Aliatges de magnesi: aplicació, classificació i propietats

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Els aliatges de magnesi tenen una sèrie de propietats físiques i químiques úniques, les principals de les quals són de baixa densitat i alta resistència. La combinació d'aquestes qualitats en materials amb l'addició de magnesi permet produir productes i estructures amb característiques d' alta resistència i baix pes.

Característiques del magnesi

La producció industrial i l'ús de magnesi van començar fa relativament poc, només fa uns 100 anys. Aquest metall té una massa baixa, ja que té una densitat relativament baixa (1,74 g/cmᶟ), bona resistència a l'aire, àlcalis, medis gasosos que contenen fluor i olis minerals.

El seu punt de fusió és de 650 graus. Es caracteritza per una alta activitat química fins a la combustió espontània a l'aire. La resistència a la tracció del magnesi pur és de 190 MPa, el mòdul elàstic és de 4.500 MPa i l'allargament relatiu és del 18%. El metall té una gran capacitat d'amortiment (absorbeix eficaçment les vibracions elàstiques), que li proporcionaexcel·lent tolerància als cops i sensibilitat reduïda als fenòmens de ressonància.

Altres característiques d'aquest element inclouen una bona conductivitat tèrmica, una baixa capacitat per absorbir neutrons tèrmics i interactuar amb el combustible nuclear. A causa de la combinació d'aquestes propietats, el magnesi és un material ideal per crear closques tancades hermèticament d'elements d' alta temperatura dels reactors nuclears.

El magnesi s'allia bé amb diversos metalls i és un dels agents reductors forts, sense els quals el procés metal·lotèrmic és impossible.

En la seva forma pura, s'utilitza principalment com a addició d'aliatge en aliatges amb alumini, titani i alguns altres elements químics. En la metal·lúrgia ferrosa, el magnesi s'utilitza per a la desulfuració profunda d'acer i ferro colat, i les propietats d'aquest últim es milloren mitjançant l'esferoidització del grafit.

Magnesi i additius d'aliatge

Les addicions d'aliatge més habituals utilitzades en aliatges a base de magnesi inclouen elements com l'alumini, el manganès i el zinc. A través de l'alumini, l'estructura millora, augmenta la fluïdesa i la resistència del material. La introducció de zinc també permet obtenir aliatges més resistents amb una mida de gra reduïda. Amb l'ajuda de manganès o zirconi, la resistència a la corrosió dels aliatges de magnesi augmenta.

L'addició de zinc i zirconi proporciona una major resistència i ductilitat de les mescles metàl·liques. I la presència de certes terres rareselements, com el neodimi, el ceri, l'itri, etc., contribueixen a un augment significatiu de la resistència a la calor i a la maximització de les propietats mecàniques dels aliatges de magnesi.

Per crear materials ultralleugers amb una densitat d'1,3 a 1,6 g/mᶟ, s'introdueix liti als aliatges. Aquest additiu permet reduir el seu pes a la meitat en comparació amb les mescles d'alumini. Al mateix temps, els seus indicadors de plasticitat, fluïdesa, elasticitat i fabricabilitat arriben a un nivell més alt.

Classificació dels aliatges de magnesi

Els aliatges de magnesi es classifiquen segons una sèrie de criteris. Això és:

• segons el mètode de processament - per a fosa i deformable;
• segons el grau de sensibilitat al tractament tèrmic - en no endurit i endurit per tractament tèrmic;
• per propietats i aplicacions: per a aliatges resistents a la calor, d' alta resistència i d'ús general;
• segons el sistema d'aliatge: hi ha diversos grups d'aliatges de magnesi forjat no enduribles i enduribles per calor.

Aliatges de fosa

Aquest grup inclou aliatges amb addició de magnesi, dissenyats per a la producció de diverses peces i elements mitjançant fosa conformada. Tenen propietats mecàniques diferents, segons les quals es divideixen en tres classes:

• intensitat mitjana;
• alta força;
• resistent a la calor.

Pel que fa a la composició química, els aliatges també es divideixen en tres grups:

• alumini + magnesi + zinc;
• magnesi + zinc + zirconi;
• magnesi + terres rareselements + zirconi.

Propietats de fosa dels aliatges

Les millors propietats de fosa entre els productes d'aquests tres grups tenen aliatges d'alumini i magnesi. Pertanyen a la classe dels materials d' alta resistència (fins a 220 MPa), per tant, són la millor opció per a la fabricació de peces de motor per a avions, cotxes i altres equips que funcionen sota càrregues mecàniques i tèrmiques.

Per augmentar les característiques de resistència, els aliatges d'alumini i magnesi també s'alien amb altres elements. Però la presència d'impureses de ferro i coure no és desitjable, ja que aquests elements tenen un efecte negatiu en la soldabilitat i la resistència a la corrosió dels aliatges.

Els aliatges de magnesi fos es preparen en diversos tipus de forns de fusió: forns de reverberació, forns de gresol amb calefacció de gas, petroli o elèctrica, o forns d'inducció de gresol.

S'utilitzen fluxos i additius especials per evitar la combustió durant la fusió i la fosa. Les peces de fosa es produeixen mitjançant la fosa en motlles de sorra, guix i closca, sota pressió i utilitzant models d'inversió.

Aliatges forjats

En comparació amb els aliatges de fosa, els aliatges de magnesi forjat són més forts, més dúctils i més durs. S'utilitzen per a la producció de peces en brut mitjançant laminació, premsat i estampació. Com a tractament tèrmic dels productes, l'enduriment s'utilitza a una temperatura de 350-410 graus, seguit d'un refredament arbitrari sense envellir.

Quan s'escalfales propietats plàstiques d'aquests materials augmenten, per tant, el processament dels aliatges de magnesi es realitza mitjançant pressió ia altes temperatures. L'estampació es realitza a 280-480 graus sota premses mitjançant matrius tancades. En el laminat en fred, es duen a terme freqüents recuits intermedis de recristal·lització.

Quan es solden aliatges de magnesi, la resistència de la costura del producte es pot reduir en els segments on s'ha realitzat la soldadura, a causa de la sensibilitat d'aquests materials al sobreescalfament.

Camps d'aplicació dels aliatges de magnesi

Diversos productes semielaborats: lingots, lloses, perfils, làmines, forjades, etc. es produeixen mitjançant la fosa, la deformació i el tractament tèrmic d'aliatges. Aquests espais en blanc s'utilitzen per a la producció d'elements i peces de dispositius tècnics moderns, on l'eficiència del pes de les estructures (pes reduït) juga un paper prioritari mantenint les seves característiques de resistència. En comparació amb l'alumini, el magnesi és 1,5 vegades més lleuger i 4,5 vegades més lleuger que l'acer.

En l'actualitat, l'ús d'aliatges de magnesi es practica àmpliament en les indústries aeroespacial, automotriu, militar i altres, on el seu elevat cost (alguns graus contenen elements d'aliatge força cars) es justifica des del punt de vista econòmic pel possibilitat de crear un equip més durador, ràpid, potent i segur que pugui funcionar amb eficàcia en condicions extremes, inclòs quan s'exposa a temperatures altes.

A causa del seu alt potencial elèctric, aquests aliatges són el material òptim per crear protectors que proporcionen protecció electroquímica a les estructures d'acer, com ara peces d'automòbils, estructures subterrànies, plataformes petrolieres, vaixells marins, etc., dels processos de corrosió produïts. sota la influència de la humitat, l'aigua dolça i de mar.

Els aliatges amb l'addició de magnesi també s'han utilitzat en diversos sistemes d'enginyeria de ràdio, on s'utilitzen per fer conductes de so per a línies d'ultrasons per retardar els senyals elèctrics.

Conclusió

La indústria moderna exigeix cada cop més els materials pel que fa a la seva resistència, resistència al desgast, resistència a la corrosió i fabricabilitat. L'ús d'aliatges de magnesi és un dels àmbits més prometedors, per tant, la recerca relacionada amb la recerca de noves propietats del magnesi i les possibilitats de la seva aplicació no s'atura.

Actualment, l'ús d'aliatges a base de magnesi en la creació de diverses peces i estructures permet reduir el seu pes gairebé un 30% i augmentar la resistència a la tracció fins a 300 MPa, però, segons els científics, això està lluny del límit per a aquest metall únic.