แมกนีเซียมอัลลอยด์: การใช้งาน การจำแนกประเภท และคุณสมบัติ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

แมกนีเซียมอัลลอยด์มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์หลายประการ โดยหลักๆ จะมีความหนาแน่นต่ำและมีความแข็งแรงสูง การรวมกันของคุณสมบัติเหล่านี้ในวัสดุที่เติมแมกนีเซียมทำให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์และโครงสร้างที่มีลักษณะความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา

ลักษณะแมกนีเซียม

การผลิตเชิงอุตสาหกรรมและการใช้แมกนีเซียมเริ่มขึ้นเมื่อไม่นานนี้ - เพียงประมาณ 100 ปีที่แล้ว โลหะนี้มีมวลต่ำ เนื่องจากมีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ (1.74 g / cmᶟ) ทนต่ออากาศ ด่าง สื่อที่เป็นก๊าซที่มีฟลูออรีนและน้ำมันแร่ได้ดี

จุดหลอมเหลว 650 องศา. มีลักษณะเฉพาะด้วยกิจกรรมทางเคมีสูงถึงการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองในอากาศ ความต้านทานแรงดึงของแมกนีเซียมบริสุทธิ์คือ 190 MPa โมดูลัสยืดหยุ่นคือ 4,500 MPa และการยืดตัวสัมพัทธ์คือ 18% โลหะมีความสามารถในการหน่วงสูง (ดูดซับแรงสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ) ซึ่งให้ทนต่อแรงกระแทกได้ดีเยี่ยมและความไวต่อปรากฏการณ์สะท้อนที่ลดลง

คุณสมบัติอื่น ๆ ขององค์ประกอบนี้ ได้แก่ การนำความร้อนที่ดี ความสามารถในการดูดซับนิวตรอนความร้อนต่ำ และโต้ตอบกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เนื่องจากการรวมกันของคุณสมบัติเหล่านี้ แมกนีเซียมจึงเป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับการสร้างเปลือกปิดผนึกอย่างผนึกแน่นขององค์ประกอบอุณหภูมิสูงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

แมกนีเซียมอัลลอยด์เข้ากันได้ดีกับโลหะหลายชนิดและเป็นหนึ่งในตัวรีดิวซ์ที่แรง โดยที่กระบวนการความร้อนโลหะจะเป็นไปไม่ได้

ในรูปแบบบริสุทธิ์ ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสารเติมแต่งในโลหะผสมที่มีอะลูมิเนียม ไททาเนียม และองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ในโลหะผสมเหล็ก แมกนีเซียมจะใช้สำหรับการกำจัดซัลเฟอร์ไดเซชันอย่างล้ำลึกของเหล็กและเหล็กหล่อ และคุณสมบัติของแมกนีเซียมหลังได้รับการปรับปรุงโดยกราไฟท์สเฟียรอยด์

แมกนีเซียมและวัตถุเจือปนผสม

การเติมโลหะผสมที่ใช้บ่อยที่สุดในโลหะผสมที่มีแมกนีเซียม ได้แก่ อะลูมิเนียม แมงกานีส และสังกะสี โครงสร้างอะลูมิเนียมดีขึ้น ความลื่นไหลและความแข็งแรงของวัสดุเพิ่มขึ้น การแนะนำของสังกะสียังช่วยให้ได้โลหะผสมที่แข็งแรงขึ้นด้วยขนาดเกรนที่เล็กลง ด้วยความช่วยเหลือของแมงกานีสหรือเซอร์โคเนียม ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมแมกนีเซียมจะเพิ่มขึ้น

การเติมสังกะสีและเซอร์โคเนียมช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวของส่วนผสมโลหะ และการมีอยู่ของธาตุหายากบางชนิดธาตุต่างๆ เช่น นีโอไดเมียม ซีเรียม อิตเทรียม ฯลฯ มีส่วนต้านทานความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมากและมีคุณสมบัติทางกลของแมกนีเซียมอัลลอยด์เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ในการสร้างวัสดุที่เบาเป็นพิเศษที่มีความหนาแน่น 1.3 ถึง 1.6 g/mᶟ ลิเธียมจะถูกนำเข้าสู่โลหะผสม สารเติมแต่งนี้ทำให้สามารถลดน้ำหนักได้ครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับส่วนผสมของโลหะอะลูมิเนียม ในขณะเดียวกัน ตัวชี้วัดของพลาสติก ความลื่น ความยืดหยุ่น และความสามารถในการผลิตก็สูงขึ้น

การจำแนกประเภทของแมกนีเซียมอัลลอยด์

แมกนีเซียมอัลลอยด์จำแนกตามเกณฑ์หลายประการ นี่คือ:

• ตามวิธีการประมวลผล - สำหรับการหล่อและเปลี่ยนรูป;
• ตามระดับความไวต่อการอบชุบ - ชุบแข็งและชุบแข็งโดยวิธีอบชุบด้วยความร้อน
• ตามคุณสมบัติและการใช้งาน - สำหรับโลหะผสมที่ทนความร้อน ความแข็งแรงสูง และใช้งานทั่วไป
• ตามระบบการผสม - มีแมกนีเซียมอัลลอยด์ที่ไม่ผ่านการชุบแข็งและชุบแข็งด้วยความร้อนหลายกลุ่ม

หล่อโลหะผสม

กลุ่มนี้รวมถึงโลหะผสมที่มีการเติมแมกนีเซียม ซึ่งออกแบบมาสำหรับการผลิตชิ้นส่วนและองค์ประกอบต่างๆ โดยการหล่อขึ้นรูป พวกมันมีคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าพวกมันถูกแบ่งออกเป็นสามประเภท:

• แรงปานกลาง;
• แรงสูง;
• ทนความร้อน.

ในแง่ขององค์ประกอบทางเคมี โลหะผสมยังถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

• อลูมิเนียม + แมกนีเซียม + สังกะสี;
• แมกนีเซียม + สังกะสี + เซอร์โคเนียม;
• แมกนีเซียม + แรร์เอิร์ธองค์ประกอบ + เซอร์โคเนียม

คุณสมบัติการหล่อโลหะผสม

คุณสมบัติการหล่อที่ดีที่สุดในบรรดาผลิตภัณฑ์ทั้งสามกลุ่มคือโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม พวกเขาอยู่ในกลุ่มของวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง (สูงถึง 220 MPa) ดังนั้นจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์สำหรับเครื่องบิน รถยนต์ และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ทำงานภายใต้ภาระทางกลและความร้อน

เพื่อเพิ่มความแข็งแรง โลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมยังถูกผสมเข้ากับองค์ประกอบอื่นๆ แต่สิ่งเจือปนของเหล็กและทองแดงเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้มีผลเสียต่อความสามารถในการเชื่อมและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม

หล่อโลหะผสมแมกนีเซียมเตรียมในเตาหลอมประเภทต่างๆ: เตาหลอมรวม เตาหลอมเบ้าหลอมที่มีแก๊ส น้ำมันหรือเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า หรือเตาหลอมเหนี่ยวนำเบ้าหลอม

ใช้ฟลักซ์และสารเติมแต่งพิเศษเพื่อป้องกันการเผาไหม้ระหว่างการหลอมและการหล่อ การหล่อผลิตโดยการหล่อทราย ปูนปลาสเตอร์ และแม่พิมพ์เปลือก ภายใต้แรงกดดันและใช้แบบจำลองการลงทุน

เหล็กดัด

เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมหล่อ โลหะผสมแมกนีเซียมดัดจะแข็งแกร่งกว่า เหนียวกว่า และแข็งแกร่งกว่า ใช้สำหรับการผลิตช่องว่างโดยการรีด กด และปั๊ม ในการชุบแข็งผลิตภัณฑ์จะใช้การชุบแข็งที่อุณหภูมิ 350-410 องศา ตามด้วยการทำความเย็นตามอำเภอใจโดยไม่เกิดริ้วรอย

เมื่อถูกความร้อนคุณสมบัติของพลาสติกของวัสดุดังกล่าวเพิ่มขึ้น ดังนั้น การประมวลผลของโลหะผสมแมกนีเซียมจะดำเนินการโดยใช้ความดันและที่อุณหภูมิสูง ปั๊มจะดำเนินการที่ 280-480 องศาภายใต้การกดโดยใช้แม่พิมพ์แบบปิด ในการรีดเย็น จะมีการหลอมซ้ำระหว่างกลางบ่อยครั้ง

เมื่อทำการเชื่อมโลหะผสมแมกนีเซียม ความแข็งแรงของรอยต่อของผลิตภัณฑ์อาจลดลงในส่วนที่ทำการเชื่อม เนื่องจากความไวของวัสดุดังกล่าวต่อความร้อนสูงเกินไป

ขอบเขตการใช้แมกนีเซียมอัลลอยด์

ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปต่างๆ - แท่ง, แผ่นพื้น, โปรไฟล์, แผ่น, การตีขึ้นรูป ฯลฯ ผลิตโดยการหล่อ การเสียรูป และการอบชุบด้วยความร้อนของโลหะผสม ช่องว่างเหล่านี้ใช้สำหรับการผลิตองค์ประกอบและชิ้นส่วนของอุปกรณ์ทางเทคนิคสมัยใหม่ โดยที่ประสิทธิภาพด้านน้ำหนักของโครงสร้าง (น้ำหนักที่ลดลง) มีบทบาทสำคัญในขณะที่ยังคงรักษาลักษณะความแข็งแรงไว้ เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียม แมกนีเซียมเบากว่า 1.5 เท่า และเบากว่าเหล็ก 4.5 เท่า

ปัจจุบันมีการใช้แมกนีเซียมอัลลอยด์กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ การทหาร และอุตสาหกรรมอื่น ๆ ซึ่งต้นทุนที่สูง (บางเกรดมีองค์ประกอบการผสมที่ค่อนข้างแพง) สมเหตุสมผลจากมุมมองทางเศรษฐกิจโดย ความเป็นไปได้ในการสร้างอุปกรณ์ที่ทนทาน เร็วขึ้น ทรงพลัง และปลอดภัยยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะที่รุนแรง รวมถึงเมื่ออยู่ในที่ที่มีอุณหภูมิสูง

เนื่องจากศักยภาพทางไฟฟ้าที่สูง โลหะผสมเหล่านี้เป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสร้างตัวป้องกันที่ให้การป้องกันไฟฟ้าเคมีของโครงสร้างเหล็ก เช่น ชิ้นส่วนรถยนต์ โครงสร้างใต้ดิน แท่นรองน้ำมัน เรือเดินทะเล ฯลฯ จากกระบวนการกัดกร่อนที่เกิดขึ้น ภายใต้อิทธิพลของความชื้น น้ำจืด และน้ำทะเล

โลหะผสมที่เติมแมกนีเซียมยังถูกนำมาใช้ในระบบวิศวกรรมวิทยุต่างๆ ซึ่งใช้ทำท่อเสียงสำหรับสายอัลตราโซนิกเพื่อชะลอสัญญาณไฟฟ้า

สรุป

อุตสาหกรรมสมัยใหม่มีความต้องการวัสดุสูงขึ้นทั้งในแง่ของความแข็งแรง ความทนทานต่อการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการผลิต การใช้แมกนีเซียมอัลลอยด์เป็นหนึ่งในสิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุด ดังนั้นการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการค้นหาคุณสมบัติใหม่ของแมกนีเซียมและความเป็นไปได้ของการใช้งานจะไม่หยุดนิ่ง

ปัจจุบันการใช้โลหะผสมจากแมกนีเซียมในการสร้างชิ้นส่วนและโครงสร้างต่างๆ ทำให้สามารถลดน้ำหนักได้เกือบ 30% และเพิ่มความต้านทานแรงดึงสูงสุด 300 MPa แต่ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า อยู่ไกลจากขีดจำกัดสำหรับโลหะพิเศษนี้