Magnezijeve legure: primjena, klasifikacija i svojstva

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Magnezijeve legure imaju niz jedinstvenih fizikalnih i kemijskih svojstava, od kojih su glavna niska gustoća i visoka čvrstoća. Kombinacija ovih kvaliteta u materijalima s dodatkom magnezija omogućuje proizvodnju proizvoda i konstrukcija visoke čvrstoće i male težine.

Karakteristike magnezija

Industrijska proizvodnja i upotreba magnezija počela je relativno nedavno - prije samo 100 godina. Ovaj metal ima malu masu, jer ima relativno malu gustoću (1,74 g/cmᶟ), dobru otpornost na zrak, lužine, plinovite medije koji sadrže fluor i mineralna ulja.

Njegova točka taljenja je 650 stupnjeva. Karakterizira ga visoka kemijska aktivnost sve do spontanog izgaranja na zraku. Vlačna čvrstoća čistog magnezija je 190 MPa, modul elastičnosti je 4.500 MPa, a relativno rastezanje je 18%. Metal ima visoku sposobnost prigušenja (učinkovito apsorbira elastične vibracije), što mu osiguravaizvrsna tolerancija na udarce i smanjena osjetljivost na rezonantne pojave.

Ostale značajke ovog elementa uključuju dobru toplinsku vodljivost, nisku sposobnost apsorpcije toplinskih neutrona i interakciju s nuklearnim gorivom. Zbog kombinacije ovih svojstava, magnezij je idealan materijal za izradu hermetički zatvorenih omotača visokotemperaturnih elemenata nuklearnih reaktora.

Magnezij dobro legira s raznim metalima i jedan je od jakih redukcijskih sredstava, bez kojih je metalotermički proces nemoguć.

U svom čistom obliku, uglavnom se koristi kao dodatak za legiranje u legurama s aluminijem, titanom i nekim drugim kemijskim elementima. U crnoj metalurgiji magnezij se koristi za dubinsko odsumporavanje čelika i lijevanog željeza, a svojstva potonjeg poboljšavaju se sferoidizacijom grafita.

Magnezij i aditivi za legiranje

Najčešći dodaci za legiranje koji se koriste u legurama na bazi magnezija uključuju elemente kao što su aluminij, mangan i cink. Kroz aluminij se struktura poboljšava, povećava se fluidnost i čvrstoća materijala. Uvođenje cinka također omogućuje dobivanje jačih legura sa smanjenom veličinom zrna. Uz pomoć mangana ili cirkonija povećava se otpornost na koroziju magnezijevih legura.

Dodatak cinka i cirkonija osigurava povećanu čvrstoću i duktilnost metalnih mješavina. I prisutnost određene rijetke zemljeelementi, kao što su neodim, cerij, itrij, itd., doprinosi značajnom povećanju otpornosti na toplinu i maksimiziranju mehaničkih svojstava magnezijevih legura.

Za stvaranje ultra-lakih materijala gustoće od 1,3 do 1,6 g/mᶟ, litij se uvodi u legure. Ovaj aditiv omogućuje smanjenje njihove težine za polovicu u usporedbi s mješavinama metala aluminija. Istovremeno, njihovi pokazatelji plastičnosti, fluidnosti, elastičnosti i obradivosti dostižu višu razinu.

Klasifikacija legura magnezija

Magnezijeve legure klasificiraju se prema brojnim kriterijima. Ovo je:

• prema načinu obrade - za lijevanje i deformiranje;
• prema stupnju osjetljivosti na toplinsku obradu - u neočvrsnute i očvrsnute toplinskom obradom;
• po svojstvima i primjenama - za legure otporne na toplinu, visoke čvrstoće i opće namjene;
• prema sustavu legiranja - postoji nekoliko skupina kovanih magnezijevih legura koje se ne stvrdnjavaju i očvršćuju toplinom.

Legura za lijevanje

Ova grupa uključuje legure s dodatkom magnezija, dizajnirane za proizvodnju raznih dijelova i elemenata oblikovanim lijevanjem. Imaju različita mehanička svojstva, ovisno o čemu se dijele u tri klase:

• srednje snage;
• visoka čvrstoća;
• otporan na toplinu.

U smislu kemijskog sastava, legure se također dijele u tri skupine:

• aluminij + magnezij + cink;
• magnezij + cink + cirkonij;
• magnezij + rijetka zemljaelementi + cirkonij.

Svojstva lijevanja legura

Najbolja svojstva lijevanja među proizvodima ove tri skupine imaju aluminij-magnezijeve legure. Spadaju u klasu materijala visoke čvrstoće (do 220 MPa), stoga su najbolja opcija za izradu dijelova motora za zrakoplove, automobile i drugu opremu koja radi pod mehaničkim i toplinskim opterećenjima.

Kako bi se povećale karakteristike čvrstoće, legure aluminija i magnezija također se legiraju s drugim elementima. Ali prisutnost nečistoća željeza i bakra je nepoželjna, jer ti elementi negativno utječu na zavarljivost i otpornost legura na koroziju.

Livene legure magnezija pripremaju se u raznim vrstama talionih peći: reverberacijskim pećima, lončanim pećima s plinskim, uljnim ili električnim grijanjem ili indukcijskim pećima za taljenje.

Posebni tokovi i aditivi koriste se za sprječavanje izgaranja tijekom taljenja i lijevanja. Odljevci se proizvode lijevanjem u kalupe od pijeska, gipsa i školjki, pod pritiskom i korištenjem investicijskih modela.

Kovane legure

U usporedbi s lijevanim legurama, legure kovanog magnezija su jače, duktilnije i čvršće. Koriste se za izradu praznina valjanjem, prešanjem i štancanjem. Kao toplinska obrada proizvoda koristi se stvrdnjavanje na temperaturi od 350-410 stupnjeva, nakon čega slijedi proizvoljno hlađenje bez starenja.

Kada se zagrijepovećavaju se plastična svojstva takvih materijala, stoga se obrada magnezijevih legura provodi pod pritiskom i na visokim temperaturama. Štancanje se izvodi na 280-480 stupnjeva pod prešama pomoću zatvorenih kalupa. Kod hladnog valjanja provode se česta međukristalizacija žarenja.

Prilikom zavarivanja magnezijskih legura, čvrstoća šava proizvoda može biti smanjena u segmentima gdje je zavarivanje izvedeno, zbog osjetljivosti takvih materijala na pregrijavanje.

Područja primjene magnezijevih legura

Različiti poluproizvodi - ingoti, ploče, profili, limovi, otkovci itd. proizvode se lijevanjem, deformacijom i toplinskom obradom legura. Ovi se praznini koriste za proizvodnju elemenata i dijelova suvremenih tehničkih uređaja, gdje težinska učinkovitost konstrukcija (smanjena težina) ima prioritet uz zadržavanje njihovih karakteristika čvrstoće. U usporedbi s aluminijem, magnezij je 1,5 puta lakši i 4,5 puta lakši od čelika.

Trenutno je upotreba legura magnezija naširoko praktikovana u zrakoplovnoj, automobilskoj, vojnoj i drugim industrijama, gdje je njihova visoka cijena (neke vrste sadrže prilično skupe legirne elemente) opravdana s ekonomskog stajališta mogućnost stvaranja izdržljivije, brže, snažnije i sigurnije opreme koja može učinkovito raditi u ekstremnim uvjetima, uključujući i izloženost visokim temperaturama.

Zbog svog visokog električnog potencijala, ove legure su optimalan materijal za izradu zaštitnika koji pružaju elektrokemijsku zaštitu čeličnih konstrukcija, kao što su dijelovi automobila, podzemne konstrukcije, naftne platforme, brodski brodovi, itd., od procesa korozije. pod utjecajem vlage, slatke i morske vode.

Legure s dodatkom magnezija također su korištene u raznim radiotehničkim sustavima, gdje se koriste za izradu zvučnih kanala za ultrazvučne vodove za odlaganje električnih signala.

Zaključak

Moderna industrija postavlja sve veće zahtjeve pred materijale u smislu njihove čvrstoće, otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju i tvorljivosti. Upotreba legura magnezija jedno je od najperspektivnijih područja, stoga istraživanja vezana uz traženje novih svojstava magnezija i mogućnosti njegove primjene ne prestaju.

Trenutno korištenje legura na bazi magnezija u izradi različitih dijelova i struktura omogućuje smanjenje njihove težine za gotovo 30% i povećanje vlačne čvrstoće do 300 MPa, no, prema znanstvenicima, ovo je daleko od granice za ovaj jedinstveni metal.