Hợp kim magiê: ứng dụng, phân loại và tính chất

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Hợp kim magiê có một số đặc tính vật lý và hóa học độc đáo, trong đó chủ yếu là mật độ thấp và độ bền cao. Sự kết hợp của những phẩm chất này trong vật liệu với việc bổ sung magiê làm cho nó có thể tạo ra các sản phẩm và cấu trúc có đặc tính độ bền cao và trọng lượng thấp.

Đặc tính magie

Sản xuất công nghiệp và sử dụng magiê bắt đầu tương đối gần đây - chỉ khoảng 100 năm trước. Kim loại này có khối lượng thấp, vì nó có tỷ trọng tương đối thấp (1,74 g / cmᶟ), khả năng chống chịu tốt với không khí, kiềm, môi trường khí có chứa flo và dầu khoáng.

Điểm nóng chảy của nó là 650 độ. Nó được đặc trưng bởi hoạt tính hóa học cao cho đến quá trình cháy tự phát trong không khí. Độ bền kéo của magiê nguyên chất là 190 MPa, mô đun đàn hồi là 4,500 MPa và độ giãn dài tương đối là 18%. Kim loại có khả năng giảm chấn cao (hấp thụ hiệu quả các dao động đàn hồi), cung cấp cho nókhả năng chịu sốc tuyệt vời và giảm độ nhạy đối với các hiện tượng cộng hưởng.

Các đặc điểm khác của nguyên tố này bao gồm dẫn nhiệt tốt, khả năng hấp thụ neutron nhiệt thấp và tương tác với nhiên liệu hạt nhân. Do sự kết hợp của những đặc tính này, magiê là vật liệu lý tưởng để tạo ra lớp vỏ kín của các phần tử nhiệt độ cao của lò phản ứng hạt nhân.

Magie hợp kim tốt với các kim loại khác nhau và là một trong những chất khử mạnh, nếu không có quá trình nhiệt luyện kim loại là không thể.

Ở dạng tinh khiết, nó chủ yếu được sử dụng làm chất bổ sung hợp kim trong hợp kim với nhôm, titan và một số nguyên tố hóa học khác. Trong luyện kim màu, magiê được sử dụng để khử lưu huỳnh sâu cho thép và gang, và các đặc tính của chúng được cải thiện bằng cách hình cầu bằng than chì.

Magie và các chất phụ gia tạo hợp kim

Các chất bổ sung hợp kim phổ biến nhất được sử dụng trong hợp kim dựa trên magiê bao gồm các nguyên tố như nhôm, mangan và kẽm. Thông qua nhôm, cấu trúc được cải thiện, tính linh hoạt và sức mạnh của vật liệu tăng lên. Sự ra đời của kẽm cũng làm cho nó có thể thu được các hợp kim bền hơn với kích thước hạt giảm. Với sự trợ giúp của mangan hoặc zirconium, khả năng chống ăn mòn của hợp kim magiê được tăng lên.

Việc bổ sung kẽm và zirconium giúp tăng cường độ bền và độ dẻo của hỗn hợp kim loại. Và sự hiện diện của đất hiếm nhất địnhcác nguyên tố, chẳng hạn như neodymium, xeri, yttrium, v.v., góp phần làm tăng đáng kể khả năng chịu nhiệt và tối đa hóa các đặc tính cơ học của hợp kim magiê.

Để tạo ra các vật liệu siêu nhẹ có mật độ từ 1,3 đến 1,6 g / mᶟ, người ta đưa lithium vào các hợp kim. Chất phụ gia này có thể làm giảm một nửa trọng lượng của chúng so với hỗn hợp kim loại nhôm. Đồng thời, các chỉ số về độ dẻo, tính lưu động, độ đàn hồi và khả năng sản xuất của chúng đạt mức cao hơn.

Phân loại hợp kim magie

Hợp kim magiê được phân loại theo một số tiêu chí. Đây là:

• theo phương pháp xử lý - để đúc và có thể biến dạng;
• theo mức độ nhạy cảm với xử lý nhiệt - thành không cứng và cứng bằng xử lý nhiệt;
• theo đặc tính và ứng dụng - dành cho hợp kim chịu nhiệt, độ bền cao và mục đích chung;
• theo hệ thống hợp kim - có một số nhóm hợp kim magiê rèn luyện không cứng và khó nung nhiệt.

Đúc hợp kim

Nhóm này bao gồm các hợp kim có bổ sung magiê, được thiết kế để sản xuất các bộ phận và nguyên tố khác nhau bằng cách đúc định hình. Chúng có các đặc tính cơ học khác nhau, tùy thuộc vào chúng mà chúng được chia thành ba lớp:

• cường độ trung bình;
• độ bền cao;
• chịu nhiệt.

Về thành phần hóa học, hợp kim cũng được chia thành ba nhóm:

• nhôm + magiê + kẽm;
• magiê + kẽm + zirconium;
• magie + đất hiếmnguyên tố + zirconium.

Tính chất đúc của hợp kim

Tính chất đúc tốt nhất trong số các sản phẩm của ba nhóm này có hợp kim nhôm-magiê. Chúng thuộc loại vật liệu có độ bền cao (lên đến 220 MPa), do đó chúng là lựa chọn tốt nhất để sản xuất các bộ phận động cơ cho máy bay, ô tô và các thiết bị khác hoạt động dưới tải trọng cơ học và nhiệt.

Để tăng đặc tính độ bền, hợp kim nhôm-magiê cũng được hợp kim hóa với các nguyên tố khác. Nhưng sự hiện diện của các tạp chất sắt và đồng là không mong muốn, vì những nguyên tố này có ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng hàn và chống ăn mòn của hợp kim.

Hợp kim magiê đúc được điều chế trong nhiều loại lò nấu chảy khác nhau: lò âm vang, lò nấu bằng khí, dầu hoặc đun nóng bằng điện, hoặc lò nung cảm ứng.

Chất trợ dung và phụ gia đặc biệt được sử dụng để ngăn chặn quá trình đốt cháy trong quá trình nấu chảy và đúc. Bánh đúc được sản xuất bằng cách đúc trong cát, thạch cao và khuôn vỏ, dưới áp lực và sử dụng các mô hình đầu tư.

Hợp kim rèn

So với hợp kim đúc, hợp kim magiê rèn cứng hơn, dẻo hơn và dai hơn. Chúng được sử dụng để sản xuất phôi bằng cách cán, ép và dập. Là một quá trình xử lý nhiệt của sản phẩm, làm cứng được sử dụng ở nhiệt độ 350-410 độ, sau đó làm lạnh tùy ý mà không làm lão hóa.

Khi đun nóngTính chất dẻo của các vật liệu này tăng lên, do đó, quá trình xử lý hợp kim magiê được thực hiện bằng áp suất và ở nhiệt độ cao. Dập được thực hiện ở 280-480 độ dưới máy ép bằng các khuôn đóng. Trong quá trình cán nguội, quá trình ủ kết tinh lại trung gian thường xuyên được thực hiện.

Khi hàn hợp kim magiê, độ bền của đường nối sản phẩm có thể bị giảm ở các đoạn thực hiện hàn, do độ nhạy của vật liệu đó với quá nhiệt.

Các lĩnh vực ứng dụng của hợp kim magie

Bán thành phẩm khác nhau - thỏi, tấm, cấu hình, tấm, vật rèn, v.v. được sản xuất bằng cách đúc, biến dạng và xử lý nhiệt hợp kim. Những khoảng trống này được sử dụng để sản xuất các chi tiết và bộ phận của các thiết bị kỹ thuật hiện đại, trong đó hiệu suất trọng lượng của kết cấu (trọng lượng giảm) đóng vai trò ưu tiên trong khi vẫn duy trì các đặc tính sức mạnh của chúng. So với nhôm, magie nhẹ hơn 1,5 lần và nhẹ hơn thép 4,5 lần.

Hiện tại, việc sử dụng hợp kim magiê được thực hành rộng rãi trong hàng không vũ trụ, ô tô, quân sự và các ngành công nghiệp khác, nơi giá thành cao của chúng (một số loại chứa các nguyên tố hợp kim khá đắt tiền) được chứng minh từ quan điểm kinh tế của khả năng tạo ra một thiết bị bền hơn, nhanh hơn, mạnh mẽ hơn và an toàn hơn có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt, kể cả khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Do tiềm năng điện cao, những hợp kim này là vật liệu tối ưu để tạo ra các chất bảo vệ giúp bảo vệ điện hóa các kết cấu thép, chẳng hạn như các bộ phận xe hơi, công trình ngầm, giàn khoan dầu, tàu biển, v.v., khỏi các quá trình ăn mòn xảy ra dưới ảnh hưởng của độ ẩm, nước ngọt và nước biển.

Hợp kim có bổ sung magiê cũng đã được sử dụng trong các hệ thống kỹ thuật vô tuyến khác nhau, nơi chúng được sử dụng để làm ống dẫn âm thanh cho các đường siêu âm để trì hoãn tín hiệu điện.

Kết

Ngành công nghiệp hiện đại đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với vật liệu về độ bền, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và khả năng sản xuất của chúng. Việc sử dụng hợp kim magiê là một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất, do đó, nghiên cứu liên quan đến việc tìm kiếm các đặc tính mới của magiê và các khả năng ứng dụng của nó không dừng lại.

Hiện tại, việc sử dụng các hợp kim dựa trên magiê trong việc tạo ra các bộ phận và cấu trúc khác nhau giúp giảm trọng lượng của chúng gần 30% và tăng độ bền kéo lên đến 300 MPa, tuy nhiên, theo các nhà khoa học, điều này còn xa giới hạn đối với kim loại độc đáo này.