Магниевый сплав что это
Магниевые сплавы свойства и применение
Виды сплавов магния, маркировка
Магний – химически активный металл, поэтому выбор легирующих элементов для него ограничен. Сплавы магния подразделяются на два вида:
1. Литейные сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством литья. Наиболее употребляемые химические составы:
2. Деформируемые сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством механического воздействия (прессовкой, ковкой, штамповкой и прокаткой). Наиболее употребляемые химические составы:
Маркировка литейных сплавов (ГОСТ 2856) осуществляется посредством букв МЛ и цифры, показывающей номер модификации сплава. В настоящее время марки следующие: МЛ1 – МЛ20.
Маркировка деформируемых сплавов (ГОСТ 14957) осуществляется посредством букв МА и цифры, показывающей номер модификации. Марки: МА1 – МА19.
Кроме того, выделяют подгруппу жаропрочных магниевых литейных сплавов, в которой к маркировке добавляется буква В: ВМЛ1 – ВМЛ2.
При маркировании сплавов магния дополнительно используют аббревиатуры «п.ч» и «о.н», которые расшифровываются как «повышенной чистоты» и «общего назначения».
Показатели отдельных магниевых сплавов:
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:
Вредные для магниевых сплавов примеси снижают коррозионную устойчивость и ухудшают растворимость легирующих добавок. Ко вредным примесям относятся:
Магниевые сплавы свойства и применение
Особенности литейных магниевых сплавов и области их применения. Особенностью литейных магниевых сплавов является их легкая окисляемость (возгораемость), образование при температурах выше 700 °С нитрида магния (Mg3N2), интенсивное поглощение водорода, что приводит к образованию таких видов брака в отливках, как микропористость, образование трещин при затрудненной усадке, газовая и газоусадочная пористость, неметаллические включения. Эти особенности магниевых литейных сплавов необходимо учитывать при их плавке и производстве фасонных отливок.
Простота оборудования для производства этих сплавов дает возможность отливать фасонные детали в песчаные формы, кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям и в гипсовые формы, т. е. получать отливки от мелких до крупногабаритных как в единичном, так и массовом производстве.
Особенности слпава
Способность магниевых сплавов хорошо противостоять ударным нагрузкам позволяет использовать их для деталей колес автомобилей, орудий, самолетов, роликов грузовых кон Магниевые сплавы обладают способностью к поглощению энергии, благодаря низкому модулю упругости находят широкое применение в узлах и агрегатах машин, где требуется высокая способность к поглощению энергии.
В ряде случаев магниевые сплавы могут быть применены вместо алюминиевых сплавов, а также высококачественного чугуна и даже стали.
Недостатки
Магниевые сплавы неустойчивы в морской воде, в среде органических и минеральных кислот, а также солях (за исключением фтористых).
Сплавы системы Mg-А1-Ti являются наиболее распространенными; содержание цинка в них значительно ниже предела растворимости (не превышает 3 %); добавка марганца (до 0,5 %) вводится для повышения коррозионной стойкости. Основным легирующим элементом является алюминий, Сплавы кристаллизуются в интервале температур (120-150 °С), склонны к образованию значительной усадочной пористости, горячих трещин и дендритной ликвации.
Из сплава МЛ3 изготовляют детали повышенной герметичности; этот сплав используют при изготовлении отливок простой конфигурации, работающих при средних статических и динамических нагрузках (корпуса насосов и др.). Сплаву присущи небольшой интервал кристаллизации и меньшая склонность к образованию микропористости в отличие от сплавов МЛ5 и МЛ6.
Сплав МЛ4 характеризуется высокой коррозионной стойкостью, но отливки из этого сплава предрасположены к микропористости и горячеломкости, поэтому сплав МЛ4 не рекомендуется для литья в кокиль и под давлением. Сплав применяют при литье деталей средней нагруженности, работающих при статических и динамических нагрузках, корпусных деталей приборов и кронштейнов после термической обработки.
Отливкам из сплава МЛ4пч и МЛ5пч присуща повышенная коррозионная стойкость (при высокой влажности в условиях тропического и морского климата и температуре, не превышающей 150 °С).
Сплав МЛ6 можно применять для литья в песчаные формы, кокиль и под давлением при производстве высоко- нагруженных отливок с повышенным пределом текучести и нагруженных отливок, работающих в тяжелых атмосферных условиях (высокой влажности). Сплав МЛ6 обладает хорошими литейными свойствами, но в литом состоянии не используется из-за высокой хрупкости.
Сплавы на основе системы Mg-Zn- Zr — (Me) по сравнению с предыдущей группой более прочны и достаточно пластичны. Измельчение структуры при введении циркония обусловливает меньшую чувствительность этих сплавов к толщине сечения отливки, выравнивает их механические свойства. Добавка лантана (МЛ 15) повышает жаропрочность сплава.
Сплав МЛ8 более легирован и имеет повышенные прочностные свойства при хорошей пластичности. Предназначен для отливок средненагруженных деталей, работающих длительно при температуре до 150 °С.
Сплав МЛ12 предназначен для отливки деталей, длительно работающих при температурах до 200 °С и кратковременно — до 250 °С. Сплав обладает удовлетворительными литейными свойствами и более высокой, чем у МЛ5, коррозионной стойкостью.
Сплав МЛ15 рекомендуется применять для литья высоконагруженных герметичных деталей, длительно работающих при температуре 250 °С. Добавка лантана образует самостоятельную фазу La2Mg17, которая повышает прочность и улучшает технологические свойства.
Сплавы на основе системы Mg- РЗМ-Zr содержат в твердом растворе небольшие добавки цинка и циркония, основными легирующими элементами являются РЗМ. Сплавы с неодимом упрочняются как по растворному типу, так и интерметаллидной фазой Mg2Nd, что способствует сокращению механических свойств при повышенной температуре. Сплавы с неодимом имеют хорошие технологические и литейные свойства, дают плотные отливки с однородными свойствами в тонких и толстых сечениях.
Сплавы с РЗМ (МЛ 11) легируют мишметаллом (75 % Се, остальное — РЗМ), что приводит к образованию интерметаллида Mg12Ce. В процессе термической обработки сплав упрочняется дисперсными частицами интерметаллидов, равномерно распределенных в твердом растворе.
Сплав МЛ9 рекомендуется применять как для литья в песчаные формы, так и для литья в кокиль высоконагруженных деталей, работающих при 250 °С и требующих высокой герметичности.
Сплав МЛ10 отличается высокой герметичностью и предназначен для изготовления высоконагруженных отливок, работающих при температурах 250-300 °С, хорошо обрабатывается резанием, сваривается.
Сплав МЛ11 наиболее жаропрочен среди магниевых сплавов и предназначен для деталей, длительное время эксплуатируемых при 250-350 °С и кратковременно — до 400 °С. Сплав обладает хорошими технологическими свойствами; отливки из этого сплава имеют повышенную герметичность.
Сплав МЛ19 предназначен для производства высоконагруженных отливок, работающих при 250-300 °С. Применение при 200-250 °С нецелесообразно, так как сплав при этих температурах не имеет преимущества перед сплавами с редкоземельными металлами.
Сплавы МЛ6 и МЛ5 рекомендуется применять для литья под давлением, в песчаные формы и кокиль, так как
они обладают хорошей жидкотекучестью и малой склонностью к образованию рыхлот и трещин. Из сплавов отливают высоконагруженные детали двигателей и агрегатов, работающие при статических и динамических нагрузках, корпусные детали приборов, кронштейны и другие детали, работающие при температуре до 150°С.
Сплавы с торием находят ограниченное применение в связи с его радиоактивностью.
Похожие материалы
Производство магниевых сплавов
Выплавку литейных магниевых сплавов производят:
Выплавку деформируемых магниевых сплавов производят:
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:
Деформируемые сплавы
По сравнению с литейными, деформируемые магниевые сплавы отличаются большей прочностью, пластичностью и вязкостью. Они используются для производства заготовок методами прокатки, прессования и штамповки. В качестве термической обработки изделий применяется закалка при температуре 350-410 градусов с последующим произвольным охлаждением без старения.
При нагреве пластические свойства таких материалов возрастают, поэтому обработка магниевых сплавов осуществляется посредством давления и при высоких температурах. Штамповка выполняется при 280-480 градусах под прессами посредством закрытых штампов. При холодной прокатке проводятся частые промежуточные рекристаллизационные отжиги.
При сварке магниевых сплавов прочность шва изделия может быть снижена на отрезках, где выполнялась подварка, из-за чувствительности таких материалов к перегреву.
Область применения
Магниевые сплавы обладают рядом полезных свойств, которые не обеспечивают другие материалы. Эти свойства обеспечивают широкое использование в промышленности:
Исходя из свойств, сплавы магния находят применение:
С развитием технологий сплавы магния получат дополнительные области применения. Тенденция к облегчению массы готовых изделий уже сейчас регулярно повышает интерес к этим сплавам. Если учитывать, насколько стремительными темпами развиваются робототехника, производство компьютеров, различных гаджетов, то можно понять, что потребность в магниевых марках металлов ограничится только количеством добываемого магния.
Классификация и маркировка сплавов магния
Классификация основных сплавов магния приведена на рис. 3.5 Эта классификация практически полностью отражает все группы сплавов магния, используемых в настоящее время.
Рис.3.5. Классификация сплавов на основе магния
Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяют. В зависимости от чистоты его используют в пиротехнике, в химической промышленности (как катализатор), в металлургии различных металлов и сплавов (как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент).
Суммарное число контролируемых примесей (fe, Si, Ni, cu) определяет марку магния [19]. Маркируют технический магний двубуквенным символом Мг, затем идет цифра, указывающая содержание магния с точностью до сотых долей процента. Например, магний марки Мг96 содержит магния 99,96%, а остальное – контролируемые примеси. Для промышленности установлены следующие марки магния: Мг96, Мг95, Мг90. В определенных случаях используют особо чистый магний марки Мг9999.
Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, и Mn. Однако они в маркировке не отражаются и все магниевые сплавы маркируют буквой М. За ней ставиться буква А или Л в зависимости от принадлежности сплава к деформируемым или литейным. Далее без пропуска следует цифра, обозначающая порядковый номер сплава.
Литейные сплавы
К этой группе относятся сплавы с добавлением магния, предназначенные для производства разнообразных деталей и элементов методом фасонного литья. Они обладают разными механическими свойствами, в зависимости от которых делятся на три класса:
По химическому составу сплавы также подразделяются на три группы:
Титан и его сплавы
Титановые сплавы классифицируют по:
Деформируемые титановые сплавы по механической прочности выпускаются под марками:
Для литья применяются сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы.
Магний и его сплавы
Главным достоинством магния как машиностроительного материала являются низкая плотность, технологичность. Однако его коррозионная стойкость во влажных средах, кислотах, растворах солей крайне низка. Чистый магний практически не используют в качестве конструкционного материала из-за его недостаточной коррозионной стойкости. Он применяется в качестве легирующей добавки к сталям и чугунам и в ракетной технике при создании твердых топлив.
Эксплуатационные свойства магния улучшают легированием марганцем, алюминием, цинком и другими элементами. Легирование способствует повышению коррозионной стойкости (Zr, Mn), прочности (Al, Zn, Mn, Zr), жаропрочности (Th) магниевых сплавов, снижению окисляемости их при плавке, литье и термообработке.
Сплавы на основе магния классифицируют по:
Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обозначающей соответственно сплав (М), и буквы, указывающей способ технологии переработки (А – для деформируемых,Л – для литейных), а также цифры, обозначающей порядковый номер сплава.
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.
Магниевые сплавы
Магниевые сплавы применяются в промышленности намного чаще, чем чистый магний. Данный металл – легкий и ковкий, серебристо-белого цвета. Он обладает очень высокой химической активностью. На воздухе обычно покрыт тонкой и прочной пленкой окисла, которая препятствует дальнейшему окислению. В присутствии кислой среды или просто высокой влажности пленка разрушается, в результате чего металл начинает активно взаимодействовать с окружающей средой.
Важная характеристика металла – взаимодействие с кислородом. При высокой температуре магний окисляется кислородом воздуха, сгорая с выделением большого количества тепла и света. Данное свойство послужило широкому применению магния в фотовспышках на заре развития фотографии. Химическая активность и не самые лучшие механические характеристики существенно ограничивают применение чистого магния в промышленности.
Для повышения механических характеристик и придания химической стойкости применяют различные сплавы с магнием. В качестве основных элементов в композициях наибольшее распространение получили алюминий, цинк и марганец. Данные металлы вводятся в состав в количестве до 10%. Кроме этих основных элементов, сюда также входят добавки редкоземельных металлов.
Варьируя химический состав, процентное содержание основных и дополнительных компонентов, можно получить сплавы магния с различными механическими характеристиками, существенно расширяющими область применения и даже позволяющими вытеснить из некоторых областей традиционные материалы – чугун, сталь, алюминий.
Свойства магниевых сплавов зависят не только от состава легирующих добавок, но и от способа дальнейшей обработки.
Влияние легирующих добавок
Металлы в составе композиций улучшают и изменяют физические и химические свойства основного металла. Основной упор делается на повышении механических характеристик. Алюминий улучшает общую структуру, литейные свойства, повышает прочность. Цинк также повышает прочность и способствует уменьшению зерен в отливке. Основная цель введения марганца, кроме увеличения прочности – повышение химической стойкости к воздействию агрессивных сред и снижение вредного влияния примеси железа.
Редкоземельные металлы, несмотря на малое количество, сильно меняют химические и физические свойства, повышая жаропрочность, улучшая пластичность, ковкость за счет уменьшения зерен и изменений в кристаллической решетке.
Добавка циркония уменьшает растворимость водорода в расплаве, которая в чистом составе составляет значительную величину. Связывая водород, цирконий также способствует уменьшению пористости и зернистости отливок.
Введение лития в некоторые составы позволяет получить магниевые сплавы с рекордно малой плотностью – в 2 раза меньшей, чем у алюминия, с сохранением высокой прочности и легкости механической обработки. Данные сплавы наиболее широко используются в аэрокосмической промышленности, где снижение общего веса конструкции увеличивает массу полезной нагрузки.
Внешний вид сплавов магния
Некоторые металлы, напротив, нежелательны даже в малых количествах. Так, примеси железа или никеля даже в объеме тысячных долей процента резко снижают коррозионную стойкость сплава. Растворенный водород увеличивает пористость материала, вызывает увеличение зерен, снижая, таким образом, прочность изделия.
Основные разновидности сплавов магния
Магниевые сплавы различаются технологией изготовления. В соответствии с этим, для всех составов с магнием принята следующая классификация:
Химический состав добавок подобран таким образом, чтобы минимизировать последующую обработку литейных сплавов и увеличить способность к обработке у деформируемых.
Внутри каждой из групп материалы разделяются по своим свойствам, способу литья, методам обработки (прессование, ковка, штамповка и прокат).
Каждая из двух перечисленных групп включает в себя составы с различной прочностью, жаростойкостью, химической стойкостью, а также с различной способностью к свариванию.
Маркировка и свойства
Отечественная промышленность маркирует магниевые сплавы на основе двухбуквенной маркировки с дополнительными цифрами:
Литейные сплавы производятся в большинстве на основе системы Mg – Al – Zn, которая представляет собой твердый раствор алюминия и цинка в магнии. Наилучшими литейными свойствами обладают такие виды растворов, как марки МЛ4 – МЛ6. Данные сплавы обладают высокой текучестью, малой усадкой и не склонны к образованию раковин. Такие характеристики позволяют применять указанные марки при точном литье заготовок любых форм и габаритов.
Жаропрочные сплавы, к которым относятся также марки МЛ9 – МЛ14, способны длительное время выдерживать температуру до 350 ˚С и кратковременно до 400 ˚С. В основе состава система Mg – Zn с добавкой циркония. Кроме жаропрочности, данные сплавы хорошо выдерживают статические и усталостные нагрузки.
Дополнительное легирование редкоземельными металлами в некоторых рецептурах способно уменьшить вероятность трещинообразования, что повышает сопротивляемость деформирующим нагрузкам.
Деформированные сплавы производят на основе систем Mg – Al, Mg – Zn, Mg – Mn. Алюминий и цинк способствуют повышению пластичности и позволяют производить с отливками такие действия давлением, как ковка, прессовка, штамповка, а также холодная и горячая прокатка.
Как и литейные, деформируемые дополнительно легируют редкоземельными металлами, однако здесь нашли также и другие материалы. К ним можно отнести кадмий и серебро, которые повышают прочность при одновременном увеличении пластичности.
Марки МА11 — МА12 деформируемых магниевых сплавов относятся к жаростойким материалам, как и аналогичные литейные.
Сплавы МА14 и МА19 характерны тем, что не допускают применение сварки при дальнейшем применении, в отличие от большинства остальных составов.
Получение и производство
Для изготовления сплавов используются материалы высокой чистоты, поскольку, как говорилось выше, даже мельчайшие примеси нежелательных элементов могу существенно ухудшить свойства готового продукта.
Получение сплавов магния облегчается тем, что температура плавления расплава не превосходит 700˚С. Для получения материала с требуемыми свойствами в расплав чистого магния вводят необходимое количество легирующих элементов. Газовый состав атмосферы вокруг расплава должен быть очищен от водорода, поскольку его высокая растворимость в магнии способна привести к дефектам внутренней структуры.
Обработка отливок
Повысить механические свойства отливок на основе магния можно, применяя несколько методик:
Отливки из алюминиево-магниевого сплава
Следует заметить, что у большинства сплавов после термической обработки механическая прочность не повышается.
Применение
Применение магниевых сплавов в промышленности и технике связано с высокими техническими характеристиками в качестве замены стальных и алюминиевых деталей с учетом требуемых механических свойств.
Плотность магниевого сплава ниже, чем у алюминия, соответственно, вес детали получается меньше.
Наиболее широкое использование магниевые сплавы получили в авиации, в основном, благодаря легкости (на 20-30% легче алюминия) и высокой прочности. Магний используется для изготовления деталей шасси – стоек, дисков колес, а также различных конструктивных элементов конструкции. Корпуса приборов и механизмов также выполнены из данного материала.
Детали из сплавов магния
Легкий магниевый сплав в конструкции летательных аппаратов позволяет увеличить вес полезной нагрузки, не снижая прочностных характеристик. Такие особенности магниевого сплава обуславливают его широкое распространение в ракетной и космической технике.
Немалая доля конструкционных материалов из сплавов магния используется в автомобильной промышленности. В основном это детали двигателя (картер, поддон), трансмиссии и иные конструктивные элементы. Подсчитано, что при общем весе магниевых сплавов 100 кг, замена деталей на стальные, увеличит массу конструкции на 450 кг.
Из магния изготавливают диски колес. И, хотя они имеют значительно более высокую стоимость, чем традиционные, выигрыш от уменьшения неподрессоренной массе ходовой части автомобиля заметно улучшает динамический характеристики, облегчает работу подвески, делая вождение автомобиля комфортнее и безопаснее.
Магниевые сплавы – это продукция металлургического производства, в которой основным элементом является магний, а дополнительными элементами – легирующие добавки металлов и неметаллов, влияющие на свойства основного элемента. Главная отличительная особенность, обеспечивающая им широкое применение в промышленности – лёгкость материала (его высокая прочность при низкой плотности).
Виды сплавов магния, маркировка
Магний – химически активный металл, поэтому выбор легирующих элементов для него ограничен. Сплавы магния подразделяются на два вида:
1. Литейные сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством литья. Наиболее употребляемые химические составы:
2. Деформируемые сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством механического воздействия (прессовкой, ковкой, штамповкой и прокаткой). Наиболее употребляемые химические составы:
Маркировка литейных сплавов (ГОСТ 2856) осуществляется посредством букв МЛ и цифры, показывающей номер модификации сплава. В настоящее время марки следующие: МЛ1 – МЛ20.
Маркировка деформируемых сплавов (ГОСТ 14957) осуществляется посредством букв МА и цифры, показывающей номер модификации. Марки: МА1 – МА19.
Кроме того, выделяют подгруппу жаропрочных магниевых литейных сплавов, в которой к маркировке добавляется буква В: ВМЛ1 – ВМЛ2.
При маркировании сплавов магния дополнительно используют аббревиатуры «п.ч» и «о.н», которые расшифровываются как «повышенной чистоты» и «общего назначения».
Показатели отдельных магниевых сплавов:
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:
Вредные для магниевых сплавов примеси снижают коррозионную устойчивость и ухудшают растворимость легирующих добавок. Ко вредным примесям относятся:
Производство магниевых сплавов
Выплавку литейных магниевых сплавов производят:
Выплавку деформируемых магниевых сплавов производят:
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:
Дальнейшую обработку деформируемых сплавов производят способами:
Способы обработки готовых изделий для улучшения их механических показателей:
Область применения
Магниевые сплавы обладают рядом полезных свойств, которые не обеспечивают другие материалы. Эти свойства обеспечивают широкое использование в промышленности:
Исходя из свойств, сплавы магния находят применение:
С развитием технологий сплавы магния получат дополнительные области применения. Тенденция к облегчению массы готовых изделий уже сейчас регулярно повышает интерес к этим сплавам. Если учитывать, насколько стремительными темпами развиваются робототехника, производство компьютеров, различных гаджетов, то можно понять, что потребность в магниевых марках металлов ограничится только количеством добываемого магния.