Aliajele de magneziu: aplicare, clasificare și proprietăți

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Aliajele de magneziu au o serie de proprietăți fizice și chimice unice, dintre care principalele sunt densitatea scăzută și rezistența ridicată. Combinația acestor calități în materiale cu adaosul de magneziu face posibilă producerea de produse și structuri cu caracteristici de rezistență ridicată și greutate redusă.

Caracteristicile magneziului

Producția industrială și utilizarea magneziului au început relativ recent - cu doar aproximativ 100 de ani în urmă. Acest metal are o masă redusă, deoarece are o densitate relativ scăzută (1,74 g/cmᶟ), rezistență bună la aer, alcalii, medii gazoase care conțin fluor și uleiuri minerale.

Punctul său de topire este de 650 de grade. Se caracterizează prin activitate chimică ridicată până la arderea spontană în aer. Rezistența la tracțiune a magneziului pur este de 190 MPa, modulul de elasticitate este de 4.500 MPa și alungirea relativă este de 18%. Metalul are o capacitate mare de amortizare (absoarbe eficient vibrațiile elastice), ceea ce îi asigurătoleranță excelentă la șocuri și sensibilitate redusă la fenomenele de rezonanță.

Alte caracteristici ale acestui element includ o bună conductivitate termică, capacitatea scăzută de a absorbi neutronii termici și de a interacționa cu combustibilul nuclear. Datorită combinației acestor proprietăți, magneziul este un material ideal pentru crearea de învelișuri închise ermetic ale elementelor la temperatură în altă ale reactoarelor nucleare.

Magneziul se combină bine cu diferite metale și este unul dintre agenții reducători puternici, fără de care procesul metalotermic este imposibil.

În forma sa pură, este folosit în principal ca adiție de aliaj în aliaje cu aluminiu, titan și alte elemente chimice. În metalurgia feroasă, magneziul este folosit pentru desulfurarea profundă a oțelului și a fontei, iar proprietățile acesteia din urmă sunt îmbunătățite prin sferoidizarea grafitului.

Magneziu și aditivi de aliaje

Cele mai frecvente adaosuri de aliere utilizate în aliajele pe bază de magneziu includ elemente precum aluminiu, mangan și zinc. Prin aluminiu, structura se îmbunătățește, fluiditatea și rezistența materialului cresc. Introducerea zincului face posibilă, de asemenea, obținerea de aliaje mai rezistente, cu o dimensiune redusă a granulelor. Cu ajutorul manganului sau zirconiului, rezistența la coroziune a aliajelor de magneziu crește.

Adăugarea de zinc și zirconiu oferă rezistență și ductilitate crescute amestecurilor de metale. Și prezența anumitor pământuri rareelemente, precum neodim, ceriu, ytriu etc., contribuie la o creștere semnificativă a rezistenței la căldură și la maximizarea proprietăților mecanice ale aliajelor de magneziu.

Pentru a crea materiale ultra-ușoare cu o densitate de 1,3 până la 1,6 g/mᶟ, se introduce litiu în aliaje. Acest aditiv face posibilă reducerea greutății lor la jumătate în comparație cu amestecurile de aluminiu și metal. În același timp, indicatorii lor de plasticitate, fluiditate, elasticitate și fabricabilitate ating un nivel superior.

Clasificarea aliajelor de magneziu

Aliajele de magneziu sunt clasificate în funcție de o serie de criterii. Acesta este:

• după metoda de prelucrare - pentru turnare și deformabil;
• după gradul de sensibilitate la tratamentul termic - în neîntărit și întărit prin tratament termic;
• după proprietăți și aplicații - pentru aliaje rezistente la căldură, de în altă rezistență și de uz general;
• în funcție de sistemul de aliere - există mai multe grupe de aliaje de magneziu forjat neîntăribile și întăribile la căldură.

Aliaje de turnare

Acest grup include aliajele cu adaos de magneziu, concepute pentru producerea diferitelor piese și elemente prin turnare modelată. Au proprietăți mecanice diferite, în funcție de care sunt împărțite în trei clase:

• putere medie;
• rezistență mare;
• rezistent la căldură.

În ceea ce privește compoziția chimică, aliajele sunt, de asemenea, împărțite în trei grupe:

• aluminiu + magneziu + zinc;
• magneziu + zinc + zirconiu;
• magneziu + pământ rarelemente + zirconiu.

Proprietățile de turnare ale aliajelor

Cele mai bune proprietăți de turnare dintre produsele din aceste trei grupe au aliajele de aluminiu-magneziu. Ele aparțin clasei de materiale de în altă rezistență (până la 220 MPa), prin urmare, sunt cea mai bună opțiune pentru fabricarea pieselor de motoare pentru avioane, mașini și alte echipamente care funcționează sub sarcini mecanice și termice.

Pentru a crește caracteristicile de rezistență, aliajele de aluminiu-magneziu sunt de asemenea aliate cu alte elemente. Dar prezența impurităților de fier și cupru este nedorită, deoarece aceste elemente au un efect negativ asupra sudabilității și rezistenței la coroziune a aliajelor.

Aliajele de magneziu turnat sunt preparate în diferite tipuri de cuptoare de topire: cuptoare cu reverberație, cuptoare cu creuzet cu încălzire pe gaz, ulei sau electric, sau cuptoare cu inducție cu creuzet.

Se folosesc fluxuri și aditivi speciali pentru a preveni arderea în timpul topirii și turnării. Piesele turnate sunt produse prin turnare în forme de nisip, ipsos și coajă, sub presiune și folosind modele de investiții.

Aliaje forjate

În comparație cu aliajele turnate, aliajele de magneziu forjat sunt mai rezistente, mai ductile și mai dure. Sunt utilizate pentru producerea semifabricatelor prin laminare, presare și ștanțare. Ca tratament termic al produselor, întărirea este utilizată la o temperatură de 350-410 grade, urmată de răcire arbitrară fără îmbătrânire.

Când este încălzitproprietățile plastice ale unor astfel de materiale cresc, prin urmare, prelucrarea aliajelor de magneziu se realizează prin presiune și la temperaturi ridicate. Ștanțarea se realizează la 280-480 de grade sub prese prin intermediul matrițelor închise. La laminare la rece se efectuează frecvente recoaceri intermediare de recristalizare.

La sudarea aliajelor de magneziu, rezistența cusăturii produsului poate fi redusă în segmentele în care a fost efectuată sudarea, din cauza sensibilității acestor materiale la supraîncălzire.

Domenii de aplicare ale aliajelor de magneziu

Diverse semifabricate - lingouri, plăci, profile, table, forjate etc. sunt produse prin turnare, deformare și tratare termică a aliajelor. Aceste semifabricate sunt utilizate pentru producerea de elemente și părți ale dispozitivelor tehnice moderne, unde eficiența în greutate a structurilor (greutate redusă) joacă un rol prioritar, păstrând în același timp caracteristicile de rezistență ale acestora. În comparație cu aluminiul, magneziul este de 1,5 ori mai ușor și de 4,5 ori mai ușor decât oțelul.

În prezent, utilizarea aliajelor de magneziu este practicată pe scară largă în industriile aerospațiale, auto, militar și în alte industrii, unde costul lor ridicat (unele clase conțin elemente de aliere destul de scumpe) este justificat din punct de vedere economic de posibilitatea de a crea un echipament mai durabil, mai rapid, mai puternic și mai sigur, care poate funcționa eficient în condiții extreme, inclusiv atunci când este expus la temperaturi ridicate.

Datorita potentialului lor electric ridicat, aceste aliaje sunt materialul optim pentru crearea protectoarelor care asigura protectie electrochimica a structurilor din otel, cum ar fi piesele auto, structurile subterane, platformele petroliere, navele marine etc., impotriva proceselor de coroziune care apar. sub influența umidității, a apei dulce și a apei de mare.

Aliajele cu adaos de magneziu au fost, de asemenea, folosite în diverse sisteme de inginerie radio, unde sunt folosite pentru a face conducte de sunet pentru liniile ultrasonice pentru a întârzia semnalele electrice.

Concluzie

Industria modernă impune materiale din ce în ce mai mari în ceea ce privește rezistența, rezistența la uzură, rezistența la coroziune și capacitatea de fabricație. Utilizarea aliajelor de magneziu este unul dintre cele mai promițătoare domenii, prin urmare, cercetările legate de căutarea de noi proprietăți ale magneziului și posibilitățile de aplicare a acestuia nu se opresc.

În prezent, utilizarea aliajelor pe bază de magneziu în crearea diferitelor piese și structuri face posibilă reducerea greutății acestora cu aproape 30% și creșterea rezistenței la tracțiune până la 300 MPa, dar, conform oamenilor de știință, acest lucru este departe de limita pentru acest metal unic.