15 зависят от содержания в них циркония. Наилучшие свойства достигаются при содержании циркония 0,8%. Магниевые жаропрочные литейные сплавы предназначаются для отливки деталей, работающих при 250—350°С и кратковременно при 350— 400°С. К этой группе сплавов относятся сплавы магния с РЗМ и Zr.

Магниевые литейные коррозионностойкие сплавы по коррозионной стойкости превосходят сплав Мл5. К ним относятся сплавы Мл4пч, Мл5пч, Мл2, а также сплавы магния с цирконием. Повышение коррозионной стойкости деталей из сплавов Мл4пч и Млбпч по сравнению со сплавами Мл4 и Мл6 достигается ограничением содержания вредных примесей и применением при литье бесхлоридных флюсов вместо хлористых флюсов. При этом получают отливки, практически свободные от включений хлористых флюсов, образующих с влагой, концентрированные растворы хлористых солей, разрушающих магниевые сплавы.

Сплавы Мл4пч и Мл5пч применяют для изготовления высоконагруженных деталей, длительно работающих в тяжелых условиях, в том числе в атмосферных условиях повышенной влажности.

Сплав Мл2 способен противостоять действию концентрированных растворов едкого натра при температурах до 120°С и растворов соды. Негашеная известь, известковые растворы и бетон разрушают отливки из сплава Мл2 очень медленно. Применение сплава Мл2 ограничивается из-за его низких (механических и технологических свойств. Применяют этот сплав для изготовления малонагруженных деталей простой конфигурации — баков, бензо-масляной арматуры, а также деталей, работающих в щелочной среде.

Магниевые деформируемые сплавы. Эти сплавы подвергаются прокатке, прессованию, ковке и штамповке. К ним относятся сплавы, легированные алюминием, цинком, марганцем, цирконием, редкоземельными элементами, торием и другими металлами. Их применяют для изготовления деталей механической обработкой, сваркой и клепкой, объемной и листовой штамповкой. Из них делают прессованные прутки, полосы, профили и трубы, катаные плиты и листы, поковки и штамповки.

Сплавы магния с марганцем, содержащие марганца в пределах 1,3—2,5%, отличаются наиболее высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и высокой пластичностью. По механическим свойствам они относятся к сплавам низкой прочности с временным сопротивлением 17—23 кГ/мм2. Из этих сплавов изготовляют листы толщиной 0,8—10 мм, прессованные прутки диаметром до 130 мм, прессованные профили, поковки и штамповки.

Магниевые деформируемые сплавы с марганцем и небольшой добавкой церия (МА8), а также спла(в магния с алюминием, цинком и марганцем (МА2) относятся к группе сплавов средней прочности (временное сопротивление 23—26 кГ/мм2). Они обладают хорошей технологической пластичностью в нагартованном состоянии, достаточной для изготовления из них листов и всех других видов деформируемых полуфабрикатов, а также удовлетворительной общей коррозионной стойкостью. Сплав МА8 не подвержен коррозии .под напряжением, а сплав МА2 имеет незначительную склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Для защиты сплавов этой группы от коррозии применяют покрытия неорганическими пленками и лакокрасочные покрытия.

Сплавы средней прочности термической обработкой не упрочняются. Они удовлетворительно свариваются аргонодуговой и контактной электросваркой. Детали из сплава  МА2 могут работать при темпераiypax до 150°С, а из сплава МА8 — до 200—250°С.

Сплавы магниевые деформируемые с временным сопротивлением 26—40 кГ/мм2 образуют группу высокопрочных сплавов. В эту группу входят сплавы MA2-1, МА5, МА14. Из сплава МА2-1 изготовляют все виды деформируемых полуфабрикатов, а из остальных сплавов — прессованные изделия и штамповки.

Общая коррозионная стойкость магниевых деформируемых сплавов высокой прочности удовлетворительная. Однако при эксплуатации детали из этих сплавов необходимо защищать неорганическими пленками и лакокрасочными покрытиями. Они обладают различной склонностью к коррозии под напряжением.

Сплав МА5 рекомендуется применять для деталей, работающих при длительно растягивающих напряжениях, не превышающих 60% предела текучести при растяжении.

Сплав MA2-1 термической обработкой не упрочняется. Сплавы МА14 и МАБ подвергают закалке на воздухе или в горячей воде и искусственному старению.

Наибольшее применение из деформируемых магниевых сплавов высокой прочности получили сплавы МА14 и МА2-1.

Сплавы типа МА2-1 применяют для обшивки, изготовления перегородок и шпангоутов, а также в виде труб и профилей для сварных конструкций и деталей, выполняемых объемной штамповкой. Из них можно изготовлять кузовы, бензобаки, приборные щитки и другие детали спортивных автомобилей.

Сплав МА14 применяют для несвариваемых крупногабаритных нагруженных деталей, не имеющих тонких сечений.

Сплавы MA1, МА2, МА2-4, МАБ и МА14 пригодны для работы при температурах до 150°С, а сплав МА8—при температурах до 200°С.

не должно быть не менее 99,9%, а примесей— не более 0,1%, в том числе 0,04% Fe; 0,01% Si; 0,001% Ni; 0,005% Сu; 0,02% Al; 0,04% Μn; 0,005% Cl.

Магний поставляют в .виде чушек массой 8,0±1,0 кг или в виде слитков. Поверхность чушек магния должна быть без наплывов, неслитин, флюсовых включений и продуктов горения магния. В срезе чушек не должно быть флюсовых включений общей площадью более 4 мм2, а также других посторонних включений.