Магниевые сплавы: литейные и деформируемые. Применение, свойства, маркировка

Сферы применения сплавов с добавления магния

Посредством методов литья, деформации и термической обработки сплавов изготавливаются различные полуфабрикаты – слитки, плиты, профили, листы, поковки и т.д. Эти заготовки используются для производства элементов и деталей современных технических устройств, где приоритетную роль играет весовая эффективность конструкций (сниженная масса) при сохранении их прочностных характеристик. По сравнению с алюминием магний легче в 1,5 раза, а со сталью – в 4,5.

В настоящее время применение магниевых сплавов широко практикуется в авиакосмической, автомобилестроительной, военной и прочих отраслях, где их высокая стоимость (некоторые марки содержат в своем составе достаточно дорогостоящие легирующие элементы) оправдывается с экономической точки зрения возможностью создания более долговечной, быстрой, мощной и безопасной техники, которая сможет эффективно работать в экстремальных условиях, в том числе и при воздействии высоких температур.

Благодаря высокому электрическому потенциалу эти сплавы являются оптимальным материалом для создания протекторов, обеспечивающих электрохимическую защиту стальных конструкций, например, деталей автомобилей, подземных сооружений, нефтяных платформ, морских судов и т.д., от коррозионных процессов, происходящих под воздействием влаги, пресной и морской воды.

Нашли применение сплавы с добавлением магния и в разных радиотехнических системах, где из них изготавливают звукопроводы ультразвуковых линий для задержки электросигналов.

Алюминий и магний 2021

Что такое алюминий и магний? Алюминий против магния

алюминий

Алюминиевое слово было получено после того, как квасцы назывались латинскими буквами. Металл был обнаружен Хамфри Дэви, химиком в 1808 году. Алюминий — беловатый серебристый, пластичный и немагнитный металл, присутствующий в изобилии и способствующий примерно 8% земной массы. Он довольно прочный, легкий по весу, а его символ — Al. Алюминий является ключевым металлом, используемым для различных технических продуктов; автомобили, поезда, самолеты, бытовая техника, части компьютерного оборудования, твердое ракетное топливо, ходовые столбы, термит, монеты в таких странах, как Румыния, Финляндия, Франция и Италия, строительство, краски, упаковка, полки в холодильнике и современные интерьеры. Этот металл был обнаружен около 200 лет назад. Наиболее выгодными соединениями алюминия являются оксиды и сульфаты. Алюминий никогда не встречается в элементарном состоянии.

Алюминиевый металл имеет более низкую плотность, очень мягкий, но обладает сильной податливостью. Он также обладает очень хорошей тепловой и электрической проводимостью. Алюминиевый металл можно легко перерабатывать. Различные соединения алюминия включают галогениды, оксиды и гидроксиды, карбид, нитрит, соединения органоалюминия. Все соединения алюминия бесцветны.

Алюминий связан со здоровьем. У людей токсичность алюминия может вызвать гематоэнцефалический барьер. Алюминий не так токсичен, как другие тяжелые металлы, но небольшое количество токсичности может быть вызвано, если оно потребляется более 40 мг / кг тела в день. Хотя алюминий хорошо переносится растениями. Алюминий в его металлической форме в основном производится из бокситов (AlOx (OH) 3-2x).

магниевый

Магний — самый легкий металл, найденный в мире, имеющий блестящий серый цвет с символом Mg. Это второй по численности металл, найденный в земной коре. Это примерно на тридцать четыре процента легче по объему, чем алюминий. Магний был обнаружен Джозефом Блэком в Эдинбурге в 1755 году. Магний также является обильным металлом, присутствующим в массе Земли, но он не встречается не в совокупности по своей природе. Магнезит и доломит являются минералами, которые содержат большое количество магния. В наших океанах есть триллионы тонн магния, присутствующих в них, и именно по этой причине океаны являются крупнейшим источником магния, из которых ежегодно производится 850 000 тонн.

Магний — полезный металл для производства легких изделий, таких как автомобильные сиденья, ноутбуки, сумки для багажа, камеры и электроприборы. Магний смешивается в расплавленном железе, а также для удаления серы. Магний довольно горючий, и именно по этой причине он используется во вспышках, фейерверках и бликах.Сульфат магния используется в качестве объединяющего агента для фиксации красителей. Гидроксид магния действует как ан ru.esdifferent.com

Какие физические свойства имеет металл магний

Видео: Магний – металл, который горит

Легкость элемента отображает плотность, которая составляет 1,74 г/см3. Меньшую имеют только кальций и щелочные металлы. Физические свойства магния можно коротко описать стандартными энциклопедическими параметрами:

Т плавления – 651°С;
Т кипения – 1107°С;
Теплопроводность – 0,376 кал/(см·с·град) достаточно высока, сравнима с тем, что демонстрируют бериллий и вольфрам;
Теплоемкость при Т плавления – 0,3 кал/град;
Удельная теплоемкость увеличивается до Т плавления и уменьшается по ее достижении;
Усадка при смене состояний (жидкость – твердое тело) – 3,97-4,2%;
Удельное электросопротивление при комнатной температуре – 0,047 ом·мм2/м.

Этот элемент периодической таблицы Менделеева относят к щелочноземельным металлам. Однако это утверждение не всегда верно, поскольку химические свойства приближают этот элемент к алюминий подобным веществам.

Так выглядит оксид магния

Оксиды MgO относят к белым тугоплавким веществам, их называют жженой магнезией и применяют при изготовлении строительных материалов. Соли магния металла образуются при взаимодействии вещества с кислотами. Наиболее известная из них MgCO3. Используется металлургам для освобождения сплавов от шлаков, называют карбонат магния. Еще одна соль MgSO4 – известна как горькая или английская. Химики ее именуют сульфат магния. Mg и Ca влияют на жесткость воды. Высокая концентрация этих веществ в Н2О не позволяет моющим средствам пениться.

Магниевый сплав МЦр1Н3

Чтобы более детально ответить на то, какие физические свойства имеет магний, необходимо рассматривать изменения его состояний и качеств по мере применения к нему различных тепловых эффектов: нагревание и охлаждение. Так, например, плотность снижается на 6% при Т – 6000С, расплавившись и вовсе падает до значения 1.58 г/см3.

Характеристики металла магния сильно отличаются при низких и высоких температурах. Некоторые результаты экспериментов требуют объяснения, часть из них дают вполне предвиденные реакции.

Гексагональная решетка элемента имеет следующие параметры:

с = 5,199 ангстрем;
а = 3,202 ангстрем.

При нагревании до 6270С эти расстояния увеличиваются, дойдя до температуры плавления связи решетки разрушаются вовсе.

Если говорить о том, какого цвета магний придется отметить, что в целом серебристо-белый металл, может выглядеть как черный обуглившийся с присущим блеском. В последнем случае речь идет о стружке магния. Поэтому определяя «на глаз» тип материала, все-таки лучше обратиться к химическим экспериментам, если под рукой не имеется спектрального анализатора.

Классическая задача для школьников рассматривает ряд натрий – магний –алюминий, металлические свойства которого ослабевает от первого к последнему элементу.

Производство магниевых сплавов

Выплавку литейных магниевых сплавов производят:

в тигельных печах, работающих на жидком топливе, на газообразном топливе, на электричестве;
в электрических индукционных печах;
в отражательных печах.

Выплавку деформируемых магниевых сплавов производят:

в отражательных печах (3-12 т);
в индукционных печах (более 12 т).

Во время выплавки магниевого сплава его поверхность усиленно защищают слоем флюса, чтобы не было контакта с кислородом. Применяются флюсы, изготовленные на основе солей фтора и хлора, а также щелочных металлов. В формовочные смеси также вводят специальные присадки чтобы избежать горения сплава.

Дальнейшую обработку литейных сплавов производят способами:

литьё в песчаные формы – изготовление отливок методом заливки металла в специально подготовленные литейные модели, где будущие пустоты изделия заполняются песком;
литьё в кокиль – изготовление отливок в разборных формах, пригодных к многократному употреблению;
литьё под давлением – изготовление отливок путём впрыскивания металла в форму под давлением.

Дальнейшую обработку деформируемых сплавов производят способами:

прессования – обработки сплава давлением путём выдавливания его из закрытой полости;
ковки – обработки сплава давлением посредством приложения к нему высокой ударной нагрузки;
штамповки – обработка сплава давлением посредством направленной пластической деформации;
горячей прокатки – обработка сплав давлением путём пропускания его между давящими валками при высоких температурах;
холодной прокатки – обработка сплав давлением путём пропускания его между давящими валками при низких температурах.

Способы обработки готовых изделий для улучшения их механических показателей:

закалка (гомогенизация);
закалка со искусственным старением;
отжиг на снятие механических напряжений (рекристаллизация);
отжиг на выравнивание структуры металла и на снижение зернистости (диффузный).

Магниевые руды.

Также по теме: ХИМИЯ

Магний широко распространен в природе и составляет около 2% земной коры. Из 60 с лишним источников иона магния на поверхности и в недрах земли в качестве сырья для промышленного производства металлического магния используются только шесть: брусит (гидроксид магния), карналлит (гексагидрат двойного хлорида магния и калия), доломит (двойной карбонат кальция и магния), магнезит (карбонат магния), озерные и скважинные (пластовые) воды и морская вода, в которой содержится 0,13% хлорида магния. Для электролитического процесса использовались также раствор хлорида магния, являющийся отходом производства поташа, и выпарная морская соль.

Магний в нашей жизни

Металл и его сплавы нашли широкое применение в разных сферах жизни.

Способность металла давать яркий огонь использовали на заре фотографии.
Легкость металла открыла ему путь в авиацию. Наши ноутбуки, многие фотокамеры содержат магниевые детали — не таскать же тяжелый прибор, если можно сделать легкий.
В химических источниках тока энергия химических реакций напрямую превращается в электрическую. Чистый металл и его соединения в электрических батареях сообщают им высокие ЭДС и отменные энергетические характеристики.

Металлический магний

Анодом в таких батареях служит магний. В качестве катода применяют:

марганец;
висмут;
серу;
хлористое серебро;
хлористый свинец в смеси с графитом;
диоксид марганца с графитом.

Рекомендуем: ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ — всё, кроме железа

Огнеупорные материалы необходимы для футеровки металлургических печей, тиглей.

Дешевым и качественным сырьем для этого могут быть минералы магния:

бишофит;
магнезит;
доломит.

В военном деле магний «освещает темные места». А проще, из него делают светозвуковые и светошумовые боеприпасы (патроны, гранаты, снаряды). До конца не убьет, но оглушит и дезориентирует.

Применяют в антитеррористических операциях, при освобождении заложников, разгоне противозаконных сборищ (при массовых беспорядках).

Зажигательные бомбы, трассирующие пули, ракеты сигнальные и осветительные — везде используется яркое горение металла.

Препараты магния необходимы в медицине. Недостаток макроэлемента губителен для сердечно-сосудистой системы. Ишемическая болезнь, артериальная гипертония, аритмии — каждая из этих болезней усугубляется дефицитом магния.

Недостаток нескольких граммов металла плохо отражается на наших нервах (депрессии, мигрени, головокружения, тревога, раздражительность).

Важно: у каждого потребность в магнии возрастает при стрессах, физических нагрузках; у спортсменов — при изнурительных тренировках и на соревнованиях. Специалисты фирмы Тойота разработали аккумуляторную батарею (на основе серно-магниевых элементов)

Показатели у аккумулятора завидные

Загвоздка в том, что в батарее происходит саморазряд (катод электрохимически восстанавливается, образуются полисульфидные анионы, переходящие в раствор). Пока эта проблема не будет решена, серно-магниевые аккумуляторы специалистам только снятся

Показатели у аккумулятора завидные. Загвоздка в том, что в батарее происходит саморазряд (катод электрохимически восстанавливается, образуются полисульфидные анионы, переходящие в раствор). Пока эта проблема не будет решена, серно-магниевые аккумуляторы специалистам только снятся

Специалисты фирмы Тойота разработали аккумуляторную батарею (на основе серно-магниевых элементов). Показатели у аккумулятора завидные. Загвоздка в том, что в батарее происходит саморазряд (катод электрохимически восстанавливается, образуются полисульфидные анионы, переходящие в раствор). Пока эта проблема не будет решена, серно-магниевые аккумуляторы специалистам только снятся.

Магний металлический обладает сильными восстановительными свойствами. Его используют для получения бериллия, ванадия, хрома. Металл используют как лигатуру в сталях и чугуне.

Все шире применяют магнийорганические соединения в химическом синтезе галогенопроизводных, спиртов, углеводородов.

Где еще применяют соединения магния

Бесцветные кристаллы фторида магния используют в специальной оптике (вещество прозрачно в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного.

Стеарат магния — пищевая добавка Е470. Используют в косметической, пищевой промышленности, в фармации.

Магниевые сплавы применяют в изготовлении отбойных молотков, в атомной и нефтяной промышленности.

И чем же наш герой не металл?

Некоторые характеристики магния:

Свойство металла	Данные
Атомная масса	24,304 г/моль
Степени окисления	0; +2
Плотность	1,74 г/см3
Температура плавления	650оС
Теплопроводность	(300 K) 156 Вт/(м·К)
Температура кипения	1090 оС
Ковалентный радиус	136 пм
Радиус иона	66 (+2e) пм
Электроотрицательность	1,31 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,37 В
Степени окисления	0; +2
Энергия ионизации (первый электрон)	737,3 (7,64) кДж/моль (эВ)

Химия магниевых реакций

Вспомним школьные годы. Немного химии во время карантина не повредит.

Рекомендуем: УРАН — металл для мира и войны

Итак, химические свойства нашего героя:

К щелочам огненный металл равнодушен (сами такие, к щелочноземельным металлам относимся). В реакции со щелочами не вступает.
Зато во взаимодействие с кислотами вступает охотно, даже бурно, с выделением водорода.
На воздухе магний реагирует с кислородом воздуха, покрывается оксидной пленкой. Эта «одежка» защищает металл от дальнейшего окисления. Но влажная атмосфера разрушает нашего «горячего» героя. Потому его и не хранят во влажных помещениях.

Как он горит!

Немного найдется металлов, горящих на воздухе, и наш герой — один из них. Подожгите магниевую стружку, и вспыхнет яркий, жгучий огонь. Еще бы не жгучий, его температура более 3000 градусов. Только не зажигайте магний на песке. Металл прореагирует с диоксидом кремния в песке, и будет гореть веселее. Потому затушить «магниевый» пожар песочком не получится.

Порошок магния

Горящий магний можно использовать как факел в темноте. Пара грамм магния — и даже в самую черную ночь все будет видно в радиусе 5-7 метров.

Не увлекайтесь зрелищем горящего металла. Такой яркий свет запросто повредит сетчатку глаза.

Подожгите металл в луже, и увидите мощную вспышку. Здесь образуется гидроксид магния (Mg(OH)2) и водород, который многократно усилит мощность огня.

Печально: в 1937 году дирижабль «Гинденбург», наполненный водородом, загорелся. Погибла треть пассажиров. Эта трагедия поставила крест на дирижаблях, как виде воздушного транспорта.

Кстати, головная боль пожарных — магний нельзя тушить водой. От этого огонь разгорится еще больше. Углекислотный огнетушитель тоже не вариант, ведь наш необыкновенный герой в присутствии углекислого газа хорошо горит, образуя уголь и оксид магния:

2Мg + CO2 = C + 2MgO

Магний и магниевые сплавы

Поэтому детали из магниевого сплава должны быть защищены от коррозии. Технически чистый Mg обладает низкой прочностью и пластичностью(sv = 180 / I»/ la,6 = 5%; YaV = 300 МН / м2).Поэтому используются магниевые сплавы с более высокими механическими свойствами. Влияние легирующих элементов Рис. 18.15.

Область твердого раствора системы Mg-Mn, Mg-A! И Мг-ЗН А! ЗН определенной концентрации значительно улучшает механические свойства магниевого сплава. По мере увеличения содержания A1 (более 10%) и Zn (более 5%) в магниевом сплаве прочность и пластичность сплава снижаются. Цинк (в количестве 2-3%) повышает коррозионную стойкость магниевых сплавов. AI и Zn и Mg образуют ограниченный насыщенный твердый раствор. Упрочнение и старение не увеличивают прочность магниевого сплава.

Мп (количество 0,15〜0,5%) вводится в магниевый сплав для повышения коррозионной стойкости и мелкозернистой структуры. Увеличение прочности достигается введением 2,5%Мп от I. Се немного увеличивает интенсивность. Zr вводится в кованые магниевые сплавы для повышения пластичности в условиях высоких температур. При введении 0,3-0,8% Zr прочность на растяжение несколько повышается, в результате чего образуются мелкозернистые ткани. Вводится в небольших количествах(до 0,07%)、

Снижает окисление магниевых сплавов. Пленка для защиты поверхности На рисунке 18.15 показана схема системы Mg — Mn. Mg-Al и Mg-Zn. Al, Zn и Mn растворяются в Mg, но концентрация уменьшается с понижением температуры. Поэтому, в случае сплавов магния, термическая обработка возможна(обработка вызревания 4） Классификация магниевых сплавов Сплав магния можно выковать и бросить.

Кованый магниевый сплав Наиболее широко используемые сплавы представлены в таблице. 18.7. Химический состав и механические свойства кованых магниевых сплавов(ГОСТ 14957-69） Химический состав сплава марки (мг-основа),%%•МН / м^».%РН, МН / М1 AI MP другие элементы МА8. 1.5-2.5 1.5-0.35 Ce 250 18500 МА9. 0.4-0.8 1.0-1.8 0.1 — ладно. Зса.— MA2 4-5 0.4-0.8 0.8-1.5 / N 280 10 550 МАЗ. 5.5-7.0 0.15-0.5 0.5-1.57 p 300 12 600 МА5. 7.8-9.2 0.15-0.5 0.2-0.8 Zn 320 14 550 На рисунке 18.16 показана микроструктура магния alloy. In в этом случае Mg4Ale, а в закаленных образцах-пересыщенного α-раствора.

Рис. 18.16.Микроструктура магниевого сплава МЛ5 (Х250) я в виде а-лития; б-виден в аакальсиком Литой магниевый сплав Сплав магния имеет более низкое свойство отливки чем алюминий. Из-за снижения пластичности при высоких температурах трудно обрабатывать магниевые сплавы из-за давления. Кроме того, магниевые сплавы обладают низкой ударопрочностью. Таким образом, сила воздействия магниевого сплава составляет 50-70kj! М.* Однако литые магниевые сплавы имеют лучшую (at) удельную прочность, чем высокопрочные алюминиевые литые сплавы или некоторые конструкционные стали.

Магниевые сплавы обладают способностью поглощать ударные нагрузки, поэтому их можно использовать при изготовлении деталей, подверженных большим колебаниям. 1. одним из преимуществ магниевого сплава является его превосходная обрабатываемость. Химический состав и механические свойства литого магниевого сплава приведены в таблице. 18.8. Таблица 18.8 Химический состав и механические свойства литого магниевого сплава (ГОСТ 2856-68） Ранг сплава химический состав (Mg-основание),% термическая обработка cw » Mn / m}%no. Mk / м * А! Мп другие предметы МЛ1 1.0-1. 5S1 UO 2 400 ML2 1.0-2.0—90 3 300 МЛЗ. 2.5-3.5 0.15-0.5 0.5-1.5 Zn-160 6400 ML4 5.0-7.0 0.15-0.5 2.0-3.0 Zn T4 220 5500 МЛ5. 7.5-9.0 0.15-0.5 0.2-0.8 ЗН Т4 220 5500 МЛ6. 9.0-10.2 0.1 −0.5 0.6 — l, 2Zn T4 220 4600

Медь и ее сплавы	Алюминиевые подшипниковые сплавы
Антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах (подшипниковые сплавы)	Спеченные алюминиевые сплавы

Магниевые сплавы

Магниевые сплавы широко применяют в авиастроении, ракетной технике, при изготовлении различных транспортных машин, так как при малой объемной массе они имеют высокую удельную прочность, что позволяет снизить массу двигателей и агрегатов и других узлов машин. Ценным свойством магниевых сплавов является то, что они хорошо поглощают механические вибрации.

Вместе с тем магниевые сплавы обладают рядом недостатков. Они значительно уступают алюминиевым сплавам по пластичности и коррозионной стойкости; отличаются очень высокой окисляемостью в жидком состоянии, способны воспламеняться при температуре 400—550°С, что затрудняет изготовление отливок. Ли тейные свойства у магниевых сплавов низкие: плохая жидкотекучесть, большая линейная усадка, склонность к образованию усадочных рыхлот и горячих трещин.

Литейные магниевые сплавы обозначают буквами МЛ (магниевый, литейный) и цифрами, указывающими номер сплава, например МЛ5, MЛ6, МЛ8. В зависимости от химического состава их разделяют на три основные группы: I — сплавы на основе системы Mg— Al — Zn, II —Mg — Zn — Zr и III — Mg — РЗЭ — Zr (РЗЭ — редкоземельные элементы).

Лучшими, чем у других магниевых сплавов, литейными свойствами отличаются наиболее широко применяемые сплавы системы Mg— Al —Zn МЛ5 и МЛ6, относящиеся к высокопрочным сплавам (σв — До 220 МПа). Их используют при изготовлении нагруженных деталей двигателей автомобилей, самолетов с рабочими температурами до 150°С. Сплав МЛ4, обладающий высокой коррозионной стойкостью, склонен к микропористости и к образованию горячих трещин.

По сравнению со сплавами системы Mg— Al —Zn сплавы системы Mg — Zn — Zr обладают более высокими прочностными свойствами (σв = 220÷250 МПа) меньшей чувствительностью — механических свойств к влиянию микрорыхлот. Типичным представителем этой группы сплавов является сплав МЛ 12, отличающийся более высокими пластическими свойствами по сравнению со сплавами 1 группы, большей коррозионной стойкостью, лучшими литейными свойствами. Легирование цирконием повышает его жаропрочность. Сплавы этой группы МЛ8, МЛ 15 дополнительно легированы кадмием, лантаном и неодимом, что улучшает их технологические и механические свойства. Сплавы этой группы применяют для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при ударных нагрузках и повышенных (до 150—200°С) температурах.

Сплавы системы Mg — РЗЭ — Zr (МЛ9, МЛ 10, МЛ11, МЛ19) используют как жаропрочные. При длительной эксплуатации они могут работать до 250— 300°С, а при кратковременной — до 400°С. Основным легирующим элементом в сплавах МЛ9, МЛ 10, МЛ 19 является неодим, а в МЛ11—цериевый мишметалл (75% Се, остальное—РЗЭ). Все сплавы третьей группы легированы также цирконием, они обладают хорошими литейными и технологическими свойствами.

Свойства и влияние легирующих компонентов

Магний как металл обладает негативных для его промышленного применения свойств: пониженной коррозионной устойчивостью и воспламеняемостью при температурах выше 400 ºС. Для снижения этих негативных свойств, а также для улучшения технологических показателей в магний вводят легирующие добавки.

Введение легирующих добавок следующим образом изменяет свойства магния:

алюминий – улучшает внутреннюю структуру отливок, повышает прочность, увеличивает жидкотекучесть;
цинк – уменьшает зернистость, повышает прочность;
марганец – значительно увеличивает коррозионную устойчивость магниевых сплавов, повышает прочность;
цирконий – уменьшает зернистость, повышает прочность, увеличивает пластичность; — редкоземельные элементы (неодим, иттрий, церий), лантан, торий – усиливают жаропрочность, улучшают механические свойства;
литий – значительно снижает плотность, увеличивает пластичность, увеличивает предел текучести, улучшает показатели при обработке магниевого сплава давлением, повышает устойчивость к криогенным температурам, повышает показатели ударной вязкости, улучшает показатели свариваемости.

Вредные для магниевых сплавов примеси снижают коррозионную устойчивость и ухудшают растворимость легирующих добавок. Ко вредным примесям относятся:

железо;
никель;
кремний;
медь.