Материал: Технологические основы современных способов сварки. учебное пособие. Пешков В.В., Коломенский А.Б

Примечание: Оценки свариваемости: А - хорошая, Б - удовлетворительная,

Д - плохая (сварка не рекомендуется).

Лишь в начале 30-х гг. ХХ в. были разрешены основные металлургические проблемы производства магния, и началось его промышленное освоение.

Судьбу магния как конструкционного материала решила

6

авиационная техника. Магний отличается малой плотностью; он в 1,6 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче железа.

Магниевые сплавы хорошо поглощают вибрацию, что имеет большое значение при их применении в авиации и ракетной технике. Удельная вибропрочность магниевых сплавов примерно в 100 раз больше, чем у дуралюминов, и примерно в 20 раз больше, чем у легированной стали. Магниевые сплавы превосходят алюминиевые сплавы и стали по удельной жёсткости при кручении и изгибе.

Вместе с тем магний и его сплавы обладают рядом недостатков. Они значительно уступают алюминию по пластичности, технологичности, особенно при температурах, близких к комнатной и ниже её. Модуль нормальной упругости магния примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и почти в 5 раз меньше, чем у стали. Коррозионная стойкость магния и его сплавов также ниже по сравнению с алюминием и сплавами на его основе.

Плотность магния при 20°С составляет 1,74 г/см3. Магний плавится при 650°С и кипит при 1107°С, полиморфных модификаций не имеет и во всём интервале температур ниже точки плавления сохраняет гексагональную плотноупакованную решётку. Теплопроводность магния в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, но больше, чем у стали. Коэффициенты линейного расширения магния и алюминия примерно одинаковы (при

25°С - 2,6 10-5,°С-1). Электросопротивление магния почти в 2 раза больше, чем у алюминия.

Из-за гексагональной решётки магний при отрицательных и комнатных температурах обладает невысокой пластичностью, т. к. деформация металла, осуществляемая по механизму сдвига, происходит лишь по одной плоскости. При на-

греве до 200-300°С в магнии появляются ещё две плоскости скольжения и плоскость двойникования. В результате его пластичность возрастает.

Невысокая пластичность магния обусловливает также его

7

плохую свариваемость и технологичность при обработке давлением.

Магний – химически активный металл. На воздухе при низких температурах на его поверхности образуется аморфная оксидная плёнка сравнительно небольшой толщины (около 10

нм), но выше 475°С скорость окисления магния резко возрас-

тает. При нагреве на воздухе до 550-600°С магний воспламеняется.

Оксидная плёнка, образующаяся на магнии, рыхлая, пористая, непрочная, не обладает защитными свойствами. Плотность MgO (3,15 г/см3) значительно больше, чем магния. Соединение магния с кислородом нерастворимо в расплавленном

металле и имеет температуру плавления (2800°С) значительно выше, чем у металла (650°С). Присутствие оксидов на поверхности сварочной ванны препятствует сплавлению основного и присадочного металлов.

Чистый магний характеризуется невысокой прочностью и

малой пластичностью: σв = 80-100 МПа; σ0,2 = 21 МПа; δ = 6-10 %. По этой причине в промышленности в качестве конструк-

ционного материала используются только сплавы на основе магния, прочностные свойства которых значительно выше.

Магний так же, как и алюминий, не образует непрерывных твёрдых растворов с другими металлами. Основными легирующими добавками, вводимыми в магниевые сплавы, являются алюминий, цинк, марганец.

В некоторые сплавы в виде добавок вводят церий, кальций, бериллий, а в новые сплавы – цирконий, неодим, иттрий и торий. Примесями в магниевых сплавах являются железо, кремний, медь и щелочные металлы – натрий и калий.

Для обеспечения лучшего сопротивления коррозии полуфабрикаты из деформируемых магниевых сплавов подвергаются оксидированию. Особые свойства каждого сплава предопределяют области применения и преимущественное изготовление из него определенных полуфабрикатов (табл. 1.2).

8

Таблица 1.2 Области применения и свойства деформируемых магние-

вых сплавов

Примечание. Свариваемость и стойкость против общей коррозии оценивают по трехбалльной системе. Высшим баллом является балл 1.

К числу наиболее часто применяемых при сварке отно-

9

сятся сплавы МА1, МА2 и МА3; их временная сопротивляемость разрыву составляет 190-210, 240 и 220-230 МПа соответственно. Сплавы МА1, МА2, МА2-1, МА8, МА9 термообработкой не упрочняются. Сплав ВМ65-1 упрочняется на 10-30 МПа в результате старения. Сплав МА11 подвергается закалке и старению.

Среди неупрочняемых сплавов широкое применение находят сплавы на основе двух систем: Mg-А1-Мn и Mg-А1-Zn- Mn.

Следует также отметить новый отечественный сплав системы магний - литий, содержащий 10-11,5 % Li. Сплав облада-

ет относительно небольшой прочностью (σв = 160 МПа), но низкая плотность (1,5 г/см3) позволяет получить высокую прочность конструкции при малом её весе. Этот сплав хорошо сваривается аргонодуговым способом.

1.3. Титан и его сплавы

Титан по содержанию в земной коре занимает 4-е место среди конструкционных металлов: после алюминия, железа и магния. До сравнительно недавнего времени титан применялся лишь как легирующая добавка к чёрным металлам.

Появление промышленного титана относится к 1950 г. С этого времени его производство и применение начало возрастать. Наиболее широко титановые сплавы используются в космической и авиационной технике, что связано, прежде всего, с их высокой удельной прочностью вплоть до температур 400-

450°С и коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах.

Титан - полиморфный металл, может находиться в виде двух аллотропных модификаций: низкотемпературной α, устойчивой до 862,5 °С и имеющей гексагональную плотноупа-

кованную решётку (ГПУ), и высокотемпературной β с объем- но-центрированной кубической решеткой (ОЦК). В чистом ти-

тане при нормальной температуре не удаётся сохранить β-фазу

10