Физические свойства магния

Аналитический обзор литературы

Анализ физико-химических, теплофизических, механических свойств магниевых сплавов

Физические свойства магния

По распространённости в природе магний среди конструк­ционных металлов занимает третье место после алюминия и железа, но он долго не находил практического применения из-за трудности его извлечения из руд и довольно сложной технологии производства из него полуфабрикатов. Лишь в начале 1930-х гг. были решены основные металлургические проблемы производ­ства магния, и началось его промышленное освоение.

Судьбу магния как конструкционного материала решила авиационная техника. Магний отличается малой плотностью; он в 1,6 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче железа.

Магниевые сплавы хорошо поглощают вибрацию, что имеет большое значение при их применении в авиации и ракетной технике. Удельная вибропрочность магниевых сплавов в ~ 100 раз больше, чем у дуралюминов, и в ~ 20 раз больше, чем у легированной стали. Магниевые сплавы превосходят алюминиевые сплавы и стали по удельной жёсткости при кручении и изгибе.

Однако магний и его сплавы имеют ряд недостатков, поскольку они значительно уступают алюминию по пластичности, технологичности, особенно при температурах, близких к комнатной и ниже её. Модуль нормальной упругости магния примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и почти в 5 раз меньше, чем у стали. Коррозионная стойкость магния и его сплавов также ниже по сравнению с алюминием и сплавами на его основе.

Плотность магния при 20 °С составляет 1,74 г/см³. Магний плавится при 650 °С и кипит при 1107 °С, полиморфных модификаций не имеет и во всём интервале температур ниже точки плавления сохраняет г.п.у. решётку. Теплопроводность магния в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, но больше, чем у стали. Коэффициенты линейного расширения магния и алюминия примерно одинаковы (при 25 °С — 2,6 • 10 ^-5 °С^-1). Электросопротивление магния почти вдвое больше, чем у алюминия.

Из-за гексагональной решётки магний при отрицательных и комнатных температурах обладает невысокой пластичностью, так как деформация металла, осуществляемая по механизму сдвига, происходит лишь по одной плоскости. При нагреве до 200-300 °С в магнии появляются ещё две плоскости скольжения и плоскость двойникования. В результате его пластичность возрастает.

Невысокая пластичность магния обусловливает также его плохую свариваемость и технологичность при обработке давлением.

Магний - химически активный металл. На воздухе при низ­ких температурах на его поверхности образуется аморфная оксидная плёнка сравнительно небольшой толщины (около 10 нм), но выше 475 °С скорость окисления магния резко возрастает. При нагреве на воздухе до 550-600 °С магний воспламеняется.

Оксидная плёнка, образующаяся на магнии, рыхлая, пористая, непрочная, не обладает защитными свойствами.

Плотность MgO (3,15 г/см³) значительно больше, чем магния. Соединение магния с кислородом нерастворимо в расплавленном металле и имеет температуру плавления (2800 °С) значительно выше, чем у металла (650 °С). Присутствие оксидов на поверхности сварочной манны препятствует сплавлению основного и присадочного металлов.

Чистый магний характеризуется невысокой прочностью и малой пластичностью: σ_в = 80-100 МПа; σ_0,2 = 21 МПа; δ = 6-10 %. По этой причине в промышленности в качестве конструкционно­го материала используются только сплавы на основе магния, прочностные свойства которых значительно выше.

Магний, как и алюминий, не образует непрерывных твёрдых растворов с другими металлами. Основные легирующие до­бавки, вводимые в магниевые сплавы, — Al, Zn, Mn. В некоторые сплавы в виде добавок вводят Се, Са, Be, а в новые сплавы - Zr, Nd, Y и Th. Примесями в магниевых сплавах являются Fe, Si, Си и щелочные металлы - Na и К.

Дата добавления: 2015-10-02