Magnezijeve zlitine: uporaba, razvrstitev in lastnosti

Magnezijeve zlitine imajo številne edinstvene fizikalne in kemijske lastnosti, od katerih so glavne majhne gostote in visoke trdnosti. Kombinacija teh lastnosti v materialih z dodatkom magnezija omogoča proizvodnjo izdelkov in struktur, ki imajo visoke trdnosti in nizko težo.

Značilnosti magnezija

Industrijska proizvodnja in uporaba magnezija se je začela relativno nedavno - pred približno 100 leti. Ta kovina ima nizko težo, saj ima relativno nizko gostoto (1,74 g / smᶟ) dobro obstojnost na zraku, alkalije, plinastih medijev in ima vsebnost fluora v mineralna olja.

Tališče je 650 stopinj. Zanj je značilna visoka kemična aktivnost do spontanega zgorevanja v zraku. Omejitev moči čisti magnezij je 190 MPa, modul elastičnosti je 4.500 MPa, raztezek je 18%. Kovina ima visoko dušilno sposobnost (učinkovito absorbira elastične vibracije), kar zagotavlja odlično odpornost proti udarcem in zmanjšano občutljivost na resonančne pojave.

Druge značilnosti tega elementa vključujejo dobro toplotno prevodnost, nizko sposobnost absorpcije toplotnih nevtronov in interakcijo z jedrskim gorivom. Zaradi kombinacije teh lastnosti je magnezij idealen material za izdelavo hermetičnih lupin visokotemperaturnih elementov jedrskih reaktorjev.

Magnezij se dobro zlije z različnimi kovinami in je eno od močnih redukcijskih sredstev, brez katerega je metallothermy proces nemogoč.

V čisti obliki se večinoma uporablja kot aditiv za doping v zlitinah z aluminijem, titanom in nekaterimi drugimi kemičnimi elementi. V železarski in jeklarski industriji se magnezij uporablja za globoko razžvepljanje jekla in litega železa, lastnosti pa se izboljšajo s pomočjo grafitne sferoidizacije.

Magnezij in legirni dodatki

Med najpogostejšimi zlitinskimi aditivi, ki se uporabljajo v zlitinah na osnovi magnezija, so elementi, kot so aluminij, mangan in cink. Aluminij izboljša strukturo, povečuje tekočino in moč materiala. Uvajanje cinka omogoča tudi pridobivanje močnejših zlitin z zmanjšano velikostjo zrn. S pomočjo mangana ali cirkonija se povečuje korozijska odpornost magnezijevih zlitin.

Dodajanje cinka in cirkonija zagotavlja večjo trdnost in duktilnost kovinskih zmesi. In prisotnost nekaterih redkih zemeljskih elementov, kot so neodim, cera, itrij in tako naprej., Spodbuja znatno povečanje toplotne odpornosti in čim mehanskih lastnosti magnezijevih zlitin.

Za izdelavo ultralahkih materialov z gostoto 1,3 do 1,6 g / m ² litija se vnese v zlitine. Ta dodatek omogoča zmanjšanje teže za polovico v primerjavi z aluminijastimi mešanicami kovin. Istočasno pa so njihovi kazalci duktilnosti, tekočine, elastičnosti in izdelovalnosti na višji ravni.

Razvrstitev zlitin z magnezijem

Magnezijeve zlitine so razdeljene glede na več meril. To so:

• z obdelavo - na livarnah in deformabilnih;
• po stopnji občutljivosti na toplotno obdelavo - na nečistoče in utrjene s toplotno obdelavo;
• s svojimi lastnostmi in sferami uporabe toplotno odporne zlitine, visoko trdnost in splošni namen;
• s sistemom dopinga - obstaja več skupin nestabilnih in utrjenih s toplotno obdelavo deformabilnih magnezijevih zlitin.

Livarne zlitine

V to skupino spadajo zlitine z dodatkom magnezija, namenjene za izdelavo različnih delov in elementov po metodi oblikovanega litja. Imajo različne mehanske lastnosti, odvisno od katerih so razdeljeni v tri razrede:

• srednje moč;
• visoka trdnost;
• toplotno odporna.

Kemična sestava zlitin je razdeljena tudi v tri skupine:

• aluminij + magnezij + cink;
• magnezij + cink + cirkonij;
• magnezij + redke zemlje + cirkonij.

Lastnosti vlage zlitin

Najboljše lastnosti vlivanja med izdelki iz teh treh skupin so aluminijeve-magnezijeve zlitine. Spadajo v razred visoko trdnih materialov (do 220 MPa), zato so najboljša možnost za izdelavo delov letalskih motorjev, avtomobilov in druge opreme, ki deluje pod mehanskimi in toplotnimi obremenitvami.

Povečati moč značilnosti aluminij-magnezija zlitine so legirane z drugimi elementi. Toda prisotnost nečistoč železa in bakra je nezaželena, saj ti elementi negativno vplivajo na varivost in korozijsko odpornost zlitin.

Livni magnezijeve zlitine, pripravljene na različne vrste talilnih peči: reflektor, lončku s plinom, oljem ali električni ogrevani talilnem lončku ali indukcijskih enot.

Za preprečevanje izgorevanja med procesom taljenja in med litjem se uporabljajo posebne tokove in aditivi. Ulitki se proizvajajo z ulivanjem v pesek, mavčne in školjke, pod pritiskom in z uporabo taljenih modelov.

Deformabilne zlitine

V primerjavi z livarstvom so deformabilne magnezijeve zlitine bolj vzdržljive, duktilne in viskozne. Uporabljajo se za izdelavo praznih delov z valjanjem, stiskanjem in žigosanjem. Kot toplotno obdelavo izdelkov se kaljenje nanaša pri temperaturi 350-410 stopinj, sledi poljubno hlajenje brez staranja.

Pri segrevanju se plastične lastnosti takih materialov povečajo, tako da se obdelava magnezijevih zlitin izvaja s pomočjo tlaka in pri visokih temperaturah. Štancanje se izvede pri 280-480 stopinjah pod stiskalnicami z zaprtimi žigi. Med hladnim valjanjem pogosto vmesno rekristalizacijsko žarjenje.

Pri varjenju magnezijeve zlitine se moč šiva izdelka lahko zmanjša na segmentih, kjer je varjenje opravljeno, zaradi občutljivosti teh materialov na pregrevanje.

Krogle uporabe zlitin z dodatkom magnezija

Z metodami litja, deformacije in toplotna obdelava zlitin proizvajajo se različni polizdelki - ingoti, plošče, profili, listi, odkovki itd. Ti odrezki se uporabljajo za izdelavo elementov in delov sodobnih tehničnih naprav, pri katerih imajo prednostno vlogo težnostna učinkovitost konstrukcij (zmanjšana masa), hkrati pa ohranjajo njihove močne lastnosti. V primerjavi z aluminijem je magnezij 1,5 krat lažji in jeklo 4,5 krat.

Trenutno uporaba magnezija zlitine se pogosto izvaja v vesoljski, avtomobilski, vojaških in drugih industrijah, kjer je njihova visoka cena (nekatere blagovne znamke vsebuje v svoji sestavi precej dragih legirnih elementov) upravičena z ekonomskega vidika, sposobnost, da ustvarite bolj trpežne, hiter, močan in varno tehniko, ki lahko učinkovito dela v ekstremnih pogojih, tudi pri izpostavljenosti visokim temperaturam.

Zaradi velikega električnega potenciala, te zlitine so najboljši material za ustvarjanje ščitnike, ki zagotavljajo elektrokemično zaščito jeklenih konstrukcij, kot so avtomobilski deli, podzemnih struktur, naftne ploščadi, ladij, itd, iz korozijskih procesov, ki potekajo pod vplivom vlage, sveža in morskih voda.

Uporabljajo se zlitine z dodatkom magnezija in v različnih sistemih radio-tehnike, kjer proizvajajo zvočne linije ultrazvočnih linij za odlaganje električnih signalov.

Zaključek

Sodobna industrija postavlja vedno večje zahteve glede materialov glede na njihovo trdnost, odpornost proti obrabi, odpornost na korozijo in predelljivost. Uporaba magnezijeve zlitine je ena najbolj obetavnih smeri, zato študije, povezane z iskanjem novih lastnosti magnezija in možnosti njegove uporabe, ne prenehajo.

Trenutno je uporaba na osnovi magnezijevih zlitin za pripravo različnih delov in konstrukcij lahko doseže, da se zmanjša njihovo težo za skoraj 30% in povečanje natezno trdnost 300 MPa, vendar v skladu s znanstveniki, to ni omejitev za to edinstveno kovino.