Ze stopu magnezu - Magnesium alloy
Stopy magnezu są mieszaninami magnezu (najlżejszego metalu konstrukcyjnego) z innymi metalami (tzw. stopami ), często aluminium , cynkiem , manganem , krzemem , miedzią , pierwiastkami ziem rzadkich i cyrkonem . Stopy magnezu mają heksagonalną strukturę sieciową , co wpływa na podstawowe właściwości tych stopów. Odkształcenie plastyczne sieci sześciokątnej jest bardziej skomplikowane niż w przypadku metali o sześciennej sieci , takich jak aluminium, miedź i stal ; Dlatego, stopy magnezu są zwykle używane jako odlewanych stopów, ale badania z kutego stopu była szersza od 2003 odlewnicze stopy magnezu są używane przez wiele komponentów nowoczesnych samochodach i zostały użyte w niektórych pojazdach wyczynowych ; odlewany magnez jest również stosowany w korpusach aparatów i elementach obiektywów .
Praktycznie wszystkie komercyjne stopy magnezu produkowane w Stanach Zjednoczonych zawierają aluminium (od 3 do 13 procent) i mangan (0,1 do 0,4 procent). Wiele z nich zawiera również cynk (0,5 do 3 procent), a niektóre są utwardzalne przez obróbkę cieplną . Wszystkie stopy mogą być używane do więcej niż jednej formy produktu, ale stopy AZ63 i AZ92 są najczęściej używane do odlewów piaskowych , AZ91 do odlewów ciśnieniowych, a AZ92 ogólnie stosowane do odlewów do form trwałych (podczas gdy AZ63 i A10 są czasami również używane w tych ostatnich aplikacji). W przypadku odkuwek najczęściej stosuje się AZ61, a tutaj stosuje się stop M1 tam, gdzie wymagana jest niska wytrzymałość, oraz AZ80 dla najwyższej wytrzymałości. W przypadku wyciskania szeroki zakres kształtów, prętów i rur jest wykonywany ze stopu M1, gdzie wystarcza niska wytrzymałość lub gdzie planowane jest spawanie do odlewów M1. Stopy AZ31, AZ61 i AZ80 są stosowane do wyciskania w podanej kolejności, gdzie wzrost wytrzymałości uzasadnia ich zwiększone koszty względne.
Magnox (stop) , którego nazwa jest skrótem od „magnez nieutleniający”, składa się w 99% z magnezu i 1% z glinu i jest stosowany do platerowania prętów paliwowych w reaktorach jądrowych Magnox .
Stopy magnezu są określane za pomocą krótkich kodów (zdefiniowanych w ASTM B275), które oznaczają przybliżony skład chemiczny wagowo. Na przykład AS41 ma 4% aluminium i 1% krzemu; AZ81 to 7,5% aluminium i 0,7% cynku. Jeśli obecne jest aluminium, składnik manganowy jest prawie zawsze obecny w ilości około 0,2% wagowych, co służy poprawie struktury ziarna; jeśli aluminium i mangan są nieobecne, cyrkon jest zwykle obecny w około 0,8% w tym samym celu. Magnez jest materiałem palnym i należy się z nim obchodzić ostrożnie.
Przeznaczenie
| ASTM | B275 |
|---|---|
| A | Aluminium |
| b | Bizmut |
| C | Miedź |
| D | Kadm |
| mi | Ziem rzadkich |
| F | Żelazo |
| h | Tor |
| J | Stront |
| K | Cyrkon |
| L | Lit |
| m | Mangan |
| n | Nikiel |
| P | Ołów |
| Q | Srebro |
| r | Chrom |
| S | Krzem |
| T | Cyna |
| V | Gadolin |
| W | Itr |
| x | Wapń |
| Tak | Antymon |
| Z | Cynk |
Nazwy stopów magnezu są często podawane przez dwie litery, po których następują dwie cyfry. Litery informują o głównych pierwiastkach stopowych (A = aluminium, Z = cynk, M = mangan, S = krzem). Liczby wskazują odpowiednie składy nominalne głównych pierwiastków stopowych. Na przykład oznaczenie AZ91 oznacza stop magnezu z około 9 procentami wagowymi aluminium i 1 procentem wagowym cynku. Dokładny skład powinien być potwierdzony wzorcami odniesienia.
System oznaczeń dla stopów magnezu nie jest tak dobrze ujednolicony jak w przypadku stali czy stopów aluminium; większość producentów stosuje system przy użyciu jednej lub dwóch liter prefiksu, dwóch lub trzech cyfr i litery sufiksu. Litery przedrostka oznaczają dwa główne metale stopowe zgodnie z następującym formatem opracowanym w specyfikacji ASTM B275, jak pokazano w tabeli po prawej stronie.
Aluminium, cynk, cyrkon i tor wspomagają utwardzanie wydzieleniowe: mangan poprawia odporność na korozję; a cyna poprawia lejność. Aluminium jest najczęstszym pierwiastkiem stopowym. Liczby odpowiadają zaokrąglonemu procentowi dwóch głównych pierwiastków stopowych, w kolejności alfabetycznej, gdy skład staje się standardem. Oznaczenie temperowania jest bardzo podobne jak w przypadku aluminium. Używając –F, -O, -H1, -T4, -T5 i –T6. Piaskowa forma stała i odlewanie ciśnieniowe są dobrze opracowane dla stopów magnezu, przy czym odlewanie ciśnieniowe jest najbardziej popularne. Chociaż magnez jest około dwa razy droższy niż aluminium, jego proces odlewania ciśnieniowego w gorącej komorze jest łatwiejszy, bardziej ekonomiczny i od 40% do 50% szybszy niż proces zimnokomorowy wymagany dla aluminium. Zachowanie przy formowaniu jest słabe w temperaturze pokojowej, ale większość konwencjonalnych procesów można przeprowadzić, gdy materiał jest podgrzewany do temperatury 450-700 ° F (232-371 ° C). Ponieważ te temperatury są łatwo osiągalne i generalnie nie wymagają atmosfery ochronnej, wytwarza się wiele formowanych i ciągnionych produktów magnezowych. Skrawalność stopów magnezu jest najlepszy z dowolnego metalu handlowej, a w wielu zastosowaniach, oszczędności w kosztach obróbki więcej niż zrekompensować wzrost kosztów materiału. Konieczne jest jednak utrzymanie ostrych narzędzi i zapewnienie wystarczającej ilości miejsca na wióry. Stopy magnezu można zgrzewać punktowo prawie tak łatwo jak aluminium, ale przed uformowaniem spoiny konieczne jest szczotkowanie rysujące lub czyszczenie chemiczne. Spawanie zgrzewane najłatwiej przeprowadza się w procesach wykorzystujących obojętną atmosferę osłonową w postaci gazowego argonu lub helu. Istnieje wiele dezinformacji dotyczących zagrożenia pożarowego przy przetwarzaniu stopów magnezu. Prawdą jest, że stopy magnezu są bardzo łatwopalne w postaci drobno rozdrobnionej, takiej jak proszek lub drobne wióry, i nie należy ignorować tego zagrożenia. Powyżej 800°F (427 °C) do tłumienia spalania wymagana jest niepalna, pozbawiona tlenu atmosfera. Operacji odlewania często wymagają dodatkowych środków ostrożności, ze względu na reaktywność magnezu z piasku i wody w arkuszu, bar, wytłaczany lub formy odlewu; jednak stopy magnezu nie stanowią realnego zagrożenia pożarowego.
Stopy zawierające tor nie są zwykle używane, ponieważ zawartość toru przekraczająca 2% wymaga traktowania komponentu jako materiału radioaktywnego, chociaż torowany magnez znany jako Mag-Thor był używany w zastosowaniach wojskowych i kosmicznych w latach pięćdziesiątych.
Stopy magnezu stosuje się zarówno na elementy odlewane, jak i kute, przy czym stopy zawierające aluminium zwykle stosuje się do odlewania, a zawierające cyrkon do odkuwek; stopy na bazie cyrkonu mogą być stosowane w wyższych temperaturach i są popularne w przemyśle lotniczym.
Stopy magnez + itr + metale ziem rzadkich + cyrkon, takie jak WE54 i WE43 (ten ostatni o składzie Mg 93,6%, Y 4%, Nd 2,25%, 0,15% Zr) mogą pracować bez pełzania w temperaturze do 300C i są dość odporne na korozję .
Nazwy handlowe były czasami kojarzone ze stopami magnezu. Przykłady to:
Stopy odlewnicze
Naprężenie próbne odlewu magnezowego wynosi zwykle 75-200 MPa, wytrzymałość na rozciąganie 135-285 MPa i wydłużenie 2-10%. Typowa gęstość wynosi 1,8 g / cm 3 i moduł Younga wynosi 42 GPa. Najpopularniejszymi stopami odlewniczymi są:
- AZ63
- AZ81
- AZ91
- AM50
- AM60
- ZK51
- ZK61
- ZE41
- ZC63
- HK31
- HZ32
- QE22
- QH21
- WE54
- WE43
- Elektron 21
Stopy do obróbki plastycznej
Naprężenie plastyczne stopu magnezu wynosi zwykle 160-240 MPa, wytrzymałość na rozciąganie 180-440 MPa, a wydłużenie 7-40%. Najpopularniejszymi stopami do obróbki plastycznej są:
- AZ31
- AZ61
- AZ80
- Elektron 675
- ZK60
- M1A
- HK31
- HM21
- ZE41
- ZC71 ZM21 AM40 AM50 AM60 K1A M1 ZK10 ZK20 ZK30 ZK40
Obrabiane plastycznie stopy magnezu mają szczególną cechę. Ich wytrzymałość na ściskanie jest mniejsza niż wytrzymałość na rozciąganie. Po uformowaniu, obrobione plastycznie stopy magnezu mają włóknistą teksturę w kierunku odkształcenia, co zwiększa wytrzymałość na rozciąganie. W przypadku ściskania wytrzymałość plastyczna jest mniejsza ze względu na bliźniaczenie kryształów , co przy ściskaniu zachodzi łatwiej niż przy rozciąganiu w stopach magnezu ze względu na heksagonalną strukturę sieciową.
Wytłoczki szybko zestalających się proszków osiągają wytrzymałość na rozciąganie do 740 MPa dzięki swojemu amorficznemu charakterowi, który jest dwukrotnie mocniejszy od najmocniejszych tradycyjnych stopów magnezu i porównywalny z najmocniejszymi stopami aluminium .
Tabela kompozycji
| Nazwa stopu | Proporcja (%) | Inne metale | Uwagi | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mg | Glin | Zn | Si | Mn | |||
| AE44 | 92 | 4 | - | - | - | 4% miszmetalu | Mischmetal stop pierwiastków ziem rzadkich zawierający około 50% ceru i 25% lantanu |
| AJ62A | 89,8–91,8 | 5,6–6,6 | 0,2 | 0,08 | 0,26-0,5 | 2,1–2,8% Sr, <0,1% każdy z Be, Cu, Fe, Ni | Silnik wysokotemperaturowy ze stopu Mg |
| WE43 | 93,6 | - | - | - | - | Y 4%, Nd 2,25%, 0,15% Zr | Stosowany w samolotach i pojazdach o wysokich osiągach, wytrzymałość na rozciąganie 250 MPa |
| AZ81 | ? | 7,5 | 0,7 | - | ? | ? | - |
| AZ31B | 96 | 2,5-3,5 | 0,7–1,3 | <0,05 | 0,2 | ? | Obrabiany plastycznie stop, dobra wytrzymałość i ciągliwość odporność na korozję, spawalność, wytłaczanie |
| AMCa602 | 91,5 | 6 | 0,1 | - | 0,35 | 2% Ca | Niepalny stop Mg |
| AM60 | 93,5 | 6 | 0,1 | - | 0,35 | - | - |
| AZ91 | 90,8 | 8.25 | 0,63 | 0,035 | 0,22 | Cu – 0,003; Fe – 0,014; Być – 0,002 | Używany do odlewów ciśnieniowych |
| QE22 | - | - | - | - | - | 2,5% Ag, 2% RE, 0,6% Zr | |
| Magnoks (Al 80) | 99,2 | 0,8 | - | - | - | - | Nieutleniający stop Mg |
Charakterystyka
Szczególne zalety magnezu są podobne do cech stopów aluminium: niski ciężar właściwy przy zadowalającej wytrzymałości. Magnez ma przewagę nad aluminium, ponieważ ma jeszcze mniejszą gęstość (ok. 1800 kg/m 3 ) niż aluminium (ok. 2800 kg/m 3 ). Właściwości mechaniczne stopów magnezu są zwykle niższe niż najsilniejszych stopów aluminium.
Stosunek wytrzymałości do masy stopów magnezu utwardzanych wydzieleniowo jest porównywalny z mocnymi stopami aluminium lub stalami stopowymi. Stopy magnezu mają jednak niższą gęstość, wytrzymują większe obciążenie kolumny na jednostkę masy i mają wyższy moduł właściwy . Stosuje się je również wtedy, gdy nie jest potrzebna duża wytrzymałość, ale gdy pożądana jest gruba, lekka forma lub gdy potrzebna jest większa sztywność . Przykładami są skomplikowane odlewy, takie jak obudowy lub skrzynie do samolotów oraz części do maszyn szybko obracających się lub posuwisto-zwrotnych. Takie zastosowania mogą wywoływać cykliczne bliźniaczenie kryształów i detwinning, które obniżają granicę plastyczności przy zmianie kierunku obciążenia.
Wytrzymałość stopów magnezu zmniejsza się w nieco podwyższonych temperaturach; temperatury tak niskie jak 200°F (93°C) powodują znaczne obniżenie granicy plastyczności. Poprawa właściwości wysokotemperaturowych stopów magnezu jest aktywnym obszarem badań z obiecującymi wynikami.
Stopy magnezu wykazują silną anizotropię i słabą odkształcalność w temperaturze pokojowej, co wynika z ich heksagonalnej, gęsto upakowanej struktury krystalicznej, co ogranicza praktyczne sposoby przetwarzania. W temperaturze pokojowej jedynymi działającymi mechanizmami deformacji są poślizg dyslokacji w płaszczyźnie bazowej i mechaniczne splatanie kryształów ; obecność bliźniaków dodatkowo wymaga określonych warunków załadunku, aby były korzystne. Z tych powodów przetwarzanie stopów magnezu musi odbywać się w wysokich temperaturach, aby uniknąć kruchego pękania.
Właściwości stopów magnezu w wysokich temperaturach są istotne w zastosowaniach motoryzacyjnych i lotniczych, gdzie spowalniające pełzanie (odkształcenie) odgrywa ważną rolę w trwałości materiału. Stopy magnezu na ogół mają słabe właściwości pełzania; to niedociągnięcie przypisuje się raczej dodatkom substancji rozpuszczonej niż osnowie magnezowej, ponieważ czysty magnez wykazuje podobną trwałość pełzania jak czyste aluminium, ale stopy magnezu wykazują zmniejszoną trwałość pełzania w porównaniu ze stopami aluminium. Pełzanie stopów magnezu występuje głównie przez przemieszczenie kuponu (Materials Science) , aktywowanym przekroju poślizgu i granicy ziarna ślizgowego . Wykazano, że dodanie niewielkich ilości cynku do stopów Mg-RE zwiększa trwałość pełzania o 600% poprzez stabilizację wydzieleń zarówno na płaszczyźnie podstawowej, jak i pryzmatycznej poprzez zlokalizowane usztywnienie wiązania. Te osiągnięcia umożliwiły stosowanie stopów magnezu w zastosowaniach motoryzacyjnych i lotniczych w stosunkowo wysokich temperaturach. Na zmiany mikrostrukturalne w wysokich temperaturach wpływa również dynamiczna rekrystalizacja w drobnoziarnistych stopach magnezu.
Poszczególne udziały gadolinu i itru w utwardzaniu starzeniowym i wytrzymałości wysokotemperaturowej stopów magnezu zawierających oba pierwiastki badano stosując stopy o różnych stosunkach molowych Gd:Y 1:0, 1:1, 1:3 i 0:1 przy stałej Zawartość Y+Gd 2,75% mol. Wszystkie badane stopy wykazują niezwykłe utwardzanie starzeniowe przez wytrącanie fazy β o strukturze krystalicznej DO19 i fazy β o strukturze krystalicznej BCO, nawet w temperaturach starzenia wyższych niż 200 °C. Oba osady są obserwowane w próbkach w wieku szczytowym. Wydzielenia przyczyniające się do utwardzenia starzeniowego są drobne, a ich ilość wzrasta wraz ze wzrostem zawartości Gd, co skutkuje zwiększoną twardością szczytową, wytrzymałością na rozciąganie i naprężeniem plastycznym 0,2%, ale zmniejszonym wydłużeniem. Z drugiej strony wyższa zawartość Y zwiększa wydłużenie stopów, ale skutkuje zmniejszoną wytrzymałością.
Pomimo aktywnej natury metalu, magnez i jego stopy mają dobrą odporność na korozję w powietrzu w STP. Szybkość korozji jest niska w porównaniu z rdzewieniem miękkiej stali w tej samej atmosferze. Zanurzenie w słonej wodzie jest problematyczne, ale osiągnięto dużą poprawę odporności na korozję w słonej wodzie, zwłaszcza w przypadku materiałów przerabianych plastycznie, poprzez redukcję niektórych zanieczyszczeń, zwłaszcza niklu i miedzi, do bardzo niskich proporcji lub zastosowanie odpowiednich powłok.
Produkcja
Praca na gorąco i na zimno
Stopy magnezu szybko twardnieją przy każdym rodzaju obróbki na zimno, a zatem nie mogą być ekstensywnie formowane na zimno bez powtórnego wyżarzania . Ostre zginanie, wirowanie lub rysowanie należy wykonywać w temperaturze około 500 do 600 ° F (260 do 316 ° C), chociaż delikatne zginanie wokół dużych promieni można wykonać na zimno. Powolne formowanie daje lepsze rezultaty niż szybkie formowanie. Kucie prasowane jest preferowane od kucia młotkowego, ponieważ prasa zapewnia dłuższy czas na przepływ metalu. Zakres kucia tworzyw sztucznych wynosi od 260 do 427 °C od 500 do 800 °F. Metal obrabiany poza tym zakresem jest łatwo łamany ze względu na brak dostępnych mechanizmów odkształcania.
Odlew
W odlewnictwie stosuje się stopy magnezu, zwłaszcza stopy utwardzane wydzieleniowo . Stosowane są metody odlewania piaskowego, form trwałych i odlewania ciśnieniowego, ale odlewanie gipsu w Paryżu nie zostało jeszcze udoskonalone. Odlewanie piasku w formach do zielonego piasku wymaga specjalnej techniki, ponieważ magnez reaguje z wilgocią w piasku, tworząc tlenek magnezu i uwalniając wodór. Tlenek tworzy na powierzchni odlewu sczerniałe obszary zwane oparzeniami, a uwolniony wodór może powodować porowatość. Inhibitory takie jak siarka, kwas borowy, glikol etylenowy lub fluorek amonu są mieszane z wilgotnym piaskiem, aby zapobiec reakcji. Wszystkie formy zasilane grawitacyjnie wymagają bardzo wysokiej kolumny stopionego metalu, aby ciśnienie było wystarczająco duże, aby wypchnąć pęcherzyki gazu z odlewu i sprawić, by metal nabrał szczegółów formy. W większości warunków grubość ścianki odlewu powinna wynosić co najmniej 5/32 cala. We wszystkich narożach wklęsłych należy zastosować bardzo duże zaokrąglenia, ponieważ koncentracja naprężeń w odlewach magnezowych jest szczególnie niebezpieczna. Odlewy do form trwałych są wykonane z tych samych stopów i mają mniej więcej takie same właściwości fizyczne jak odlewy w formach piaskowych. Ponieważ skurcz magnezu podczas krzepnięcia jest mniej więcej taki sam jak w przypadku aluminium, formy aluminiowe można często przystosować do wykonywania odlewów ze stopów magnezu (chociaż może być konieczna zmiana bramkowania). Odlewy ciśnieniowe zimnokomorowe wykorzystywane są do seryjnej produkcji małych części. Szybkie krzepnięcie spowodowane kontaktem ciekłego metalu z zimną matrycą daje odlew o gęstej strukturze o doskonałych właściwościach fizycznych. Wykończenie i dokładność wymiarowa są bardzo dobre, a obróbka jest konieczna tylko tam, gdzie wymagana jest ekstremalna dokładność. Zwykle odlewy te nie są poddawane obróbce cieplnej.
Spawanie, lutowanie i nitowanie
Wiele standardowych stopów magnezu można łatwo spawać za pomocą sprzętu do spawania gazowego lub oporowego, ale nie można ich ciąć palnikiem tlenowym. Stopy magnezu nie są spawane z innymi metalami, ponieważ mogą tworzyć się kruche związki międzymetaliczne lub ponieważ połączenie metali może sprzyjać korozji. Jeżeli dwie lub więcej części są ze sobą zespawane, ich składy muszą być takie same. Lutowanie stopów magnezu jest możliwe tylko do zatykania wad powierzchniowych części. Luty są jeszcze bardziej korozyjne niż w przypadku aluminium, a części nigdy nie powinny wytrzymywać naprężeń. Połączenia nitowane w konstrukcjach ze stopów magnezu zwykle wykorzystują nity aluminiowe lub nity ze stopów aluminiowo-magnezowych. Nity magnezowe nie są często używane, ponieważ muszą być wbijane, gdy są gorące. Otwory na nity powinny być wiercone, zwłaszcza w przypadku grubych blach i profili wyciskanych, ponieważ wykrawanie powoduje szorstką krawędź otworu i koncentrację naprężeń.
Obróbka
Szczególną atrakcją stopów magnezu są ich wyjątkowo dobre właściwości skrawania , pod tym względem przewyższają nawet wkręcanie mosiądzu. Moc wymagana do ich cięcia jest niewielka i można stosować bardzo wysokie prędkości (w niektórych przypadkach 5000 stóp na minutę). Najlepsze narzędzia skrawające mają specjalne kształty, ale można zastosować narzędzia do obróbki innych metali, choć daje to nieco mniejszą wydajność. Gdy magnez jest cięty z dużą prędkością, narzędzia powinny być ostre i powinny ciąć przez cały czas. Tępe, ciągnące narzędzia pracujące z dużą prędkością mogą generować wystarczająco dużo ciepła, aby zapalić drobne wióry. Ponieważ wióry i pył powstający podczas szlifowania mogą stanowić zagrożenie pożarowe, szlifowanie należy wykonywać za pomocą chłodziwa lub urządzenia do zagęszczania pyłu pod wodą. Młynek magnezowy nie powinien być używany również do metali żelaznych, ponieważ iskra może zapalić nagromadzony pył. Jeśli wybuchnie ogień magnezowy, można go zdusić żeliwnymi wiórami lub suchym piaskiem lub innymi materiałami przygotowanymi specjalnie do tego celu. Nigdy nie należy używać gaśnic wodnych lub płynnych, ponieważ mają one tendencję do rozpraszania ognia. W rzeczywistości znacznie trudniej jest zapalić wióry magnezowe i pył, niż się zwykle przypuszcza, i z tego powodu nie stwarzają one dużych trudności w obróbce. Specjalne techniki, które muszą być stosowane przy wytwarzaniu magnezu (obróbka, odlewanie i łączenie) znacznie zwiększają koszty produkcji. Przy wyborze między aluminium a magnezem lub daną częścią podstawowy koszt metalu może również nie dać dużej korzyści, ale zwykle operacje produkcyjne sprawiają, że magnez jest bardziej przystępny cenowo. Być może nie ma grupy stopów, w których wytłaczanie jest ważniejsze niż te, ponieważ stosunkowo gruboziarnista struktura odlewanego materiału sprawia, że większość z nich jest zbyt podatna na pękanie, aby można było pracować innymi sposobami, dopóki nie zostanie nadana dostateczna deformacja udoskonalić ziarno. Dlatego też, z wyjątkiem jednego lub dwóch stopów miękkich, obróbka skrawaniem jest niezmiennie wstępnym etapem przed innymi procesami kształtowania.
Wytłaczanie na gorąco
Wytłacza się niewiele czystego magnezu , ponieważ ma on dość słabe właściwości, zwłaszcza jeśli chodzi o naprężenie plastyczne. Pierwiastki stopowe będące obecnie głównym przedmiotem zainteresowania to aluminium, cynk, cer i cyrkon; mangan jest również zwykle obecny, ponieważ chociaż ma niewielki wpływ na wytrzymałość, pełni cenną funkcję w poprawie odporności na korozję. Jeden ważny dwuskładnikowy stop, zawierający do 2,0% manganu, jest szeroko stosowany do produkcji blach walcowanych. Jest stosunkowo miękki i łatwiejszy do wytłaczania niż inne stopy, a także jest jednym z nielicznych, które można walcować bezpośrednio bez wstępnego wytłaczania. W Wielkiej Brytanii profile są wykonane z kęsów o średnicy 2,87-12 cali (73-305 mm). Na prasach o różnej mocy w zakresie 600-3500 ton; normalne maksymalne naciski na kęs wynoszą 30-50 ton/m2. w Stanach Zjednoczonych firma chemiczna Dow zainstalowała niedawno prasę o wadze 13 200 ton, która może obsługiwać kęsy do 32 cali. Technika wytłaczania jest zasadniczo podobna do tej w przypadku stopów na bazie aluminium, ale według Wilkinsona i Foxa konstrukcja matryc wymaga specjalnego rozważenia i, w ich zdaniem, powinny uwzględniać krótkie długości łożysk i ostre wpisy matrycy. Wyciskanie rur ze stopów AM503, ZW2 i ZW3 jest teraz wykonywane z matrycami mostkowymi. (Stopy zawierające aluminium nie spawają się zadowalająco.) W przeciwieństwie do wcześniejszej praktyki stosowania kęsów wierconych, przebijanie trzpieni jest obecnie stosowane w wytłaczaniu rur o dużej średnicy ze stopu ZW3.
Sztywność stopów w kierunku wytłaczania zwiększa się proporcjonalnie do ilości zawartych w nich pierwiastków utwardzających, a stosowana temperatura jest na ogół wyższa im większa ich ilość. Na temperaturę kęsów ma również wpływ wielkość przekrojów, która jest wyższa w przypadku dużych redukcji, ale zwykle mieści się w zakresie 250–450 ° C (482–842 ° F). Temperatury pojemników powinny być identyczne lub tylko nieznacznie wyższe niż temperatura kęsów. Wstępne podgrzewanie kęsów musi być prowadzone równomiernie, aby w jak największym stopniu promować jednorodną strukturę poprzez absorpcję związków, takich jak Mg4Al, obecnych w stopach.
Fox podkreśla, że dotyczy to również stopów aluminium. Ważna jest początkowa struktura kęsa, a metody odlewania, które prowadzą do drobnego ziarna, są warte zachodu. W grubym materiale obecne są większe cząstki związków, które są mniej łatwo rozpuszczalne i mają tendencję do powodowania gradientu roztworu. W stopach magnezu powoduje to naprężenia wewnętrzne, ponieważ rozpuszczeniu towarzyszy niewielki skurcz, a także może wpływać na równomierność odpowiedzi na późniejszą obróbkę cieplną.
Dwuskładnikowy stop magnezowo-manganowy (AM505) jest łatwo wytłaczany pod niskim ciśnieniem w zakresie temperatur od 250 do 350 °C (482 do 662 °F). które są stosunkowo niewrażliwe na warunki wytłaczania. Dobry stan powierzchni wytłoczki uzyskuje się tylko przy dużych prędkościach, rzędu 50-100 stóp na minutę.
W przypadku stopów zawierających aluminium i cynk, a zwłaszcza stopów o wyższej zawartości glinu, takich jak AZM i AZ855, przy dużych prędkościach powstają trudności z powodu zwarcia na gorąco. W warunkach zbliżonych do równowagi magnez jest w stanie rozpuścić około 12% aluminium, ale w odlewanych kęsach zwykle granicę rozpuszczalności stanowi 4-5 procent. Stopy zawierające 6% Al lub więcej zawierają zatem Mg4Al3, który w temperaturze 435°C tworzy topnienie eutektyczne. Temperatura wytłaczania może wahać się od 250 do 400°C (482 do 752°F), ale przy wyższych wartościach prędkości są ograniczone do około 12 stóp na minutę. Ciągłe odlewanie poprawia jednorodność tych stopów, a wodne chłodzenie matryc lub stożkowe podgrzewanie kęsów dodatkowo ułatwia ich wytłaczanie.
Wprowadzenie stopów magnezowo-cynkowo-cyrkonowych ZW2 i ZW3 stanowi z wielu powodów znaczny postęp w technologii stopów magnezu. Charakteryzują się wysoką wytrzymałością, ale ponieważ nie zawierają aluminium, odlewany kęs zawiera tylko niewielkie ilości drugiej fazy. Ponieważ temperatura solidusu wzrasta o około 100°C (180°F), ryzyko zwarcia na gorąco przy stosunkowo dużych prędkościach wytłaczania jest znacznie zmniejszone. Jednak właściwości mechaniczne są wrażliwe na czas podgrzewania wlewków, temperaturę i prędkość wytłaczania, Długie czasy podgrzewania oraz wysokie temperatury i prędkości zapewniają właściwości podobne do tych w przypadku starszych stopów zawierających aluminium, Czasy podgrzewania muszą być krótkie, a temperatury i prędkości niskie, aby uzyskać wysokie nieruchomości. Zwiększenie zawartości cynku do 5 lub 6 procent, jak w amerykańskim stopie ZK60 i ZK61, zmniejsza wrażliwość na szybkość wytłaczania ze względu na właściwości mechaniczne.
Głównym problemem w ich rozwoju jest tworzenie stopów materiałów zawierających cyrkon. Zwykle dodaje się cyrkon z soli – a dokładna kontrola może przynieść dobre wyniki. Dominion Magnesium Limited w Kanadzie opracowało metodę dodawania w konwencjonalny sposób poprzez stop wstępny.
Wyjaśnienie niskich szybkości wytłaczania niezbędnych do pomyślnego wytłaczania niektórych stopów magnezu nie leży w zewnętrznych przyczynach przedstawionych dla innych metali. Altwicker uważa, że najważniejsza przyczyna jest powiązana. Ze stopniem powrotu do pierwotnego kształtu kryształu, który jest mniej konkurencyjny, gdy praca jest wykonywana szybko, powodując większe naprężenia i wyczerpanie zdolności do poślizgu w kryształach. Jest to warte rozważenia, ponieważ szybkość rekrystalizacji różni się w zależności od metalu i temperatury. Faktem jest również, że metal obrabiany w uważanym za jego zakres roboczy często może wykazywać wyraźne umocnienie przez zgniot, jeśli jest hartowany bezpośrednio po odkształceniu, co pokazuje, że chwilowa utrata plastyczności może łatwo towarzyszyć szybkiej obróbce.
Dalszy rozwój stopów
Skand i gadolin zostały wypróbowane jako pierwiastki stopowe; stop z 1% manganem, 0,3% skandem i 5% gadolinem zapewnia prawie doskonałą odporność na pełzanie w temperaturze 350C. Skład fizyczny tych wieloskładnikowych stopów jest skomplikowany, ponieważ tworzą się płytki ze związków międzymetalicznych, takich jak Mn 2 Sc. Wykazano, że dodanie cynku do stopów Mg-RE znacznie zwiększa trwałość pełzania poprzez stabilizowanie wydzieleń RE. Erb był również uważany za dodatek.
Stopy magnezowo-litowe
Dodanie 10% litu do magnezu daje stop, który może być używany jako ulepszona anoda w akumulatorach z katodą z dwutlenku manganu. Stopy magnezu litu zwykle miękkie i ciągliwego i gęstość 1,4 g / cm 3 jest atrakcyjne dla zastosowań kosmicznych.
Symulacje mechaniki kwantowej zostały wykorzystane do przewidzenia powstawania uporządkowanych stopów magnezowo-litowych. Interesujące w stosunku do produkcji, przewiduje się, że dodanie ponad 13 at. % litu daje uporządkowane fazy o strukturze sześciennej.
Niepalne stopy magnezu
Dodanie 2% wagowo wapnia do stopu magnezu AM60 daje w wyniku niepalny stop magnezu AMCa602. Wyższa reaktywność wapnia na utlenianie powoduje, że przed zapaleniem magnezu tworzy się warstwa tlenku wapnia. Temperatura zapłonu stopu jest podwyższona o 200–300 K. Do obróbki skrawaniem nie jest wymagana atmosfera beztlenowa.