Legura magnezijuma: primena, klasifikacija i svojstva

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Legura magnezijuma ima niz jedinstvenih fizičkih i hemijskih svojstava, od kojih su glavna niska gustina i visoka čvrstoća. Kombinacija ovih kvaliteta u materijalima sa dodatkom magnezijuma omogućava proizvodnju proizvoda i konstrukcija sa visokim karakteristikama čvrstoće i male težine.

Karakteristike magnezija

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

Njegova tačka topljenja je 650 stepeni. Karakteriše ga visoka hemijska aktivnost do spontanog sagorevanja na vazduhu. Vlačna čvrstoća čistog magnezijuma je 190 MPa, modul elastičnosti je 4.500 MPa, a relativno izduženje je 18%. Metal ima visoku sposobnost prigušenja (efikasno apsorbuje elastične vibracije), što mu dajeodlična tolerancija na udarce i smanjena osjetljivost na rezonantne fenomene.

Ostale karakteristike ovog elementa uključuju dobru toplotnu provodljivost, nisku sposobnost apsorpcije toplotnih neutrona i interakciju sa nuklearnim gorivom. Zbog kombinacije ovih svojstava magnezijum je idealan materijal za stvaranje hermetički zatvorenih omotača visokotemperaturnih elemenata nuklearnih reaktora.

Magnezijum dobro legira sa raznim metalima i jedan je od jakih redukcionih agenasa, bez kojih je metalotermni proces nemoguć.

U svom čistom obliku, uglavnom se koristi kao dodatak za legiranje u legurama sa aluminijumom, titanijumom i nekim drugim hemijskim elementima. U crnoj metalurgiji, magnezijum se koristi za dubinsko odsumporavanje čelika i livenog gvožđa, a svojstva potonjeg se poboljšavaju grafitnom sferoidizacijom.

Magnezijum i aditivi za legiranje

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

Dodatak cinka i cirkonija daje povećanu čvrstoću i duktilnost metalnih mješavina. I prisustvo određene rijetke zemljeelementi, kao što su neodim, cerij, itrij, itd., doprinose značajnom povećanju otpornosti na toplinu i maksimiziranju mehaničkih svojstava magnezijskih legura.

Da bi se stvorili ultra lagani materijali gustoće od 1,3 do 1,6 g/mᶟ, litijum se uvodi u legure. Ovaj aditiv omogućava smanjenje njihove težine za polovinu u odnosu na aluminijske metalne mješavine. Istovremeno, njihovi pokazatelji plastičnosti, fluidnosti, elastičnosti i obradivosti dostižu viši nivo.

Klasifikacija legura magnezijuma

Legura magnezijuma se klasifikuju prema brojnim kriterijumima. Ovo je:

• prema načinu obrade - za livenje i deformisanje;
• prema stepenu osjetljivosti na termičku obradu - u neočvrsnute i očvrsnute termičkom obradom;
• po svojstvima i primjenama - za legure otporne na toplinu, visoke čvrstoće i opće namjene;
• prema sistemu legiranja - postoji nekoliko grupa kovanih magnezijumskih legura koje se ne stvrdnjavaju i očvršćavaju na toplotu.

Legura za livenje

Ova grupa uključuje legure sa dodatkom magnezijuma, dizajnirane za proizvodnju različitih delova i elemenata oblikovanim livenjem. Imaju različita mehanička svojstva, u zavisnosti od kojih se dijele u tri klase:

• srednje snage;
• visoke snage;
• otporan na toplinu.

U pogledu hemijskog sastava, legure se takođe dele u tri grupe:

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

Svojstva livenja legura

Najbolja svojstva livenja među proizvodima ove tri grupe imaju legure aluminijum-magnezijum. Spadaju u klasu materijala visoke čvrstoće (do 220 MPa), stoga su najbolja opcija za izradu dijelova motora za avione, automobile i drugu opremu koja radi pod mehaničkim i termičkim opterećenjima.

Da bi se povećale karakteristike čvrstoće, legure aluminijum-magnezijuma se takođe legiraju sa drugim elementima. Ali prisustvo nečistoća gvožđa i bakra je nepoželjno, jer ovi elementi negativno utiču na zavarljivost i otpornost legura na koroziju.

Livene legure magnezijuma pripremaju se u raznim vrstama talionih peći: reverberacijskim pećima, lončanim pećima sa plinskim, uljnim ili električnim grijanjem ili indukcijskim pećima s loncem.

Posebni tokovi i aditivi se koriste za sprečavanje sagorevanja tokom topljenja i livenja. Odlivci se proizvode lijevanjem u kalupe od pijeska, gipsa i školjki, pod pritiskom i korištenjem investicionih modela.

Kovane legure

U poređenju sa livenim legurama, legure kovanog magnezijuma su jače, duktilnije i čvršće. Koriste se za izradu izradaka valjanjem, prešanjem i štancanjem. Kao termička obrada proizvoda koristi se stvrdnjavanje na temperaturi od 350-410 stepeni, nakon čega slijedi proizvoljno hlađenje bez starenja.

Kada se zagrijeplastična svojstva takvih materijala se povećavaju, pa se obrada legura magnezija vrši pod pritiskom i na visokim temperaturama. Štancanje se vrši na 280-480 stepeni pod presama pomoću zatvorenih kalupa. Kod hladnog valjanja se izvode česta međukristalizacija žarenja.

Prilikom zavarivanja legura magnezijuma, čvrstoća šava proizvoda može biti smanjena u segmentima gde je zavarivanje obavljeno, zbog osetljivosti takvih materijala na pregrevanje.

Oblasti primene legura magnezijuma

Različiti poluproizvodi - ingoti, ploče, profili, limovi, otkovci itd. proizvode se lijevanjem, deformacijom i termičkom obradom legura. Ovi blankovi se koriste za izradu elemenata i delova savremenih tehničkih uređaja, gde težinska efikasnost konstrukcija (smanjena težina) ima prioritet uz zadržavanje njihovih karakteristika čvrstoće. U poređenju sa aluminijumom, magnezijum je 1,5 puta lakši i 4,5 puta lakši od čelika.

U ovom trenutku, upotreba legura magnezijuma se široko praktikuje u vazduhoplovnoj, automobilskoj, vojnoj i drugim industrijama, gde je njihova visoka cena (neke vrste sadrže prilično skupe legirne elemente) opravdana sa ekonomske tačke gledišta mogućnost stvaranja izdržljivije, brže, moćnije i sigurnije opreme koja može efikasno raditi u ekstremnim uslovima, uključujući i izloženost visokim temperaturama.

Zbog svog visokog električnog potencijala, ove legure su optimalan materijal za izradu zaštitnika koji obezbeđuju elektrohemijsku zaštitu čeličnih konstrukcija, kao što su automobilski delovi, podzemne konstrukcije, naftne platforme, brodovi itd., od procesa korozije. pod uticajem vlage, slatke i morske vode.

Legure sa dodatkom magnezijuma su takođe korišćene u različitim sistemima radio inženjeringa, gde se koriste za pravljenje zvučnih kanala za ultrazvučne vodove za odlaganje električnih signala.

Zaključak

Moderna industrija postavlja sve veće zahtjeve za materijale u smislu njihove čvrstoće, otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju i mogućnosti proizvodnje. Upotreba legura magnezijuma je jedno od oblasti koje najviše obećava, stoga istraživanja vezana za traženje novih svojstava magnezijuma i mogućnosti njegove primene ne prestaju.

Trenutno, upotreba legura na bazi magnezijuma u stvaranju različitih delova i struktura omogućava smanjenje njihove težine za skoro 30% i povećanje vlačne čvrstoće do 300 MPa, ali, prema naučnicima, ovo je daleko od granice za ovaj jedinstveni metal.