7.3 Магний и его сплавы

Магний – щелочноземельный металл серебристо-белого цвета. Аллотропических превращений не имеет. Кристаллическая решетка – гексагональная. Температура плавления 650?С.

Магний является одним из наиболее распространенных элементов в природе. В земной коре его содержится 2,1%. В свободном виде магний не встречается. В виде соединений он входит в состав горных пород – магнезита MgCO3, доломита MgCO3•CaCO3 и карналлита MgCl2•KCl•6H2O. Промышленное производство магния основано на электролизе расплавов чистых обезвоженных солей.

Большие запасы магния находятся в морской воде (в виде бишофита MgCl2•6H2O). В среднем в 1 кг воды содержится 3,8 г MgCl2 и 1,7г MgSO4. Однако морскую воду пока редко используют для получения бишофита.

Главными достоинствами магния как машиностроительного материала являются его низкая плотность, высокая удельная прочность (отношение прочности к плотности), стойкость к ударным нагрузкам и вибрационным колебаниям. Магний легче алюминия почти в 1,6 раза, его плотность 1,7 г/см?. Сплавы на основе магния являются самыми легкими конструкционными материалами.

Магний хорошо обрабатывается режущим инструментом, легко шлифуется и полируется. Для снятия одного и того же объема металла при обработке магния требуется мощность почти в 6…7 раз меньшая, чем при обработке стали.

К главным недостаткам магния следует отнести его невысокую механическую прочность, низкую пластичность (относительное удлинение всего лишь 5%) и малую устойчивость против коррозии во влажной атмосфере, в морской воде и в большинстве минеральных кислот. К недостаткам магния следует отнести также его пониженные литейные и низкие упругие свойства.

При нагреве магний активно окисляется и при температуре 550…650?С на воздухе воспламеняется. Это затрудняет его производство и переработку. Порошок магния, мелкая стружка или тонкая лента легко самовозгораются на воздухе при обычных температурах и горят ярко-белым пламенем, выделяя большое количество тепла и ультрафиолетовых лучей.

Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется. Он используется главным образом в пиротехнике и в металлургии различных металлов и сплавов. Меньшая часть металла расходуется на производство собственных сплавов, которые благодаря малой плотности, достаточной прочности и отличной обрабатываемости резанием все шире применяются в машиностроении и особенно в самолето- и ракетостроении. Магний используется также в ракетной технике при создании твердых топлив.

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости в магниевые сплавы вводят различные легирующие элементы. Основными легирующими добавками магниевых сплавов являются алюминий, цинк и марганец. Алюминий и цинк повышают прочностные характеристики магниевых сплавов. Цирконий и марганец улучшают коррозионную стойкость, а редкоземельные металлы (церий, лантан) обеспечивают магниевым сплавам высокие механические свойства при повышенных температурах. Наилучшей жаропрочностью обладают сплавы, легированные торием. Добавка в сплавы лития делает их сверхлегкими. Однако использование в технике этих сплавов пока ограничено ввиду высокой стоимости лития.

Некоторые магниевые сплавы способны упрочняться различными видами термической обработки.

К недостаткам магниевых сплавов, наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости, следует отнести низкие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении. Поэтому плавка и разливка магниевых сплавов ведется под специальными флюсами. По общей коррозионной стойкости магниевые сплавы несколько уступают сплавам на основе алюминия.

Как и алюминиевые сплавы магния подразделяют на деформируемые и литейные. Первые маркируют МА: МА2, МА3, МА5, МА8, МА9; вторые – МЛ: МЛ1, МЛ2, МЛ3, МЛ6, МЛ11 и др.

Высокая удельная прочность магниевых сплавов позволяет считать их одним из самых перспективных машиностроительных материалов. Применение сплавов магния в технике позволяет снизить вес изделий на 20...30% по сравнению со сплавами алюминия и на 50...70% по сравнению с чугуном и сталями. Для снижения общего конструктивного веса из сплавов магния выгодно изготовлять, например, детали двигателей внутреннего сгорания (блоки цилиндров, поршня), электродвигателей, компрессоров, переносной инструмент (дрели, пневмомолотки) и др.

Способность магниевых сплавов воспринимать и погашать энергию удара и вибрационные колебания позволяет использовать их для изготовления деталей, подверженных динамическим нагрузкам (колеса орудий, самолетов, поршни, шатуны и др.). Такие детали долговечнее деталей, изготовленных из других металлов.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008