Магний и его сплавы - раздел Образование, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Магний – Металл Светло-Серого Цвета, Обладающий Наименьшим Удельным Весом Сре...
Магний – металл светло-серого цвета, обладающий наименьшим удельным весом среди металлов – 1,74 г/см3. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Температура плавления – 651°С. 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: σВ = 190 МПа, σ0,2 = 90 МПа, δ = 18 %. 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 МgZn2, 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:
· диффузионному отжигу при температуре 400–490 °С в течение 10–24 часов для устранения ликвации в литых сплавах (выравнивания химического состава по объему зерен);
· рекристаллизационному отжигу при температуре 250–350 °С для снятия наклепа; при этом отжиге уменьшается анизотропия механических свойств, возникшая при пластической деформации;
· закалке со старением при температуре 150–200 °С;
· гомогенизации (закалке) при 380–540 °С.
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 таблице 16.2.
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 (в виде мелких частиц голубоватого цвета). После литья сплавы подвергают гомогенизационному отжигу.
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
|
| Литейные сплавы
|
| МЛ1
| 8,25
| 0,5
| 0,35
| –
| закалка и естественное старение
|
|
|
| МЛ6
| 9,6
| 0,9
| 0,12
| –
| закалка и искусственное старение в течение 3–5 ч.
|
|
|
| МЛ10
| –
| 0,4
| –
| 0,7 Zr; 2,5 Nd
|
|
|
| МЛ12
| –
| 4,5
| –
| 0,85 Zr
| условное старение
|
|
|
| Деформируемые сплавы
|
| МА1
| –
| –
| 1,9
| –
| –
|
| 7,5
|
| МА2–1
| 4,4
| 1,15
| 0,5
| –
| –
|
|
|
| МА14
| –
| 5,5
| –
| 0,55
| закалка и искусственное старение в течение 2–3 ч.
|
|
|
Жаропрочные магниевые сплавы (МЛ9 – МЛ11, МЛ14, ВМЛ–1 и ВМЛ–2) разработаны на основе системы «Мg – Zn – Zr» и используются для длительной эксплуатации при температурах 250–350 °С и кратковременной – до 400 °С. Жаропрочные свойства определяются присутствием интерметаллидных фаз. Эти сплавы упрочняются с помощью закалки и старения. Температура закалки от 540–545 °С, охлаждение в воде при температуре 80 °С, старение при 205 °С.
Жаропрочные магниевые сплавы часто применяются для деталей, подвергающихся одновременному воздействию статических и усталостных нагрузок. На рисунке 16.7 приведена зависимость пределов ползучести и выносливости сплава МЛ10 от температуры.
Коррозионная стойкость магниевых жаропрочных сплавов зависит от их состава, структуры и содержания примесей. Эти 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.
Рис. 16.7. Изменение пределов ползучести и выносливости сплава МЛ10,
в зависимости от температуры
Дополнительное легирование сплавов на основе «Мg – Zn – Zr» редкоземельными элементами, например в сплавах: МЛ12, МЛ15, МЛ18, уменьшает склонность к трещинообразованию, чувствительность к толщине сечения литой детали и повышает прочностные характеристики.
Деформируемые магниевые 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 300–480 °С, прокатка при
440–225 °С, штамповка в закрытых штампах при 480–280 °С.
Большинство магниевых сплавов термической обработкой не упрочняется. Они применяются в отожженном состоянии или в состоянии после горячей деформации.
Все темы данного раздела:
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Учебник
Под редакцией доктора технических наук, профессора В. С. Кушнера
Допущено Учебно-методическим объединени
Строение сплавов
Сплавы – важные вещества, получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких элементов периодической системы, называемых компонентами. Сплав считается металличес
Процесса кристаллизации
Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом. Изменение агрегатного состояния происходит при определенных температурах. Температура
Процесса кристаллизации
В жидком состоянии атомы вещества вследствие теплового движения перемещаются беспорядочно. В то же время в жидкости имеются группировки атомов небольшого объема, в пределах которых
Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм
Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией. Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных
Механические свойства материалов
Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Поэтому при выборе металла для изготовления деталей машин необходимо знать его м
Деформации и напряжения
Напряжение – мера внутренних сил, возникающих в материале под влиянием внешних воздействий (нагрузок, изменения температуры и пр.). Для изучения напряжений через произвольную
Испытание материалов на растяжение и ударную вязкость
Испытания на растяжение относят к самым распространенным видам механических испытаний, при которых определяется прочность и пластичность материала. Результаты экспериментальных исследований механич
Определение твердости
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого, материала. Высокой твердостью должны обладать металлорежущие инструменты (резцы, сверла, фрезы
Упругая и пластическая деформации, разрушение
Любая деформация может осуществляться в твердых телах путем относительного смещения атомов. В твердых телах различают упругую деформацию (исчезающую после устранения воздействия, вызвавшего
Наклеп и рекристаллизация
Как следует из диаграмм растяжения, при деформации сталей при комнатной температуре предел текучести увеличивается с ростом деформации, то есть материал в этих условиях упрочняется.
Правило фаз, построение диаграмм состояния
Процесс кристаллизации металлических сплавов и связанные с ним многие закономерности строения сплавов описывают с помощью диаграмм фазового равновесия, которые в удобной граф
Химические соединения
Данная диаграмма получается, когда сплавляемые компоненты образуют устойчивое химическое соединение АnВm , не диссоциирующее при нагреве впло
Тесты для контроля текущих знаний
1. Металлы в твердом состоянии обладают рядом характерных свойств:
1) высокими теплопроводностью и электрической проводимостью в твердом состоянии;
2) увел
Железоуглеродистых сплавов
5. ДИАГРАММА «ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД (ЦЕМЕНТИТ)»
5.1. Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
Железоуглеродистые сп
Изменения структуры сталей при охлаждении
Большинство технологических операций (термическая обработка, обработка давлением и др.) проводят в твердом состоянии. Ниже рассматриваются превращения, протекающие в железоуглеродис
Изменение структуры чугунов при охлаждении
Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14 % и имеющие в своей структуре цементит называются белыми чугунами.
Рассмотрим превращение в чугунах (рис. 5.4).
ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
В машиностроительном производстве железоуглеродистые сплавы подразделяются на стали (содержание углерода от 0,02 до 2,14 %) и чугуны (содержание углерода от 2,14 до 6,67 %). Стали п
Влияние нагрева и скорости охлаждения углеродистой стали на ее структуру
Термической обработкой называется технологический процесс, включающий нагрев стали до определенной температуры, выдержку при этой температуре и охлаждение с необходимой скоро
Отжиг углеродистых сталей
Термическая обработка – самый распространенный в современной технике способ изменения свойств металлов и сплавов. Термообработку применяют как промежуточную операцию для улучшения т
ЗАКАЛКА И ОТПУСК УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
8.1. Закалка углеродистых сталей
Закалка – это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве до
Тесты для контроля текущих знаний
1. Твердый раствор внедрения углерода в Feα называется:
1) цементитом;
2) ферритом;
3) аустенитом;
4) ледебуритом.
Назначение легирования
В данном разделе рассматриваются примеси, вводимые в стали в определенных концентрациях с целью изменения их внутреннего строения и свойств. Такие примеси (элементы) называются легирующими (
И механические свойства сталей
Полиморфные состояния железа при образовании твердых растворов введением легирующих элементов смещаются по температуре. Все легирующие элементы по влиянию на полиморфные состояния ж
Влияние легирования на превращения при термообработке
1. При закалке (нагрев, выдержка, охлаждение со скоростью V>Vкр) углеродистых сталей из переохлажденного аустенита образуется мартенсит. Влияние легирующих элементов н
УПРОЧНЕНИЕ СПЛАВОВ
Интерес к упрочнению материалов обусловлен стремлением к уменьшению их расхода, увеличению прочности, износостойкости, коррозионной стойкости деталей, сопротивления хрупкому разруше
Упрочнение легированием
Формирование благоприятной структуры и надежность работы деталей обеспечивают рациональное легирование, измельчение зерна и повышение качества металла.
Упрочнение при легир
Упрочнение пластическим деформированием
В результате холодной пластической деформации изменяются свойства металла: повышаются прочность, электросопротивление, снижаются пластичность, плотность, коррозионная стойкость. Это явление назы
Упрочнение термическими методами
Температурное воздействие на различные материалы с целью изменения их структуры и свойств является самым распространенным способом упрочнения в современной технике. Это воздействие может осущест
Цементация стали
Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Различают два основных вида цементации: твердую углеродосодержащую смесь (карбюризаторы) и газов
Азотирование стали
Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного
Нитроцементация
Процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом в газовой среде называется нитроцементацией. Нитроцементацию проводят при более низких (850–870 °С) по сравнению с ц
Поверхностное упрочнение
Среди методов поверхностного упрочнения наибольшее распространение получили поверхностная закалка, обработка лазером и электроискровое легирование. При поверхностной закалке
Строительные стали
К строительным относятся конструкционные стали, применяемые для изготовления металлических конструкций и сооружений, для армирования железобетона.
К низколегированным строительным сталям о
Цементуемые (нитроцементуемые) стали
К машиностроительным относят конструкционные стали, предназначенные для изготовления различных деталей машин, механизмов и отдельных видов машин. Для деталей и изделий находят применение дешевые уг
Улучшаемые стали
Для наиболее ответственных тяжелонагруженных деталей машин применяют легированные стали, подвергаемые улучшению, т. е. закалке с высоким отпуском. Эти стали содержат 0,3–0,5% С, 1–6% легирую
Износостойкие стали
К износостойким сталям относится сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда). Эта сталь имеет следующий химический состав: 1,25 % углерода, 13 % марганца, 1 % хрома, 1 % никеля. Сталь Гадфильда при низкой нача
Рессорно-пружинные стали
Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Основными требованиями, предъявляемыми к данным сталям, являются высокое сопротивле
Подшипниковые стали
В процессе работы детали подшипников (шарики, ролики, обоймы) испытывают высокие удельные знакопеременные нагрузки.
Стали для подшипников должны обладать высокой твёрдостью и износостойкос
Автоматные стали
Обработка резанием – основной способ изготовления большинства деталей машин и приборов. Обрабатываемость стали зависит от ее механических свойств, теплопроводности, микроструктуры и химического сос
Коррозионная стойкость сталей и сплавов
Коррозия – это термин, используемый для обозначения широкого класса видов нежелательного повреждения металла в результате его химического или электрохимического взаимодействия с окруж
Коррозионностойкие стали
Коррозионностойкими (нержавеющими) называют металлы и сплавы, в которых процесс коррозии развивается с малой скоростью. Коррозионностойкие стали применяют для изготовления деталей машин и об
Жаропрочные стали и сплавы
Жаропрочные стали и сплавы применяют для многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет, атомных устройств и т. д., работающих при высоких температурах.
Жаростойкие стали и сплавы
Жаростойкость – способность металла сопротивляться окислению в газовой среде или в других окислительных средах при повышенных температурах. Жаропрочные сплавы в принципе долж
Условия работы деформирующих и режущих инструментов, требования к инструментальным материалам
Условия работы деформирующих инструментов (штампов) различаются, прежде всего, тем, нагреваются ли предварительно заготовки или они деформируются в холодном состоянии.
Штамповые инструмент
Инструментальные легированные (штамповые) стали
В качестве инструментальных материалов для горячего деформирования применяют легированные инструментальные стали (штамповые стали), которые условно можно разделить на три основные группы:
Режущие инструментальные и быстрорежущие стали
Для режущих инструментов применяются высоколегированные быстрорежущие стали, а также, в небольших количествах, заэвтектоидные углеродистые стали с содержанием углерода 1,0–1, % и су
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
14.1. Классификация твердых сплавов и общая характеристика их свойств
Применение методов порошковой металлургии в начале 1920-х годов в Германии приве
Режущая керамика
Среди исследовавшихся материалов, которые были бы пригодны для изготовления режущих инструментов, была окись алюминия Al2О3 – корунд. Корунд по своей природе –
Сверхтвердые инструментальные материалы
Сверхтвердыми принято считать инструментальные материалы, имеющие твердость при комнатной температуре НV свыше 35 ГПа.
Самый твердый материал на Земле, который издавна прим
Абразивные материалы
При абразивной обработке применяются инструменты на жесткой основе (круги, сегменты, бруски), на гибкой основе (эластичные круги, шкурки, ленты), а также пасты и абразивные зерна. А
Тесты для контроля текущих знаний
1. Какая из сталей относится к автоматным:
1) 40А;
2) А12;
3) 08пс;
4) 18ХГТ.
2. Какая из сталей относится к подшипниковым:
Титан и его сплавы
Важнейшее преимущество титана и титановых сплавов перед другими конструкционными материалами – это высокая удельная прочность и жаропрочность в сочетании с хорошей коррозионной стой
Алюминий и его сплавы
Алюминий – металл серебристо-белого цвета, имеет кристаллическую ГЦК решетку, температуру плавления 660 °С, удельный вес 2,7 г/см3, обладает высокой электропроводностью и
Полимеры и пластмассы
Полимеры (от греческого polymeres – состоящий из многих частей, многообразный, от poly – много и meros – доля, часть) – соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из
Резиновые и клеящие материалы
Резиной (от латинского resina – смола) называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками (наполнители, пластификаторы, активаторы вулканизац
Стекло, ситаллы, графит
Стекло неорганическое – прозрачный (бесцветный или окрашенный) хрупкий материал, получаемый при остывании расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия, ф
Композиционные материалы
Композиционными материалами, или композитами, называют материалы, состоящие из сильно различающихся по свойствам друг от друга, взаимно нерастворимых компонентов.
Тр
Композиционные материалы с металлической матрицей
К этому виду композиционных материалов относятся материалы типа САП (спеченная алюминиевая пудра), которые представляют собой алюминий, упрочненный дисперсными частицами оксида алюминия. Алюминиевы
Композиционные материалы с неметаллической матрицей
Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение в промышленности. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полим
Тесты для контроля текущих знаний
1. Титан имеет две полиморфические модификации. При какой температуре происходит полиморфное превращение?
1) 950 °С.
2) 882,5 °С.
3) 911 °С.
4) 768 °С.
Библиографический список
1. Физическое металловедение: справ. Т. 1, 2, 3; под ред. У. Р. Кана
Новости и инфо для студентов