Магния сплавы

Магния сплавы, сплавы, состоящие из Mg как преобладающего компонента (85—

90%) с добавкой ряда других металлов, чаще всего AI, Cd, Си, Mn, IS i, Δη. См. Спр. ТЭ, т. II. етр. 151.

Физик о-х имические свойства. Со всеми этими металлами Mg образует ин-терметаллич. соединения — твердые и хрупкие вещества. Присутствие этих соединений в свободном виде понижает пластические свойства сплавов и увеличивает их тенденцию к коррозии. Подобно легким сплавам с основой из А1, М. с. обнаруживают явления старения, тесно связанные с изменением предельной растворимости примесей в твердом Mg при изменении Г, что используется для улучшения механич. свойств М. с. Способность Mg давать твердые растворы с другими металлами так мало развита и их предельная концентрация столь невелика, что только последние работы выяснили (пока не полно) природу М. с., лежащих вблизи чистого Mg. Приводим данные о важнейших двойных системах, лежащих в основе М. с.

Mg-Al. Ближайшее к магнию соединение Mg₃Al₂ с 1°_пЛ_ 454° I¹] дает с Mg эвтектику с 32% А1, С_пЛ, 436° [²]. Предельный твердый раствор при 436° содержит 11% алюминия, при 300° — 7,5%, дальше растворимость не меняется. — Mg-Cd. Соединение MgCd с t°„,. 427° [³] дает непрерывные твердые растворы со своими компонентами выше 255°, ниже этой ί° наблюдается разрыв при содержании Mg от 22,5 до 80% [⁴]. По новейшим исследованиям существование соединения MgCd отвергается, а указывается новое— MgCd₂ [⁶]. —Mg-Cu. Соединение Mg_aCu с С_пи570° L⁶] дает с Mg эвтектику с 32% Си, t°_n,_ 485°. Предельная растворимость Си в твердом Mg при 485° составляет 0,4—0,5% и падает до 0,1% при комнатной темп-ре [⁷].— Mg-Mn. Кривая Liquidus’а с прибавлением Мп круто поднимается вверх [²].—Mg-Ni. Соединение Mg₂Ni с ί°„_Λ. 768° дает с Mg эвтектику, которая содержит 34% Ni с t°_nu512° L³]· Твердых растворов не обнаружено.— Mg-Si. Соединение Mg₂Si с t°_nu 1102° [^э] дает с Mg эвтектику, содержащую 1,4% Si с 645° [²].—Mg-Zn. Соединение MgZn₂ [¹⁰] ^с 590°, реагируя с жидкой фазой Mg, при 354° дает MgZn. Эвтектика содержит 52% Zn и плавится при 340° t¹¹]. Предельный твердый раствор при эвтектич. t° содержит 6% Zn [²], по другим данным—12% Zn [¹²]; при комнатной <° растворимость Zn в Mg падает до 1,8% [²]. Диаграммы равновесия двойных М. с. см. Спр. ТЭ, т. II.—Область твердых растворов в тройных сплавах с Mg-основой пока еще не изучена. В системе Mg-Al-Zn [¹³] найдено тройное соединение Al₃Zn₆Mg₇, плавящееся с разложением при 505°; ближайшие к магнию тройные эвтектики содержат: 47,5% Mg, 37,5% А1, 15% Zn (ί°„,. 450°) и 51,5% Mg, 8,5% AI, 40% Zn (ί°„_Λ. 351°). В системе Mg-Al-Cd [^ы] отмечено наличие твердых растворов со стороны всех трех компонентов.

По своей микроструктуре двойные легкие М. с. состоят из зерен богатого твердого раствора и соответствующих эвтектик, если содержание добавок лежит за пределами их растворимости. Характер эвтектических выделений имеет большое значение. Зернистые эвтектики (Mg-Al, Mg-Zn) повышают твер дость и жесткость сплавов, но понижают сопротивление удару лишь постольку, поскольку глобулярные эвтектич. выделения т а Г> л. 1 —С войетва сплава «Электрон».

Марка	AZ. Литейный сплав	Z1. Сплав для обработки давлением		<v 3« 2 аЗ ^н У д
Свойства	AZ. Литейный сплав	Продав л. на npeccej	Твердока таный	VI. Особо дый и про продавлен на прессе
Временное сопротивление на разрыв σ, в килограммах/мм²..	12—15	26—28	29—32	34—36
Удлинение J в % ..	2—4	18—22	2—3	10—12
Твердость по Бринелю.	44,5	46—50	56—65	69—79
Твердость по Шору..	10—15	14—20	22—23	16
Сопротивление удару в килограммахм1см².	0,48	0,9—1,1 16—18	—	—
Электропроводность (мо 1см).	15—16	0,9—1,1 16—18	—	—
Теплопроводность (cal см/см²си. °С).	0,32	0,32 0,000026	—	—
Коэф. линейного расширения.	—	0,32 0,000026	—	—
Усадка в %..	1,10	—	—	—
	630°	635°	—	—
Удельный вес..	1,80	1,81	~	1,83

нарушают непрерывность кристаллитов магниевого твердого раствора. Пластинчатые эвтектики (Mg-Cu, Mg-Ni) также повышают твердость и жесткость сплавов, но, располагаясь вокруг зерен твердого раствора в виде сетки, понижают сопротивление удару

0,125” глубиной). Следует отметить, что наилучшими добавками являются А1, Zn и Сс1; кроме них в легкие М. с. вводится Мп, улучшающий механич. свойства и стойкость против коррозии. Однако чистые двойные сплавы, за немногими исключениями (Mg-Al, Mg-Zn), применяются далеко не так часто, как тройные и еще более сложные сплавы. Из них наиболее интересными являются: сплавы типа «электрон», изготовляемые фирмой Griesheim-Elektron в Германии, и сплавы типа «Dow-metal» фирмы Dow Chemical Со. в США. Сплавы типа электрон состоят из Mg с небольшими добавками AI, Zn, Си, Мп; по-видимому основой этих сплавов является система Mg-Zn. Состав сплава электрон [¹⁶] в среднем таков: 4,2 — 7,6% Zn,

Ο,ο_о,7% Си,

0,0—0,35% Sn, 0,0—0,08% Μη, остальное Mg. По другим данным [¹⁷] есть три сорта электрона, в которых содержание Zn лежит в пределах 1—6% и А1 в пределах 2—6%. Свойства электрона [¹⁸] указаны в таблице 1. См. Стер. ТЭ, т. II, стр. 107, 393—5, 483.

Фигура 1.

Фигура 2.

Фигура 3.

и кроме того пластичность. Поэтому, желая добиться повышения механических свойств М. с. без большого ущерба для ударной •прочности и пластичности, обыкновенно стремятся к получению эвтектики зернистого строения, что достигается соответствующим сочетанием добавок; например, вводя А1 в сплавы Mg-Cu, можно добиться изменения структуры эвтектики и улучшения механических свойств.

Механические свойства. Влияние отдельных примесей на механическ. свойства Mg [⁵] (временное сопротивление на разрыв σ_ζ, сопротивление удару D, твердость по Бри-нелю Нвг) видно из диаграмм фигура 1, 2 и 3, данные которых относятся к сплавам, отлитым в песок (сопротивление удару D, полученное на копре Dow, относится к образцу с сечением. ¹/ьХ¹!_г" и с цилиндрическим надрезом в 0,125” шириной и

Для сравнения приводятся свойства сила-* вов типа электрон вместе с сведениями об их составе. Сплав с 0,5% Си и 4,5% Zn (повидимому продавленный на прессе) имел

.—С о с т а в (в %) и применение сплава Dowmetal.

Марка	А1	Мп	Си	Cd	Zn	Применение
F.	4	0,3	-	-	-	Для отливок и поковок; очень пластичный и стойкий против коррозии
Е.	6	0,25				Для отливок и поковок; применяется там, где требуется максимальная прочность
Р.	8,5	0,15	2,0	1,0	0,5	Общелитейныйсплав, особенно для тонких и. сложных отливок; обладает большей твердостью и жесткостью, чем другие литейные М. с.
Т.	2 т	0,20	4	2		Для отливок и поковок; отличается высокой теплопроводностью, особенно применим для поршней двигателей внутреннего сгорания, более подвершен коррозии, чем перечисленные выше сплавы

F⁹]: σ.=25,2—28.6 килограмм/мм-; δ=13 — 19%. Для близкого к нему по составу сплава (4,38% Ζη, 0,22% Си, 0,13% А1 и 0,15% Si) найдено [²⁰]: σ,=28 килограмм/мм²; предел пропорциональности σ_ρ=7,7 килограмм/мм²; <5=15%; относительное сжатие ψ=19%. Для сплава Ζ1 (с 5% Ζη и следами Си), продавленного на прессе, получено [²¹]: в,= 25,5—29,5 килограмм/мм²; <3=17,5—22,5%, ψ=20—30%, σ_;)=4,1—9,1 килограмм/мм². Для сплава ΑΖΜ (5% А1, 3% Ζη и 1%Мп), продавленного на прессе, получено [“]: σ₃=34,2кг/мм²; σ_ρ---9,4 килограмма/мм²; у>=16,5%. Сплавы типа Dowmetal по своим свойствам весьма близки к электрону. Их состав и область применения [¹⁵_] приведены в таблице 2, а механич. свойства [¹⁵] в таблице 3, причем для сравнения приведены и свойства чистого Mg.

По своим механич. свойствам сплавы типа электрона и Dowmetal удовлетворяют требованиям военно-воздушного флота США [“], согласно которым литейные М. с. должны содержать не менее 85% Mg; уд. вес должен быть не свыше 1,85; σ₃—не менее 14 килограмма/мм²при удлинении (образец 2”) не менее 4%; твердость поБринелю40—50. (См. Спр. ТЭ. т. II, стр. 106,391—2, 483). Сравнение свойств легких сплавов магния и других сплавов [^1δ] приведено в таблице 4.

Таблица 4.—С равнение свойств М. с. и друг

Т. о. по удельной прочности М. с. представляют значительные преимущества перед обычными черными металлами и приближаются к дуралюмину. Однако стойкость М. с. по отношению к коррозии оставляет желать лучшего. Особенно вредны включения гиг-роскопич. MgCl₂, которые, притягивая влагу, создают очаги коррозии. Добавка Мп способствует уменьшению коррозии [²³], причем например, чтобы уравновесить действие 4% А1, необходимо ввести в сплав не менее 0,3% Мп; при более высоком содержании А1 количество Мп должен быть еще увеличено.

Изготовление микрошлифов и выявление микроструктур ы. После шлифовки напильником и обработки наждачной бумагой от № 1 до К» 000 (бумагу полезно предварительно натереть парафином) образцы полируют на бархате, хорошо смоченном очень слабым раствором NaOH, в к-ром суспендирована отмученная А1₂0₃(или MgO). Для получения хороших результатов полезно слегка протравить полированный образец слабым раствором HN0₃ и повторить полировку. Для выявления микроструктуры чаще всего применяют HN0₃ в 2%-ном растворе (водном или овом) при комнатной t°. Во время травления (в их сплавов, течение 5—10 ск.) следует все время двигать образец в жидкости; затем образец промывают последовательно водой и ом (или ацетоном) и быстро высушивают в струе теплого воздуха.

Плавкая отливка [¹⁵, ²¹, ²⁵, ²⁶, ²⁷]. Приготовление и отливка сплавов магния представляют ряд затруднений. При температуре лишь немно-

Сплавы Свойства	Dowine-tal Е литой	Dowmetal E кованый	Алюмин. сплав № 12	Дуралю- мин	Серый чугун	Мягкая сталь 0,2% С
Удельный вес d..	1,76	1,78	2,9	2,8	7.8	7.8
σ_ζ в килограммах/мм² ..	19,6	29.4	14	45,5	21	43,4
Сопрот. удару (Dow) D в к гм.	0,566	1,57	0,276	—	0.331	-Г-
Удельн. прочность (<д :<!).	11	16,5	4,83	16.1	2,69	£>, С)
Удельн.сопрот. удару (D : d).	0,317	0,865	0,095	^—	0.044

Таблица 3.—С равнение механических свойств сплавов Dowmetal и чистого Mg.

Марка	Литые сплавы“					Кованые сплавы				Продав л. на прессе
С в о й^тЬаГ^^^ ^^	Mg	F.	Е	D	Т	Mg	F	Е	Т	Mg	F	Е	D	Т
Удельный вес.	1,74	1,76	1,78	1,84	1,82									-
Врем, сопротивл. наразрыв σ_ζ в килограммах!мм².	2,98	18,2	19,6	15,4	14,7	21	26,6	29,4	27,3	23,1	27,3	30,1	32,9	26,6
Предел упругости (нагрузка, дающая остающееся удлинение 0,5%) в килограммах/мм²..	2,8	18,2	7,7	9,8	9,1	13,3	15,4	18,9	16,1	14	15,4	17,5		16,8


		6.3
Сопрот. сжатью в килограммах[мм²Удлинение <5 (длина об-	17,5	28	29,4	31,5	28	30,1	33,6	36,4	38,5	“		—	—	—
разца 2") в %.	5	8	7	2	3	7	16	11	7	10	16	11	7	10
Тверд, по Бринелю.	35	44	50	58	45	40	54	53	52	42	53	55	62	5G
Тверд, по склероскопу. Сопротивление удару	18	22	24	28	22	17	23	27	22	19	24	22	25	21
(Dow) в килограммахм. Сопротивл. перемен, нагрузкам (машина Eden-	1,1	0,84	0,56	0,32	0,44	1,44	1,73	1,57	1,55	~
Foster), число ударов (в тысячах): по 4,6 килограммсм.	0,61	0,6	0,58	0,19	0.4	1	1,3	2,4	0,85	1	0,9	1,2	1	0,65
» 2,87 ».	1.6	3	2,4	2.5	3	2.6	5	10	36	2,8	2,8	5	6,7	2,3
»1,15 ».	4.4	16	11	35	24	22	38	130	105	14	31	90	4	25
1пл.. Теплопроводность (100-ь	651°	625°	610°	640’	640’				—		-
300°), cal см/см² ск. °С.	0,38	0,23	0,20	0,30	0,30

* Коэф. линейного расширения общий для Mg, F, E, D и Т и равняется 0.000029.

гим выше t°_njl магния (651°) как сам магний, так и сплавы магния очень легко загораются при соприкосновении с воздухом. Плавка в графитовых и глиняных тиглях загрязняет металл кремнием, вследствие чего ее производят в железных тиглях. Для защиты металла от загорания обычно пользуются флюсами из расплавленных солей, например 72% MgCl₂ и 28 %MgF₂; или 68% MgCl₂, 24,5% КС1, 4,5% NaF, 3% CaF₂. Первый флюс вязок и удобно снимается перед разливкой металла, но не всегда хорошо покрывает металл; второй жидкоплавок, но трудно удаляется, вследствие чего он может попасть в форму вместе с металлом. Добавка фтористых солей имеет своей целью освободить сплав от MgO. Применяются и другие смеси, например 60% MgCl₂и 40% КС1 (или NaCl). По способу Dow Chemical Со. плавка ведется в тиглях из литой стали (диаметром 60 сантиметров и высотой 80 см), причем топливом служит жидкое горючее. В тигель загружают флюс (от 60 до 70 килограмм), а затем металл (135 килограмм). Флюс плавится первым и покрывает собой металл. Температура разливки лежит обычно около 660°+ 15°. Отливку часто производят в железные копили (смотрите), что дает лучшие механические свойства, чем отливка в песок. При отливке в песчаные формы последние должен быть просушены при высокой t° для полного удаления влаги. К формовочному песку прибавляют специальные добавки, предупреждающие загорание металла у отверстия формы (сера, борная кислота). Для этой цели еще применяют припудривание форм серным цветом и зажигание смеси серы с бензином у отверстия формы. Рекомендуется также вытеснение воздуха из формы угольным или сернистым ангидридом. В случае применения указанных способов требуется хорошая вентиляция литейной.

Термическая обработка [¹⁵, ²⁶, ²⁸]. Процессы старения, служащие для улучшения механич. свойств сплавов типа дур-алюмина, применимы и к М. с., но только к таким, в которых имеются добавки, образующие с Mg твердые растворы переменной концентрации. Выдерживая такой сплав при <°, близкой к эвтектической, переводят эти примеси в твердый раствор и путем закалки удерживают их в состоянии твердого раствора при комнатной t°. При разложении такого пересыщенного твердого раствора в нем появляются мелкодисперсные образования избыточных составляющих, что способствует улучшению механическ. свойств сплава. Следует отметить, что в сплавах типа дура-люмина разложение пересыщенных твердых растворов идет уже при комнатной ί° (естественное старение); в М. с. этот процесс требует выдерживания сплавов при Г около 150° (искусственное старение). Например для сплава с 13% А1 [¹⁵] после закалки при 420° и 15 часов старения при 150° получено: а_г== 22,4 килограмма/мм² и Нвг= 80; до обработки тот же сплав имел; а_г=15,4 килограмма/мм² и Нвг=60. При отжиге М. с. необходимо принимать меры против окисления, например ведение процесса в вакууме или покрывание порошком CaF; порошки СаО или MgO способствуют окислению сплавов.

Механическая обработка [¹⁵]. Обработка М. с. давлением возможна только выше 250°; на холоду М. с. быстро наклепываются и делаются хрупкими. Обработке давлением должен предшествовать перевод примесей в твердый раствор путем соответствующей термической обработки. Для сплавов Dowmetal ковка производится после 16 часов отжига при 420°, причем инструменты должен быть подогреты до той же Г.Для сплава с 4% AI t° ковки лежит в интервале от 480° до 275°; с 8% А1—в интервале от 420° до 300°. Сплавы Dowmetal могут также обрабатывать ся продавливанием на прессе (при t° около 310°) и прокатываться в горячем состоянии до толщины 0,125 миллиметров. Отжиг прокатанных листов при 250° повышает удлинение и понижает сопротивление на разрыв. Обработка резанием очень легка; скорости резания составляют от 200 до 420 м/мин. Применяются резцы из углеродистой стали и без смазки.

Отделка поверхности [¹⁵,²⁷]. Для предохранения М. с. от коррозии предложено много способов, но повидимому еще нет ни одного, который можно было бы считать удовлетворительным во всех отношениях. При нагревании в парах воды под высоким давлением (Ам. П. 1451755) М. с. покрываются толстым и плотным слоем окиси, предохраняющей сплав от действия атмосферных агентов. Защитный слой получается также при анодной обработке М. с. в растворе фтористых солей (Ам. П. 1574289). Недавно предложено покрытие слоем фосфатов, путем погружения изделий в горячий раствор кислых фосфорнокислых солей; к такому слою особенно хорошо пристают краски и лаки. Для покрытия М. с. применяют различные лаки (эмалевые, целлюлозные) и краски (масляные и в новейшее время каучуковые). Все эти методы однако недостаточны для предохранения М. с. от разъедания морской водой, но они все же дают удовлетворительную защиту от атмосферной коррозии.

За последние годы сплавы с основой из Mg начинают приобретать все более и более широкое применение как материал для тех конструкций, где требуется сочетать высокие механические свойства и небольшой вес, то есть преимущественно в авиа- и автостроении.

Лит.:) Hanson D. a. G а у 1 e г М., «Journ. of the Institute of Metals», L., 1920, v. 24, p. 200; ²) Schmidt W., «Ztschr. f. Metallkunde», B., 1927, B. 19, p. 452;^s) G г u b e G., «Ztschr. f. anorg. Chemie», Lpz., 1906, B. 49, p. 72; *) Уразов Г. Г., «Ж», 1911, т. 43, стр. 752; ‘) Н u m e-R о t h е г у W. and R o-vv e 1 1 S. W., «Journ. of the Institute of Metals», L., 1927, v.438, p. 137; ·) Уразов Г. Г., «Ж», 1907, т. 39, стр. 1566; ^s) H a n s е η Μ., «Journ. of the Institute of Metals», L., 1927, v. 37, p. 93; ) У о s s G., «Ztschr. Г. anorg. Chemie», Lpz., 1908, B. 57, p. 64; *) V о g e 1 R„ ibid., 1908, B. 61, p. 50; “) G г и b e G„ ibid., 1906, B. 49, p. 80; ^]1) Hum e-R otherT W. and Roun.sefell E. O., «Journal of the Institute of Metals», L., 1929, v. 41, p. 119; ¹²) Chadwick R., ibid., 1928; v. 39, p. 285; ^M) Eger G., «Intern. Ztschr. fiir Metallographie», B., 1913, B. 4, p. 29; ¹⁴) Valentin J., «Revue de Metallurgies, P., 1926, t. 23, p. 295; ^ls) G a η n J. A. a. W i n-s t ο n A. W., «Industrial a. Engineering Chemistry», N. Y. 1927, Y. 19, p. 1193; “) Staughton B. a. Miyake M., «Trans, of the Amer. Institute oi Mining a. Metallurgical Engineers», N. Y., 1926, v. 73, p. 541; “} Daniels S., ibid., p. 558; “) Thomas F., «Ztschr. f. Metallkunde», B., 1923, B. 15, p. 20; ") Beckinsale S., «Journ. of the Institute of Metals», L., 1921, v. 26, p. 375; ²⁰) Light Metals a. Alloys, «Ii. S. Bur. of Stand. Circ.», Visit.,

1927, 346, р. 304; ^S1) Anderson H., «Proceedings of the Amer. Soc. for Testing Materials», Philadelphia, 1924, v. 24. part 2, p. 990; -‘) U. S. Army Air Service Specification № 11301; ^M) Boyer J. A., «National Advisory Committee for Aeronautics Report», 1926, 248-, ²‘) Thomas F., «St. u. E.», 1920, B. 40, p. 290; “lie Fleiry R., «Revue de Mdtal-lurgie», P. 1926, t. 23, p. 649;²*) Regelsberger F., Chemische Technologie d. Leichtmetalle, Lpz., 1926, p. 307; ”) Light Metals a. Alloys, «U. S. Bur. of Stand. Circ.», Wsh., 1927, 346, p. 296 (имеется библиография); ²ⁱ) Meissner К. L., «Journ. of the Institute of Metals», L., 1927, v. 38, p. 195. С. Погодин.