Таблица 1. – Химический состав и механические свойства наиболее широко применяемых в СССР магниевых сплавов (1 Мн/м2 = 0,1 кгс/мм2 )
| Тип сплава | Химический состав, % | ||||||||||||
| основные компоненты | примеси, не более | ||||||||||||
| Al | Zn | Mn | Zr | Nd | Al | Si | Fe | Ni | Cu | Mn | Be | Ca | |
| Литейные сплавы | |||||||||||||
| Mg – Al – Zn | 8 | 0,5 | 0,2 | – | – | – | 0,25 | 0,06 | 0,01 | 0,1 | – | 0,002 | 0,1 |
| 8 | 0,5 | 0,2 | – | – | – | 0,08 | 0,007 | 0,001 | 0,004 | – | 0,002 | – | |
| Mg – Zn – Zr | – | 4,5 | – | 0,7 | – | 0,02 | 0,03 | 0,01 | 0,005 | 0,03 | – | 0,001 | – |
| Mg – Nd – Zr | – | 0,4 | – | 0,7 | 2,5 | 0,02 | 0,03 | 0,01 | 0,005 | 0,03 | – | 0,001 | – |
| Деформируемые сплавы | |||||||||||||
| Mg – Al – Zn | 4 | 1 | 0,5 | – | – | – | 0,15 | 0,05 | 0,005 | 0,05 | – | 0,02 | 0,1 |
| Mg – Zn – Zr | – | 5,5 | – | 0,5 | – | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,005 | 0,05 | 0,1 | 0,02 | – |
| Тип сплава | Сумма определяемых примесей | Механические свойства при 20 °C | Вид термической обработки | Предельные рабочие температуры, °C | Назначение | |||
| Мн/м2 | s, % | длительно | Кратко времен- но | |||||
| s0,2 | sb | |||||||
| Литейные сплавы | ||||||||
| Mg – Al – Zn | 0,5 | 90 | 280 | 9 | Закалка; закалка и старение | 150 | 250 | Сплав общего назначения |
| 0,14 | 90 | 280 | 9 | То же | 150 | 250 | То же, имеет повышенную коррозионную стойкость | |
| Mg – Zn – Zr | 0,2 | 150 | 300 | 6 | Отпуск | 200 | 250 | Нагруженные детали (барабаны колёс, реборды и др.) |
| Mg – Nd – Zr | 0,2 | 150 | 280 | 5 | Закалка и старение | 250 | 350 | Жаропрочный сплав. Нагруженные детали; детали, требующие высокой герметичности, стабильности размеров |
| Деформируемые сплавы | ||||||||
| Mg – Al – Zn | 0,31 | 180 | 290 | 100 | Отжиг | 150 | 200 | Панели, штамповки сложной конструкции, сварные конструкции |
| Mg – Zn – Zr | 0,31 | 250 – 3002 | 310 – 3502 | 100–140 | Старение | 100 | 150 | Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок |
1 Для деформируемых сплавов указано содержание прочих примесей.
2 Максимальные значения – для пресcованных полуфабрикатов.
Физические свойства М. с. даны в таблице 2. М. с. являются самым лёгким металлическим конструкционным материалом. Плотность (d ) М. с. в зависимости от состава колеблется в пределах 1360—2000 кг/м3 . Наименьшую плотность имеют магний-литиевые сплавы. Плотность наиболее широко применяемых М. с. равна 1760—1810 кг/м3 , то есть примерно в 4 раза меньше плотности стали и в 1,5 раза меньше плотности алюминиевых сплавов. Благодаря малой плотности детали из М. с. обладают высокой жёсткостью: относительная жёсткость при изгибе двутавровых балок одинаковой массы и ширины для стали равна 1, для алюминия 8,9, для магния 18,9. М. с. имеют высокую удельную теплоёмкость. Температура поверхности детали из М. с. при одинаковом количестве поглощённого тепла в 2 раза ниже по сравнению с температурой детали из малоуглеродистой стали и на 15—20% ниже, чем детали из алюминиевого сплава. Коэффициент термического расширения М. с. в среднем на 10—15% больше, чем у алюминиевых сплавов.
Таблица 2. – Физические свойства наиболее широко применяемых в СССР магниевых сплавов
| Тип сплава | Плотность, кг/м3 | Коэффициент линейного расширения при 20—100 °C a·106 , 1/°C | Коэффициент теплопроводности, вт/м·K | Удельная теплоёмкость, кдж/кг·K | Удельное электро- сопротивление r·106 , ом·см |
| Литейные сплавы | |||||
| Mg – Al – Zn | 1810 | 26,8 | 65 | 1,05 | 13,4 |
| Mg – Zn – Zr | 1810 | 26,2 | 134 | 0,98 | 6,6 |
| Mg – Nd – Zr | 1780 | 27,7 | 113 | 0,963 | 8,4 |
| Деформируемые сплавы | |||||
| Mg – Al – Zn | 1790 | 26 | 83,8 | 1,05 | 12 |
| Mg – Zn – Zr | 1800 | 20,9 | 117 | 1,03 | 5,65 |
Механические свойства наиболее широко применяемых в СССР промышленных М. с. представлены в таблице 1. Максимальный уровень механических свойств литейных М. с. достигнут на высокопрочных сплавах системы Mg — Zn — Ag — Zr: предел текучести s0,2 = 260—280 Мн/м2 (26—28 кгс/мм2 ), предел прочности sb = 340—360 Мн/м2 (34—36 кгс/мм2 ), относительное удлинение d = 5%. Специальные технологические приёмы (например, подштамповка) позволяют увеличить sb до 400—420 Мн/м2 (40—42 кгс/мм2 ). Уровень свойств самых высокопрочных деформируемых М. с.: s0,2 = 350 Мн/м2 (35 кгс/мм2 ), sb = 420 Мн/м2 (42 кгс/мм2 ), d = 5%. Предельная рабочая температура высокопрочных сплавов 150 °С. Самые жаропрочные М. с. (литейные и деформируемые) систем Mg — р. з. м. и Mg — Th пригодны для длительной эксплуатации при 300—350 °С и кратковременной — до 400 °С. По удельной прочности (sb /d ) высокопрочные литейные М. с. имеют преимущества по сравнению с алюминиевыми сплавами, самые высокопрочные деформируемые находятся на одном уровне с наиболее высокопрочными деформируемыми алюминиевыми сплавами (или несколько уступают им). Модуль упругости М. с. равен 41—45 Гн/м2 (4100—4500 кгс/мм2 ) (3 /5 модуля алюминиевых сплавов, 1 /5 модуля сталей), модуль сдвига составляет 16—16,5 Гн/м2 (1600—1650 кгс/мм2 ). При низких температурах модуль упругости, пределы текучести и прочности М. с. увеличиваются, а удлинение и ударная вязкость снижаются; резкого падения пластичности, характерного для низколегированных конструкционных сталей, у М. с. не наблюдается.
Технология. Вследствие большого сродства магния с кислородом при плавке М. с. в воздушной атмосфере поверхность расплавленного металла защищают слоем флюса; в качестве флюсов применяют различные смеси фтористых и хлористых солей щелочных и щёлочноземельных металлов. Чтобы избежать горения металла при литье, в состав формовочных земель вводят защитные присадки, кокили окрашивают специальными красками, в состав которых входит, например, борная кислота. Отливки получают всеми известными способами литья, в том числе литьём в песчаные, оболочковые, стержневые, гипсовые формы, литьём в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, полужидкой штамповкой. Для получения качественных отливок литниковая система строится по принципу расширяющегося потока. При затвердевании М. с. дают большую усадку (1,1—1,5). Благодаря мелкозернистой структуре отливки из М. с. с цирконием имеют более однородные и высокие механические свойства, чем отливки из сплавов, легированных алюминием. Детали и узлы различных конструкций из деформируемых М. с. изготовляют механической обработкой, сваркой и клёпкой, объёмной и листовой штамповкой. При комнатной температуре технологическая пластичность М. с. низкая, что объясняется гексагональным строением кристаллической решётки магния (скольжение происходит по одной плоскости базиса). При высоких температурах (200—450 °С) возникает скольжение по дополнительным плоскостям и технологическая пластичность большинства сплавов становится высокой. Поэтому все операции обработки давлением М. с. проводятся в нагретом состоянии при малых скоростях деформации. Исключение составляют М. с. с 10—14% Li, которые имеют объёмно центрированную кубическую решётку и допускают обработку в холодном состоянии. При конструировании деталей из М. с. избегают острых надрезов и резких переходов сечений. Для соединения деталей применяют различные виды сварки, а также клёпку, пайку твёрдыми и мягкими припоями, склеивание. Сваркой исправляют дефекты литых деталей. Только сплавы с высоким содержанием цинка не подвергаются сварке. Большинство литых и деформированных полуфабрикатов из М. с. подвергается упрочняющей термической обработке (закалке, старению) или отжигу для снятия внутренних напряжений (литейных, сварочных и других). М. с. легко обрабатываются резанием — вдвое быстрее, чем алюминиевые сплавы, и в 10 раз быстрее, чем углеродистые стали. При работе с М. с. следует соблюдать правила пожарной безопасности.