Характеристики физико-химических и механических свойств магния

Магний и его сплавы

Сделал: Миронов Д.В.

Группа: 3-21

МАГНИЙ И ПЕРВИЧНЫЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Магний — металл серебристо-белого цвета, один из самых распространенных элементов в земной коре. Магний кристаллизуется в решетку ГПУ с периодами a = 0,32 нм, с = 0,52 нм и не имеет аллотропических модификаций. Характеристики основных физико-химических и механических свойств приведены ниже.

Характеристики физико-химических и механических свойств магния

Плотность r , (кг/м3) · 10–3	1,74
Температура плавления Тпл, °С
Температура кипения Ткип, °С
Скрытая теплота плавления, Дж/г
Удельная теплоемкость (при 20–100 °С), Дж/(г · град)	1,03
Теплопроводность l , Вт/(м · град)
Удельное электросопротивление r , (при 20 °С), Ом · мм2/м.	0,047
Коэффициент линейного расширения a , при 25 °С, (1/град) · 106
Временное сопротивление s в, МПа:
в литом состоянии
в деформированном состоянии
Предел текучести, МПа:
в литом состоянии
в деформированном состоянии
Твердость НВ:
в литом состоянии	30,0
в деформированном состоянии	36,0
Относительное удлинение d , %:
в литом состоянии	8,0
в деформированном состоянии	12,0
Модуль упругости Е, МПа:
в литом состоянии	42000–44000
в деформированном состоянии	41000–43000

Магний — химически активный металл и легко окисляется. Оксидная пленка MgO не обладает высокими защитными свойствами и с повышением температуры скорость окисления быстро возрастает. При нагреве на воздухе до 623 ° С магний воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Магниевая пыль, мелкая стружка самовозгораются при еще более низкой температуре. Поэтому отливки перед загрузкой в печь для их термообработки необходимо очищать от магниевой пыли, стружки и заусенцев.

Магний первичный (ГОСТ 804–93) выпускают в чушках четырех марок: Мг80, Мг90, Мг95, Мг98 с содержанием магния (в %) 99,80; 99,90; 99,95; 99,98 соответственно. Магний марок Мг80, Мг90, Мг95 — общего назначения, Мг98 — специального применения.

Литой магний имеет крупнокристаллическую структуру и низкие механические свойства: s _в = 110–120 МПа, s _0,2 = 20–30 МПа, d = 6–8 %, НВ 30. Низкая пластичность магния при нормальной температуре связана с особенностью решетки ГПУ, в которой скольжение происходит только по базисным плоскостям. Повышение температуры приводит к появлению новых плоскостей скольжения и двойникованию и, как следствие, к увеличению пластичности. Поэтому обработку давлением магния и его сплавов проводят при температуре 320–430 ° С в состоянии наибольшей пластичности.

Из-за низких механических свойств чистый магний как конструкционный материал не применяется. Он используется для производства магниевых сплавов, в пиротехнике, в химической промышленности, а также в металлургии в качестве раскислителя, восстановителя, модификатора и легирующего элемента.

Свойства магния значительно улучшаются при легировании. Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, Mn, Li. Для дополнительного легирования используют Zr, Cd, Ce, Nd и др. Механические свойства магниевых сплавов при температуре 20–25 ° С улучшаются с помощью легирования алюминием, цинком (рис. 14.1) и цирконием, при повышенной температуре — добавкой церия, неодима и, особенно, тория. Цирконий и церий оказывают модифицирующее действие на структуру сплавов магния. Особенно эффективен цирконий: добавка 0,5–0,7 % Zr уменьшает размер зерна в 80–100 раз. Кроме того, Zr и Mn значительно уменьшают вредное влияние примесей железа и никеля на свойства сплавов.

Увеличение растворимости легирующих элементов в магнии с повышением температуры позволяет подвергать сплавы упрочняющей термической обработке: закалке + искусственному старению. Однако термическая обработка магниевых сплавов усложняется из-за весьма медленных диффузионных процессов в магниевом твердом растворе. Малая скорость диффузии требует больших выдержек при нагреве под закалку (до 16–30 ч) для растворения вторичных фаз и обеспечивает закалку при охлаждении на воздухе. Магниевые сплавы не склонны к естественному старению. При искусственном старении необходимы высокие температуры (до 200 ° С) и большие выдержки (до 16–24 ч).

Из других видов термической обработки к сплавам магния применяются различные виды отжига: гомогенизирующий, рекристаллизационный и для снятия остаточных напряжений.

Прочностные характеристики магниевых сплавов значительно повышаются при термомеханической обработке, состоящей в пластической деформации закаленного сплава перед его старением.

Магниевые сплавы обладают рядом преимуществ:

· высокой удельной прочностью и удельной жесткостью;

· способностью хорошо поглощать вибрацию;

· хорошей обрабатываемостью резанием;

· удовлетворительной свариваемостью и паяемостью.

Это определяет основные области применения магниевых сплавов — в аэрокосмической промышленности, в текстильном машиностроении для изготовления вращающихся деталей с малой инерционностью, в автомобильной промышленности, при производстве облегченных переносных инструментов и бытовых приборов и т. д.

К недостаткам относятся меньшая, чем у алюминиевых сплавов, коррозионная стойкость, трудности при выплавке и литье (газонасыщение, пористость, окисление и др.).

Кроме первичного магния выпускают сплавы магния в чушках (ГОСТ 2581–78), марки и химический состав которых, представлены в табл. 14.1.

Таблица 14.1

Химический состав (%) и марки сплавов магния в чушках (ГОСТ 2581–78)

Марка сплава	Основные компоненты	Примеси, не более
Al	Zn	Mn	Другие	Al	Si	Fe	Ni	Cu
MM2	–	–	1,5–2,2	–	0,04	0,07	0,05	0,004	0,03
MM2ч	–	–	1,7–2,4	–	0,006	0,004	0,004	0,001	0,002
МА8Ц	7,5–8,7	0,3–0,8	0,2–0,5	–	–	0,1	0,02	0,004	0,05
МА8Цэ	7,5–8,7	0,3–1,5	0,2–0,5	–	–	0,5	0,028	0,01	0,35
МА8Цч	7,5–8,7	0,3–0,8	0,2–0,5	–	–	0,04	0,005	0,001	0,01
МА8ЦБч	7,5–8,7	0,3–0,8	0,2–0,5	0,001–0,002 Ве	–	0,04	0,005	0,001	0,01
МА10Ц1	9,0–10,0	0,7–1,2	0,2–0,5	–	–	0,15	0,05	0,005	0,05
МЦр1Н3	–	–	0,2–0,5	0,4–1,1 Zr 2,6–3,2 Nd	0,02	0,02	0,01	0,004	0,01

 

Эти сплавы применяются в качестве шихтовой составляющей при изготовлении конструкционных магниевых сплавов.

Различают литейные и деформируемые магниевые сплавы, среди которых отдельно выделяют сплавы с особыми свойствами: сверхлегкие, протекторные, с высокой звукопроводностью и с высокой демпфирующей способностью.