Magnesiumseokset: käyttö, luokitus ja ominaisuudet

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Magnesiumseoksilla on useita ainutlaatuisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joista tärkeimmät ovat alhainen tiheys ja korkea lujuus. Näiden ominaisuuksien yhdistäminen materiaaleissa magnesiumin lisäyksellä mahdollistaa tuotteiden ja rakenteiden valmistamisen, joilla on korkea lujuus ja pieni paino.

Magnesiumin ominaisuudet

Manesiumin teollinen tuotanto ja käyttö aloitettiin suhteellisen hiljattain - vain noin 100 vuotta sitten. Tällä metallilla on pieni massa, koska sillä on suhteellisen pieni tiheys (1,74 g / cmᶟ), hyvä ilman, alkalien, fluoria sisältävien kaasumaisten väliaineiden ja mineraaliöljyjen kestävyys.

Sen sulamispiste on 650 astetta. Sille on ominaista korkea kemiallinen aktiivisuus jopa itsestään syttymiseen ilmassa. Puhtaan magnesiumin vetolujuus on 190 MPa, kimmomoduuli 4500 MPa ja suhteellinen venymä 18 %. Metallilla on korkea vaimennuskyky (vaimentaa tehokkaasti elastisia tärinöitä), mikä antaa silleerinomainen iskunsietokyky ja alennettu herkkyys resonanssiilmiöille.

Tämän elementin muita ominaisuuksia ovat hyvä lämmönjohtavuus, alhainen kyky absorboida lämpöneutroneja ja olla vuorovaikutuksessa ydinpolttoaineen kanssa. Näiden ominaisuuksien yhdistelmän ansiosta magnesium on ihanteellinen materiaali ydinreaktorien korkean lämpötilan elementtien hermeettisesti suljettujen kuorien luomiseen.

Magnesium seostuu hyvin eri metallien kanssa ja on yksi vahvimmista pelkistävistä aineista, jota ilman metalloterminen prosessi on mahdoton.

Puhtaassa muodossaan sitä käytetään pääasiassa seosaineena seoksissa, joissa on alumiinia, titaania ja joitain muita kemiallisia alkuaineita. Rautametallurgiassa magnesiumia käytetään teräksen ja valuraudan syvään rikinpoistoon, ja jälkimmäisen ominaisuuksia parannetaan grafiittipalloilla.

Magnesium ja seosaineet

Yleisimpiä magnesiumpohjaisissa seoksissa käytettyjä seostuslisäaineita ovat alumiinin, mangaanin ja sinkin k altaiset alkuaineet. Alumiinin avulla rakenne paranee, materiaalin juoksevuus ja lujuus lisääntyvät. Sinkin käyttöönotto mahdollistaa myös vahvempien metalliseosten valmistamisen, joiden raekoko on pienempi. Mangaanin tai zirkoniumin avulla magnesiumseosten korroosionkestävyys paranee.

Sinkin ja zirkoniumin lisääminen lisää metalliseosten lujuutta ja sitkeyttä. Ja tiettyjen harvinaisten maametallien läsnäoloalkuaineet, kuten neodyymi, cerium, yttrium jne., lisäävät merkittävästi magnesiumseosten lämmönkestävyyttä ja maksimoivat mekaanisia ominaisuuksia.

Jotta luodaan erittäin kevyitä materiaaleja, joiden tiheys on 1,3–1,6 g/mᶟ, litiumia lisätään seoksiin. Tämä lisäaine mahdollistaa niiden painon puolittamisen alumiinimetalliseoksiin verrattuna. Samalla niiden plastisuuden, juoksevuuden, elastisuuden ja valmistettavuuden indikaattorit saavuttavat korkeamman tason.

Magnesiumseosten luokitus

Magnesiumseokset luokitellaan useiden kriteerien mukaan. Tämä on:

• käsittelymenetelmän mukaan - valuun ja muotoutuvaan;
• lämpökäsittelyherkkyysasteen mukaan - kovettumattomaksi ja lämpökäsittelyllä kovettuneeksi;
• ominaisuuksien ja sovellusten mukaan - kuumuutta kestäville, lujille ja yleiskäyttöisille metalliseoksille;
• seostusjärjestelmän mukaan - karkaisemattomia ja lämpökarkaistuja muokattuja magnesiumseoksia on useita ryhmiä.

Valuseokset

Tähän ryhmään kuuluvat seokset, joihin on lisätty magnesiumia ja jotka on suunniteltu erilaisten osien ja elementtien valmistukseen muotovalolla. Niillä on erilaiset mekaaniset ominaisuudet riippuen siitä, mistä ne on jaettu kolmeen luokkaan:

• keskivahvuus;
• korkea lujuus;
• lämmönkestävä.

Kemiallisen koostumuksen os alta seokset jaetaan myös kolmeen ryhmään:

• alumiini + magnesium + sinkki;
• magnesium + sinkki + zirkonium;
• magnesium + harvinainen maametallielementit + zirkonium.

Seosten valuominaisuudet

Näiden kolmen ryhmän tuotteiden parhaat valuominaisuudet ovat alumiini-magnesiumseokset. Ne kuuluvat lujien materiaalien luokkaan (220 MPa asti), joten ne ovat paras vaihtoehto lentokoneiden, autojen ja muiden mekaanisen ja lämpökuormituksen alaisen laitteiden moottorin osien valmistukseen.

Lujuusominaisuuksien lisäämiseksi alumiini-magnesiumseoksia seostetaan myös muiden alkuaineiden kanssa. Mutta raudan ja kuparin epäpuhtaudet eivät ole toivottavia, koska nämä elementit vaikuttavat negatiivisesti metalliseosten hitsattavuuteen ja korroosionkestävyyteen.

Valettuja magnesiumseoksia valmistetaan erityyppisissä sulatusuuneissa: kaikuuuneissa, upokasuuneissa kaasu-, öljy- tai sähkölämmityksellä tai upokasinduktiouuneissa.

Erityisvirtausaineita ja lisäaineita käytetään estämään palamista sulatuksen ja valun aikana. Valukappaleet valmistetaan valamalla hiekka-, kipsi- ja kuorimuotteihin, paineen alaisena ja sijoitusmalleja käyttäen.

Taotut seokset

Valettuihin metalliseoksiin verrattuna muokatut magnesiumseokset ovat vahvempia, sitkeämpiä ja sitkeämpiä. Niitä käytetään aihioiden valmistukseen valssaamalla, puristamalla ja meistamalla. Tuotteiden lämpökäsittelynä käytetään kovettumista 350-410 asteen lämpötilassa, jota seuraa mieliv altainen jäähdytys ilman vanhenemista.

Lämmitettynätällaisten materiaalien muoviominaisuudet paranevat, joten magnesiumseosten käsittely suoritetaan paineen avulla ja korkeissa lämpötiloissa. Leimaus suoritetaan 280-480 asteessa puristimien alla suljetuilla meistiillä. Kylmävalssauksessa suoritetaan usein välikiteytyshehkutuksia.

Magnesiumseoksia hitsattaessa tuotteen sauman lujuus saattaa heikentyä niissä segmenteissä, joissa hitsaus suoritettiin, johtuen tällaisten materiaalien herkkyydestä ylikuumenemiselle.

Magnesiummetalliseosten käyttöalat

Erilaisia puolivalmiita tuotteita - harkot, laatat, profiilit, levyt, takeet jne. valmistetaan metalliseoksia valamalla, deformoimalla ja lämpökäsittelyllä. Näitä aihioita käytetään nykyaikaisten teknisten laitteiden elementtien ja osien valmistukseen, jossa rakenteiden painotehokkuus (alennettu paino) on etusijalla säilyttäen samalla niiden lujuusominaisuudet. Alumiiniin verrattuna magnesium on 1,5 kertaa kevyempi ja 4,5 kertaa kevyempi kuin teräs.

Tällä hetkellä magnesiumseosten käyttöä harjoitetaan laaj alti ilmailu-, auto-, sotilas- ja muilla aloilla, joissa niiden korkea hinta (jotkut lajit sisältävät melko kalliita seosaineita) on taloudellisesti perusteltua. mahdollisuus luoda kestävämpi, nopeampi, tehokkaampi ja turvallisempi laite, joka voi toimia tehokkaasti äärimmäisissä olosuhteissa, myös altistuessaan korkeille lämpötiloille.

Korkean sähköpotentiaalinsa vuoksi nämä seokset ovat optimaalinen materiaali suojainten luomiseen, jotka suojaavat teräsrakenteita, kuten autonosia, maanalaisia rakenteita, öljynporausautioita, merialuksia jne., sähkökemiallisesti korroosioprosesseja vastaan. kosteuden, makean ja meriveden vaikutuksen alaisena.

Seoksia, joihin on lisätty magnesiumia, on käytetty myös erilaisissa radiotekniikan järjestelmissä, joissa niistä valmistetaan äänikanavia ultraäänilinjoille sähkösignaalien viivästymiseksi.

Johtopäätös

Moderni teollisuus asettaa materiaaleille yhä korkeampia vaatimuksia niiden lujuuden, kulutuskestävyyden, korroosionkestävyyden ja valmistettavuuden suhteen. Magnesiumseosten käyttö on yksi lupaavimpia alueita, joten magnesiumin uusien ominaisuuksien etsimiseen ja sen käyttömahdollisuuksiin liittyvä tutkimus ei pysähdy.

Tällä hetkellä magnesiumpohjaisten metalliseosten käyttö erilaisten osien ja rakenteiden luomisessa mahdollistaa niiden painon vähentämisen lähes 30 % ja vetolujuuden nostamisen 300 MPa:iin, mutta tutkijoiden mukaan tämä on kaukana tämän ainutlaatuisen metallin rajasta.