Magnéziumötvözetek: alkalmazás, osztályozás és tulajdonságok

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A magnéziumötvözetek számos egyedi fizikai és kémiai tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek közül a legfontosabb az alacsony sűrűség és a nagy szilárdság. Ezen tulajdonságok kombinációja az anyagokban magnézium hozzáadásával lehetővé teszi nagy szilárdságú és kis tömegű termékek és szerkezetek előállítását.

Magnézium jellemzői

A magnézium ipari gyártása és felhasználása viszonylag nemrégiben kezdődött – csak körülbelül 100 évvel ezelőtt. Ennek a fémnek kicsi a tömege, mivel viszonylag alacsony a sűrűsége (1,74 g / cmᶟ), jól ellenáll a levegővel, lúgokkal, fluortartalmú gázhalmazállapotú közegekkel és ásványi olajokkal szemben.

Olvadáspontja 650 fok. Magas kémiai aktivitás jellemzi, egészen a levegőben történő spontán égésig. A tiszta magnézium szakítószilárdsága 190 MPa, a rugalmassági modulusa 4500 MPa, a relatív nyúlása 18%. A fém nagy csillapító képességgel rendelkezik (hatékonyan nyeli el a rugalmas rezgéseket), amely biztosítja számárakiváló ütéstűrés és csökkent érzékenység a rezonáns jelenségekre.

Az elem további jellemzői közé tartozik a jó hővezető képesség, az alacsony hőelnyelő képesség és a nukleáris üzemanyaggal való kölcsönhatás. Ezen tulajdonságok kombinációja miatt a magnézium ideális anyag az atomreaktorok magas hőmérsékletű elemei hermetikusan zárt héjának létrehozásához.

A magnézium jól ötvözi a különböző fémeket, és az egyik erős redukálószer, amely nélkül a metalloterm folyamat lehetetlen.

Tiszta formájában főleg ötvöző adalékként használják alumíniumot, titánt és néhány más kémiai elemet tartalmazó ötvözetekben. A vaskohászatban a magnéziumot acél és öntöttvas mély kéntelenítésére használják, utóbbi tulajdonságait pedig grafitszferoidizálás javítja.

Magnézium és ötvöző adalékok

A magnézium alapú ötvözetekben leggyakrabban használt ötvöző adalékok közé tartoznak az olyan elemek, mint az alumínium, a mangán és a cink. Az alumínium révén javul a szerkezet, nő az anyag folyékonysága és szilárdsága. A cink bevezetése erősebb, csökkent szemcseméretű ötvözetek előállítását is lehetővé teszi. Mangán vagy cirkónium segítségével a magnéziumötvözetek korrózióállósága megnő.

A cink és cirkónium hozzáadása megnöveli a fémkeverékek szilárdságát és rugalmasságát. És bizonyos ritkaföldfémek jelenléteaz olyan elemek, mint a neodímium, cérium, ittrium stb., hozzájárulnak a hőállóság jelentős növekedéséhez és a magnéziumötvözetek mechanikai tulajdonságainak maximalizálásához.

1,3–1,6 g/mᶟ sűrűségű ultrakönnyű anyagok létrehozásához lítiumot vezetnek be az ötvözetekbe. Ez az adalék lehetővé teszi súlyuk felére csökkentését az alumínium fémkeverékekhez képest. Ugyanakkor a plaszticitás, a folyékonyság, a rugalmasság és a gyárthatóság mutatói magasabb szintet érnek el.

A magnéziumötvözetek osztályozása

A magnéziumötvözeteket számos kritérium alapján osztályozzák. Ez:

• feldolgozási mód szerint - öntéshez és deformálható;
• hőkezelési érzékenység mértéke szerint - nem edzett és hőkezeléssel edzetté;
• tulajdonságok és alkalmazások szerint - hőálló, nagy szilárdságú és általános célú ötvözetekhez;
• az ötvözőrendszer szerint - a nem edzhető és hőkeményíthető kovácsolt magnéziumötvözetek több csoportja is létezik.

Ötvényötvözetek

Ebbe a csoportba tartoznak a magnézium hozzáadásával készült ötvözetek, amelyeket különféle alkatrészek és elemek alakos öntéssel történő előállítására terveztek. Különböző mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, attól függően, hogy melyik osztályba sorolhatók:

• közepes erősségű;
• nagy szilárdságú;
• hőálló.

A kémiai összetétel tekintetében az ötvözetek is három csoportba sorolhatók:

• alumínium + magnézium + cink;
• magnézium + cink + cirkónium;
• magnézium + ritkaföldfémelemek + cirkónium.

Az ötvözetek öntési tulajdonságai

Ebbe a három csoportba tartozó termékek közül a legjobb öntési tulajdonságokat az alumínium-magnézium ötvözet jellemzi. A nagy szilárdságú anyagok osztályába tartoznak (220 MPa-ig), ezért a legjobb megoldás a repülőgépek, autók és egyéb mechanikai és hőterheléssel üzemelő berendezések motoralkatrészeinek gyártásához.

A szilárdsági jellemzők növelése érdekében az alumínium-magnézium ötvözeteket más elemekkel is ötvözik. A vas és réz szennyeződések jelenléte azonban nem kívánatos, mivel ezek az elemek negatív hatással vannak az ötvözetek hegeszthetőségére és korrózióállóságára.

Az öntött magnéziumötvözeteket különféle típusú olvasztókemencékben állítják elő: reverberációs kemencékben, gáz-, olaj- vagy elektromos fűtésű tégelykemencékben vagy tégelyes indukciós kemencékben.

Speciális folyasztószereket és adalékanyagokat használnak az égés megakadályozására olvasztás és öntés közben. Az öntvényeket homok-, gipsz- és héjformákba öntéssel, nyomás alatt és befektetési modellek alkalmazásával állítják elő.

Kovott ötvözetek

Az öntött ötvözetekhez képest a megmunkált magnéziumötvözetek erősebbek, képlékenyebbek és szívósabbak. Nyersdarabok gyártására használják hengerléssel, préseléssel és bélyegzéssel. A termékek hőkezeléseként a keményítést 350-410 fokos hőmérsékleten alkalmazzák, majd az önkényes hűtést öregedés nélkül.

Fűtéskoraz ilyen anyagok plasztikus tulajdonságai nőnek, ezért a magnéziumötvözetek feldolgozása nyomással és magas hőmérsékleten történik. A sajtolás 280-480 fokban, prések alatt, zárt matricák segítségével történik. A hideghengerlés során gyakori közbenső átkristályosításos izzításokat végeznek.

Magnéziumötvözetek hegesztésekor a termék varratának szilárdsága csökkenhet azokban a szegmensekben, ahol a hegesztést végezték, mivel ezek az anyagok túlmelegedésre érzékenyek.

A magnéziumötvözetek alkalmazási területei

Az ötvözetek öntésével, deformálásával és hőkezelésével különféle félkész termékeket - tuskákat, táblákat, profilokat, lemezeket, kovácsolt anyagokat stb. - állítanak elő. Ezeket a nyersdarabokat korszerű műszaki eszközök elemeinek és alkatrészeinek gyártására használják, ahol a szerkezetek súlyhatékonysága (csökkentett tömeg) kiemelt szerepet játszik a szilárdsági jellemzőik megőrzése mellett. Az alumíniumhoz képest a magnézium 1,5-szer könnyebb, és 4,5-szer könnyebb, mint az acél.

Jelenleg a magnéziumötvözetek felhasználása széles körben elterjedt a repülőgépiparban, az autóiparban, a hadiiparban és más iparágakban, ahol magas költségüket (egyes minőségek meglehetősen drága ötvözőelemeket tartalmaznak) gazdasági szempontból indokolt a tartósabb, gyorsabb, erősebb és biztonságosabb berendezés létrehozásának lehetősége, amely extrém körülmények között is hatékonyan működik, beleértve a magas hőmérsékletet is.

Magas elektromos potenciáljuk miatt ezek az ötvözetek az optimális anyagok olyan védőelemek létrehozásához, amelyek elektrokémiai védelmet biztosítanak az acélszerkezeteknek, például autóalkatrészeknek, földalatti építményeknek, olajplatformoknak, tengeri hajóknak stb. a fellépő korróziós folyamatokkal szemben. nedvesség, édesvíz és tengervíz hatására.

A magnéziumot tartalmazó ötvözeteket különféle rádiótechnikai rendszerekben is használták, ahol ultrahangos vezetékek hangcsatornáinak készítésére használják az elektromos jelek késleltetésére.

Következtetés

A modern ipar egyre magasabb követelményeket támaszt az anyagokkal szemben azok szilárdsága, kopásállósága, korrózióállósága és gyárthatósága tekintetében. A magnéziumötvözetek felhasználása az egyik legígéretesebb terület, ezért a magnézium új tulajdonságainak felkutatásával és alkalmazási lehetőségeivel kapcsolatos kutatások nem állnak meg.

Jelenleg a magnézium alapú ötvözetek használata különféle alkatrészek és szerkezetek létrehozásában lehetővé teszi tömegük közel 30%-os csökkentését és a szakítószilárdság 300 MPa-ig történő növelését, de a tudósok szerint ez messze nem a határ ennél az egyedülálló fémnél.