Магниевые сплавы - характеристика, свойства и применение

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:

• Mg – Al – Zn,
• Mg – Zn – Zr,
• Mg – Nd – Zr

2. Деформируемые сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством механического воздействия (прессовкой, ковкой, штамповкой и прокаткой). Наиболее употребляемые химические составы:

• Mg – Al – Zn,
• Mg – Zn – Zr.

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:

• сплавы МЛ4, МЛ5, МЛ6 – обладают самыми лучшими литейными свойствами, показывают большой предел текучести, дают невысокую усадку и не образуют усадочную раковину; 
• сплавы МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ12, МЛ13, МЛ14 – являются жаропрочными, способны выносить высокие температуры до 400 ºС, сопротивляются статической и усталостной нагрузкам
• сплавы МА11, МА12 – повышенная жаростойкость;
• сплавы МА14, МА19 – несвариваемые, что следует учитывать при заказе.

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.

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).

Область применения 

Магниевые сплавы обладают рядом полезных свойств, которые не обеспечивают другие материалы. Эти свойства обеспечивают широкое использование в промышленности:

• хорошей переносимость низких, нормальных и высоких температур;
• низкой плотностью; 
• высокой удельной прочностью;
• способностью поглощать удары и вибрации;
• хорошими показателями к обработке резанием.

Исходя из свойств, сплавы магния находят применение:

• в производстве автомобилей – для создания деталей машин (картер, поддон);
• самое основное применение - изготовление колёсных дисков;
• в сельхозмашиностроении – для изготовления картеров двигателей, коробок передач, барабанов колёс;
• в электротехнике и радиотехнике – для создания корпусов приборов и элементов электродвигателей;
• в производстве оптических приборов – для изготовления корпусов биноклей, подзорных труб, фотоаппаратов;
• в лёгкой промышленности – для изготовления бобин, шпулек, катушек;
• в полиграфии – для изготовления матриц, клише, валиков; - в судостроении – для изготовления протекторов;
• в авиастроении и ракетостроении – для изготовления деталей шасси, деталей управления, крыла, корпуса самолёта.

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.