Magneesiumisulamid: kasutusala, klassifikatsioon ja omadused

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Magneesiumisulamitel on mitmeid ainulaadseid füüsikalisi ja keemilisi omadusi, millest peamised on madal tihedus ja kõrge tugevus. Nende omaduste kombinatsioon materjalides koos magneesiumilisandiga võimaldab toota kõrge tugevusomaduste ja väikese kaaluga tooteid ja struktuure.

Magneesiumi omadused

Maneesiumi tööstuslik tootmine ja kasutamine algas suhteliselt hiljuti – kõigest umbes 100 aastat tagasi. Sellel metallil on väike mass, kuna sellel on suhteliselt madal tihedus (1,74 g / cmᶟ), hea vastupidavus õhule, leelistele, fluori sisaldavatele gaasilistele ainetele ja mineraalõlidele.

Selle sulamistemperatuur on 650 kraadi. Seda iseloomustab kõrge keemiline aktiivsus kuni isesüttimiseni õhus. Puhta magneesiumi tõmbetugevus on 190 MPa, elastsusmoodul 4500 MPa ja suhteline pikenemine 18%. Metallil on kõrge summutusvõime (neelab tõhus alt elastseid vibratsioone), mis tagab tallesuurepärane löögitaluvus ja vähenenud tundlikkus resonantsnähtuste suhtes.

Selle elemendi muude omaduste hulka kuuluvad hea soojusjuhtivus, madal võime neelata termilisi neutroneid ja suhelda tuumakütusega. Nende omaduste kombinatsiooni tõttu on magneesium ideaalne materjal tuumareaktorite kõrgtemperatuursete elementide hermeetiliselt suletud kestade loomiseks.

Magneesium sulab hästi erinevate metallidega ja on üks tugevamaid redutseerijaid, ilma milleta on metallotermiline protsess võimatu.

Puhtal kujul kasutatakse seda peamiselt legeeriva lisandina alumiiniumi, titaani ja mõne muu keemilise elemendiga sulamites. Mustmetallurgias kasutatakse magneesiumi terase ja malmi sügavväävlitustamiseks ning viimase omadusi parandab grafiidi sferoidiseerimine.

Magneesium ja legeerivad lisandid

Enimlevinud legeerivad lisandid, mida magneesiumipõhistes sulamites kasutatakse, hõlmavad selliseid elemente nagu alumiinium, mangaan ja tsink. Läbi alumiiniumi paraneb struktuur, suureneb materjali voolavus ja tugevus. Tsingi kasutuselevõtt võimaldab saada ka tugevamaid sulameid, mille tera suurus on vähenenud. Mangaani või tsirkooniumi abil suureneb magneesiumisulamite korrosioonikindlus.

Tsingi ja tsirkooniumi lisamine suurendab metallisegude tugevust ja elastsust. Ja teatud haruldaste muldmetallide olemasoluelemendid, nagu neodüüm, tseerium, ütrium jne, aitavad kaasa magneesiumisulamite kuumakindluse olulisele suurenemisele ja mehaaniliste omaduste maksimeerimisele.

Ülikergete materjalide loomiseks tihedusega 1,3–1,6 g/mᶟ lisatakse sulamitesse liitiumi. See lisand võimaldab vähendada nende kaalu poole võrra võrreldes alumiiniummetallisegudega. Samal ajal jõuavad nende plastilisuse, voolavuse, elastsuse ja valmistatavuse näitajad kõrgemale tasemele.

Magneesiumisulamite klassifikatsioon

Magneesiumisulamid klassifitseeritakse mitme kriteeriumi alusel. See on:

• vastav alt töötlemismeetodile - valamiseks ja deformeeritavaks;
• vastav alt kuumtöötlemise tundlikkuse astmele - karastamata ja kuumtöötlemisel karastatud;
• omaduste ja rakenduste järgi – kuumakindlate, ülitugevate ja üldotstarbeliste sulamite jaoks;
• vastav alt legeerimissüsteemile – on mitmeid mitte-karastuvate ja kuumuskõvenevate sepistatud magneesiumisulamite rühmi.

Valusulamid

Sellesse rühma kuuluvad magneesiumilisandiga sulamid, mis on mõeldud erinevate osade ja elementide tootmiseks vormivalamise teel. Neil on erinevad mehaanilised omadused, olenev alt sellest, millised need jagunevad kolme klassi:

• keskmise tugevusega;
• kõrge tugevus;
• kuumuskindel.

Keemilise koostise poolest jagunevad sulamid samuti kolme rühma:

• alumiinium + magneesium + tsink;
• magneesium + tsink + tsirkoonium;
• magneesium + haruldased muldmetallidelemendid + tsirkoonium.

Sulamite valuomadused

Nende kolme rühma toodete parimad valuomadused on alumiiniumi-magneesiumi sulamid. Need kuuluvad ülitugevate materjalide klassi (kuni 220 MPa), seetõttu on need parim valik lennukite, autode ja muude mehaaniliste ja termiliste koormustega töötavate seadmete mootoriosade valmistamiseks.

Tugevusomaduste suurendamiseks legeeritakse alumiinium-magneesiumisulameid ka muude elementidega. Kuid raua ja vase lisandid on ebasoovitavad, kuna need elemendid mõjutavad negatiivselt sulamite keevitatavust ja korrosioonikindlust.

Valatud magneesiumisulameid valmistatakse erinevat tüüpi sulatusahjudes: reverberatsiooniahjudes, gaasi-, õli- või elektriküttega tiigliahjudes või tiigli induktsioonahjudes.

Spetsiaalseid räbusteid ja lisandeid kasutatakse sulatamise ja valamise ajal põlemise vältimiseks. Valandeid toodetakse liiva-, kipsi- ja kestavormidesse valamisel, surve all ja investeerimismudelite abil.

Sepistatud sulamid

Võrreldes valatud sulamitega on sepistatud magneesiumsulamid tugevamad, plastilisemad ja sitkemad. Neid kasutatakse toorikute valmistamiseks v altsimise, pressimise ja stantsimise teel. Toodete kuumtöötlemisena kasutatakse karastamist temperatuuril 350-410 kraadi, millele järgneb suvaline jahutamine ilma vananemiseta.

Kuumutamiselselliste materjalide plastilised omadused suurenevad, mistõttu magneesiumisulamite töötlemine toimub rõhu abil ja kõrgel temperatuuril. Stantsimine toimub 280-480 kraadi juures presside all suletud stantside abil. Külmv altsimisel tehakse sagedasi vahepealseid ümberkristallimisega lõõmutamist.

Magneesiumisulamite keevitamisel võib toote õmbluse tugevus väheneda segmentides, kus keevitus teostati, kuna sellised materjalid on ülekuumenemise suhtes tundlikud.

Magneesiumisulamite kasutusvaldkonnad

Valamise, deformatsiooni ja sulamite kuumtöötlemise teel toodetakse erinevaid pooltooteid - valuplokid, plaadid, profiilid, lehed, sepised jne. Neid toorikuid kasutatakse kaasaegsete tehniliste seadmete elementide ja osade tootmiseks, kus konstruktsioonide kaaluefektiivsus (vähendatud kaal) mängib prioriteetset rolli nende tugevusomaduste säilitamisel. Alumiiniumiga võrreldes on magneesium 1,5 korda kergem ja terasest 4,5 korda kergem.

Praegu on magneesiumisulamite kasutamine laialdaselt kasutusel kosmose-, auto-, sõja- ja muudes tööstusharudes, kus nende kõrge hind (mõned klassid sisaldavad üsna kalleid legeerelemente) on majanduslikust seisukohast õigustatud. võimalus luua vastupidavam, kiirem, võimsam ja ohutum seade, mis toimib tõhus alt äärmuslikes tingimustes, sealhulgas kõrge temperatuuri käes.

Oma suure elektrilise potentsiaali tõttu on need sulamid optimaalne materjal kaitsmete loomiseks, mis tagavad teraskonstruktsioonide, nagu autoosad, maa-alused konstruktsioonid, naftaplatvormid, merelaevad jne elektrokeemilise kaitse korrosiooniprotsesside eest. niiskuse, mage- ja merevee mõjul.

Magneesiumilisandiga sulameid on kasutatud ka erinevates raadiotehnikasüsteemides, kus neid kasutatakse ultraheliliinide helikanalite valmistamiseks, et viivitada elektrisignaale.

Järeldus

Kaasaegne tööstus seab materjalidele üha kõrgemaid nõudmisi nende tugevuse, kulumiskindluse, korrosioonikindluse ja valmistatavuse osas. Magneesiumisulamite kasutamine on üks perspektiivikamaid valdkondi, seetõttu ei peatu ka magneesiumi uute omaduste otsimise ja selle rakendusvõimalustega seotud uuringud.

Praegu võimaldab magneesiumipõhiste sulamite kasutamine erinevate detailide ja konstruktsioonide loomisel vähendada nende massi ligi 30% ja tõsta tõmbetugevust kuni 300 MPa, kuid teadlaste hinnangul on see on selle ainulaadse metalli jaoks kaugel piirist.