Magnesiumlegerings: toepassing, klassifikasie en eienskappe

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Magnesiumlegerings het 'n aantal unieke fisiese en chemiese eienskappe, waarvan die belangrikste lae digtheid en hoë sterkte is. Die kombinasie van hierdie eienskappe in materiale met die byvoeging van magnesium maak dit moontlik om produkte en strukture met hoë sterkte-eienskappe en lae gewig te vervaardig.

Magnesium-kenmerke

Industriële produksie en gebruik van magnesium het betreklik onlangs begin – net sowat 100 jaar gelede. Hierdie metaal het 'n lae massa, aangesien dit 'n relatief lae digtheid (1,74 g / cmᶟ), goeie weerstand teen lug, alkalieë, gasvormige media wat fluoor en minerale olies bevat.

Die smeltpunt daarvan is 650 grade. Dit word gekenmerk deur hoë chemiese aktiwiteit tot spontane ontbranding in lug. Die treksterkte van suiwer magnesium is 190 MPa, die elastiese modulus is 4 500 MPa en die relatiewe verlenging is 18%. Die metaal het 'n hoë dempvermoë (absorbeer effektief elastiese vibrasies), wat dit voorsienuitstekende skokverdraagsaamheid en verminderde sensitiwiteit vir resonante verskynsels.

Ander kenmerke van hierdie element sluit in goeie termiese geleidingsvermoë, lae vermoë om termiese neutrone te absorbeer en in wisselwerking met kernbrandstof. As gevolg van die kombinasie van hierdie eienskappe, is magnesium 'n ideale materiaal vir die skep van hermeties verseëlde doppe van hoë-temperatuur elemente van kernreaktors.

Magnesium legerings goed met verskeie metale en is een van die sterk reduseermiddels, waarsonder die metallotermiese proses onmoontlik is.

In sy suiwer vorm word dit hoofsaaklik gebruik as 'n legeringstoevoeging in legerings met aluminium, titanium en 'n paar ander chemiese elemente. In ysterhoudende metallurgie word magnesium gebruik vir diep ontzwaveling van staal en gietyster, en die eienskappe van laasgenoemde word verbeter deur grafietsferoïdisering.

Magnesium en legeringsbymiddels

Die mees algemene legeringsbyvoegings wat in magnesium-gebaseerde legerings gebruik word, sluit elemente soos aluminium, mangaan en sink in. Deur aluminium verbeter die struktuur, verhoog die vloeibaarheid en sterkte van die materiaal. Die bekendstelling van sink maak dit ook moontlik om sterker legerings met 'n verminderde korrelgrootte te verkry. Met die hulp van mangaan of sirkonium word die korrosiebestandheid van magnesiumlegerings verhoog.

Die byvoeging van sink en sirkonium verskaf verhoogde sterkte en rekbaarheid van metaalmengsels. En die teenwoordigheid van sekere seldsame aardeelemente, soos neodymium, serium, yttrium, ens., dra by tot 'n aansienlike toename in hittebestandheid en maksimering van die meganiese eienskappe van magnesiumlegerings.

Om ultra-ligte materiale met 'n digtheid van 1,3 tot 1,6 g/mᶟ te skep, word litium in die legerings ingebring. Hierdie bymiddel maak dit moontlik om hul gewig met die helfte te verminder in vergelyking met aluminiummetaalmengsels. Terselfdertyd bereik hul aanwysers van plastisiteit, vloeibaarheid, elastisiteit en vervaardigbaarheid 'n hoër vlak.

Klassifikasie van magnesiumlegerings

Magnesiumlegerings word volgens 'n aantal kriteria geklassifiseer. Dit is:

• volgens die verwerkingsmetode - vir giet en vervormbaar;
• volgens die mate van sensitiwiteit vir hittebehandeling - in nie-geharde en geharde deur hittebehandeling;
• volgens eienskappe en toepassings - vir hittebestande, hoësterkte en algemene doeleindes legerings;
• volgens die legeringstelsel - daar is verskeie groepe nie-hardbare en hitte-hardbare bewerkte magnesiumlegerings.

Gietlegerings

Hierdie groep sluit legerings in met die byvoeging van magnesium, wat ontwerp is vir die vervaardiging van verskeie onderdele en elemente deur gevorm giet. Hulle het verskillende meganiese eienskappe, afhangende van watter hulle in drie klasse verdeel word:

• medium sterkte;
• hoë sterkte;
• hittebestand.

In terme van chemiese samestelling word legerings ook in drie groepe verdeel:

• aluminium + magnesium + sink;
• magnesium + sink + sirkonium;
• magnesium + seldsame aardeelemente + sirkonium.

Gieteienskappe van legerings

Die beste gieteienskappe onder die produkte van hierdie drie groepe het aluminium-magnesium-legerings. Hulle behoort tot die klas hoësterkte materiale (tot 220 MPa), daarom is dit die beste opsie vir die vervaardiging van enjinonderdele vir vliegtuie, motors en ander toerusting wat onder meganiese en termiese belasting werk.

Om die sterkte-eienskappe te verhoog, word aluminium-magnesium-legerings ook met ander elemente gelegeer. Maar die teenwoordigheid van yster en koper onsuiwerhede is ongewens, aangesien hierdie elemente 'n negatiewe uitwerking op die sweisbaarheid en weerstand teen korrosie van legerings het.

Gegote magnesiumlegerings word in verskeie soorte smeltoonde berei: galmoonde, smeltkroes-oonde met gas, olie of elektriese verhitting, of smeltkroes-induksie-oonde.

Spesiale vloeistowwe en bymiddels word gebruik om verbranding tydens smelt en giet te voorkom. Gietstukke word vervaardig deur in sand-, gips- en dopvorms te giet, onder druk en deur beleggingsmodelle te gebruik.

Gesmeede legerings

In vergelyking met gegote legerings, is bewerkte magnesiumlegerings sterker, meer rekbaar en taaier. Hulle word gebruik vir die vervaardiging van spasies deur te rol, te druk en te stamp. As 'n hittebehandeling van produkte word verharding by 'n temperatuur van 350-410 grade gebruik, gevolg deur arbitrêre verkoeling sonder veroudering.

Wanneer verhitdie plastiese eienskappe van sulke materiale neem toe, daarom word die verwerking van magnesiumlegerings deur middel van druk en by hoë temperature uitgevoer. Stempel word uitgevoer by 280-480 grade onder perse deur middel van geslote matryse. By koue wals word gereelde intermediêre herkristallisasie-uitgloeiings uitgevoer.

Wanneer magnesiumlegerings gesweis word, kan die sterkte van die produknaat verminder word in die segmente waar die sweiswerk uitgevoer is, as gevolg van die sensitiwiteit van sulke materiale vir oorverhitting.

Aanwendingsvelde van magnesiumlegerings

Verskeie halffabrikate - blokke, blaaie, profiele, velle, smee, ens. word vervaardig deur giet, vervorming en hittebehandeling van legerings. Hierdie spasies word gebruik vir die vervaardiging van elemente en onderdele van moderne tegniese toestelle, waar die gewigsdoeltreffendheid van strukture (verminderde gewig) 'n prioriteitsrol speel terwyl hul sterkte-eienskappe behou word. In vergelyking met aluminium is magnesium 1,5 keer ligter en 4,5 keer ligter as staal.

Die gebruik van magnesiumlegerings word tans algemeen in die lugvaart-, motor-, militêre en ander industrieë beoefen, waar die hoë koste daarvan (sommige grade bevat redelik duur legeringselemente) vanuit 'n ekonomiese oogpunt geregverdig word deur die moontlikheid om 'n meer duursame, vinniger, kragtige en veilige toerusting te skep wat effektief in uiterste toestande kan werk, insluitend wanneer dit aan hoë temperature blootgestel word.

As gevolg van hul hoë elektriese potensiaal, is hierdie legerings die optimale materiaal vir die skep van beskermers wat elektrochemiese beskerming bied van staalstrukture, soos motoronderdele, ondergrondse strukture, olieplatforms, mariene vaartuie, ens., teen korrosieprosesse wat plaasvind onder die invloed van vog, vars en seewater.

Allooie met die byvoeging van magnesium is ook in verskeie radio-ingenieurstelsels gebruik, waar dit gebruik word om klankkanale vir ultrasoniese lyne te maak om elektriese seine te vertraag.

Gevolgtrekking

Moderne industrie stel steeds hoër eise aan materiale in terme van hul sterkte, slytasieweerstand, korrosiebestandheid en vervaardigbaarheid. Die gebruik van magnesiumlegerings is een van die mees belowende gebiede, daarom stop navorsing wat verband hou met die soeke na nuwe eienskappe van magnesium en die moontlikhede van die toepassing daarvan nie.

Tans maak die gebruik van magnesium-gebaseerde legerings in die skepping van verskeie onderdele en strukture dit moontlik om hul gewig met byna 30% te verminder en die treksterkte tot 300 MPa te verhoog, maar volgens wetenskaplikes is dit is ver van die limiet vir hierdie unieke metaal.