Магний и его сплавы

Магний имеет низкую плотность (1,73 г/см3); у него гексагональная гоютноупакованная кристаллическая решетка, которая не претерпе­вает превращений до температуры плавления (650 °С).

Выпускается несколько марок чистого магния: Мг96 (99,96 % Mg), Мг95 и Мг90. Примеси железа, кремния, никеля, меди снижают и без того низкую пластичность и коррозионную стойкость. На воздухе нагрев свыше 623 °С приводит к его воспламенению. Склонность к окислению объясняется не только высокой химической активностью магния, но и растрескиванием пленки оксидов, плотность которой выше, чем у чистого магния. Изменение растворимости различных легирующих элементов по мере повышения температуры, показан­ное на рис. 6.5, свидетельствует о возможности упрочнения сплавов закалкой и старением. Необходимо отметить, что термическая обработка сплавов затруднена в связи с медленной диффузией примесей. Так, нагрев и выдержка деталей перед закалкой протекают в течение 25...30 ч. По той же причине естественного старения не происходит, требуется нагрев и длительная выдержка при 200 °С. Закалку можно производить, охлаждая детали на воздухе. Рис. 6.5. Растворимость легирующих элементов

Дополнительного повышения прочности можно добиться термо­механической обработкой, т. е. пластической деформацией закален­ных заготовок перед их старением.

Основным достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. Легирование магния алюминием, цинком, мар­ганцем и дополнительно цирконием, кадмием, церием и неодимом в сочетании с термической обработкой позволяет достичь ств свыше 400 МПа. При этом цирконий, обладая структурным и размерным по­добием кристаллической решетки, служит хорошим модификатором, а марганец устраняет вредное влияние железа и никеля.

Марки магниевых сплавов, их составы и свойства приведены в табл. 6.3. Магниевые сплавы легко обрабатываются резанием и хо­рошо свариваются в защитных средах. Их общие недостатки: низкая коррозионная стойкость, малые модули упругости, склонность к газо­насыщению и воспламенению. Добавки бериллия уменьшают склон­ность к окислению. Все сплавы делятся на две группы: деформируемые (МА) и литейные (МЛ).

Если в процессе производства в сплавах снижается содержание-железа, никеля и меди, то после марки ставят буквы ПЧ - повышен­ной чистоты (МЛ 5ПЧ).

Таблица 6.3

Составы и свойства магниевых сплавов

По мере увеличения содержания алюминия в сплавах группы Mg-Al прочность возрастает вначале за счет легирования а-фазы, а затем вследствие появления дисперсной упрочняющей фазы Mj^Alj. Но бо­лее 10 % алюминия обычно не вводят, так как резко снижается пла­стичность сплавов. Термическая обработка сплавов позволяет повысить прочностные характеристики. Из сплавов этой группы штамповкой изготавливают крыльчатки, жалюзи и другие ответственные авиаде­тали. Присутствие в них марганца обязательно, так как он устраняет вредное влияние железа.

Сплавы группы Mg-Zn относятся к высокопрочным. Фаза MgZn2 упрочняет сплав, но снижает пластичность. Цинк рафинирует и мо­дифицирует сплав. Кроме того, взаимодействуя с водородом, он спо­собствует повышению плотности прессованных деталей. Старение после закалки для этих сплавов нежелательно, так как при нем снижа­ется наклеп и упрочнение за счет выделения дисперсной фазы не ком­пенсирует этой потери. Сплавы Mg-Zn плохо свариваются, а плавка их затруднена из-за медленного растворения цинка.

Литейные магниевые сплавы близки по составу к деформируе­мым. Отливки из них характеризуются грубозернистой структурой, что отрицательно сказывается на механических характеристиках. Применение чистых исходных материалов, перегрев расплава, выдержка в расплавленном состоянии и модифицирование измельча­ют структуру отливок. В качестве модификаторов применяют цинк, мрамор и мел.

Наиболее часто употребляются сплавы системы Mg-Al-Zn. Широ­кий интервал кристаллизации сплавов вызывает появление пористо­сти и трещин в отливках. По мере увеличения содержания алюминия литейные свойства ухудшаются; появление эвтектики способствует их улучшению, хотя при этом резко снижается пластичность. В связи с малой скоростью диффузии алюминия отливки закаливают на возду­хе и подвергают старению при 170... 190 °С.

Сплавы с цинком и цирконием, в особенности дополнительно леги­рованные кадмием, отличаются высокими механическими свойства­ми, а отливки из них имеют плотную мелкозернистую структуру.

Литейные сплавы магния применяют в самолето-, авто- и прибо­ростроении.