16.2 Магний и его сплавы.

Магний – металл светло-серого цвета, обладающий наименьшим удельным весом среди металлов – 1,74 ^г/см³. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Температура плавления – 651⁰С. Несмотря на образование на поверхности тонкой пленки окиси магния (МgО) металл легко окисляется во влажной атмосфере, быстро разрушается под действием морской воды и большинства минеральных кислот, при повышении температуры интенсивно окисляется и может самовоспламеняться.

Механические свойства магния невысоки: он обладает небольшой прочностью и малой пластичностью. Такие свойства магния ограничивают его применение как конструкционного материала. Технический магний выпускается трех марок: МГ90 (99,9% Мg), МГ95(99,95%Мg), МГ96 (99,96%Мg). Используется технический магний как пиротехнический материал, в химических производствах, как раскислитель и модификатор в металлургии и для получения сплавов на его основе.

Основными легирующими элементами в магниевых сплавах являются марганец, алюминий и цинк. Алюминий и цинк оказывают большое влияние на прочность и пластичность магниевых сплавов: максимальные значения механических характеристик достигаются при введении в сплав 6-7% алюминия или 4-6% цинка. Эти элементы образуют с магнием упрочняющие фазы Мg₄Аl₃ и Мg Zn₂, выделяющиеся в мелкодисперсном виде после закалки со старением. Цирконий, титан, кальций, церий, лантан измельчают зерно, раскисляют сплав, повышают его жаропрочность.

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием и свариваются различными видами сварки, удовлетворительно работают при низких температурах. Для повышения механических свойств сплавы на основе магния могут подвергаются различным видам термической обработки:

- диффузионный отжиг при температуре 400-490⁰С -10-24 ч- для устранения ликвации в литых сплавах (выравнивания химического состава по объему зерен);

- рекристаллизационный отжиг при температуре 250-350⁰С – для снятия наклепа; при этом отжиге уменьшается анизотропия механических свойств, возникшая при пластической деформации;

- закалка со старением при температуре 150-200⁰С;

- гомогенизация (закалка) при 380-540⁰С.

По технологии изготовления изделий магниевые сплавы разделяются на литейные «МЛ» и деформируемые «МА».

В литых магниевых сплавах повышения механических свойств добиваются измельчением зерна модифицированием добавками мела или магнезита. При литье в песчаные формы в смесь вводят специальные добавки (фториды алюминия) для уменьшения окисления магния.

Среди литейных магниевых сплавов широкое применение имеют сплавы МЛ5, МЛ6, МЛ10, МЛ12 и др. Химический состав и свойства приведены в табл. 16.2.

Таблица 16.2.

Химический состав и механические свойства магнитных сплавов

Сплав	Содержание элементов (средние значения),%				Режим термической обработки	σв,МПа	δ,%
	Al	Zn	Mn	Другие элементы		Средние значения
Литейные сплавы
МЛ1	8,25	05	0,35	-	Т4	226	5
МЛ6	9,6	0,9	0,12	-	Т6	216	1
МЛ10	-	0,4	-	0.7 Zr; 2.5 Nd	Т6	230	3
МЛ12	-	4,5	-	0,85 Zr	Т1	225	5
Деформируемые сплавы
МА1	-	-	1,9	-	-	205	7.5
МА2-1	4,4	1,15	0,5	-	-	300	14
МА14	-	5,5	-	0,55	Т5	330	10

Сплавы системы Mg – Al – Zn (МЛ4, МЛ5, МЛ6) – отличаются наилучшими литейными свойствами: малой линейной усадкой, хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию рыхлот. Из этих сплавов изготавливают сложные ответственные отливки. Структура этих сплавов состоит из δ-твердого раствора алюминия и цинка в магнии с включениями по границам зерен соединения Мg₁₇Al₁₂. По границам зерен присутствует марганец в виде мелких частиц голубоватого цвета. После литья сплавы подвергают гомогенизационному отжигу.

Жаропрочные магниевые сплавы разработаны на основе систем Мg-РЗМ- Zr и используются для длительной эксплуатации при температурах 250-350⁰С и кратковременной – до 400⁰С. К таким сплавам относятся МЛ9 - МЛ11, МЛ19. Жаропрочные свойства определяются присутствием интерметаллидных фаз. Эти сплавы упрочняются с помощью закалки и старения. Температура закалки 540-545⁰С – вода при температуре 80⁰С, температура старения – 205⁰С.

Рис.16.7 Изменение пределов ползучести и выносливости сплава МЛ10, в зависимости от температуры.

Жаропрочные магниевые сплавы часто применяются для деталей, подвергающихся одновременному воздействию статических и усталостных нагрузок. На рис 16.7 (МЛ10) приведена зависимость пределов ползучести и выносливости сплава МЛ10 от температуры.

Коррозионная стойкость магниевых жаропрочных сплавов зависит от их состава, структуры и содержания примесей.

Жаропрочные литейные магниевые сплавы обладают хорошими технологическими литейными свойствами, высокой герметичностью (до 450 атм.), способностью сохранять высокую стабильность размеров. Отличаются малой склонностью к образованию микрорыхлот, горячих трещин в отливках.

Сплавы на основе Мg – Zn – Zr. (МЛ12, МЛ15, МЛ18). Эти сплавы обладают удовлетворительными литейными свойствами, позволяющими применять их для литья крупных сложных отливок в песчаные формы и кокиль. Прочностные характеристики сплавов имеют малую чувствительность к толщине сечения литой детали. Отливки из них отличаются высокой плотностью.

Деформируемые магниевы сплавы обозначаются МА1, МА2, МА8 и др. Среди деформируемых сплавов наибольшей прочностью обладают сплавы систем Mg – Al , Mg – Mn, Mg – Zn, легированные цирконием, кадмием, серебром, редкоземельными металлами.

Алюминий и цинк обладают высокой растворимостью в магнии. В промышленные сплавы вводят до 10% алюминия и до 6% цинка. Прочность увеличивается сначала за счет возрастания концентрации твердого раствора, затем за счет появления вторичных фаз Mg₄Al₃ и Mg₃Zn₃Al₂.

Цинк и алюминий придают сплавам хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготовить из них кованые и штампованные детали сложной формы. Для устранения вредного влияния железа и повышения коррозионной стойкости вводят марганец. Максимальная коррозионная стойкость достигается при добавке около 1,3% Мn.

Кадмий неограниченно растворяется в магнии и не образует собственных фаз. Легируя твёрдый раствор, кадмий повышает прочность и технологическую пластичность сплавов.

Серебро обладает значительной (до 15,5%) растворимостью в магнии. Высокая прочность сплавов системы Mg-Al, легированных кадмием и серебром объясняется наличием высоколегированного твёрдого раствора и большого количества упрочняющей фазы Mg₄Al₃.

Магниевые сплавы системы Mg-Zn дополнительно легируют цирконием, редкоземельными металлами. Содержание цинка ограничивается 5-6%, при больших значениях в структуре сплава появляется интерметаллидная фаза MgZn₂, которая ведет к упрочнению, но снижению пластичности.

Цирконий оказывает рафинирующее и модифицирующее действие. Вступая в соединение с водородом, он уменьшает пористость, измельчает структуру, повышает временное сопротивление и пластичность.

Деформируемые сплавы производят в виде поковок, штамповых заготовок, горячекатаных полос, прутков и профилей. Температурные интервалы технологических процессов обработки давлением магниевых сплавов находятся в пределах : -прессование при 300-480⁰С, прокатка при 440-225⁰С, штамповка в закрытых штампах при 480-280⁰С.

Большинство магниевых сплавов термической обработкой не упрочняется. Они применяются в отожженном состоянии или в состоянии после горячей деформации.

Магниевые сплавы рекомендуется использовать для длительной работы при температурах до 150⁰С и кратковременной – при температуре до 200⁰С.