Тема 9. Магний и сплавы на его основе

Магний.

Магний—металл светло-серого цвета. Характерным свойством магния является его малая плотность (1,74 г/см³.) Температура плавления магния 650°С. Кристаллическая решетка гексагональная (а = 3,103, с = 5,2002 А, с/а = 1,62354). Теплопроводность магниязначительно меньше, чем у алюминия [0,37кал/(см-с-°С)], коэффициенты линейного расширения алюминия и магния примерно одинаковые (26,1×10^-6 в интервале 20—100°С). Технический магний выпускают трех марок МГ90 (99,9% Mg), МГ95 (99,95% Mg) МГ96 (99,96% Mg). В качестве примесей присутствуют Fe, Si, Al, Mn. Вредными примесями являются Fe, Ni, Cu и Si, снижающие коррозионную стойкость магния. Механические свойства литого магния: σ_В = 115 МПа, σ_0,2 = 25 МПа, δ= 8%, Е = 45000 МПа, НВ30, а деформированного (прессованные прутки): σ_В = 200 МПа, σ_0,2 = 90 МПа, δ = 11,5%, Е=4500 МПа, НВ40. На воздухе магний легко воспламеняется. Используется магний в пиротехнике и химической промышленности.

Сплавы на основе магния.

Свойства магния можно значительно улучшить легированием. Чаще применяют сплавы магния с алюминием (до 10%), цинком (до 5-6%), марганцем (до 2,5%), цирконием (до 1,5%).

Алюминий и цинк, образующие с магнием твердые растворы и соединения Mg₄Al₃ и MgZn₃ в количестве до 6—7%, повышают механические свойства магния. Марганец с магнием образует твердый раствор α. При понижении температуры растворимость марганца в магнии понижается и из α-твердого paствора выделяется β-фаза. Марганец, не улучшая механические свойства, повышает сопротивление коррозии и улучшает свариваемость сплавов магния.

Повышение коррозионной стойкости объясняют образованием пленки гидратированной окиси Mg—Mn и очисткой от железа.

Цирконий, будучи введен в сплавы магния с цинком, измельчает зерно, улучшает механические свойства и повышает сопротивление коррозии. Редкоземельные металлы и торий повышают жаропрочность магниевых сплавов.

Бериллий при содержании его 0,005-0,012% значительно уменьшает окисляемость магния при плавке, литье и термической обработке.

Магниевые сплавы, как и алюминиевые, разделяют на две группы: литейные сплавы для получения деталей методом фасонного литья, их маркируют буквами МЛ, и деформируемые сплавы, подвергаемые прессованию, прокатке, ковке, штамповке и другим видам обработки давлением, их маркируют буквами МА. Литейные и деформируемые сплавы могут быть термически упрочняемыми и термически не упрочняемыми.

Термическая обработка магниевых сплавов имеет много общего с термической обработкой алюминиевых сплавов.

Для устранения наклепа магниевые сплавы подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре ~ 350⁰С.

Некоторые магниевые сплавы могут быть упрочнены закалкой и старением. Нагрев приводит к растворению избыточных фаз (MgZn.₂, Al₃Mg₄, Mg₃Al₂Zn₂ и т. д.) и получению после закалки пересыщенного твердого раствора. В процессе старения происходит выделение упрочняющих фаз. Особенностью магниевых сплавов является малая скорость диффузионных процессов, поэтому фазовые превращения протекают медленно. Это требует больших выдержек при нагреве под закалку (4—24 ч) и искусственном старении (16—24 ч). По этой же причине возможна закалка на воздухе. Многие сплавы воспринимают закалку при охлаждении отливок или изделий после горячей обработки давлением на воздухе, а, следовательно, они могут упрочняться при искусственном старении без предварительной закалки. Старение литых магниевых сплавов проводят при 200—300°С. Закалку осуществляют с температур 380—420°С. После закалки для достижения максимального упрочнения проводят искусственное старение при 175—200°С.

Прочность магниевых сплавов в процессе старения можно повысить только на 20—35%. При этом пластичность их уменьшаются

Литейные сплавы.

Широко применяют сплав МЛ5, в котором сочетаются высокие механические и литейные свойства. Он применяется для литья в землю, в кокильи под давлением нагруженных крупногабаритных отливок (картеры двигателей, коробки передач и т. д.).

Сплав МЛ6 обладает лучшими литейными свойствами чем МЛ5 и предназначается для изготовления тяжелонагруженных деталей.

Механические свойства сплавов МЛ5 и МЛ6 могут быть повышены гомогенизацией при 420°С в течение 12—24 ч. Более высокие значения временного сопротивления разрыву и предела текучести сплав МЛ5 приобретает после старения при 175- 190° С в течение 4—8 ч.

Сплав МЛ10 относится к группе жаропрочных сплавов для отливок, работающих при температурах до 300⁰С.   Сплав используют после закалки (гомогенизации) при 539⁰С и старения при 200°С 12-16 ч.

Сплав МЛ12 предназначается для отливки деталей, требующих высокой герметичности и прочности в условиях нагружения. Сплав МЛ12 нагревают под закалку ступенчато (сначала 400°С ± 5, а затем 500°С ± 5) для рассасывания неравновесной эвтектики и во избежание пережога с выдержками соответственно 2 и 2-3 ч. Охлаждение при закалке ведется на воздухе.После закалки дается длительное старение при 150^оС. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием.