Физико-химические свойства титана

При нагревании Магний реагирует с галогенами, давая галогениды; с влажным хлором уже на холоду образуется MgCl2. При нагревании Магний до 500-600 °С с серой или с SO2 и H2S может быть получен сульфид MgS, с углеводородами - карбиды MgC2 и Mg2C3. Известны также силициды Mg2Si, Mg3Si2, фосфид Mg3P2 и других бинарные соединения. Магний - сильный восстановитель; при нагревании вытесняет другие металлы (Be, Al, щелочные) и неметаллы (В, Si, С) из их оксидов и галогенидов. Магний образует многочисленные металлоорганические соединения, определяющие его большую роль в органических синтезе. Магний сплавляется с большинством металлов и является основой многих технически важных легких сплавов.

Свойства магниевых сплавов

Магниевые сплавы широко применяют в авиастроении, ракетной технике, при изготовлении различных транспортных машин, так как при малой объемной массе они имеют высокую удельную прочность, что позволяет снизить массу двигателей и агрегатов и других узлов машин. Ценным свойством магниевых сплавов является то, что они хорошо поглощают механические вибрации.

Вместе с тем магниевые сплавы обладают рядом недостатков. Они значительно уступают алюминиевым сплавам по пластичности и коррозионной стойкости; отличаются очень высокой окисляемостью в жидком состоянии, способны воспламеняться при температуре 400—550°С, что затрудняет изготовление отливок. Ли тейные свойства у магниевых сплавов низкие: плохая жидкотекучесть, большая линейная усадка, склонность к образованию усадочных рыхлот и горячих трещин.

Литейные магниевые сплавы обозначают буквами МЛ (магниевый, литейный) и цифрами, указывающими номер сплава, например МЛ5, MЛ6, МЛ8. В зависимости от химического состава их разделяют на три основные группы: I — сплавы на основе системы Mg— Al — Zn, II —Mg — Zn — Zr и III — Mg — РЗЭ - Zr (РЗЭ — редкоземельные элементы).

Лучшими, чем у других магниевых сплавов, литейными свойствами отличаются наиболее широко применяемые сплавы системы Mg— Al —Zn МЛ5 и МЛ6, относящиеся к высокопрочным сплавам (σв — До 220 МПа). Их используют при изготовлении нагруженных деталей двигателей автомобилей, самолетов с рабочими температурами до 150°С. Сплав МЛ4, обладающий высокой коррозионной стойкостью, склонен к микропористости и к образованию горячих трещин.

По сравнению со сплавами системы Mg— Al —Zn сплавы системы Mg — Zn — Zr обладают более высокими прочностными свойствами (σв = 220÷250 МПа) меньшей чувствительностью - механических свойств к влиянию микрорыхлот. Типичным представителем этой группы сплавов является сплав МЛ 12, отличающийся более высокими пластическими свойствами по сравнению со сплавами 1 группы, большей коррозионной стойкостью, лучшими литейными свойствами. Легирование цирконием повышает его жаропрочность. Сплавы этой группы МЛ8, МЛ 15 дополнительно легированы кадмием, лантаном и неодимом, что улучшает их технологические и механические свойства. Сплавы этой группы применяют для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при ударных нагрузках и повышенных (до 150—200°С) температурах.

Сплавы системы Mg — РЗЭ - Zr (МЛ9, МЛ 10, МЛ11, МЛ19) используют как жаропрочные. При длительной эксплуатации они могут работать до 250— 300°С, а при кратковременной — до 400°С. Основным легирующим элементом в сплавах МЛ9, МЛ 10, МЛ 19 является неодим, а в МЛ11—цериевый мишметалл (75% Се, остальное—РЗЭ). Все сплавы третьей группы легированы также цирконием, они обладают хорошими литейными и технологическими свойствами.

Основные виды термической обработки магниевых сплавов

Деформируемые и литейные магниевые сплавы в основном подвергают трем видам термической обработки: отжигу (Т2), закалке (Т4) и закалке с последующим искусственным старением (Т6). Деформируемые магниевые сплавы обычно отжигаются для рекристаллизации и повышения пластичности, а отливки из них - для снятия напряжений. Выдержка при закалке и старении дается выше, чем для алюминиевых сплавов, так как фазовые превращения происходят очень медленно.

Магниевые сплавы склонны к окислению, поэтому их нагревают под закалку в вакуумных печах или в печах с защитной атмосферой, состоящей из смеси воздуха с 0,7-1,0% сернистого газа.

Дефекты и брак при термической обработке алюминиевых и магниевых сплавов. При термической обработке заготовок и деталей из алюминиевых и магниевых сплавов возможны дефекты (неудовлетворительные механические свойства, неравномерная закалка, коробление) и брак (трещины и пузыри).

Неудовлетворительные механические свойства появляются в результате завышения прочности заготовок в отожженном состоянии и занижения их прочности и пластичности в закаленном состоянии. Причинами возникновения такого дефекта могут быть заниженная температура, небольшая выдержка и повышенная скорость охлаждения.

Неравномерная закалка деталей сложной формы способствует образованию в них разных участков с различными механическими свойствами. Этот дефект исправляют повторной закалкой в специальных приспособлениях.

Коробление возникает в тех случаях, когда в процессе закалки и старения в деталях происходят значительные внутри-кристаллические изменения, что способствует изменению размеров деталей. Коробление часто наблюдается и при механической обработке деталей, что вызывается перераспределением остаточных напряжений. Для устранения такого дефекта необходимо правильно выбирать температуру нагрева и правильно вести охлаждение.

Трещины при закалке образуются при сложной конфигурации деталей, их разностенности и завышенных скоростях нагрева и охлаждения. Детали с трещинами считаются окончательным браком. Для того чтобы не появились трещины, необходимо не только правильно нагревать детали, но и изолировать места деталей с тонкими стенками асбестом, чтобы обеспечить равномерный прогрев всей детали.

Пузыри образуются при нагреве листового металла в результате появления неплотности между плакированным слоем и сердцевиной листа, куда проникают воздух и пары воды. Кроме того, пузыри могут возникать из-за остатков грязи, смазки и т. п. Для предотвращения возникновения пузырей необходимо тщательно очищать поверхность плакированных листов и улучшать их качество.

Деформируемые и литейные магниевые сплавы

Магний плохо деформируется при нормальной температуре. Пластичность сплавов значительно увеличивается при горячей обработке давлением (360…520oС). Деформируемые сплавы маркируют МА1, МА8, МА9, ВМ 5-1.

Из деформируемых магниевых сплавов изготавливают детали автомашин, самолетов, прядильных и ткацких станков. В большинстве случаев эти сплавы обладают удовлетворительной свариваемостью.

Литейные магниевые сплавы

Литейные сплавы маркируются МЛ3, МЛ5, ВМЛ–1. Последний сплав является жаропрочным, может работать при температурах до 300oС.

Отливки изготавливают литьем в землю, в кокиль, под давлением. Необходимы меры, предотвращающие загорание сплава при плавке, в процессе литья.

Из литейных сплавов изготавливают детали двигателей, приборов, телевизоров, швейных машин.

Применение магниевых сплавов

За последние десятилетия в мире наблюдается быстрый рост применения изделий из магния и его сплавов практически в каждой области современной промышленности.

Это связано со многими характеристиками данного металла, которые позволяют использовать его как основу для деформируемых магниевых сплавов и как легирующий и модифицирующий элемент для сплавов других металлов.  Магниевые сплавы являются самыми легкими из сплавов легких металлов. Благодаря этому он широко применяется в качестве корпусных элементов в бытовой электронике, ручного электроинструмента, а также в автомобильной и авиационной промышленности.

В автомобильной и мотоциклетной промышленности из магниевых сплавов изготавливают штампованные и литые колеса.  Магниевые колеса снижают нагрузку на двигатель,  подвеску и переднюю часть автомобиля и снижают вес транспортного средства, что уменьшает расход топлива и вредные выбросы.

Амортизаторы из магния позволяют гасить нагрузку в 100 раз лучше, чем алюминиевые. Магний обладает высокой теплопроводностью, которая обеспечивает быстрое охлаждение частей тормозной системы и колесного центра.

Вопросы коррозии, связанные с расширением применения магния, решаются последними техническими разработками в области окончательной обработки и покрытий.

Магний используется также и из-за своего внешнего вида. Обработанная хромированная поверхность изделия из магниевого сплава выглядит лучше, чем алюминиевая. Отполированный магний становится ярким и привлекательным.

Хотя магниевые колеса наиболее часто используются в автомобилях для дрэг-рейсинга, магний также широко применяется для изготовления насосов, топливных фильтров, клапанных крышек, маслосборников, топливных инжекторов и др. Штампованные (или литые) магниевые колеса обычно используют для мотоциклов.

Магний также применяется в гражданской авиации, вертолетах, спутниках и сверхскоростных механизмах, которые изготавливаются штампованием в закрытых штампах.

 

Основные физико-химические свойства тугоплавких металлов. Применение тугоплавких металлов и их сплавов

Тугоплавкие металлы - это металлы, которые могут работать при температурах свыше 1000°С. К ним относят: W, Ta, Mo, Nb, Cr. Их температуры плавления соответственно равны:3410, 3000, 2640, 2415, 1900 0С.

Жаропрочность чистых тугоплавких металлов сравнительно невелика. Более высокой жоропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких металлов. Эффективны в этом плане элементы, имеющие еще более высокую температуру плавления. Еще более эффективным оказывается механизм дисперсионного упрочнения в результате образования карбидов ZrC, TiC, (Ti, Zr)C.

Тугоплавкие металлы и их сплавы широко используются в качестве жаропрочных материалов для работы в неокислительной среде - в вакууме, водороде, инертных газах, в среде отходящих пороховых газов.

Весьма перспективными для многих отраслей техники являются сплавы на основе Nb. Они обладают хорошей технологичностью, свариваемостью, высокой жаростойкостью до 1300°С. Температура хладноломкости Nb ниже - 196°С (77 К). Благодаря его высокой коррозионной стойкости, малому сечению захвата тепловых нейтронов сплавы нашли применение в конструкциях ядерных реакторов. Для повышения жаропрочности Nb легируют Mo, W, Zr .

Так самый тугоплавкий металл в мире (вольфрам) обычно легируется рением, торием, никелем при участии меди и/или железа. Первый делает сплав более коррозионстойким, второй - более надежным, а третий - придает небывалую плотность. Следует обратить внимание, что во всех сплавах вольфрама содержится не более 4/5. Из-за того, что вольфрам одновременно и твердый, и тугоплавкий его обычно применяют в электроснабжении, строении приборов, изготовлении оружия, снарядов, боеголовок и ракет. Более плотные сплавы (на базе никеля) применяют для производства клюшек для игры в гольф. Вольфрам образует и так называемые псевдосплавы. Дело в том, что в них металл не легируется, а наполняется жидким серебром или медью. За счет разницы в температурах расплава получаются лучшие тепло и электропроводные свойства.

Молибден в отличие от вольфрама можно легировать лишь не некоторые сотые долей и получать при этом отличные свойства. Основными легирующими элементами молибдена являются: титан+цирконий и вольфрам. С последним сплав получается чрезвычайно инертным, с большим сопротивлением. Это дает возможность использовать его для изготовления форм для литья цинковых деталей. Особое направления использования молибдена - в качестве легирующего элемента в стальных сплавах. Сплавы сталь+молибден обладают хорошей износостойкостью и невысокими показателями трения. Сталь+молибден применяют в для изготовления труб, трубных конструкций, автомобиле и машиностроении.

 Ниобий и тантал  как братья, всегда находятся  рядом. И тот и другой применяют  в изготовлении электролитических  конденсаторов .Ниобий иногда также  легируют  гафнием и титаном, чтобы  он не вступал в реакцию  с кислородов во время нагрева. Отжиг ниобия позволяет получать  металл с разными коэффициентами  упругости и твердости. Ниобий  можно встретить в электроснабжении, ракето- и судостроении, ядерной  промышленности и пр. Тантал же  благодаря своей инертности к  кислотам используется в медицине  и производстве высокоточной  электроники.

 Самый редкий и самый  дорогой металл из представленных - рений. Его сложно добывать, поэтому  в сплавах он выступает не  в качестве основного элемента, а в качестве легирующего. Нередким  является его применение с  медью и платиной. Рений упрочняет  такие образования и улучшает  их способность к ковке. Используется  в ядерной, химической (катализатор) и электронной промышленностях.