סגסוגות מגנזיום: יישום, סיווג ומאפיינים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

סגסוגות מגנזיום בעלות מספר תכונות פיסיקליות וכימיות ייחודיות, שהעיקריות שבהן הן צפיפות נמוכה וחוזק גבוה. השילוב של איכויות אלו בחומרים עם תוספת מגנזיום מאפשר לייצר מוצרים ומבנים בעלי מאפייני חוזק גבוהים ומשקל נמוך.

מאפייני מגנזיום

היצור התעשייתי והשימוש במגנזיום החל יחסית לאחרונה - רק לפני כ-100 שנה. למתכת זו יש מסה נמוכה, שכן יש לה צפיפות נמוכה יחסית (1.74 גרם / ס מ), עמידות טובה בפני אוויר, אלקליות, מדיה גזי המכילה פלואור ושמנים מינרליים.

נקודת ההיתוך שלו היא 650 מעלות. הוא מאופיין בפעילות כימית גבוהה עד בעירה ספונטנית באוויר. חוזק המתיחה של מגנזיום טהור הוא 190 MPa, מודול האלסטי הוא 4,500 MPa, וההתארכות היחסית היא 18%. למתכת יכולת שיכוך גבוהה (סופגת ביעילות רעידות אלסטיות), המספקת להסבילות מצוינת לזעזועים ורגישות מופחתת לתופעות תהודה.

תכונות נוספות של אלמנט זה כוללות מוליכות תרמית טובה, יכולת נמוכה לספוג נויטרונים תרמיים ואינטראקציה עם דלק גרעיני. בשל השילוב של תכונות אלו, מגנזיום הוא חומר אידיאלי ליצירת קונכיות סגורות הרמטית של אלמנטים בטמפרטורה גבוהה של כורים גרעיניים.

מגנזיום מתגמל היטב עם מתכות שונות והוא אחד מהחומרים המצמצמים החזקים, שבלעדיהם התהליך המתכתרמי אינו אפשרי.

בצורתו הטהורה, הוא משמש בעיקר כתוספת סגסוגת בסגסוגות עם אלומיניום, טיטניום ועוד כמה יסודות כימיים. במטלורגיית ברזל, מגנזיום משמש להסרת גופרית עמוקה של פלדה וברזל יצוק, והמאפיינים של האחרונים משתפרים על ידי כדוריות גרפיט.

תוספי מגנזיום וסגסוגת

תוספות הסגסוג הנפוצות ביותר המשמשות בסגסוגות המבוססות על מגנזיום כוללות יסודות כגון אלומיניום, מנגן ואבץ. באמצעות אלומיניום המבנה משתפר, נזילות וחוזק החומר גדלים. הכנסת האבץ גם מאפשרת להשיג סגסוגות חזקות יותר עם גודל גרגר מופחת. בעזרת מנגן או זירקוניום, מוגברת העמידות בפני קורוזיה של סגסוגות מגנזיום.

התוספת של אבץ וזירקוניום מספקת חוזק וגמישות מוגברים של תערובות מתכות. ונוכחות של אדמה נדירה מסוימתיסודות, כגון ניאודימיום, סריום, איטריום וכו', תורמים לעלייה משמעותית בעמידות החום ולמקסום התכונות המכניות של סגסוגות מגנזיום.

כדי ליצור חומרים קלים במיוחד עם צפיפות של 1.3 עד 1.6 גרם למ ק, ליתיום מוכנס לסגסוגות. תוסף זה מאפשר להפחית את משקלם בחצי בהשוואה לתערובות מתכת אלומיניום. במקביל, האינדיקטורים של פלסטיות, נזילות, גמישות ויכולת ייצור שלהם מגיעים לרמה גבוהה יותר.

סיווג של סגסוגות מגנזיום

סגסוגות מגנזיום מסווגות לפי מספר קריטריונים. זה:

• לפי שיטת העיבוד - ליציקה וניתנת לשינוי;
• לפי מידת הרגישות לטיפול בחום - לא מוקשה ומוקשה בטיפול בחום;
• לפי מאפיינים ויישומים - לסגסוגות עמידות בחום, חוזק גבוה ולשימוש כללי;
• לפי מערכת הסגסוגת - ישנן מספר קבוצות של סגסוגות מגנזיום מחושלות שאינן מתקשות ומתקשות בחום.

סגסוגות יציקה

קבוצה זו כוללת סגסוגות בתוספת מגנזיום, המיועדות לייצור חלקים ואלמנטים שונים על ידי יציקה מעוצבת. יש להם תכונות מכניות שונות, בהתאם לאלו הם מחולקים לשלוש מחלקות:

• חוזק בינוני;
• חוזק גבוה;
• עמיד בחום.

במונחים של הרכב כימי, סגסוגות מחולקות גם לשלוש קבוצות:

• אלומיניום + מגנזיום + אבץ;
• מגנזיום + אבץ + זירקוניום;
• מגנזיום + אדמה נדירהיסודות + זירקוניום.

מאפייני יציקה של סגסוגות

תכונות היציקה הטובות ביותר מבין המוצרים של שלוש הקבוצות הללו כוללות סגסוגות אלומיניום-מגנזיום. הם שייכים לסוג של חומרים בעלי חוזק גבוה (עד 220 MPa), ולכן הם האפשרות הטובה ביותר לייצור חלקי מנוע למטוסים, מכוניות וציוד אחר הפועל תחת עומסים מכניים ותרמיים.

כדי להגביר את מאפייני החוזק, סגסוגות אלומיניום-מגנזיום מסווגות גם עם אלמנטים אחרים. אבל נוכחותם של זיהומי ברזל ונחושת אינה רצויה, מכיוון שלאלמנטים אלה יש השפעה שלילית על יכולת הריתוך ועמידותן בפני קורוזיה של סגסוגות.

סגסוגות מגנזיום יצוק מוכנות בסוגים שונים של תנורי התכה: תנורי הדהוד, תנורי כור היתוך עם חימום גז, נפט או חשמלי, או תנורי אינדוקציה לכור היתוך.

שימוש בשטפים ותוספים מיוחדים למניעת בעירה במהלך ההיתוך והיציקה. יציקות מיוצרות על ידי יציקה בתבניות חול, גבס וקונכיות, בלחץ ובשימוש במודלים של השקעה.

סגסוגות מחושלות

בהשוואה לסגסוגות יצוק, סגסוגות מגנזיום מחושלות חזקות יותר, רקע וקשיחות יותר. הם משמשים לייצור ריקים על ידי גלגול, לחיצה והטבעה. כטיפול בחום של מוצרים, נעשה שימוש בהתקשות בטמפרטורה של 350-410 מעלות, ולאחר מכן קירור שרירותי ללא יישון.

בעת חימוםהתכונות הפלסטיות של חומרים כאלה גדלות, לכן, העיבוד של סגסוגות מגנזיום מתבצע באמצעות לחץ ובטמפרטורות גבוהות. הטבעה מתבצעת ב-280-480 מעלות תחת מכבשים באמצעות קוביות סגורות. בגלגול קר, מבוצעים חישולי התגבשות ביניים תכופים.

בעת ריתוך סגסוגות מגנזיום, חוזק התפר של המוצר עשוי להיות מופחת בקטעים שבהם בוצע הריתוך, עקב רגישותם של חומרים כאלה להתחממות יתר.

שדות יישום של סגסוגות מגנזיום

מוצרים חצי מוגמרים שונים - מטיל, לוחות, פרופילים, יריעות, פרזול וכדומה מיוצרים על ידי יציקה, דפורמציה וטיפול בחום של סגסוגות. החסר הללו משמשים לייצור אלמנטים וחלקים של מכשירים טכניים מודרניים, כאשר יעילות המשקל של מבנים (משקל מופחת) משחקת תפקיד בראש סדר העדיפויות תוך שמירה על מאפייני החוזק שלהם. בהשוואה לאלומיניום, מגנזיום קל פי 1.5 ופי 4.5 מפלדה.

כיום, השימוש בסגסוגות מגנזיום נהוג באופן נרחב בתעשיות התעופה והחלל, הרכב, הצבא ואחרות, שבהן העלות הגבוהה שלהן (חלק מהדרגות מכילות אלמנטים סגסוגים יקרים למדי) מוצדקת מנקודת מבט כלכלית על ידי אפשרות ליצור ציוד עמיד יותר, מהיר יותר, חזק ובטוח יותר שיכול לעבוד ביעילות בתנאים קיצוניים, כולל כאשר הוא נחשף לטמפרטורות גבוהות.

בשל הפוטנציאל החשמלי הגבוה שלהן, סגסוגות אלו הן החומר האופטימלי ליצירת מגנים המספקים הגנה אלקטרוכימית על מבני פלדה, כגון חלקי רכב, מבנים תת-קרקעיים, פלטפורמות נפט, כלי שיט ימיים וכו', מפני תהליכי קורוזיה המתרחשים. תחת השפעת לחות, מים מתוקים ומי ים.

סגסוגות בתוספת מגנזיום שימשו גם במערכות הנדסיות רדיו שונות, שם הן משמשות לייצור תעלות קול לקווים קוליים כדי לעכב אותות חשמליים.

מסקנה

התעשייה המודרנית מציבה דרישות גבוהות יותר לחומרים מבחינת חוזקם, עמידותם בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה ויכולת הייצור שלהם. השימוש בסגסוגות מגנזיום הוא אחד התחומים המבטיחים ביותר, לכן, מחקר הקשור לחיפוש אחר תכונות חדשות של מגנזיום ואפשרויות היישום שלו לא נפסק.

כיום, השימוש בסגסוגות המבוססות על מגנזיום ביצירת חלקים ומבנים שונים מאפשר להפחית את משקלם בכמעט 30% ולהגביר את חוזק המתיחה עד ל-300 MPa, אך לדברי מדענים, זה רחוק מהגבול למתכת הייחודית הזו.