Κράματα μαγνησίου: εφαρμογή, ταξινόμηση και ιδιότητες

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Τα κράματα μαγνησίου έχουν μια σειρά από μοναδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες, οι κυριότερες από τις οποίες είναι η χαμηλή πυκνότητα και η υψηλή αντοχή. Ο συνδυασμός αυτών των ιδιοτήτων σε υλικά με την προσθήκη μαγνησίου καθιστά δυνατή την παραγωγή προϊόντων και κατασκευών με χαρακτηριστικά υψηλής αντοχής και χαμηλό βάρος.

χαρακτηριστικά μαγνησίου

Η βιομηχανική παραγωγή και χρήση μαγνησίου ξεκίνησε σχετικά πρόσφατα - μόλις πριν από περίπου 100 χρόνια. Αυτό το μέταλλο έχει χαμηλή μάζα, καθώς έχει σχετικά χαμηλή πυκνότητα (1,74 g / cmᶟ), καλή αντοχή στον αέρα, τα αλκάλια, τα αέρια μέσα που περιέχουν φθόριο και ορυκτέλαια.

Το σημείο τήξεώς του είναι 650 βαθμοί. Χαρακτηρίζεται από υψηλή χημική δράση μέχρι την αυθόρμητη καύση στον αέρα. Η αντοχή εφελκυσμού του καθαρού μαγνησίου είναι 190 MPa, ο συντελεστής ελαστικότητας είναι 4.500 MPa και η σχετική επιμήκυνση είναι 18%. Το μέταλλο έχει υψηλή ικανότητα απόσβεσης (απορροφά αποτελεσματικά τους ελαστικούς κραδασμούς), η οποία του παρέχειεξαιρετική αντοχή σε κραδασμούς και μειωμένη ευαισθησία σε φαινόμενα συντονισμού.

Άλλα χαρακτηριστικά αυτού του στοιχείου περιλαμβάνουν την καλή θερμική αγωγιμότητα, τη χαμηλή ικανότητα απορρόφησης θερμικών νετρονίων και την αλληλεπίδραση με το πυρηνικό καύσιμο. Λόγω του συνδυασμού αυτών των ιδιοτήτων, το μαγνήσιο είναι ένα ιδανικό υλικό για τη δημιουργία ερμητικά σφραγισμένων κελυφών στοιχείων υψηλής θερμοκρασίας πυρηνικών αντιδραστήρων.

Το κράμα μαγνησίου είναι καλά με διάφορα μέταλλα και είναι ένας από τους ισχυρούς αναγωγικούς παράγοντες, χωρίς τους οποίους η μεταλλοθερμική διαδικασία είναι αδύνατη.

Στην καθαρή του μορφή, χρησιμοποιείται κυρίως ως πρόσθετο κράματος σε κράματα με αλουμίνιο, τιτάνιο και ορισμένα άλλα χημικά στοιχεία. Στη σιδηρούχα μεταλλουργία, το μαγνήσιο χρησιμοποιείται για την βαθιά αποθείωση του χάλυβα και του χυτοσιδήρου και οι ιδιότητες του τελευταίου βελτιώνονται με τη σφαιροποίηση γραφίτη.

Μαγνήσιο και πρόσθετα κραμάτων

Οι πιο κοινές προσθήκες κραμάτων που χρησιμοποιούνται σε κράματα με βάση το μαγνήσιο περιλαμβάνουν στοιχεία όπως το αλουμίνιο, το μαγγάνιο και ο ψευδάργυρος. Μέσω του αλουμινίου βελτιώνεται η δομή, αυξάνεται η ρευστότητα και η αντοχή του υλικού. Η εισαγωγή ψευδαργύρου καθιστά επίσης δυνατή την απόκτηση ισχυρότερων κραμάτων με μειωμένο μέγεθος κόκκων. Με τη βοήθεια μαγγανίου ή ζιρκονίου αυξάνεται η αντοχή στη διάβρωση των κραμάτων μαγνησίου.

Η προσθήκη ψευδαργύρου και ζιρκονίου παρέχει αυξημένη αντοχή και ολκιμότητα των μειγμάτων μετάλλων. Και η παρουσία ορισμένων σπάνιων γαιώνστοιχεία, όπως νεοδύμιο, δημήτριο, ύττριο κ.λπ., συμβάλλει στη σημαντική αύξηση της αντοχής στη θερμότητα και στη μεγιστοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων των κραμάτων μαγνησίου.

Για τη δημιουργία εξαιρετικά ελαφρών υλικών με πυκνότητα 1,3 έως 1,6 g/mᶟ, εισάγεται λίθιο στα κράματα. Αυτό το πρόσθετο καθιστά δυνατή τη μείωση του βάρους τους κατά το ήμισυ σε σύγκριση με τα μείγματα μετάλλων αλουμινίου. Ταυτόχρονα, οι δείκτες πλαστικότητας, ρευστότητας, ελαστικότητας και κατασκευασσιμότητας τους φτάνουν σε υψηλότερο επίπεδο.

Ταξινόμηση κραμάτων μαγνησίου

Τα κράματα μαγνησίου ταξινομούνται σύμφωνα με μια σειρά κριτηρίων. Αυτό είναι:

• σύμφωνα με τη μέθοδο επεξεργασίας - για χύτευση και παραμόρφωση;
• σύμφωνα με τον βαθμό ευαισθησίας στη θερμική επεξεργασία - σε μη σκληρυμένο και σκληρυμένο με θερμική επεξεργασία;
• κατά ιδιότητες και εφαρμογές - για κράματα ανθεκτικά στη θερμότητα, υψηλής αντοχής και γενικής χρήσης;
• σύμφωνα με το σύστημα κραμάτων - υπάρχουν πολλές ομάδες μη σκληρυνόμενων και θερμικά σκληρυνόμενων κραμάτων σφυρήλατος μαγνησίου.

Κράματα χύτευσης

Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει κράματα με προσθήκη μαγνησίου, σχεδιασμένα για την παραγωγή διαφόρων εξαρτημάτων και στοιχείων με μορφοποιημένη χύτευση. Έχουν διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες, ανάλογα με τις οποίες χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:

• μέτρια αντοχή;
• υψηλή αντοχή;
• ανθεκτικό στη θερμότητα.

Όσον αφορά τη χημική σύνθεση, τα κράματα χωρίζονται επίσης σε τρεις ομάδες:

• αλουμίνιο + μαγνήσιο + ψευδάργυρος;
• μαγνήσιο + ψευδάργυρος + ζιρκόνιο;
• μαγνήσιο + σπάνια γηστοιχεία + ζιρκόνιο.

Ιδιότητες χύτευσης κραμάτων

Οι καλύτερες ιδιότητες χύτευσης μεταξύ των προϊόντων αυτών των τριών ομάδων έχουν κράματα αλουμινίου-μαγνήσιου. Ανήκουν στην κατηγορία των υλικών υψηλής αντοχής (έως 220 MPa), επομένως αποτελούν την καλύτερη επιλογή για την κατασκευή εξαρτημάτων κινητήρων για αεροσκάφη, αυτοκίνητα και άλλο εξοπλισμό που λειτουργεί υπό μηχανικά και θερμικά φορτία.

Για να αυξηθούν τα χαρακτηριστικά αντοχής, τα κράματα αλουμινίου-μαγνήσιου κραματώνονται επίσης με άλλα στοιχεία. Όμως η παρουσία ακαθαρσιών σιδήρου και χαλκού είναι ανεπιθύμητη, καθώς αυτά τα στοιχεία έχουν αρνητική επίδραση στη συγκολλησιμότητα και την αντοχή στη διάβρωση των κραμάτων.

Τα χυτά κράματα μαγνησίου παρασκευάζονται σε διάφορους τύπους κλιβάνων τήξης: κλιβάνους αντήχησης, φούρνους χωνευτηρίου με θέρμανση αερίου, πετρελαίου ή ηλεκτρικής ενέργειας ή επαγωγικούς κλίβανους χωνευτηρίου.

Ειδικά ροές και πρόσθετα χρησιμοποιούνται για την πρόληψη της καύσης κατά την τήξη και τη χύτευση. Τα χύτευση παράγονται με χύτευση σε καλούπια άμμου, γύψου και κελύφους, υπό πίεση και με χρήση επενδυτικών μοντέλων.

Σφυρήλατα κράματα

Σε σύγκριση με τα χυτά κράματα, τα σφυρήλατα κράματα μαγνησίου είναι ισχυρότερα, πιο όλκιμα και πιο σκληρά. Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τεμαχίων με κύλιση, συμπίεση και σφράγιση. Ως θερμική επεξεργασία προϊόντων, χρησιμοποιείται σκλήρυνση σε θερμοκρασία 350-410 βαθμών, ακολουθούμενη από αυθαίρετη ψύξη χωρίς γήρανση.

Όταν θερμαίνεταιοι πλαστικές ιδιότητες τέτοιων υλικών αυξάνονται, επομένως, η επεξεργασία των κραμάτων μαγνησίου πραγματοποιείται μέσω πίεσης και σε υψηλές θερμοκρασίες. Η σφράγιση πραγματοποιείται στους 280-480 μοίρες κάτω από πρέσες με κλειστές μήτρες. Σε ψυχρή έλαση, πραγματοποιούνται συχνές ενδιάμεσες ανόπτες ανακρυστάλλωσης.

Κατά τη συγκόλληση κραμάτων μαγνησίου, η αντοχή της ραφής του προϊόντος μπορεί να μειωθεί στα τμήματα όπου έγινε η συγκόλληση, λόγω της ευαισθησίας τέτοιων υλικών στην υπερθέρμανση.

Πεδία εφαρμογής κραμάτων μαγνησίου

Διάφορα ημικατεργασμένα προϊόντα - πλινθώματα, πλάκες, προφίλ, φύλλα, σφυρηλάτηση κ.λπ. παράγονται με χύτευση, παραμόρφωση και θερμική επεξεργασία κραμάτων. Αυτά τα κενά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή στοιχείων και εξαρτημάτων σύγχρονων τεχνικών συσκευών, όπου η απόδοση βάρους των κατασκευών (μειωμένο βάρος) παίζει ρόλο προτεραιότητας διατηρώντας τα χαρακτηριστικά αντοχής τους. Σε σύγκριση με το αλουμίνιο, το μαγνήσιο είναι 1,5 φορές ελαφρύτερο και 4,5 φορές ελαφρύτερο από το ατσάλι.

Σήμερα, η χρήση κραμάτων μαγνησίου εφαρμόζεται ευρέως στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τη στρατιωτική και άλλες βιομηχανίες, όπου το υψηλό κόστος τους (ορισμένες ποιότητες περιέχουν αρκετά ακριβά στοιχεία κράματος) δικαιολογείται από οικονομική άποψη από την δυνατότητα δημιουργίας ενός πιο ανθεκτικού, πιο γρήγορου, ισχυρού και ασφαλούς εξοπλισμού που μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά σε ακραίες συνθήκες, ακόμη και όταν εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Λόγω του υψηλού ηλεκτρικού τους δυναμικού, αυτά τα κράματα είναι το βέλτιστο υλικό για τη δημιουργία προστατευτικών που παρέχουν ηλεκτροχημική προστασία χαλύβδινων κατασκευών, όπως ανταλλακτικά αυτοκινήτων, υπόγειες κατασκευές, πλατφόρμες πετρελαίου, θαλάσσια πλοία κ.λπ., από διεργασίες διάβρωσης που συμβαίνουν υπό την επίδραση υγρασίας, γλυκού και θαλασσινού νερού.

Κράματα με προσθήκη μαγνησίου έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί σε διάφορα συστήματα ραδιομηχανικής, όπου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αγωγών ήχου για γραμμές υπερήχων για την καθυστέρηση των ηλεκτρικών σημάτων.

Συμπέρασμα

Η σύγχρονη βιομηχανία επιβάλλει ολοένα και μεγαλύτερες απαιτήσεις σε υλικά όσον αφορά την αντοχή, την αντοχή στη φθορά, την αντοχή στη διάβρωση και την κατασκευαστική τους ικανότητα. Η χρήση κραμάτων μαγνησίου είναι ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς, επομένως, οι έρευνες που σχετίζονται με την αναζήτηση νέων ιδιοτήτων του μαγνησίου και τις δυνατότητες εφαρμογής του δεν σταματούν.

Σήμερα, η χρήση κραμάτων με βάση το μαγνήσιο στη δημιουργία διαφόρων εξαρτημάτων και δομών καθιστά δυνατή τη μείωση του βάρους τους κατά σχεδόν 30% και την αύξηση της αντοχής σε εφελκυσμό έως και 300 MPa, αλλά, σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό απέχει πολύ από το όριο για αυτό το μοναδικό μέταλλο.