МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ сплавы на основе
магния. Наиболее прочные, в т. ч. и наиболее жаропрочные, М. с. разработаны
на основе систем магний - металл с ограниченной растворимостью в твёрдом
магнии. Вследствие высокой химической активности магния выбор металлов,
пригодных для легирования М. с., сравнительно невелик. М. с. разделяются
на 2 осн. группы: литейные - для произ-ва фасонных отливок и деформируемые
- для произ-ва полуфабрикатов прессованием, прокаткой, ковкой и штамповкой.


Историческая справка. Первые М. с. появились
в нач. 20 в. (под назв. "электрон", теперь мало употребляемым). Значение
конструкционных пром. материалов М. с. приобрели в кон. 20-х - нач. 30-х
гг. 20 в., т. е. почти через 100 лет после того как франц. химик
А. Бюсси впервые выделил магний в чистом виде (1828). До конца 40-х гг.
применялись гл. обр. сплавы на основе систем Mg - А1 - Zn и Mg - Mn. Дальнейшему
прогрессу в области создания М. с. способствовало открытие модифицирующего
и рафинирующего действия циркония. В 50-х гг. начали применяться сплавы
на основе систем Mg - Zn - Zr, Mg - p. з. м. (редкоземельный металл) -
Zr (или Мn), Mg - Th, а также сверхлёгкие сплавы на основе системы Mg -
Li. Произ-во и потребление магния и М. с. возрастает. Мировое произ-во
магния к нач. 2-й мировой войны 1939-45 составило ок. 50 тыс. т, в
1969 2 млн. т, из них 40-50% расходуется на произ-во отливок
и деформированных полуфабрикатов.


Химический состав наиболее широко применяемых
в СССР М. с. дан в табл. 1. В пром. М. с. содержатся добавки Al, Zn, Mn,
Zr и редкоземельных металлов (цериевый мишметалл, La, Nd, Y), Th, Ag, Cd,
Li, Be и др. Общее количество добавок в наиболее легированных М. с. достигает
10-14%. Вредными примесями являются Ni, Fe, Si и Си, которые снижают коррозионную
стойкость М. с. В М. с. с Zr ограничивают содержание примесей А1 и Si,
т. к. в присутствии этих элементов Zr не растворяется в расплавленном магнии,
образуя с ними тугоплавкие нерастворимые соединения. Растворимость циркония
в магнии уменьшают также примеси Fe, Mn и Н. Малые количества Be (иногда
Са) используют в качестве тех-нологич. добавок для снижения окисляе-мости
М. с. в расплавленном состоянии.


Физические свойствам, с даны в табл. 2.
М. с. являются самым лёгким металлич. конструкционным материалом. Плотность
(d)
M.
с. в зависимости от состава колеблется в пределах 1360-2000 кг/м3.
Наименьшую плотность имеют магнийлитиевые сплавы. Плотность наиболее широко
применяемых М. с. равна 1760-1810 кг/м3,
т. е. примерно
в 4 раза меньше плотности стали и в 1,5 раза меньше плотности алюминиевых
сплавов. Благодаря малой плотности детали из М. с. обладают высокой жёсткостью:
относит, жёсткость при изгибе двутавровых балок одинаковой массы и ширины
для стали равна 1, для алюминия 8,9, для магния 18,9. М. с. имеют высокую
удельную теплоёмкость. Темп-ра поверхности детали из М. с. при одинаковом
количестве поглощённого тепла в 2 раза ниже по сравнению с темп-рой детали
из малоуглеродистой стали и на 15-20% ниже, чем детали из алюминиевого
сплава. Коэфф. термич. расширения М. с. в среднем на 10-15% больше, чем
у алюминиевых сплавов.

Табл. 1, - Химический состав и механические
свойства наиболее широко применяемых в СССР магниевых сплавов (1 Мн/м2
= 0,1 кгс/мм2)








































































































































































































































Тип сплава




Химический состав, %




основные компоненты




примеси, не более




Al




Zn



Mn



Zr




Nd




Al




Si




F




Ni




Сa




Мn




Be




Са




Литейные сплавы




Mg - Al - Zn




8




0,5



0,2


-


-


-



0,25




0,06




0,01




0,1



-



0,002




0,1




8




0,5



0,2


-


-


-



0,08




0,007




0,001




0,004



-



0,002



-



Mg - Zn - Zr



-


4,5


-



0,7



-



0,02




0,03




0,01




0,005




0,03




-




0,001



-



Mg - Nd - Zr



-


0,4


-



0,7




2,5




0,02




0,03




0,01




0,005




0,03



-



0,001



-



Дeфоpмируемые сплавы




Mg - Al - Zn




4




0,5



0,5


-


-


-



0,15




0,05




0,005




0,05



-



0,02




0,1




Mg - Zn - Zr



-


-


-



0,5



-



0,05




0,05




0,05




0,005




0,05




0,1




0,02



-





































































































































































Тип сплава




Сумма определяемых


примесей





Механические свойва при 20 оС




Вид термической


обработки





Предельные рабочие

тем-ры, °С




Назначение




Мн/м2




Мн/м2




длительно




кратковременно




G 0,2




Gb



б, %



Литейные сплавы




Mg - Al - Zn




0,5




90




280




9




Закалка; закалка и старение




150




250



Сплав общего назначения





0,14




90




280




9




То же




150




250



То же, имеет повышенную коррозионную
стойкость



Mf> - Zn - Zr




0,2




150




300




6




Отпуск




200




250



Нагруженные детали (барабаны колёс,
реборды и др.)



Mg- Nd - Zr




0,2




150




280




5




Закалка и старение




250




350



Жаропрочный сплав. Нагруженные детали;
детали, требующие высокой герметичности, стабильности размеров



Деформируемые сплавы




Mg - Al - Zn




0,3




180 .




290




100




Отжиг




150




200



Панели, штамповки сложной конструкции,
сварные конструкции



Mg - Zn - Zr




0,3




250-300




310- 350




100-140




Старение




100




150



Высоконагруженные детали из прессованных
полуфабрикатов, штамповок и поковок






Механические свойства наиболее широко применяемых
в СССР пром. М. с. представлены в табл. 1.


Макс, уровень механич. свойств литейных
М. с. достигнут на высокопрочных сплавах системы Mg - Zn - Ag - Zr: предел
текучести ао,2 = 260-280Мн/м2 (26-28 кгс/мм2),
предел
прочности аь = 340-360 Мн/м2 (34-36
кгс/мм2),
относительное
удлинение 6 = 5%. Спец. технологич. приёмы (напр., подштамповка) позволяют
увеличить бдо 400-420 Мн/м2(40-42
кгс/мм2). Уровень свойств самых высокопрочных деформируемых
М. с.: ао,2 = 350 Мн/м2(35 кгс/мм2), а= 420 Мн/м2 (42
кгс/мм2), б=5%. Предельная
рабочая температура высокопрочных сплавов 150 °С. Самые жаропрочные М.
с. (литейные и деформируемые) систем Mg -р. з. м. и Mg - Th пригодны для
длит, эксплуатации при 300-350 °С и кратковременной - до 400 °С. По удельной
прочности высокопрочные литейные М. с. имеют преимущества
по сравнению с алюминиевыми сплавами, самые высокопрочные деформируемые
находятся на одном уровне с наиболее высокопрочными деформируемыми алюминиевыми
сплавами (или несколько уступают им). Модуль упругости М. с. равен 41 -
45
Гн/м2
(4100-4500 кгс/мм2) (3/модуля алюминиевых сплавов, Vs модуля сталей), модуль сдвига составляет
16- 16,5
Гн/м2 (1600-1650 кгс/мм2). При
низких темп-pax модуль упругости, пределы текучести и прочности М. с. увеличиваются,
а удлинение и ударная вязкость снижаются; резкого падения пластичности,
характерного для низколегированных конструкционных сталей, у М. с. не наблюдается.

Табл. 2. - Физические свойства наиболее
широко применяемых в СССР магниевых сплавов































































































Тип сплава


Плотность,

кг/м3



Коэффициент линейного
расширения при 20-100 °С а 106, 1/°С


Коэффициент теплопроводности
, ет/м • К


Удельная теплоёмкость,
кдж/кг
К


Удельное электросопротивлениер-106ом
х см


Литейные сплавы


Mg - Al - Zn


J810


26,8


65


1,05


13,4


Mg - Zn - Zr


1810


26,2


134


0,98


6,6


Mg - Nd - Zr


1780


27,7


113


0,963


8,4



Деформируемые сплавы



Mg - Al - Zn


1790


26


83,8


1,05


12


Mg - Zn - Zr


1800


20,9


117


1,03


5,65





Технология. Вследствие большого сродства
магния с кислородом при плавке М. с. в возд. атмосфере поверхность расплавленного
металла защищают слоем флюса; в качестве флюсов применяют различные смеси
фтористых и хлористых солей щелочных и щёлочноземельных металлов. Чтобы
избежать горения металла при литье, в состав формовочных земель вводят
защитные присадки, кокили окрашивают спец. красками, в состав к-рых входит,
напр., борная к-та. Отливки получают всеми известными способами литья,
в т. ч. литьём в песчаные, оболочковые, стержневые, гипсовые формы, литьём
в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, полужидкой штамповкой.
Для получения качеств, отливок литниковая система строится по принципу
расширяющегося потока. При затвердевании М. с. дают большую усадку (1,1-1,5).
Благодаря мелкозернистой структуре отливки из М. с. с цирконием имеют более
однородные и высокие механич. свойства, чем отливки из сплавов, легированных
алюминием. Детали и узлы различных конструкций из деформируемых М. с. изготовляют
механич. обработкой, сваркой и клёпкой, объёмной и листовой штамповкой.
При комнатной темп-ре технологич. пластичность М. с. низкая, что объясняется
гексагональным строением кристаллич. решётки магния (скольжение происходит
по одной плоскости базиса). При высоких темп-рах (200- 450 °С) возникает
скольжение по дополнит, плоскостям и технологич. пластичность большинства
сплавов становится высокой. Поэтому все операции обработки давлением М.
с. проводятся в нагретом состоянии при малых скоростях деформации. Исключение
составляют М. с. с 10-14% Li, к-рые имеют объёмно-центрированную кубич.
решётку и допускают обработку в холодном состоянии. При конструировании
деталей из М. с. избегают острых надрезов и резких переходов сечений. Для
соединения деталей применяют различные виды сварки, а также клёпку, пайку
твёрдыми и мягкими припоями, склеивание. Сваркой исправляют дефекты литых
деталей. Только сплавы с высоким содержанием цинка не подвергаются сварке.
Большинство литых и деформированных полуфабрикатов из М. с. подвергается
упрочняющей термич. обработке (закалке, старению) или отжигу для снятия
внутр. напряжений (литейных, сварочных и др.). М. с. легко обрабатываются
резанием - вдвое быстрее, чем алюминиевые сплавы, и в 10 раз быстрее, чем
углеродистые стали. При работе с М. с. следует соблюдать правила пожарной
безопасности.


Методы защиты от физико-химических воздействий.
М. с. обладают пониженной коррозионной стойкостью из-за высокого электроотрицательного
потенциала и недостаточных защитных свойств естеств. окисной плёнки. Защита
М. с. от коррозии осуществляется искусственно создаваемыми хим. или электрохим.
неорганич. плёнками в сочетании с лакокрасочными покрытиями. Покрытие состоит
из грунтовочного пассивирующего слоя и внешних лаковых или эмалевых слоев.
Надлежащая защита обеспечивает надёжную работу деталей из М. с. в атм.
условиях, щелочных средах, минеральных маслах, бензине, керосине. М. с.
повышенной чистоты, особенно по содержанию железа и никеля, пригодны для
эксплуатации в морском воздухе. М. с. неприемлемы для работы в мор. воде,
в соляных растворах, кислотах, их растворах и парах. Коррозионная стойкость
магниевых деталей в значит, степени зависит от выбора правильной конструктивной
формы (исключающей скопление влаги) и такого сочетания контактирующих материалов
в изделиях, к-рое не вызывает контактной коррозии. Нек-рые высокопрочные
деформируемые М. с. склонны к коррозии под напряжением и могут применяться
при условии ограничения величины длительно действующих растягивающих напряжений.


Консервация деталей и полуфабрикатов из
М. с. осуществляется с помощью хроматных плёнок, жидких нейтральных обезвоженных
масел, спец. смазки и др, способами в зависимости от длительности и условий
хранения. Длит, хранение собранных изделий и запасных частей из М. с. с
лакокрасочным покрытием в нормальных складских условиях производится в
чехлах из полихлорвиниловой или полиэтиленовой плёнки с силикагелевым осушителем.


Применение. М. с. пригодны для работы при
криогенных, нормальных и повышенных темп-pax. Благодаря малой плотности,
высокой удельной прочности, способности поглощения энергии удара и вибрационных
колебаний, отличной обрабатываемости резанием М. с. широко используются
в пром-сти, прежде всего для снижения массы изделий, повышения их жёсткости.
М. с. применяются в автомобильной, тракторной пром-сти (картеры двигателей,
коробки передач, барабаны колёс и др. детали), в электротехнике и радиотехнике
(корпуса приборов, детали электродвигателей), в оптич. пром-сти (корпуса
биноклей, фотоаппаратов), в текст, пром-сти (бобины, шпульки, катушки),
в полиграфии (матрицы, клише, валики), в судостроении (протекторы), в авиац.
и ракетной технике (детали колёс, детали управления и крыла самолёта, корпусные
детали двигателей) и во мн. др. отраслях техники. Промышленностью используются
гл. обр. литые детали из М. с. Осн. ограничение в применении М. с.- пониженная
коррозионная стойкость в нек-рых средах.


Лит.: Конструкционные материалы,
т. 2, М., 1964 (Энциклопедия современной техники); Р е и н о р Г. В., Металловедение
магния и его сплавов, пер. с англ., [М.], 1964; Альтман М. Б., Лебедев
А. А. и Чухров М. В., Плавка и литье легких сплавов, 2 изд., М., 1969.
Н. М. Тихова.




А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я