Магний и его сплавы. Магний — пластичный металл серебристо-белого цвета

Магний — пластичный металл серебристо-белого цвета. Это один из наиболее легких цветных металлов, его плотность составляет 1,74 г/см³. Температура плавления магния 651 °С. Он имеет ком­пактную гексагональную кристаллическую решетку. Магний неус­тойчив против коррозии, особенно во влажной среде (поверхностная окисная пленка не защищает его). Растворим во многих минераль­ных и органических кислотах. Горюч (сгорая, дает ослепительное пламя), самовоспламеняем (однако магний в виде слитков неогнеопа­сен). Устойчив против щелочей, фтористых солей, плавиковой кис­лоты. Механические свойства его зависят от чистоты и способа изготовления образцов для испытания (литые, деформированные). Предел прочности магния σ_B=110÷196 МПа (11,5-20 кгс/мм²), относительное удлинение δ = 8 ÷ 11,5 %, твердость 35-130 НВ.

Чистый магний как конструкционный материал не применяют. В промышленности используют магниевые сплавы. В металлургии с помощью магния осуществляют раскисление и обессеривание не­которых металлов и сплавов, модифицируют серый чугун в целях получения графита шаровидной формы, производят трудно восста­навливаемые металлы (например, титан). Смеси порошка магния с окислителями служат для изготовления осветительных и зажи­гательных ракет в реактивной технике и пиротехнике. Соедине­ния магния применяют в производстве строительных материалов (цемента, ксилолита, фибролита и др.).

Первичный магний в чушках предназначен для переплавки в слитки, производства сплавов и других целей.

ГОСТ 804-93 предусматривает три марки первичного магния: Мг98, Мг95 (Mg99,95), Mг90 (Mg99,9). Массовая доля примесей в каждом из этих металлов соответственно составляет 0,04, 0,05 и 0,1 %. Цифра после запятой обозначает содержание магния в процентах.

Свойства магния значительно улучшаются за счет легиро­вания. Алюминий и цинк с массовой долей до 7 % повышают его механические свойства, марганец улучшает его сопротивление коррозии и свариваемость, цирконий, введенный в сплав вместе с цинком, измельчает зерно, повышает механические свойства и сопротивление коррозии, торий улучшает жаропрочность, берил­лий уменьшает окисляемость при плавке, литье и термической об­работке.

Титан и его сплавы

Титан — металл серебристо-белого цвета. Это — один из наи­более распространенных в природе элементов. Среди других эле­ментов по распространенности в земной коре (0,61 %) он занимает десятое место. Титан легок (плотность его 4,5 г/см³), тугоплавок (температура плавления 1665 °С), весьма прочен и пластичен. На поверхности его образуется стойкая окисная пленка, за счет которой он хорошо сопротивляется коррозии в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах. Титан устойчив против кавитационной коррозии и под напряжением. При температурах до 882 °С он имеет гексагональную плотно упакованную решет­ку, при более высоких температурах — объемно-центрирован­ный куб. Механические свойства листового титана зависят от хи­мического состава и способа термической обработки. Предел прочности σ_в= 300 ÷ 1200 МПа (30-120 кгс/мм²), относительное удлинение δ = 4 ÷ 30 %. Предел прочности титановых сплавов σ_в =350 ÷ 1000 МПа (35-100 кгс/мм²), относительное удлинение δ = 4 ÷ 10 %.

Вредными примесями титана являются азот, углерод, кислород и водород. Они снижают его пластичность и свариваемость, повы­шают твердость и прочность, ухудшают сопротивление коррозии. При температурах свыше 500 °С титан и его сплавы легко окисля­ются, поглощая водород, который вызывает охрупчивание (водо­родная хрупкость). При нагреве до температуры выше 800 °С ти­тан энергично поглощает кислород, азот и водород — эта способ­ность его используется в металлургии для раскисления стали. Ти­тан хорошо обрабатывается давлением и сваривается, но плохо поддается резанию. Он служит легирующим элементом для дру­гих цветных металлов и стали.

Благодаря своим замечательным свойствам титан и его спла­вы нашли широкое применение в само лето -, ракето - и судострое­нии. Из титана и его сплавов изготовляют полуфабрикаты; листы, трубы, прутки и проволоку. Двуокись титана применяют при про­изводстве белил и эмалей.

Основными промышленными минералами для получения тита­на являются: ильменит, рутил, неровскит и сфен (титанит). Про­мышленный титан — один из «молодых» конструкционных мате­риалов. В нашей стране его производство начато в 1954 г. Техно­логия получения титана сложна, трудоемка и длительна: сначала вырабатывают титановую губку, затем путем переплавки в ваку­умных печах из нее производят ковкий титан.

Губчатый титан, получаемый магниетермическим способом (ГОСТ 17746-79), служит исходным материалом для производ­ства титановых сплавов и других целей. В зависимости от хими­ческого состава и механических свойств стандартом установлены следующие марки губчатого титана: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-Тв.

Буквы ТГ означают — титан губчатый, Тв — твердый; цифры означают твердость по Бринеллю. В губчатый титан входят приме­си: железо — до 0,2 %, кремний — до 0,04 %, никель — до 0,05 %, углерод — до 0,05 %, хлор — до 0,12 %, азот — до 0,04 %, кислород — до 0,1 % (титан ТГ-Тв имеет более широкий допуск по массовой доле примесей).

Для изготовления полуфабрикатов предназначены титан и ти­тановые сплавы, обрабатываемые давлением (ГОСТ 19807-91). В зависимости от химического состава стандарт предусматривает следующие марки: ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ1-2, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТбс, ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ20, ВТ22, ПТ-7М, ПТ-ЗВ, АТЗ.

Основные компоненты сплавов: алюминий — 0,2-0,7 %, мар­ганец — 0,2-2 %, молибден — 0,5-5,5 %, ванадий — 0,8-5,5 %, цирконий — 0,8-3 %, хром — 0,5-2,3 %, олово — 2-3 %, кремний — 0,15-0,40 %, железо — 0,2-15 %. Примесями являются: углерод — до 0,1 %, железо — до 0,30 %, кремний — до 0,15 %, цирконий — до 0,3 %, кислород — до 0,2 %, азот — до 0,05 %, водород — до 0,015 %. Железо, кремний и цирконий в зависимос­ти от марки сплава могут быть основными компонентами или примесями.