К какой группе металлов сплавов относится магний

МЕТАЛЛЫ II ГРУППЫ

Общая характеристика металлов главной подгруппы II группы

К элементам главной подгруппы II группы Периодической системы относятся бериллий Be, магний Mg, кальций Са, стронций Sr, барий Ва и радий Ra; последние четыре элемента называют щелочно-земельными. Элементы главной подгруппы II группы содержат на внешнем энергетическом уровне два электрона ns 2 , поэтому они имеют постоянную степень окисления +2 в различных соединениях.

Из-за чрезвычайно высокой химической активности s-эле- менты Па группы в свободном виде в природе не встречаются. Принадлежат к наиболее распространенным элементам.

В чистом виде щелочно-земельные металлы имеют серебристо-белый цвет. Все металлы, кроме бериллия, очень мягкие. Температуры плавления уменьшаются от Be к Mg и от Са к Ва.

Радий — естественно-радиоактивный элемент, период полураспада 1620 лет.

Бериллий,магний и щелочно-земельные металлы

Бериллий по своим физико-химическим свойствам резко выделяется среди элементов II группы.

Строение атома. У бериллия (ls 2 2s 2 ) оба валентных электрона находятся в состоянии 2s. При химическом взаимодействии атом бериллия возбуждается и один из 28-электронов переходит на 2р-орбиталь. Это определяет специфические свойства бериллия: он может проявлять максимальную валентность,

равную 4, т.е. 2 связи по обменному механизму и 2 связи по донорно-акцепторному. У атомов этого элемента наиболее высокое среди всех s-элементов значение первой энергии ионизации и наибольшее различие в энергиях ns- и яр-АО (АО — атомная орбиталь). Бериллий образует преимущественно ковалентные химические связи с другими элементами. Ионы бериллия не обнаружены ни в кристаллах его соединений, ни в их растворах и расплавах.

Электроотрицательность бериллия, равная 1,5 по шкале Полинга, является самой высокой среди s-элементов (у Mg 1,2; у Li, Са и Sr 1,0).

Нахождение в природе. Бериллий — мало распространенный элемент, содержание в земной коре 6* 10 -4 масс. %. Важнейшие минералы — берилл (изумруды, аквамарины — разновидности берилла) ЗВеО Al₂₃-6Si0₂, фенакит Be₂Si0₄, хризоберилл ВеО А1₂₃.

Магний — один из наиболее распространенных элементов, содержание в земной коре 2,35 масс. %. Важнейшие минералы — магнезит MgC0₃, доломит CaC0₃MgC0₃, карналлит KCl-MgCl₂*6H₂0. Магний — элемент питания растений, входит в состав хлорофилла.

Кальций — один из наиболее распространенных элементов, содержание в земной коре 3,6 масс. %. Важнейшие минералы: известняк, мел и мрамор СаС0₃, доломит CaC0₃*MgC0₃, гипс CaS0₄-2H₂0, фосфориты и апатиты — сложные минералы.

Стронций и барий — мало распространенные элементы, содержание в земной коре 5* 10 -2 масс. %. Важнейшие минералы — стронцианит SrC0₃, целестин SrS0₄, тяжелый шпат BaS0₄.

Радий — рассеянный элемент, содержание в земной коре 10“ 10 масс. %, сопутствует урану.

Физические свойства. Бериллий — металл серо-стального цвета, имеет плотную гексагональную кристаллическую решетку, твердый и хрупкий, является диамагнитиком. На воздухе покрывается оксидной пленкой (подобно алюминию).

По удельной кратковременной прочности бериллий до 500 °С значительно превосходит все другие металлы и сплавы (даже сплавы титана). Из-за хрупкости изделия из бериллия получают методом порошковой металлургии (прессование порошка с

последующим спеканием или плавкой при высоком разрежении).

Магний — металл серебристо-белого цвета, очень легкий, легкоплавкий, весьма активный.

Кальций, стронций, барий — металлы серебристо-белого цвета, очень легкие и довольно твердые.

Радий — металл серебристо-белого цвета, быстро окисляющийся на воздухе.

Химические свойства. Почти все щелочно-земельные металлы принадлежат к сильнейшим восстановителям. Из s-элемен- тов II группы бериллий наименее активен.

1. Взаимодействие с простыми веществами: о с кислородом. Бериллий, магний, кальций, стронций и барий при контакте с воздухом окисляются, покрываясь тонкой пленкой оксида и гидроксида, но не подвергаются глубокому разрушению; окисление протекает только при нагревании:

Магний в виде порошка или ленты загорается на воздухе ослепительно ярким пламенем при температуре выше 400 °С.

Барий загорается на воздухе уже при простом раздавливании;

о при высокой температуре рассматриваемые металлы соединяются с галогенами (Г), азотом, фосфором, углеродом, серой с образованием галогенидов, нитридов, фосфидов, карбидов и сульфидов:

Полученные нитриды очень чувствительны к влаге и легко разлагаются уже во влажном воздухе:

О с водородом металлы образуют солеобразные гидриды:

О с металлами бериллий образует интерметаллические соединения. Бериллиды состава MBe_J2 (М = Ti, Nb, Та и Мо), МВе_п (М = Nb; Та) и другие имеют высокую температуру плавления и не окисляются при нагревании до 1200—1600 °С.

Магний с металлами образует сплавы (так называемые электроны) — самые легкие, прочные и доступные материалы.

• 2. Взаимодействие со сложными веществами:
• 0 с водой: оксидная пленка препятствует взаимодействию Be с водой.

Барий реагирует с водой при нормальных условиях:

Магний разлагает воду только при нагревании, амальгамировании его поверхности (покрытии ртутью, которая образует амальгаму — раствор металла в ртути) или введении в раствор хлорида аммония:

О все металлы растворяются в кислотах-неокислителях с образованием солей:

О взаимодействуют с кислотами-окислителями.

В концентрированных холодных HN0₃ и H₂S0₄ бериллий пассивируется, на поверхности металла образуется нерастворимая в кислотах оксидная пленка ВеО. Магний и кальций (т.е. металлы, фториды и фосфаты которых малорастворимы в воде) пассивируются при действии HF и Н₃Р0₄.

С разбавленными кислотами-окислителями (азотной и серной) реакции частично протекают с образованием продуктов их полного восстановления — нитрата аммония (в случае HN0₃) и сероводорода (в случае H₂S0₄):

О в щелочах растворяется только бериллий:

О металлы — сильные восстановители. При нагревании восстанавливают другие металлы и неметаллы из их оксидов и галогенидов.

Получение осуществляют по реакциям:

Бериллий особой чистоты получают рафинированием и дистилляцией при глубоком разрежении или проводят электролиз с растворимым анодом:

Магний особой чистоты получают переплавлением и сублимацией в вакууме.

Кальций, стронций и барий получают электролизом из обезвоженных расплавленных солей.

Оксиды ЭО и гидроксиды Э(ОН)₂ обладают основными свойствами, кроме соединений бериллия; Be, а также его оксид и гидроксид проявляют амфотерные свойства. Он реагирует с кислотами и щелочами с выделением водорода, образуя катионные и анионные комплексы:

Оксиды получают термическим разложением гидроксидов и кислородсодержащих солей.

Оксид бериллия ВеО получают термическим разложением гидроксида, сульфата, нитрата или основного карбоната бериллия. Он тугоплавок (/_пл = 2530 °С), теплопроводен, предварительно прокаленный при 400 °С химически неактивен.

В воде ВеО не растворим, водородом не восстанавливается, по химической природе амфотерен:

При нагревании взаимодействует с кислотами и щелочами:

Гидроксид бериллия Ве(ОН)₂ — полимерное соединение, не растворимое в воде. При осаждении из растворов растворимых солей Ве 2+ он образует белую студенистую массу. Амфотерен, но с преобладанием основных свойств:

Оксиды и гидроксиды магния и щелочно-земельных металлов —

бесцветные кристаллические вещества, термически устойчивые соединения с очень высокими (более 2000 °С) и сравнительно близкими температурами плавления.

Оксиды получают непосредственным взаимодействием металлов с кислородом. Все оксиды взаимодействуют с водой с образованием гидроксидов.

Гидроксиды щелочно-земельных элементов выпадают в осадок при действии на концентрированные водные растворы солей концентрированных водных растворов КОН или NaOH в условиях, исключающих доступ С0₂ к реагентам:

Гидроксид кальция можно получить, действуя водой на его оксид:

Гидроксиды магния и щелочно-земельных элементов разлагаются при нагревании:

Mg(OH)₂ — слабое основание, мало растворимое в воде.

Гидроксиды щелочно-земельных металлов — сильные щелочи.

Соли Be, Mg, Са, Sr, Ва мало растворимы в воде. С ростом порядкового номера элемента растворимость солей и способность образовывать кристаллогидраты уменьшается.

Бериллаты типа Na₂Be0₂ существуют только в твердом состоянии. При кристаллизации соединений из кислых водных растворов аквакомплексы переходят в состав кристаллогидратов с четырьмя молекулами воды: BeS0₄4H₂0, ВеС1₂4Н₂0 ит.п.

Вследствие относительно высокого поляризующего действия иона Ве 2+ его соли подвергаются валентному гидролизу:

Галогениды ЭГ₂ — кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде, кроме фторидов, образуют кристаллогидраты.

Фторид бериллия BeF₂ получают термическим разложением фторобериллата (NH₄)₂[BeF₄]; он изоморфен с Si0₂ и существует в нескольких модификациях (аналогичных по структуре соответствующим модификациям Si0₂). При охлаждении расплава как Si0₂, так и BeF₂ образуется стекло. Фторид бериллия хорошо растворим в воде, из водных растворов кристаллизуется в виде 5BeF₂ 2ВеО (гидролиз).

Одна из модификаций хлорида берилла (орторомбическая модификация) представляет собой неорганический полимер:

Хлорид бериллия получают действием хлора на смесь ВеО с углем при 800 °С. Он легко гидролизуется.

Галогениды ВеС1₂, ВеВг₂, Ве1₂ гигроскопичны и на воздухе расплываются, хорошо растворимы в воде, также растворяются и в органических растворителях.

Гидриды ЭН₂. С водородом бериллий непосредственно не взаимодействует. Его можно получить взаимодействием ВеС1₂ с LiH в эфирном растворе:

Полимерный гидрид (ВеН₂)_и также можно получить разложением бериллийорганических соединений.

Mg, Ca, Sr, Ba реагируют с водородом при нагревании.

(ЭН₂)_Й (Э = Be, Mg) — твердые полимерные вещества (подобны по свойствам гидриду алюминия А1Н₃).

При взаимодействии гидридов с водой выделяется водород, сильный восстановитель.

Гидрид кальция используют при получении водорода в полевых условиях.

Сульфиды 3S подвержены гидролизу:

Сульфид бериллия BeS — кристаллическое вещество со структурой типа сфалерита (минерала химического состава ZnS). Его получают действием сероводорода на бериллий или взаимодействием простых веществ:

В горячей воде BeS полностью гидролизуется. Образует при взаимодействии с основными сульфидами тиобериллаты, с кислотными сульфидами — соли тиокислот бериллия (т.е. проявляет амфотерные свойства):

Гидролизу соли s-элементов (кроме бериллия) не подвергаются.

Применение. Бериллий применяется в самолете- и ракетостроении (для изготовления тормозных дисков самолетов, панелей солнечных батарей, обшивки днищ космических кораблей), так как обладает высокой температурой плавления, прочностью, высокой теплопроводностью и малой плотностью.

В ядерных реакциях бериллий испускает элементарные частицы, а также выступает прекрасным замедлителем и отражателем нейтронов, поэтому его широко используют в ядерных реакторах.

Особое свойство бериллия — высокая проницаемость для рентгеновских лучей (в 17 раз выше, чем у алюминия); поэтому во всем мире бериллий применяется для изготовления «окошек» в рентгеновских трубках.

Магний и кальций необходимы для питания растений.

Магний используется в производстве магниевых сплавов с алюминием, цинком, цирконием, которые после термической обработки приобретают высокую прочность. Они легки (плотность около 1,8 г/см 3 ), не магнитны, не дают искр при ударах и трении, газонепроницаемы, стойки против вибрационных нагрузок, поэтому используются в самолетостроении, транспортном машиностроении, приборостроении и т.п. Оксид магния MgO благодаря своей тугоплавкости идет на изготовление огнеупорных тиглей, труб, кирпичей.

Токсикология. Соединения бериллия очень токсичны, обладают канцерогенным действием.

Большинство солей бария, кроме BaS0₄, относятся к сильнотоксичным веществам, нервным и мышечным ядам. Сульфат бария BaS0₄ применяется в медицине (рентгеноскопия).

Щелочные и щелочно-земельные металлы относят к взры- во- и пожароопасным веществам (см. § 14.2).

Магний и его сплавы

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЯ

Магний (Mg) впервые обнаружен в 1828 г. в соединениях, найденных вблизи греческого города Магнезий. В природе он встречается только в связанном состоянии и относится к числу наиболее распространенных металлов. На долю магниевых соединений приходится более 12% от общего количества известных минералов. Так же, как и алюминий, магний обладает высокими значениями теплоемкости, скрытой теплоты плавления, электропроводности и невысокой температурой плавления. Важнейшим свойством машин является малая плотность.

Магний обладает большой химической активностью по отношению к кислороду. В виде порошка или ленты магний легко загорается на воздухе, давая яркое ослепительное пламя. В атмосферных условиях он имеет удовлетворительную коррозионную стойкость, однако в присутствии влаги быстро корродирует. Магний реагирует с водой, образуя осадок гидроокиси. Он значительно корродирует в морской воде к 3%-ном растворе хлористого натрия. Сильно действуют на магний разбавленные минеральные кислоты (кроме плавиковой), а также большинство органических кислот.

Магний устойчив против воздействия растворов едких щелочей, фтористых солей, плавиковой кислоты, а также по отношению к спиртам (за исключением метилового), керосину, бензину, фреону и минеральным маслам. Он является энергичным восстановителем и вытесняет менее активные металлы из их соединений.

Магний отлично обрабатывается резанием, но механические и литейные свойства его невысоки, что исключает применение его в качестве конструкционного материала.

Со многими металлами магний образует сплавы, которые обладают более высокими по сравнению с чистым магнием механическими свойствами и коррозионной стойкостью, что значительно расширяет область применения магния.

Легкие магниевые сплавы используют в качестве конструкционного материала для различных частей самолетов, а также железнодорожного и автомобильного транспорта. Детали из магниевых сплавов, полученные литьем под давлением, применяют в производстве оптических и точных приборов. Магниевый порошок служит высококалорийным топливом в ракетной технике, в химической промышленности его используют для обезвоживания органических веществ и для синтеза сложных органических веществ.

Магний применяют также в качестве раскислителя в производстве стали и цветного литья, для получения трудновосстановимых металлов и их сплавов, для модифицирования чугуна, в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных изделий и конструкций. Ниже приводятся физические и механические свойства магния:

Плотность при 20°С, г/см3

Удельная теплоемкость, кал/г

Скрытая теплота плавления, кал/г

Коэффициент линейного расширения, 1 /град

Временное сопротивление при растяжении магния, кГ/мм2

Предел текучести , кГ/мм2,

Относительное удлинение магния, %:

Предел упругости магния, кГ/мм2:

Модуль упругости, кГ/мм2

Модуль сдвига, кГ/мм2

Предел усталости отожженного магния базе 50*10 7 циклов, кГ/мм2

Твердость НВ магния, кГ/мм2

В качестве основных легирующих элементов сплавы па магниевой основе содержат алюминий и цинк, которые значительно улучшают механические свойства магния.

Марганец повышает коррозионную стойкость магниевых сплавов и способствует измельчению зерна, поэтому он присутствует во многих магниевых сплавах, а в сплаве Мл2 является основным легирующим элементом. Введение в магниевые сплавы титана и селена (до 0,5%) повышает пластичность сплавов и способствует измельчению зерна. Бериллий, в небольших количествах, создает окисную пленку и предохраняет его от дальнейшего окисления.

Примеси калия, натрия, никеля, меди, железа в магниевых сплавах относятся к числу вредных примесей.

Растворимость элементов, образующих с магнием сплавы, изменяется с изменением температуры. Это позволяет применять к магниевым сплавам упрочняющую термическую обработку.

Магниевые сплавы разделяют на литейные, предназначенные для производства отливок, и деформируемые.

В зависимости от механических свойств литейные сплавы можно условно разделить на три группы: средней прочности, высокопрочные и жаропрочные.

Сплавы средней прочности имеют временное сопротивление не менее 16 кГ/мм2. К ним относятся сплавы магния с алюминием и цинком типа Мл3. Сплавы этой группы не упрочняются термической обработкой. Для снятия внутренних напряжений детали сложной формы из указанных сплавов подвергают отжигу при 325°С. Сплавы средней прочности обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Для повышения коррозионной стойкости детали из этих сплавов подвергают оксидированию.

Наибольшее применение из этой группы сплавов имеет сплав Мл6, в котором сочетаются высокие механические и технологические свойства. Из этого сплава изготовляют детали летательных аппаратов, детали колес, детали управления и крыла самолета, корпусы агрегатов, маслопомпы; в автомобильной промышленности — отливки картера двигателя, коробки передач, детали автомобильных колес; в тракторной промышленностикорпусы коробок передачи т. д.

Сплав Мл4 превосходит сплав Мл5 по коррозионной стойкости. Однако он обладает ограниченной свариваемостью, повышенной склонностью к образованию горячих трещин и микрорыхлоты в отливках, а также пониженной герметичностью и поэтому имеет ограниченное применение. Применяют сплав Мл4 главным образом для протекторной защиты в судостроении. Для отливок рекомендуется использовать песчаные формы. Для литья в кокиль и под давлением этот сплав не пригоден. Из высокопрочных сплавов машин с алюминием и цинком сплав Мл6 имеет самое высокое временное сопротивление. Пластичность сплава при комнатной температуре низкая.

Сплав Мл6, так же как и сплав Мл5, обладает хорошими литейными свойствами и применяется для получения сложных крупногабаритных отливок.

Сплав Мл12 при высоком пределе текучести обладает более высокой пластичностью по сравнению со сплавами Мл5 и Мл6. Это позволяет использовать его в условиях статических и знакопеременных нагрузок. По сравнению со сплавом Мл6 он имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин при литье тонкостенных деталей.

Сплав Мл15 по пластичности при комнатной температуре занимает промежуточное положение между сплавами Мл12 и Мл6. Сплав Мл 15, легированный лантаном, превосходит сплав Мл 12 по пределам ползучести и длительной прочности и является самым жаропрочным из всех магниевых литейных сплавов высокой прочности. По литейным свойствам сплав Мл1б также превосходит сплав Мл12, отливки из него характеризуются высокой пластичностью.

Технологические свойства сплавов Мл 12 и Мл 15 зависят от содержания в них циркония. Наилучшие свойства достигаются при содержании циркония 0,8%. Магниевые жаропрочные литейные сплавы предназначаются для отливки деталей, работающих при 250—350°С и кратковременно при 350— 400°С. К этой группе сплавов относятся сплавы магния с РЗМ и Zr.

Магниевые литейные коррозионностойкие сплавы по коррозионной стойкости превосходят сплав Мл5. К ним относятся сплавы Мл4пч, Мл5пч, Мл2, а также сплавы магния с цирконием. Повышение коррозионной стойкости деталей из сплавов Мл4пч и Млбпч по сравнению со сплавами Мл4 и Мл6 достигается ограничением содержания вредных примесей и применением при литье бесхлоридных флюсов вместо хлористых флюсов. При этом получают отливки, практически свободные от включений хлористых флюсов, образующих с влагой, концентрированные растворы хлористых солей, разрушающих магниевые сплавы.

Сплавы Мл4пч и Мл5пч применяют для изготовления высоконагруженных деталей, длительно работающих в тяжелых условиях, в том числе в атмосферных условиях повышенной влажности.

Сплав Мл2 способен противостоять действию концентрированных растворов едкого натра при температурах до 120°С и растворов соды. Негашеная известь, известковые растворы и бетон разрушают отливки из сплава Мл2 очень медленно. Применение сплава Мл2 ограничивается из-за его низких (механических и технологических свойств. Применяют этот сплав для изготовления малонагруженных деталей простой конфигурации — баков, бензо-масляной арматуры, а также деталей, работающих в щелочной среде.

Магниевые деформируемые сплавы. Эти сплавы подвергаются прокатке, прессованию, ковке и штамповке. К ним относятся сплавы, легированные алюминием, цинком, марганцем, цирконием, редкоземельными элементами, торием и другими металлами. Их применяют для изготовления деталей механической обработкой, сваркой и клепкой, объемной и листовой штамповкой. Из них делают прессованные прутки, полосы, профили и трубы, катаные плиты и листы, поковки и штамповки.

Сплавы магния с марганцем, содержащие марганца в пределах 1,3—2,5%, отличаются наиболее высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и высокой пластичностью. По механическим свойствам они относятся к сплавам низкой прочности с временным сопротивлением 17—23 кГ/мм2. Из этих сплавов изготовляют листы толщиной 0,8—10 мм, прессованные прутки диаметром до 130 мм, прессованные профили, поковки и штамповки.

Магниевые деформируемые сплавы с марганцем и небольшой добавкой церия (МА8), а также спла(в магния с алюминием, цинком и марганцем (МА2) относятся к группе сплавов средней прочности (временное сопротивление 23—26 кГ/мм2). Они обладают хорошей технологической пластичностью в нагартованном состоянии, достаточной для изготовления из них листов и всех других видов деформируемых полуфабрикатов, а также удовлетворительной общей коррозионной стойкостью. Сплав МА8 не подвержен коррозии .под напряжением, а сплав МА2 имеет незначительную склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Для защиты сплавов этой группы от коррозии применяют покрытия неорганическими пленками и лакокрасочные покрытия.

Сплавы средней прочности термической обработкой не упрочняются. Они удовлетворительно свариваются аргонодуговой и контактной электросваркой. Детали из сплава МА2 могут работать при темпераiypax до 150°С, а из сплава МА8 — до 200—250°С.

Сплавы магниевые деформируемые с временным сопротивлением 26—40 кГ/мм2 образуют группу высокопрочных сплавов. В эту группу входят сплавы MA2-1, МА5, МА14. Из сплава МА2-1 изготовляют все виды деформируемых полуфабрикатов, а из остальных сплавов — прессованные изделия и штамповки.

Общая коррозионная стойкость магниевых деформируемых сплавов высокой прочности удовлетворительная. Однако при эксплуатации детали из этих сплавов необходимо защищать неорганическими пленками и лакокрасочными покрытиями. Они обладают различной склонностью к коррозии под напряжением.

Сплав МА5 рекомендуется применять для деталей, работающих при длительно растягивающих напряжениях, не превышающих 60% предела текучести при растяжении.

Сплав MA2-1 термической обработкой не упрочняется. Сплавы МА14 и МАБ подвергают закалке на воздухе или в горячей воде и искусственному старению.

Наибольшее применение из деформируемых магниевых сплавов высокой прочности получили сплавы МА14 и МА2-1.

Сплавы типа МА2-1 применяют для обшивки, изготовления перегородок и шпангоутов, а также в виде труб и профилей для сварных конструкций и деталей, выполняемых объемной штамповкой. Из них можно изготовлять кузовы, бензобаки, приборные щитки и другие детали спортивных автомобилей.

Сплав МА14 применяют для несвариваемых крупногабаритных нагруженных деталей, не имеющих тонких сечений.

Сплавы MA1, МА2, МА2-4, МАБ и МА14 пригодны для работы при температурах до 150°С, а сплав МА8—при температурах до 200°С.

не должно быть не менее 99,9%, а примесей— не более 0,1%, в том числе 0,04% Fe; 0,01% Si; 0,001% Ni; 0,005% Сu; 0,02% Al; 0,04% Μn; 0,005% Cl.

Магний поставляют в .виде чушек массой 8,0±1,0 кг или в виде слитков. Поверхность чушек магния должна быть без наплывов, неслитин, флюсовых включений и продуктов горения магния. В срезе чушек не должно быть флюсовых включений общей площадью более 4 мм2, а также других посторонних включений.

Магний — важный металл для промышленности и жизни человека

Магний — широко распространенный в природе металл, имеющий огромное биогенное значение для человека. Он является составной частью большого количества различных минералов, морской воды, гидротермальных вод.

Свойства

Серебристый блестящий металл, очень легкий и пластичный. Немагнитный, обладает высокой теплопроводностью. При нормальных условиях на воздухе покрывается оксидной пленкой. При нагревании свыше 600 °С металл горит с выделением большого количества тепла и света. Горит в углекислом газе и активно реагирует с водой, поэтому его бесполезно тушить традиционными способами.

Магний не взаимодействует со щелочами, реагирует с кислотами с выделением водорода. Устойчив к галогенам и их соединениям; например, не взаимодействует с фтором, плавиковой кислотой, сухим хлором, йодом, бромом. Не разрушается под воздействием нефтепродуктов. Магний малостоек к коррозии, этот недостаток исправляют добавлением в сплав небольших количеств титана, марганца, цинка, циркония.

Магний необходим для здоровья сердечно-сосудистой и нервной систем, для синтеза белов и усвоения организмом глюкозы, жиров и аминокислот. Оротат магния (витамин В13) играет важную роль в обмене веществ, нормализует сердечную деятельность, препятствует отложению холестерина на стенках сосудов, увеличивает работоспособность организма спортсменов, не уступая по эффективности стероидным препаратам.

Получают магний различными способами, из природных минералов и морской воды.

Применение

— Большая часть добываемого магния используется для производства магниевых конструкционных сплавов, востребованных в авиационной, автомобильной, атомной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в приборостроении. Магниевые сплавы отличаются легкостью, прочностью, высокой удельной жесткостью, хорошей обрабатываемостью. Они немагнитны, отлично отводят тепло, обладают в 20 раз большей устойчивостью к вибрации, чем легированная сталь. Магниевые сплавы применяются для изготовления резервуаров для хранения бензина и нефтепродуктов, деталей атомных реакторов, отбойных молотков, пневмотруб, вагонов; емкостей и насосов для работы с плавиковой кислотой, для хранения брома и йода; корпусов ноутбуков и фотоаппаратов.
— Магний широко используется для получения некоторых металлов методом восстановления (ванадий, цирконий, титан, бериллий, хром и т. д.); для придания стали и чугуну лучших механических характеристик, для очистки алюминия.
— В чистом виде входит в состав многих полупроводников.
— В химической промышленности порошковый магний используют для осушения органических веществ, например, спирта, анилина. Магнийорганические соединения применяются в сложном химическом синтезе (например, для получения витамина А).
— Порошок магния востребован в ракетной технике в качестве высококалорийного горючего. В военном деле — при производстве осветительных ракет, трассирующих боеприпасов, зажигательных бомб.
— Чистый магний и его соединения идут на изготовление химических мощных источников тока.
— Окись магния применяется для изготовления тиглей и металлургических печей, огнеупорного кирпича, при изготовлении синтетической резины.
— Кристаллы фторида магния востребованы в оптике.
— Гидрид магния представляет собой твердый порошок, содержащий большой процент водорода, который легко получить нагреванием. Вещество используется в качестве «хранилища» водорода.
— Сейчас реже, но раньше порошок магния широко использовался в химических фотовспышках.
— Соединения магния используют для отбеливания и протравливания тканей, для изготовления теплоизоляционных материалов, особых сортов кирпича.
— Магний входит в состав многих лекарственных средств, как внутреннего, так и наружного (бишофит) применения. Его используют как противосудорожное, слабительное, седативное, сердечное, противоспазматическое средство, для регуляции кислотности желудочного сока, как антидот при отравлении кислотами, как дезинфицирующее желудочное средство, для лечения травм и суставов.
— Магний стеарат используется в фармацевтической и косметической промышленности как наполнитель таблеток, пудры, кремов, теней; в пищевой промышленности применяется как пищевая добавка Е470, предупреждающая слеживание продуктов.

В химическом магазине «ПраймКемикалсГрупп» вы можете купить химический магний и его различные соединения — магний стеарат, бишофит магний хлористый, магний углекислый и другие, а также широкий спектр хим реактивов, лабораторной посуды и других товаров для лабораторий и производства. Цены и уровень сервиса вам понравятся!

Магниевые сплавы — характеристика, свойства и применение

Магниевые сплавы – это продукция металлургического производства, в которой основным элементом является магний, а дополнительными элементами – легирующие добавки металлов и неметаллов, влияющие на свойства основного элемента. Главная отличительная особенность, обеспечивающая им широкое применение в промышленности – лёгкость материала (его высокая прочность при низкой плотности).

Виды сплавов магния, маркировка

Магний – химически активный металл, поэтому выбор легирующих элементов для него ограничен. Сплавы магния подразделяются на два вида:

1. Литейные сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством литья. Наиболее употребляемые химические составы:

2. Деформируемые сплавы – те, из которых формовка готовых изделий получается посредством механического воздействия (прессовкой, ковкой, штамповкой и прокаткой). Наиболее употребляемые химические составы:

Маркировка литейных сплавов (ГОСТ 2856) осуществляется посредством букв МЛ и цифры, показывающей номер модификации сплава. В настоящее время марки следующие: МЛ1 – МЛ20.

Маркировка деформируемых сплавов (ГОСТ 14957) осуществляется посредством букв МА и цифры, показывающей номер модификации. Марки: МА1 – МА19.

Кроме того, выделяют подгруппу жаропрочных магниевых литейных сплавов, в которой к маркировке добавляется буква В: ВМЛ1 – ВМЛ2.

При маркировании сплавов магния дополнительно используют аббревиатуры «п.ч» и «о.н», которые расшифровываются как «повышенной чистоты» и «общего назначения».

Показатели отдельных магниевых сплавов:

• сплавы МЛ4, МЛ5, МЛ6 – обладают самыми лучшими литейными свойствами, показывают большой предел текучести, дают невысокую усадку и не образуют усадочную раковину;
• сплавы МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ12, МЛ13, МЛ14 – являются жаропрочными, способны выносить высокие температуры до 400 ºС, сопротивляются статической и усталостной нагрузкам
• сплавы МА11, МА12 – повышенная жаростойкость;
• сплавы МА14, МА19 – несвариваемые, что следует учитывать при заказе.

Свойства и влияние легирующих компонентов

Магний как металл обладает негативных для его промышленного применения свойств: пониженной коррозионной устойчивостью и воспламеняемостью при температурах выше 400 ºС. Для снижения этих негативных свойств, а также для улучшения технологических показателей в магний вводят легирующие добавки.

Введение легирующих добавок следующим образом изменяет свойства магния:

• алюминий – улучшает внутреннюю структуру отливок, повышает прочность, увеличивает жидкотекучесть;
• цинк – уменьшает зернистость, повышает прочность;
• марганец – значительно увеличивает коррозионную устойчивость магниевых сплавов, повышает прочность;
• цирконий – уменьшает зернистость, повышает прочность, увеличивает пластичность; — редкоземельные элементы (неодим, иттрий, церий), лантан, торий – усиливают жаропрочность, улучшают механические свойства;
• литий – значительно снижает плотность, увеличивает пластичность, увеличивает предел текучести, улучшает показатели при обработке магниевого сплава давлением, повышает устойчивость к криогенным температурам, повышает показатели ударной вязкости, улучшает показатели свариваемости.

Вредные для магниевых сплавов примеси снижают коррозионную устойчивость и ухудшают растворимость легирующих добавок. Ко вредным примесям относятся:

Производство магниевых сплавов

Выплавку литейных магниевых сплавов производят:

• в тигельных печах, работающих на жидком топливе, на газообразном топливе, на электричестве;
• в электрических индукционных печах;
• в отражательных печах.

Выплавку деформируемых магниевых сплавов производят:

• в отражательных печах (3-12 т);
• в индукционных печах (более 12 т).

Во время выплавки магниевого сплава его поверхность усиленно защищают слоем флюса, чтобы не было контакта с кислородом. Применяются флюсы, изготовленные на основе солей фтора и хлора, а также щелочных металлов. В формовочные смеси также вводят специальные присадки чтобы избежать горения сплава.

Дальнейшую обработку литейных сплавов производят способами:

• литьё в песчаные формы – изготовление отливок методом заливки металла в специально подготовленные литейные модели, где будущие пустоты изделия заполняются песком;
• литьё в кокиль – изготовление отливок в разборных формах, пригодных к многократному употреблению;
• литьё под давлением – изготовление отливок путём впрыскивания металла в форму под давлением.

Дальнейшую обработку деформируемых сплавов производят способами:

• прессования – обработки сплава давлением путём выдавливания его из закрытой полости;
• ковки – обработки сплава давлением посредством приложения к нему высокой ударной нагрузки;
• штамповки – обработка сплава давлением посредством направленной пластической деформации;
• горячей прокатки – обработка сплав давлением путём пропускания его между давящими валками при высоких температурах;
• холодной прокатки – обработка сплав давлением путём пропускания его между давящими валками при низких температурах.

Способы обработки готовых изделий для улучшения их механических показателей:

• закалка (гомогенизация);
• закалка со искусственным старением;
• отжиг на снятие механических напряжений (рекристаллизация);
• отжиг на выравнивание структуры металла и на снижение зернистости (диффузный).

Область применения

Магниевые сплавы обладают рядом полезных свойств, которые не обеспечивают другие материалы. Эти свойства обеспечивают широкое использование в промышленности:

• хорошей переносимость низких, нормальных и высоких температур;
• низкой плотностью;
• высокой удельной прочностью;
• способностью поглощать удары и вибрации;
• хорошими показателями к обработке резанием.

Исходя из свойств, сплавы магния находят применение:

• в производстве автомобилей – для создания деталей машин (картер, поддон);
• самое основное применение — изготовление колёсных дисков;
• в сельхозмашиностроении – для изготовления картеров двигателей, коробок передач, барабанов колёс;
• в электротехнике и радиотехнике – для создания корпусов приборов и элементов электродвигателей;
• в производстве оптических приборов – для изготовления корпусов биноклей, подзорных труб, фотоаппаратов;
• в лёгкой промышленности – для изготовления бобин, шпулек, катушек;
• в полиграфии – для изготовления матриц, клише, валиков; — в судостроении – для изготовления протекторов;
• в авиастроении и ракетостроении – для изготовления деталей шасси, деталей управления, крыла, корпуса самолёта.

С развитием технологий сплавы магния получат дополнительные области применения. Тенденция к облегчению массы готовых изделий уже сейчас регулярно повышает интерес к этим сплавам. Если учитывать, насколько стремительными темпами развиваются робототехника, производство компьютеров, различных гаджетов, то можно понять, что потребность в магниевых марках металлов ограничится только количеством добываемого магния.

Магниевые сплавы: применение, классификация и свойства

Магниевые сплавы обладают целым рядом уникальных физико-химических свойств, главными из которых являются малая плотность и высокая прочность. Сочетание этих качеств в материалах с добавлением магния позволяет производить изделия и конструкции, обладающие высокими прочностными характеристиками и малым весом.

Характеристики магния

Промышленное производство и использование магния началось сравнительно недавно – всего около 100 лет назад. Этот металл имеет малую массу, так как обладает сравнительно низкой плотностью (1,74 г/смᶟ), хорошую устойчивость в воздухе, щелочах, газовых средах с содержанием фтора и в минеральных маслах.

Температура его плавления составляет 650 градусов. Он характеризуется высокой химической активностью вплоть до самопроизвольного возгорания на воздухе. Предел прочности чистого магния составляет 190 Мпа, модуль упругости – 4 500 Мпа, относительное удлинение – 18%. Металл отличается высокой демпфирующей способностью (эффективно поглощает упругие колебания), что обеспечивает ему отличную переносимость ударных нагрузок и снижение чувствительности к резонансным явлениям.

К числу прочих особенностей данного элемента относятся хорошая теплопроводность, низкая способность поглощать тепловые нейтроны и взаимодействовать с ядерным топливом. Благодаря совокупности этих свойств магний является идеальным материалом для создания герметичных оболочек высокотемпературных элементов ядерных реакторов.

Магний хорошо сплавляется с разными металлами и относится к числу сильных восстановителей, без которых невозможен процесс металлотермии.

В чистом виде он в основном применяется как легирующая добавка в сплавах с алюминием, титаном и некоторыми другими химическими элементами. В черной металлургии с помощью магния проводится глубокая десульфурация стали и чугуна, а также улучшаются свойства последнего посредством сфероидизации графита.

Магний и легирующие добавки

К числу наиболее распространенных легирующих добавок, применяемых в сплавах на основе магния, относятся такие элементы, как алюминий, марганец и цинк. Посредством алюминия улучшается структура, повышается жидкотекучесть и прочность материала. Введение цинка также позволяет получать более прочные сплавы с уменьшенным размером зерен. С помощью марганца или циркония увеличивается коррозионная стойкость магниевых сплавов.

Добавление цинка и циркония обеспечивает повышенную прочность и пластичность металлосмесей. А наличие определенных редкоземельных элементов, например, неодима, церия, иттрия и пр., способствует значительному увеличению жаропрочности и максимизации механических свойств магниевых сплавов.

Для создания сверхлегких материалов с плотностью от 1,3 до 1,6 г/мᶟ в сплавы вводится литий. Данная добавка позволяет уменьшить их массу вдвое по сравнению с алюминиевыми металлосмесями. При этом их показатели пластичности, текучести, упругости и технологичности выходят на более высокий уровень.

Классификация сплавов с магнием

Магниевые сплавы подразделяются по ряду критериев. Это:

• по способу обработки – на литейные и деформируемые;
• по степени чувствительности к термической обработке – на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой;
• по свойствам и сферам применения – на сплавы жаропрочные, высокопрочные и общего назначения;
• по системе легирования – существует несколько групп неупрочняемых и упрочняемых термообработкой деформируемых магниевых сплавов.

Литейные сплавы

К этой группе относятся сплавы с добавлением магния, предназначенные для производства разнообразных деталей и элементов методом фасонного литья. Они обладают разными механическими свойствами, в зависимости от которых делятся на три класса:

• среднепрочные;
• высокопрочные;
• жаропрочные.

По химическому составу сплавы также подразделяются на три группы:

• алюминий + магний + цинк;
• магний + цинк + цирконий;
• магний + редкоземельные элементы + цирконий.

Литейные свойства сплавов

Наилучшими литейными свойствами среди продуктов этих трех групп обладают алюминий-магниевые сплавы. Они относятся к классу высокопрочных материалов (до 220 МПа), поэтому являются оптимальным вариантом для изготовления деталей двигателей самолетов, автомобилей и другой техники, работающей в условиях механических и температурных нагрузок.

Для повышения прочностных характеристик алюминиево-магниевые сплавы легируют и другими элементами. А вот присутствие примесей железа и меди нежелательно, так как эти элементы оказывают отрицательное влияние на свариваемость и коррозионную стойкость сплавов.

Литейные магниевые сплавы приготавливаются в различных типах плавильных печей: в отражательных, в тигельных с газовым, нефтяным либо электрическим нагревом или в тигельных индукционных установках.

Для предотвращения горения в процессе плавки и при литье используются специальные флюсы и присадки. Отливки получают путем литья в песчаные, гипсовые и оболочковые формы, под давлением и с использованием выплавляемых моделей.

Деформируемые сплавы

По сравнению с литейными, деформируемые магниевые сплавы отличаются большей прочностью, пластичностью и вязкостью. Они используются для производства заготовок методами прокатки, прессования и штамповки. В качестве термической обработки изделий применяется закалка при температуре 350-410 градусов с последующим произвольным охлаждением без старения.

При нагреве пластические свойства таких материалов возрастают, поэтому обработка магниевых сплавов осуществляется посредством давления и при высоких температурах. Штамповка выполняется при 280-480 градусах под прессами посредством закрытых штампов. При холодной прокатке проводятся частые промежуточные рекристаллизационные отжиги.

При сварке магниевых сплавов прочность шва изделия может быть снижена на отрезках, где выполнялась подварка, из-за чувствительности таких материалов к перегреву.

Сферы применения сплавов с добавления магния

Посредством методов литья, деформации и термической обработки сплавов изготавливаются различные полуфабрикаты – слитки, плиты, профили, листы, поковки и т.д. Эти заготовки используются для производства элементов и деталей современных технических устройств, где приоритетную роль играет весовая эффективность конструкций (сниженная масса) при сохранении их прочностных характеристик. По сравнению с алюминием магний легче в 1,5 раза, а со сталью – в 4,5.

В настоящее время применение магниевых сплавов широко практикуется в авиакосмической, автомобилестроительной, военной и прочих отраслях, где их высокая стоимость (некоторые марки содержат в своем составе достаточно дорогостоящие легирующие элементы) оправдывается с экономической точки зрения возможностью создания более долговечной, быстрой, мощной и безопасной техники, которая сможет эффективно работать в экстремальных условиях, в том числе и при воздействии высоких температур.

Благодаря высокому электрическому потенциалу эти сплавы являются оптимальным материалом для создания протекторов, обеспечивающих электрохимическую защиту стальных конструкций, например, деталей автомобилей, подземных сооружений, нефтяных платформ, морских судов и т.д., от коррозионных процессов, происходящих под воздействием влаги, пресной и морской воды.

Нашли применение сплавы с добавлением магния и в разных радиотехнических системах, где из них изготавливают звукопроводы ультразвуковых линий для задержки электросигналов.

Заключение

Современная промышленность предъявляет все более высокие требования к материалам в отношении их прочности, износостойкости, коррозионной стойкости и технологичности. Использование магниевых сплавов относится к числу наиболее перспективных направлений, поэтому исследования, связанные с поиском новых свойств магния и возможностей его применения, не прекращаются.

В настоящее время использование сплавов на основе магния при создании разнообразных деталей и конструкций позволяет достичь снижения их веса практически на 30% и увеличить предел прочности до 300 Мпа, но, как считают ученые, это далеко не предел для этого уникального металла.