سبائك المغنيسيوم: التطبيق والتصنيف والخصائص

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تحتوي سبائك المغنيسيوم على عدد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفريدة ، وأهمها كثافة منخفضة وقوة عالية. إن الجمع بين هذه الصفات في المواد مع إضافة المغنيسيوم يجعل من الممكن إنتاج منتجات وهياكل ذات خصائص عالية القوة ووزن منخفض.

خصائص المغنيسيوم

بدأ الإنتاج الصناعي واستخدام المغنيسيوم مؤخرًا نسبيًا - منذ حوالي 100 عام فقط. هذا المعدن له كتلة منخفضة ، حيث أنه ذو كثافة منخفضة نسبيًا (1.74 جم / سم مكعب) ، ومقاومة جيدة للهواء والقلويات والوسائط الغازية التي تحتوي على الفلور والزيوت المعدنية.

درجة انصهارها 650 درجة. يتميز بالنشاط الكيميائي العالي حتى الاحتراق التلقائي في الهواء. قوة الشد للمغنيسيوم النقي 190 ميجا باسكال ، ومعامل المرونة 4500 ميجا باسكال ، والاستطالة النسبية 18٪. يتمتع المعدن بقدرة عالية على التخميد (يمتص الاهتزازات المرنة بشكل فعال) ، مما يوفرهتحمّل ممتاز للصدمات وتقليل الحساسية للظواهر الرنانة

تشمل الميزات الأخرى لهذا العنصر التوصيل الحراري الجيد ، والقدرة المنخفضة على امتصاص النيوترونات الحرارية والتفاعل مع الوقود النووي. بسبب الجمع بين هذه الخصائص ، يعد المغنيسيوم مادة مثالية لإنشاء أغلفة محكمة الإغلاق لعناصر عالية الحرارة في المفاعلات النووية.

سبائك المغنيسيوم جيدة مع معادن مختلفة وهي واحدة من عوامل الاختزال القوية ، والتي بدونها تكون عملية المعالجة المعدنية مستحيلة.

في شكله النقي ، يتم استخدامه بشكل أساسي كإضافة في صناعة السبائك في السبائك التي تحتوي على الألومنيوم والتيتانيوم وبعض العناصر الكيميائية الأخرى. في علم المعادن الحديدية ، يستخدم المغنيسيوم لإزالة الكبريت العميقة من الفولاذ والحديد الزهر ، ويتم تحسين خصائص هذا الأخير عن طريق تكوير الجرافيت.

إضافات المغنيسيوم والسبائك

إضافات السبائك الأكثر شيوعًا المستخدمة في السبائك القائمة على المغنيسيوم تشمل عناصر مثل الألومنيوم والمنغنيز والزنك. من خلال الألمنيوم ، يتحسن الهيكل ، تزداد سيولة وقوة المادة. كما أن إدخال الزنك يجعل من الممكن الحصول على سبائك أقوى ذات حجم حبيبات أقل. بمساعدة المنغنيز أو الزركونيوم ، تزداد مقاومة التآكل لسبائك المغنيسيوم.

توفر إضافة الزنك والزركونيوم قوة ومرونة متزايدة للخلائط المعدنية. ووجود بعض التربة النادرةالعناصر ، مثل النيوديميوم ، والسيريوم ، والإيتريوم ، وما إلى ذلك ، تساهم في زيادة كبيرة في مقاومة الحرارة وتعظيم الخواص الميكانيكية لسبائك المغنيسيوم.

لإنشاء مواد فائقة الخفة بكثافة 1.3 إلى 1.6 جم / م 3 ، يتم إدخال الليثيوم في السبائك. تجعل هذه المادة المضافة من الممكن تقليل وزنها بمقدار النصف مقارنة بمخاليط الألومنيوم المعدنية. في الوقت نفسه ، تصل مؤشرات اللدونة والسيولة والمرونة والقدرة على التصنيع إلى مستوى أعلى.

تصنيف سبائك المغنيسيوم

يتم تصنيف سبائك المغنيسيوم وفقًا لعدد من المعايير. هذا هو:

• وفقًا لطريقة المعالجة - للصب والتشوه ؛
• وفقًا لدرجة الحساسية للمعالجة الحرارية - إلى غير مصلب ومقسى بالمعالجة الحرارية ؛
• حسب الخصائص والتطبيقات - للسبائك المقاومة للحرارة والقوة العالية والأغراض العامة ؛
• وفقًا لنظام صناعة السبائك - هناك عدة مجموعات من سبائك المغنيسيوم المطاوع غير القابلة للتصلب والمقاومة للحرارة.

سبائك الصب

تشمل هذه المجموعة سبائك مع إضافة المغنيسيوم ، مصممة لإنتاج أجزاء وعناصر مختلفة عن طريق الصب المقولب. لها خواص ميكانيكية مختلفة ، بناءً على تقسيمها إلى ثلاث فئات:

• متوسطة القوة
• قوة عالية
• مقاومة للحرارة.

من حيث التركيب الكيميائي ، تنقسم السبائك أيضًا إلى ثلاث مجموعات:

• ألومنيوم + مغنيسيوم + زنك ؛
• مغنيسيوم + زنك + زركونيوم
• مغنيسيوم + أرض نادرةالعناصر + الزركونيوم.

خصائص الصب من السبائك

أفضل خصائص الصب من بين منتجات هذه المجموعات الثلاث هي سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم. إنها تنتمي إلى فئة المواد عالية القوة (حتى 220 ميجا باسكال) ، وبالتالي فهي الخيار الأفضل لتصنيع أجزاء المحرك للطائرات والسيارات وغيرها من المعدات التي تعمل تحت الأحمال الميكانيكية والحرارية.

لزيادة خصائص القوة ، يتم أيضًا خلط سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم مع عناصر أخرى. لكن وجود شوائب الحديد والنحاس أمر غير مرغوب فيه ، لأن هذه العناصر لها تأثير سلبي على قابلية اللحام ومقاومة التآكل للسبائك.

يتم تحضير سبائك المغنيسيوم المصبوب في أنواع مختلفة من أفران الصهر: أفران عاكسة ، أفران بوتقة تعمل بالغاز أو الزيت أو التدفئة الكهربائية ، أو أفران الحث ذات البوتقة.

يتم استخدام التدفقات الخاصة والمواد المضافة لمنع الاحتراق أثناء الصهر والصب. يتم إنتاج المسبوكات عن طريق الصب في قوالب الرمل والجص والقشرة تحت الضغط وباستخدام نماذج الاستثمار.

سبائك مشغولة

بالمقارنة مع السبائك المصبوبة ، فإن سبائك المغنيسيوم المطاوع أقوى وأكثر مرونة وأكثر صلابة. يتم استخدامها لإنتاج الفراغات عن طريق الدرفلة والضغط والختم. كمعالجة حرارية للمنتجات ، يتم استخدام التصلب عند درجة حرارة 350-410 درجة ، متبوعًا بالتبريد التعسفي دون التقادم.

عند التسخينتزداد الخصائص البلاستيكية لهذه المواد ، وبالتالي ، تتم معالجة سبائك المغنيسيوم عن طريق الضغط وفي درجات حرارة عالية. يتم الختم عند 280-480 درجة تحت الضغط عن طريق قوالب مغلقة. في الدرفلة على البارد ، يتم إجراء عمليات التلدين المتوسطة المتكررة لإعادة التبلور.

عند لحام سبائك المغنيسيوم ، قد تنخفض قوة التماس المنتج في الأجزاء التي تم فيها اللحام ، بسبب حساسية هذه المواد للسخونة الزائدة.

مجالات تطبيق سبائك المغنيسيوم

العديد من المنتجات شبه المصنعة - السبائك والألواح والألواح والمطروقات وما إلى ذلك يتم إنتاجها عن طريق الصب والتشويه والمعالجة الحرارية للسبائك. تُستخدم هذه الفراغات لإنتاج عناصر وأجزاء من الأجهزة التقنية الحديثة ، حيث تلعب كفاءة وزن الهياكل (الوزن المنخفض) دورًا ذا أولوية مع الحفاظ على خصائص قوتها. بالمقارنة مع الألومنيوم ، المغنيسيوم أخف 1.5 مرة ، وأخف 4.5 مرة من الفولاذ.

في الوقت الحاضر ، يُمارس استخدام سبائك المغنيسيوم على نطاق واسع في الصناعات الفضائية والسيارات والعسكرية وغيرها من الصناعات ، حيث يتم تبرير تكلفتها العالية (بعض الدرجات تحتوي على عناصر صناعة السبائك باهظة الثمن) من وجهة نظر اقتصادية من قبل إمكانية إنشاء معدات أكثر متانة وأسرع وقوة وأمانًا يمكنها العمل بفعالية في الظروف القاسية ، بما في ذلك عند التعرض لدرجات حرارة عالية.

نظرًا لقدرتها الكهربائية العالية ، فإن هذه السبائك هي المادة المثلى لإنشاء واقيات توفر الحماية الكهروكيميائية للهياكل الفولاذية ، مثل أجزاء السيارة ، والهياكل تحت الأرض ، ومنصات النفط ، والأوعية البحرية ، وما إلى ذلك ، من عمليات التآكل التي تحدث تحت تأثير الرطوبة والمياه العذبة ومياه البحر.

تم أيضًا استخدام السبائك مع إضافة المغنيسيوم في أنظمة هندسة الراديو المختلفة ، حيث يتم استخدامها لإنشاء مجاري صوتية لخطوط الموجات فوق الصوتية لتأخير الإشارات الكهربائية.

الخلاصة

تفرض الصناعة الحديثة مطالب متزايدة على المواد من حيث قوتها ومقاومتها للتآكل ومقاومة التآكل والقدرة على التصنيع. يعد استخدام سبائك المغنيسيوم من أكثر المجالات الواعدة ، لذلك فإن البحث المتعلق بالبحث عن خصائص جديدة للمغنيسيوم وإمكانيات تطبيقه لا تتوقف.

حاليًا ، يتيح استخدام السبائك القائمة على المغنيسيوم في إنشاء أجزاء وهياكل مختلفة تقليل وزنها بنسبة 30٪ تقريبًا وزيادة قوة الشد حتى 300 ميجا باسكال ، ولكن وفقًا للعلماء ، فإن هذا أبعد ما يكون عن الحد الأقصى لهذا المعدن الفريد.