Магний и его сплавы

Основные свойства магния
Магний - металл светло-серого цвета, второй группы периодической системы элементов Менделеева. Среди промышленных металлов он обладает наименьшей плотностью (1,74 г/см3). Магний имеет невысокую температуру плавления: 651 °С. Он кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной решетке и не претерпевает полиморфных
превращений. В литом состоянии
магний имеет низкие значения
прочности и пластичности.

Чистый магний характеризуется высокой химической активностью и легко окисляется. Оксидная пленка MgO имеет значительно большую плотность (3,2 г/см3), чем чистый магний, и склонна к растрескиванию.
При нагреве оксидная пленка теряет свои защитные свойства,
скорость окисления магния быстро возрастает, а при 623 °С магний воспламеняется на воздухе.

ИЗ-ЗА НИЗКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАГНИЙ КАК КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НЕ ПРИМЕНЯЕТСЯ. ЕГО ИСПОЛЬЗУЮТ В ПИРОТЕХНИКЕ И ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ СИНТЕЗА ОРГАНИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ, А ТАКЖЕ В МЕТАЛЛУРГИИ В КАЧЕСТВЕ РАСКИСЛИТЕЛЯ, ВОССТАНОВИТЕЛЯ И МОДИФИКАТОРА.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

СВОЙСТВА МАГНИЯ ЗНАЧИТЕЛЬНО УЛУЧШАЮТСЯ ПРИ ЛЕГИРОВАНИИ. СПЛАВЫ МАГНИЯ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ, ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ, СПОСОБНОСТЬЮ ХОРОШО ПОГЛОЩАТЬ ВИБРАЦИИ. ПРОЧНОСТЬ СПЛАВОВ ПРИ СООТВЕТСТВУЮЩЕМ ЛЕГИРОВАНИИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МОЖЕТ ДОСТИГАТЬ 350-400 МПА. ДОСТОИНСТВОМ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ЯВЛЯЕТСЯ ИХ ХОРОШАЯ ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ РЕЗАНИЕМ И СВАРИВАЕМОСТЬ. К НЕДОСТАТКАМ ОТНОСЯТСЯ МЕНЬШАЯ КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ, ЧЕМ У АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ТРУДНОСТИ ПРИ ВЫПЛАВКЕ И ЛИТЬЕ И НЕОБХОДИМОСТЬ НАГРЕВА ПРИ ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ.

Повышение коррозионной стойкости объясняется образованием защитной пленки гидратированного оксида MgO. Цирконий и церий уменьшают размер зерен, а также оказывают эффективное модифицирующее действие на их структуру. Влияние легирующих элементов на механические свойства прессованных прутков магния показано на рисунке.
Влияние легирующих элементов на механические свойства магния при 20 °С (прессованные прутки)

Наиболее вредными примесями, снижающими коррозионную стойкость магния, являются никель и железо и в меньшей степени - медь и кремний. Цирконий и марганец снижают отрицательное действие вредных примесей. Растворимость легирующих элементов, как и в случае алюминиевых сплавов, падает с уменьшением температуры, что позволяет применять к магниевым сплавам термическую обработку, состоящую из закалки с последующим старением.

ОСНОВНЫМИ УПРОЧНЯЮЩИМИ ЛЕГИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ В МАГНИЕВЫХ СПЛАВАХ ЯВЛЯЮТСЯ АЛЮМИНИЙ И ЦИНК. МАРГАНЕЦ СЛАБО ВЛИЯЕТ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА. ЕГО ВВОДЯТ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА.
Диаграммы состояния и механические свойства сплавов: а - Mg - Мn; б - Mg - Al; в ~ Mg - Zn

Термическая обработка магниевых и алюминиевых сплавов имеет много общего. Это объясняется близкими температурами плавления и отсутствием полиморфных превращений.
Особенностью магниевых сплавов является пониженная скорость диффузии большинства компонентов в магниевом твердом растворе. Низкие скорости диффузионных процессов
способствуют развитию дендритной ликвации,
требуют больших
выдержек при нагреве,
облегчают фиксацию
твердых растворов при
закалке и затрудняют
распад пересыщенных
растворов при старении.

ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ЛИКВАЦИИ И ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ ПЕРЕД ДЕФОРМАЦИЕЙ СЛИТКИ ПОДВЕРГАЮТ ОТЖИГУ.
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ ПОДВЕРГАЮТ ЗАКАЛКЕ И СТАРЕНИЮ. ИЗ-ЗА НИЗКОЙ СКОРОСТИ ДИФФУЗИИ ЗАКАЛКУ ОБЫЧНО ПРОВОДЯТ НА ВОЗДУХЕ, ПРИМЕНЯЮТ ИСКУССТВЕННОЕ СТАРЕНИЕ ПРИ СРАВНИТЕЛЬНО ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (ДО 200-250 °С) И БОЛЕЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ ВЫДЕРЖКАХ (16-24 Ч).

Магниевые сплавы обладают высокой пластичностью в горячем состоянии и хорошо деформируются при нагреве. Для деформированных сплавов диффузионный отжиг обычно совмещают с нагревом для обработки давлением. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются. Они удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой, которую рекомендуется проводить в защитной атмосфере.

НЕДОСТАТКАМИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ЯВЛЯЮТСЯ ПЛОХИЕ ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА И СКЛОННОСТЬ К ГАЗОНАСЫЩЕНИЮ, ОКИСЛЕНИЮ И ВОСПЛАМЕНЕНИЮ ПРИ ЛИТЬЕ. ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ПРИ ВЫПЛАВКЕ ИСПОЛЬЗУЮТ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФЛЮСЫ, ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОРИСТОСТИ ПРИМЕНЯЮТ НЕБОЛЬШИЕ ДОБАВКИ КАЛЬЦИЯ (0,2 %), А ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОКИСЛЯЕМОСТИ - ДОБАВКИ БЕРИЛЛИЯ (0,02-0,05 %).

БЛАГОДАРЯ МАЛОЙ ПЛОТНОСТИ И ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ ШИРОКО ПРИМЕНЯЮТСЯ В АВИАСТРОЕНИИ. ИЗ НИХ ИЗГОТАВЛИВАЮТ КОРПУСА ПРИБОРОВ, НАСОСОВ, ФОНАРИ И ДВЕРИ КАБИН. ФЮЗЕЛЯЖИ ВЕРТОЛЕТОВ ФИРМЫ СИКОРСКОГО (США) ПОЧТИ ПОЛНОСТЬЮ ИЗГОТОВЛЕНЫ ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ. В РАКЕТНОЙ ТЕХНИКЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ ИДУТ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСОВ РАКЕТ, ОБТЕКАТЕЛЕЙ, СТАБИЛИЗАТОРОВ, ТОПЛИВНЫХ БАКОВ. ТЕПЛОЕМКОСТЬ МАГНИЯ ПРИМЕРНО В 2,5 РАЗА БОЛЬШЕ, ЧЕМ У СТАЛИ. ПОГЛОТИВ ОДИНАКОВОЕ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА, ОН НАГРЕЕТСЯ В 2,5 РАЗА МЕНЬШЕ. В КРАТКОВРЕМЕННОМ ПОЛЕТЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ НЕ УСПЕВАЮТ ПЕРЕГРЕТЬСЯ, НЕСМОТРЯ НА НИЗКУЮ ТЕМПЕРАТУРУ ПЛАВЛЕНИЯ. В КРАТКОВРЕМЕННО РАБОТАЮЩИХ РАКЕТАХ ТИПА "ВОЗДУХ - ВОЗДУХ" И УПРАВЛЯЕМЫХ СНАРЯДАХ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ СОСТАВЛЯЮТ ОСНОВНУЮ МАССУ КОНСТРУКЦИИ. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОЗВОЛИЛО СНИЗИТЬ МАССУ РАКЕТ НА 20-30 %.

Магниевые сплавы находят применение в транспортном
машиностроении для изготовления
картеров
двигателей и
коробок передач
автомобилей.

Их используют в электротехнике и радиотехнике (корпуса приборов, электродвигателей), в текстильной промышленности (бобины, шпульки, катушки и др.) и других отраслях.