Slitiny hořčíku: aplikace, klasifikace a vlastnosti

Slitiny hořčíku mají řadu jedinečných fyzikálních a chemických vlastností, z nichž hlavní jsou nízká hustota a vysoká pevnost. Kombinace těchto vlastností v materiálech s přídavkem hořčíku umožňuje vyrábět výrobky a konstrukce, které mají vysokou pevnost a nízkou hmotnost.

Charakteristika hořčíku

Průmyslová výroba a užívání hořčíku začala poměrně nedávno - před asi 100 lety. Tento kov má malou hmotnost, jelikož má relativně nízkou hustotu (1,74 g / cm2), dobrou stabilitu ve vzduchu, alkáliích, plynných médiích s obsahem fluoru a minerálních olejů.

Bod tání je 650 stupňů. Je charakterizován vysokou chemickou aktivitou až do spontánního spalování ve vzduchu. Mez pevnosti čistý hořčík je 190 MPa, modul pružnosti je 4500 MPa, prodloužení je 18%. Kov má vysokou tlumící schopnost (účinně absorbuje elastické vibrace), což mu zaručuje vynikající odolnost vůči nárazům a sníženou citlivost na rezonující jevy.

Mezi další vlastnosti tohoto prvku patří dobrá tepelná vodivost, nízká schopnost absorpce tepelných neutronů a interakce s jadernou palivou. Díky kombinaci těchto vlastností je hořčík ideálním materiálem pro vytváření hermetických obalů vysokoteplotních prvků jaderných reaktorů.

Hořčík se dobře spojuje s různými kovy a je jedním ze silných redukčních činidel, bez něhož je metalotermický proces nemožný.

V čisté formě se používá především jako dopingová přísada v slitinách s hliníkem, titanem a některými dalšími chemickými prvky. V odvětví železa a oceli se hořčík používá k hlubokému odsíření oceli a litiny a jeho vlastnosti se zlepšují pomocí grafitové sféroidizace.

Horčíkové a legovací přísady

Mezi nejběžnější legovací přísady používané ve slitinách na bázi hořčíku patří prvky jako hliník, mangan a zinek. Hliník zlepšuje strukturu, zvyšuje tekutost a pevnost materiálu. Zavedení zinku také umožňuje získat silnější slitiny se sníženou velikostí zrna. Pomocí manganu nebo zirkonu se zvyšuje odolnost slitin hořčíku proti korozi.

Přidání zinku a zirkonu poskytuje zvýšenou pevnost a tvárnost kovových směsí. A přítomnost určitých prvků vzácných zemin, jako je neodym, ceru, yttria a tak dále., Podporuje výrazné zvýšení tepelné odolnosti a maximalizovat mechanické vlastnosti hořčíkových slitin.

Pro výrobu ultralehkých materiálů o hustotě 1,3 až 1,6 g / m2 se do slitin zavádí lithium. Tato přísada umožňuje snížit svou hmotnost o polovinu ve srovnání s hliníkovými kovovými směsmi. Současně jsou jejich ukazatele tažnosti, tekutosti, elasticity a zpracovatelnosti na vyšší úrovni.

Klasifikace slitin hořčíkem

S hořčíkové slitiny jsou rozděleny podle několika kritérií. Jedná se o:

• Zpracování - na slévárně a deformovatelné;
• stupněm citlivosti na tepelné zpracování - nekalené a tvrzené tepelným zpracováním;
• podle vlastností a oblastí použití - žáruvzdorné slitiny, vysoká pevnost a univerzální použití;
• dopingovým systémem - existuje několik skupin nestabilních a tvrzených tepelně zpracovatelných deformovatelných hořčíkových slitin.

Slévárenské slitiny

Do této skupiny patří slitiny s přídavkem hořčíku, určené k výrobě různých částí a prvků metodou tvarového lití. Mají různé mechanické vlastnosti, v závislosti na které jsou rozděleny do tří tříd:

• střední síla;
• vysoká pevnost;
• tepelně odolné.

Chemické složení slitin je také rozděleno do tří skupin:

• hliník + hořčík + zinek;
• hořčík + zinek + zirkonium;
• hořčík + vzácné zeminy + zirkonium.

Slévární vlastnosti slitin

Nejlepších vlastností odlitků mezi výrobky těchto tří skupin jsou slitiny hliníku a hořčíku. Patří do třídy vysoce pevných materiálů (do 220 MPa), a proto jsou nejlepší volbou pro výrobu částí leteckých motorů, automobilů a dalších zařízení pracujících s mechanickým a tepelným zatížením.

Zvýšení síly charakteristiky hliníku a hořčíku slitiny jsou legovány jinými prvky. Přítomnost nečistot ze železa a mědi je však nežádoucí, protože tyto prvky mají negativní vliv na svařitelnost a odolnost slitin proti korozi.

Slévárny hořčíku sléváren jsou vyráběny v různých typech tavicích pecí: v reflexních, v kelímku s plynem, olejem nebo elektrickým ohřevem nebo v indukčních zařízeních kelímků.

Aby se zabránilo spalování během procesu tavení a během odlévání, používají se speciální tavidla a přísady. Odlitky se vyrábějí odléváním do písku, sádrových a skořepinových forem, pod tlakem a použitím roztavených modelů.

Deformovatelné slitiny

Ve srovnání se slévárnou jsou deformovatelné hořčíkové slitiny odolnější, tvárné a viskózní. Používají se k výrobě polotovarů válcováním, lisováním a lisováním. Jako tepelné zpracování výrobků se kalení aplikuje při teplotě 350-410 stupňů, následované libovolným chlazením bez stárnutí.

Při zahřátí se plastové vlastnosti takových materiálů zvyšují, takže zpracování slitin hořčíku se provádí tlakem a vysokými teplotami. Razítko se provádí při lisování 280-480 stupňů pomocí uzavřených razidel. Při válcování za studena, častý meziprodukt rekrystalizačního žíhání.

Může-li být svařování hořčíku produkty slitiny pevnost švu sníží na segmentech, kde provedených želé, z důvodu citlivosti těchto materiálů k přehřátí.

Oblast použití slitin s přídavkem hořčíku

Metody odlévání, deformace a tepelné zpracování slitin vyrábějí se různé polotovary - ingoty, desky, profily, plechy, výkovky apod. Tyto polotovary se používají k výrobě prvků a částí moderních technických zařízení, u nichž je prioritní úlohu hraje hmotnostní účinnost konstrukcí (snížená hmotnost) při zachování jejich pevnostních charakteristik. Ve srovnání s hliníkem je hořčík 1,5krát lehčí a ocel 4,5krát.

V současné době aplikace hořčíku slitiny jsou široce vycvičený v leteckém, automobilovém, vojenských a jiných průmyslových odvětvích, kde je jejich vysoká cena (některé značky obsahují ve svém složení poměrně drahé legujících prvků) je oprávněná z ekonomického hlediska, schopnost vytvářet více odolný, rychlý a nejbezpečnější způsob, který může efektivně pracovat v extrémních podmínkách, včetně vystavení vysokým teplotám.

Vzhledem k vysokým elektrickým potenciálem, tyto slitiny jsou nejlepší materiál pro vytvoření chrániče, které poskytují elektrochemický ochranu ocelových konstrukcí, jako jsou automobilové díly, podzemní stavby, ropných plošin, lodí, apod od korozních procesů probíhajících pod vlivem vlhkosti, svěží a mořské vody.

Používají se slitiny s přídavkem hořčíku a v různých radiotechnických systémech, kde vyrábějí zvukové linky ultrazvukových vedení pro zpoždění elektrických signálů.

Závěr

Moderní průmysl kladou stále vyšší nároky na materiály z hlediska jejich pevnosti, odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi a zpracovatelnosti. Používání slitin hořčíku je jedním z nejslibnějších směrů, proto studie týkající se hledání nových vlastností hořčíku a možnosti jeho použití se nezastaví.

V současné době je použití slitin na bázi hořčíku pro vytvoření různých částí a struktur může dosáhnout snížení jejich hmotnosti téměř o 30% a ke zvýšení pevnosti v tahu 300 MPa, ale podle vědců, to není limit pro tuto jedinečnou kovu.