§ 31. Магнии и его сплавы

Магний обладает очень малой плотностью (1,74 г/см³), гексагональной плотноупакованной решеткой, невысокой температурой плавления (644°С). Сплавы магния в основном применяют только благодаря их малой физической плотности. Основной недостаток магниевых сплавов - низкая коррозионная стойкость, из-за чего их нельзя использовать без защитных покрытий (оксидирование, окраска). Магниевые сплавы имеют примерно в 1,5 раза меньшие упругие модули, чем алюминиевые сплавы, а это обусловливает большие упругие деформации и необходимость применения больших рабочих сечений деталей. Наконец, большинство магниевых сплавов не может работать выше 150 - 170°С из-за разупрочнения. Кроме этого, технология плавки и литья магниевых сплавов несравненно сложнее, чем алюминиевых, так как требуется обязательное применение солевых флюсов при плавке и защитных средств при разливке и нагревах выше 300°С.

Магний только с кадмием образует непрерывный ряд твердых растворов, а с большинством металлов дает хрупкие промежуточные фазы. Поэтому все то, что было сказано относительно общего подхода к разработке сплавов на основе алюминия, справедливо и в данном случае. Легирующие компоненты вводят в таком количестве, чтобы состав находился недалеко от точки наибольшего насыщения твердого раствора на основе магния. Это дает наибольшее упрочнение раствора. Наличие же переменной растворимости обеспечивает возможность термической обработки сплавов путем закалки и старения.

Основную группу деформируемых магниевых сплавов представляют сплавы, построенные на основе системы магний - алюминий - цинк с добавками марганца. Типичным для этой группы является сплав МА5(7,8 - 9,2% А1; 0,2 - 0,8%Zn; 0,15 - 0,5% Мn). Как видно из диаграммы состояния магний - алюминий (см. рис. 59), сплавы с 5 - 10% А1 способны поддаваться закалке и старению. Действительно, такая термообработка используется для повышения свойств сплава МА5, при этом чаще применяют одну закалку с 405 - 415°С с охлаждением на воздухе. После такой обработки получают σ_в = 310 МПа, σ_0,2 = 220 МПа, δ = 8%. Другая группа магниевых сплавов построена на системе магний - цинк - цирконий, например сплав ВМ65-1 (4,0 - 5,5%Zn; 0,3 - 0,9% Zr). Сплав также термически обрабатываемый и после обработки по режиму Т1 (искусственное старение при 175±5°С, 24 ч) имеет σ_в = 350 МПа, σ_0,2 = 300 МПа, 6 = 8%. Разработаны также магниевые сплавы с добавками редкоземельных металлов (церия, лантана) в количестве 0,3 - 1%. Основная цель, которую преследуют при разработке новых магниевых сплавов, - получить наибольшее упрочнение при температуре выше 170°С. Горячая обработка магниевых сплавов проводится при 350 - 400°С, рекристаллизационный отжиг - при 300 - 350°С.

Литейные магниевые сплавы по составу почти совпадают с деформируемыми сплавами, но отличаются большими допусками по примесям железа и никеля. Так, литейный сплав МЛ5 по содержанию алюминия и марганца одинаков со сплавом МА5. Среди литейных имеются также сплавы, основанные на системе магний - цинк (3 - 5%) - цирконий (до 1%), магний - редкоземельные металлы (1 - 3%) - цинк (0,5) - цирконий (до 1%). Сплавы этих систем разрабатывались как жаропрочные для работы при 200 - 250°С. В состав всех магниевых сплавов входит 0,01 - 0,02% Be для уменьшения окисления при плавке.

Наиболее вредные примеси во всех магниевых сплавах - железо и никель, содержание которых установлено не более 0,01 - 0,05% (в зависимости от марки сплава). Эти примеси, будучи нерастворимыми в твердом магнии, выделяются в виде мелких частиц и вызывают резкое усиление атмосферной коррозии сплавов, так как обладают значительно более положительным электрохимическим потенциалом в сравнении с магнием.