Историческая справка

Аккумуляторы

Магниево-серные батареи - являются одними из самых перспективных, превосходя в теории ёмкость ионо-литиевых, однако, пока эта технологи находится на стадии лабораторных исследований в силу непреодолённости некоторых технических препятствий. ^[3]

Магниевые сплавы, сплавы на основе магния. Наиболее прочные, в том числе и наиболее жаропрочные, М. с. разработаны на основе систем магний — металл с ограниченной растворимостью в твёрдом магнии. Вследствие высокой химической активности магния выбор металлов, пригодных для легирования М. с., сравнительно невелик. М. с. разделяются на 2 основные группы: литейные — для производства фасонных отливок и деформируемые — для производства полуфабрикатов прессованием, прокаткой, ковкой и штамповкой.

Первые М. с. появились в начале 20 века (под названием "электрон", теперь мало употребляемым). Значение конструкционных промышленных материалов М. с. приобрели в конце 20-х — начале 30-х годов 20 века, то есть почти через 100 лет после того как французский химик А. Бюсси впервые выделил магний в чистом виде (1828). До конца 40-х годов применялись главным образом сплавы на основе систем Mg — Al — Zn и Mg — Mn. Дальнейшему прогрессу в области создания М. с. способствовало открытие модифицирующего и рафинирующего действия циркония. В 50-х годах начали применяться сплавы на основе систем Mg — Zn — Zr, Mg — p. з. м. (редкоземельный металл) — Zr (или Mn), Mg — Th, а также сверхлёгкие сплавы на основе системы Mg — Li. Производство и потребление магния и М. с. возрастает. Мировое производство магния к началу 2-й мировой войны 1939—45 составило около 50 тысяч т, в 1969 ~ 2 млн. т, из них ~ 40—50% расходуется на производство отливок и деформированных полуфабрикатов.

Химический состав наиболее широко применяемых М. с. дан в таблице 1. В промышленных М. с. содержатся добавки Al, Zn, Mn, Zr и редкоземельных металлов (цериевый мишметалл, La, Nd, Y), Th, Ag, Cd, Li, Be и др. Общее количество добавок в наиболее легированных М. с. достигает 10—14%. Вредными примесями являются Ni, Fe, Si и Cu, которые снижают коррозионную стойкость М. с. В М. с. с Zr ограничивают содержание примесей Al и Si, так как в присутствии этих элементов Zr не растворяется в расплавленном магнии, образуя с ними тугоплавкие нерастворимые соединения. Растворимость циркония в магнии уменьшают также примеси Fe, Mn и Н. Малые количества Be (иногда Ca) используют в качестве технологических добавок для снижения окисляемости М. с. в расплавленном состоянии.

Таблица 1. – Химический состав и механические свойства наиболее широко применяемых в СССР магниевых сплавов (1 Мн/м² = 0,1 кгс/мм²)

Тип сплава	Химический состав, %
основные компоненты	примеси, не более
Al	Zn	Mn	Zr	Nd	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mn	Be	Ca
Литейные сплавы
Mg – Al – Zn		0,5	0,2	–	–	–	0,25	0,06	0,01	0,1	–	0,002	0,1
		0,5	0,2	–	–	–	0,08	0,007	0,001	0,004	–	0,002	–
Mg – Zn – Zr	–	4,5	–	0,7	–	0,02	0,03	0,01	0,005	0,03	–	0,001	–
Mg – Nd – Zr	–	0,4	–	0,7	2,5	0,02	0,03	0,01	0,005	0,03	–	0,001	–
Деформируемые сплавы
Mg – Al – Zn			0,5	–	–	–	0,15	0,05	0,005	0,05	–	0,02	0,1
Mg – Zn – Zr	–	5,5	–	0,5	–	0,05	0,05	0,05	0,005	0,05	0,1	0,02	–

Тип сплава	Сумма определяемых примесей	Механические свойства при 20 °C	Вид термической обработки	Предельные рабочие температуры, °C	Назначение
Мн/м^2	s, %	длительно	Кратко времен- но
s0,2	sb
Литейные сплавы
Mg – Al – Zn	0,5				Закалка; закалка и старение			Сплав общего назначения
	0,14				То же			То же, имеет повышенную коррозионную стойкость
Mg – Zn – Zr	0,2				Отпуск			Нагруженные детали (барабаны колёс, реборды и др.)
Mg – Nd – Zr	0,2				Закалка и старение			Жаропрочный сплав. Нагруженные детали; детали, требующие высокой герметичности, стабильности размеров
Деформируемые сплавы
Mg – Al – Zn	0,3^1				Отжиг			Панели, штамповки сложной конструкции, сварные конструкции
Mg – Zn – Zr	0,3^1	250 – 300^2	310 – 350^2	100–140	Старение			Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок

¹ Для деформируемых сплавов указано содержание прочих примесей.

² Максимальные значения – для пресcованных полуфабрикатов.

Физические свойства м. с. даны в таблице 2. М. с. являются самым лёгким металлическим конструкционным материалом. Плотность (d) М. с. в зависимости от состава колеблется в пределах 1360—2000 кг/м³. Наименьшую плотность имеют магний-литиевые сплавы. Плотность наиболее широко применяемых М. с. равна 1760—1810 кг/м³, то есть примерно в 4 раза меньше плотности стали и в 1,5 раза меньше плотности алюминиевых сплавов. Благодаря малой плотности детали из М. с. обладают высокой жёсткостью: относительная жёсткость при изгибе двутавровых балок одинаковой массы и ширины для стали равна 1, для алюминия 8,9, для магния 18,9. М. с. имеют высокую удельную теплоёмкость. Температура поверхности детали из М. с. при одинаковом количестве поглощённого тепла в 2 раза ниже по сравнению с температурой детали из малоуглеродистой стали и на 15—20% ниже, чем детали из алюминиевого сплава. Коэффициент термического расширения М. с. в среднем на 10—15% больше, чем у алюминиевых сплавов.

Таблица 2. – Физические свойства наиболее широко применяемых магниевых сплавов

Тип сплава	Плотность, кг/м^3	Коэффициент линейного расширения при 20—100 °C a·10^6, 1/°C	Коэффициент теплопроводности, вт/м·K	Удельная теплоёмкость, кдж/кг·K	Удельное электро- сопротивление r·10^6, ом·см
Литейные сплавы
Mg – Al – Zn		26,8		1,05	13,4
Mg – Zn – Zr		26,2		0,98	6,6
Mg – Nd – Zr		27,7		0,963	8,4
Деформируемые сплавы
Mg – Al – Zn			83,8	1,05
Mg – Zn – Zr		20,9		1,03	5,65

Механические свойства наиболее широко применяемых в промышленных М. с. представлены в таблице 1. Максимальный уровень механических свойств литейных М. с. достигнут на высокопрочных сплавах системы Mg — Zn — Ag — Zr: предел текучести s_0,2 = 260—280 Мн/м² (26—28 кгс/мм²), предел прочности s _b = 340—360 Мн/м² (34—36 кгс/мм²), относительное удлинение d = 5%. Специальные технологические приёмы (например, подштамповка) позволяют увеличить s _b до 400—420 Мн/м² (40—42 кгс/мм²). Уровень свойств самых высокопрочных деформируемых М. с.: s _0,2 = 350 Мн/м² (35 кгс/ мм²), s _b = 420 Мн/м² (42 кгс/мм²), d = 5%. Предельная рабочая температура высокопрочных сплавов 150 °С. Самые жаропрочные М. с. (литейные и деформируемые) систем Mg — р. з. м. и Mg — Th пригодны для длительной эксплуатации при 300—350 °С и кратковременной — до 400 °С. По удельной прочности (s_b/ d) высокопрочные литейные М. с. имеют преимущества по сравнению с алюминиевыми сплавами, самые высокопрочные деформируемые находятся на одном уровне с наиболее высокопрочными деформируемыми алюминиевыми сплавами (или несколько уступают им). Модуль упругости М. с. равен 41—45 Гн/м² (4100—4500 кгс/мм²) (³/₅ модуля алюминиевых сплавов, ¹/₅ модуля сталей), модуль сдвига составляет 16—16,5 Гн/м² (1600—1650 кгс/мм²). При низких температурах модуль упругости, пределы текучести и прочности М. с. увеличиваются, а удлинение и ударная вязкость снижаются; резкого падения пластичности, характерного для низколегированных конструкционных сталей, у М. с. не наблюдается.

Дата добавления: 2014-11-18