Физические свойства магния и его сплавов

24.01.2017

В данной теме приводятся физические свойства чистого магния и его промышленных сплавов показывается связь между химическим составом сплавов и их физическими свойствами.
Физические свойства магния и его сплавов
Физические свойства магния и его сплавов

Физические свойства, которые могут быть легко определены на основании приведенных выше данных (например, объемная теплоемкость и термический коэффициент диффузии) и представляющие интерес главным образом в сравнении с аналогичными характеристиками для других металлов, рассматриваются в соответствующих главах, где этого требует содержание книги.
Физические свойства промышленных магниевых сплавов

В табл. 38 приведены физические свойства промышленных магниевых сплавов.
Упругие свойства. Вследствие ряда особенностей кривых растяжения (напряжение — деформация) магния и его сплавов динамический метод определения модуля Юнга дает заметно более высокие значения, чем статический метод.
Величина статического модуля упругости зависит от чувствительности применяемых испытательных машин, величины прилагаемой нагрузки и в некоторой степени от точности обработки результатов. Средняя величина модуля упругости при комнатной температуре, определенная при испытаниях на растяжение, составляет 4300 кГ/мм2. Предел пропорциональности при растяжении чистого магния не превышает 1,05 кГ/мм2.
Физические свойства магния и его сплавов
Физические свойства магния и его сплавов

Величина модуля упругости сплавов зависит главным образом от температуры испытания. При повышенных температурах состав сплава и в некоторой степени структурное состояние сплава оказывают влияние на величину модуля упругости. Однако при комнатной температуре практически трудно увеличить модуль упругости сплава в результате дополнительного легирования, хотя введение в сплав интерметаллидов или неорганических соединений с высокой температурой плавления может привести к некоторому повышению модуля упругости, как в случае алюминия.
Согласно исследованию Фенна, модуль упругости сублимированного магния высокой чистоты при комнатной темпера туре ниже, чем модуль упругости электролитического магния промышленной чистоты. Однако с повышением температуры испытания величина модуля упругости электролитического магния понижается с большей скоростью (рис. 138), чем сублимированного магния. Необходимо отметить, что электролитический магний имел более мелкое зерно, что, вероятно, и сказалось на более интенсивном понижении модуля упругости при увеличении температуры. Следовательно, упрочняющее влияние границ зерен в магнии более эффективно при низких температурах, чем при повышенных.
Физические свойства магния и его сплавов

Величина динамического модуля упругости значительно в меньшей степени зависит от температуры, чем величина статического модуля. Фенн изучил совместное влияние химического состава и обработки на модуль упругости и пришел к заключению, что максимальное значение модуля Юнга при повышенных температурах может быть получено при следующих условиях:
а) присутствие в сплаве тория или мишметалла,
б) термическая обработка для снятия упрочняющего эффекта от пластической деформации;
в) увеличение размера зерна в сплавах, предназначенных для работы при комнатной температуре
Для увеличения модуля упругости магниевых сплавов необходимы те же условия, что и для повышения сопротивления ползучести при повышенных температурах деформированных сплавов т.е. присутствие редкоземельных элементов или тория в твердом растворе, обработка давлением сплавов при высоких температурах, например при 500°С, или термообработка на твердый раствор после горячей деформации В каждом случае мexaнизм упрочнения заключается в том, чтобы заклинить границы зерен частицами выделений соединений Mg—РЗМ или Mg—Th.
При прочих равных условиях увеличение размера зерна для повышения модуля упругости является полезным, особенно для сплавов, работающих при комнатной температуре, где границы зерен являются более вязким».
Термическое расширение. Коэффициент линейного расширения зависит от направления. Так, например, для чистого магния средняя величина коэффициента линейного расширения равна 25,8*10в-6, в то время как для направлений, параллельного и перпендикулярного гексагональной оси, эта величина соответственно равна 27,1 и 24 3*10в-6 1/град.
Величина коэффициента линейного расширения (средняя) для случайного направления в зависимости от температуры определяется формулой. αt = (25,0 + 0,0188 t) 10в-6, где t — температура, °C Хил приводит данные для магния и сплавов Mg—Al, Mg—Al—Mn, Magnox А12 (AL80). Коэффициенты линейного расширения этих сплавов в интервале температур от 0 до 250° С существенно не отличаются друг от друга. Алюминий практически не влияет на величину коэффициента линейного расширения, также как цинк и марганец, хотя в литературе о влиянии цинка имеются противоречивые сведения.
Физические свойства магния и его сплавов

Температура плавления. Влияние различных элементов на температуру плавления магния можно оценить по кривым ликвидуса и солидуса диаграмм состояния.
Температура кипения. Результаты работы, приведенные на рис 139, свидетельствуют о влиянии некоторых легирующих элементов на температуру кипения магния.
Давление паров. Кубашевский выразил величину давления паров твердого и жидкого магния следующими формулами, которые графически изображены на рис. 140:
log р = -7780Т-1 — 0,855 log T + 11,41 (интервал: 298°К — температура плавления;
log р = -7550Т-1 — 1,41 log T + 12,79 (интервал: температура плавления—температура кипения).
Физические свойства магния и его сплавов

Поверхностное натяжение. В работе сообщается о том» что величина поверхностного натяжения магния равна 563 дин/см при 681° С и 502 дин/см при 894° С с линейным изменением поверхностного натяжения в интервале этих температур. В работе Л. Кубичека и .М.В. Мальцева получены данные, хорошо согласующиеся с указанными выше: поверхностное натяжение составляет 550±15 дин/см при 700°С Величина поверхностного натяжения для сплава A8 равна 535±15 дим/см без изменения в пределах тегирования от 0,5 до 10% алюминия.
Добавки лития, кальция, сурьмы, стронция, свинца, бария и висмута в количестве 0,2—0,3% (ат.) заметно снижают поверхностное натяжение магния.
Вязкость. Вязкость чистого магния вблизи температуры плавления составляет 0.0123—0,0125 nз, что согласуется с данными, подсчитанными на основании формулы Андраде (0,013).
Теплоемкость. Для определения теплоемкости чистого магния Кубашевский дает следующее выражение: Cp = 5,33+2,45*10в-3 T — 0,103*10в5 T-2 (интервал: 298° К — температура плавления).
Как следует из табл. 38, удельная теплоемкость магния незначительно изменяется при легировании.
Теплопроводность. Теплопроводность обычно определяют только для некоторых материалов, а затем, используя соотношение Видеманна—Франца, устанавливающее связь между теплопроводностью и электрическим сопротивлением, находят тепло проводность для исследуемого сплава. Коэффициент теплопроводности чистого магния изменяется незначительно в интернате от 0 до 400° С, при более высокой температуре величина коэффициента теплопроводности уменьшается от 0,37 до 0,34 кал/ (см*сек*град)
С другой стороны, коэффициент теплопроводности чувствителен к легированию и его величина для сплавов увеличивается с повышением температуры (рис 141).
Физические свойства магния и его сплавов
Физические свойства магния и его сплавов

Результаты исследования показали, что алюминий, олово и марганец вызывают заметное уменьшение теплопроводности магния в то время как медь, никель, серебро и цинк оказывают значительно меньшее влияние.
Гомогенизация магниевых сплавов, содержащих алюминий, вызывает понижение теплопроводности; при этом возможно также увеличение электросопротивления.
Электросопротивление. Некоторая анизотропия электросопротивления магния связана с кристаллической ориентацией. Величина электросопротивления в на правлении, составляющем угол φ с гексагональной осью с является пропорциональной cos2 φ, а величина электросопротивления в направлении, перпендикулярном к оси с, на 12% выше, чем в направлении, параллельном оси. Вследствие этого электросопротивление листов с обычной текстурой прокатки выше электросопротивления прессованных изделий, а электросопротивление деформированных полуфабрикатов выше, чем литых. Это иллюстрируется результатами работы, выполненной на магнии промышленной чистоты:
Физические свойства магния и его сплавов

Влияние температуры на удельное электросопротивление чистого магния показано на рис. 142. Температурная зависимость электросопротивления является приблизительно линейной при температуре 0—300° С, но его величина повышается при температуре более 550° С. Вероятное уменьшение удельного электросопротивления при температуре плавления, как и в случае с расплавленными солями, когда удельная электропроводность увеличивается с температурой, является результатом повышения подвижности ионов.
На рис. 143 показано влияние различных легирующих элементов на удельную электропроводность магния.
Физические свойства магния и его сплавов