Allo stato attuale, la leggerezza dei prodotti in metallo nel settore aerospaziale, dei trasporti automobilistici e in altri settori è diventata un hotspot di ricerca. Le leghe di magnesio sono una lega composta da magnesio come matrice e altri elementi. È il più leggero nei metalli pratici e ha ricche riserve. Le leghe di magnesio hanno grandi vantaggi in termini di leggerezza e hanno attirato molta attenzione. Le leghe di magnesio hanno molti vantaggi, come l'elevata resistenza specifica, la buona formabilità termica, la buona lavorabilità e biocompatibilità, l'eccellente smorzamento e schermatura elettromagnetica e la degradabilità. Hanno un grande potenziale nella riduzione del peso dei prodotti metallici e sono anche molto apprezzati in biomedicina. I principali problemi nello sviluppo delle leghe di magnesio al momento: (1) a causa della struttura esagonale intrinseca del magnesio, la capacità di formare plastica delle leghe di magnesio è scarsa ed è difficile formare parti complesse; (2) La lega di magnesio ha una scarsa resistenza alla corrosione, che limita notevolmente la sua applicazione in vari campi. Come migliorare la resistenza alla corrosione delle leghe di magnesio merita ulteriori studi.
1 Classificazione delle leghe di magnesio
Attualmente, le leghe di magnesio contengono principalmente alluminio (AL), zinco (Zn), manganese (MN), zirconio (Zr) e altri elementi in lega, nonché elementi metallici delle terre rare come il renio (RE). Diversi tipi e contenuti di elementi di lega aggiunti alle leghe di magnesio avranno un grande impatto sulle proprietà delle leghe di magnesio. Generalmente, quando il contenuto di zzn non supera il 22%, la resistenza allo scorrimento dei getti in lega di magnesio può essere migliorata; Una quantità appropriata di elementi MMN può migliorare la resistenza al calore e alla corrosione della lega di magnesio e rimuovere l'elemento dannoso FFE in una certa misura nel processo di fusione; Una corretta quantità di elementi AAL può migliorare efficacemente le proprietà di fusione delle leghe di magnesio; L'aggiunta di metalli delle terre rare appropriati può generalmente migliorare la fluidità della lega, ridurre la porosità di restringimento, perfezionare la granulometria della lega e migliorare la resistenza e la plasticità. Secondo i tipi di leghe aggiunte, le leghe di magnesio possono essere approssimativamente suddivise nelle seguenti serie:
- (1) Serie Mg Al Zn. Questa serie di leghe sono le prime leghe di magnesio esplorate e applicate dalle persone. Possono essere utilizzati non solo per la fusione, ma anche per l'elaborazione della deformazione. Quando la lega viene fusa e formata, il contenuto dell'elemento Al è del 77% ~ 9%. Quando viene utilizzato per l'elaborazione della deformazione, il contenuto dell'elemento AAL deve essere mantenuto al 33% ~ 5%.
- (2) Serie Mg Al Mn. L'aggiunta di una certa quantità di MMN alla lega di magnesio alluminio non avrà un grande impatto sulle proprietà meccaniche della lega, ma ridurrà leggermente la plasticità della lega. L'aggiunta dell'11% - 25% di MMN migliorerà notevolmente la resistenza alla corrosione da stress della lega e migliorerà significativamente la resistenza alla corrosione e le prestazioni di saldatura della lega.
- (3) Serie Mg Al RE. Questa serie di leghe ha un'eccellente lavorabilità di deformazione. La resistenza e la plasticità delle leghe fuse possono essere notevolmente migliorate dall'estrusione. L'aggiunta dell'elemento delle terre rare RRE può ridurre la granulometria e le proprietà meccaniche complete delle leghe possono essere significativamente migliorate aumentando in modo appropriato il contenuto di AAL.
- (4) Serie Mg Zn Zr. Il contenuto di elementi zzn in questa serie di leghe è generalmente controllato a circa il 66%, che svolge il ruolo di rafforzamento della soluzione di lega e di rafforzamento del trattamento termico. Zzr nella lega può raffinare significativamente i grani della lega e migliorare la resistenza, la plasticità e la resistenza al calore della lega. Il contenuto di Zr è generalmente 00,5% - 0,9%. Viene spesso utilizzato per produrre componenti strutturali con grandi sollecitazioni in aeromobili e veicoli aerospaziali.
- (5) Serie Mg Zn RE. Secondo il diverso contenuto di RRE del metallo delle terre rare, la lega si svilupperà dal rafforzamento della soluzione solida alla seconda fase per rafforzare la matrice. L'aggiunta di re atomi causerà la distorsione del reticolo, ostacolerà il movimento di dislocazione nella struttura o rafforzerà il limite del grano
Sebbene le leghe abbiano molti vantaggi, come l'elevata resistenza specifica, il taglio ad alta velocità, la biocompatibilità e così via, le leghe di magnesio che si possono ottenere attualmente hanno ancora problemi come il taglio della combustione, l'ossidazione ad alta temperatura e così via. Come preparare leghe di magnesio di alta qualità che soddisfano vari standard del settore richiede ancora una ricerca approfondita. La qualità delle leghe di magnesio dipende generalmente dal tipo, dal contenuto e dalla tecnologia di lavorazione degli elementi. Questo documento riassume lo sviluppo delle leghe di magnesio dagli aspetti della tecnologia di produzione, del meccanismo di rafforzamento superficiale e interno e della tecnologia di taglio.
2 Processo di formatura
In base alle proprietà fisiche degli elementi costitutivi della lega di magnesio e alla forma, alle dimensioni e all'applicazione del componente target, vengono generalmente adottati i seguenti 33 diversi processi di formatura:
- (1) Fusione per gravità: utilizzare una lega di magnesio fuso per fondere i componenti per propria gravità. I metodi operativi includono: fusione di stampi metallici, fusione di stampi semi-metallici, fusione di stampi a guscio, fusione di stampi di investimento e fusione di stampi in sabbia. Tra questi, il costo della colata in sabbia è basso, ma l'operazione è relativamente ingombrante, che è adatta per la produzione in piccoli lotti di grandi getti
- (2) Colata a pressione: utilizzare una certa pressione per aiutare la lega a riempire la cavità dello stampo e completare il processo di fusione. In base alla pressione, può essere suddiviso in colata ad alta pressione e colata a bassa pressione. La colata ad alta pressione consiste nello spremere la lega di magnesio liquida o semisolida nella cavità dello stampo ad alta velocità e solidificarla. La dimensione della lega ottenuta con questo metodo è più accurata e il contorno è chiaro; La fusione a bassa pressione consiste nell'utilizzare una pressione inferiore per sollevare il liquido della lega fusa e riempire lo stampo senza intoppi, in modo che possa solidificarsi e crossuare in sequenza, quindi cristallizzare sotto pressione e infine rilasciare la pressione per ottenere getti. Questo metodo può anche ottenere getti di lega di alta qualità. Nel legame di solidificazione del processo di pressofusione, se la velocità di raffreddamento viene aumentata, la grana sarà significativamente raffinata e la resistenza alla trazione e l'allungamento della fusione saranno migliorati [9-11]. Le leghe di magnesio sono adatte per la colata in pressione grazie al loro basso punto di fusione (il magnesio puro è di circa 6650 °C), alla rapida solidificazione, alla bassa viscosità del liquido in lega e alla buona fluidità. Attualmente, la pressofusione sottovuoto, la pressofusione semi-solida e la pressofusione riempita di ossigeno sono spesso utilizzate per la colata a pressione in lega di magnesio.
- (3) Formatura semisolida: la lega di magnesio viene riscaldata alla coesistenza di solido e liquido mediante riscaldamento a induzione ciclica, quindi il materiale viene formato direttamente. Rispetto alla formatura liquida, ha i vantaggi di bassa temperatura di formatura, lunga durata dello stampo, bassi difetti e alta compattezza. Questa tecnologia ha i vantaggi sia della fusione che della formatura plastica allo stato solido. La temperatura di formatura è inferiore allo stato liquido e la resistenza alla deformazione è inferiore allo stato solido. I componenti in lega risultanti hanno un'alta precisione. Attualmente, è stato utilizzato in alcune parti automobilistiche in lega di magnesio e strumenti industriali aerospaziali.
Al fine di perfezionare la granulometria e migliorare le proprietà meccaniche complete, poiché le leghe di magnesio fuso vengono solitamente laminate, estruse, forgiate e altre lavorazioni di plastica. Poiché il tipo reticolare di magnesio della matrice appartiene alla struttura esagonale stretta e la sua lega costituente è generalmente il risultato della distorsione della struttura esagonale stretta, con meno sistema di scorrimento e debole capacità di deformazione plastica, le leghe di magnesio usano spesso il processo di laminazione. Considerando la scarsa capacità di deformazione a freddo delle leghe di magnesio, viene generalmente utilizzata la laminazione a caldo o la laminazione a caldo. La temperatura di laminazione dipende dal tipo e dal contenuto degli elementi in lega, che generalmente è di circa 555 °C al di sotto del solido della lega. La temperatura e la velocità di deformazione appropriate possono raffinare i grani, ridurre la resistenza alla deformazione e migliorare l'efficienza di lavorazione.
3 Applicazione della lega di magnesio
(1) Settore aerospaziale
Con il rapido sviluppo dell'industria aerospaziale e della difesa nazionale, la domanda di materiali strutturali leggeri ad alte prestazioni in Cina è aumentata bruscamente e la leggerezza dei materiali aerospaziali è diventata sempre più importante. Sulla base dell'incontro con varie prestazioni, l'utilizzo della lega di magnesio per realizzare componenti aerospaziali non solo consente di risparmiare risorse, ma favorisce anche il successivo utilizzo di veicoli spaziali e prolunga la sua durata. Inoltre, è anche favorevole a garantire la sicurezza dei veicoli spaziali nel processo di ritorno. Attualmente, la Cina ha fissato corrispondenti obiettivi leggeri nel settore aerospaziale.
(2) Settore del transito ferroviario
La leggerezza dei materiali è di grande importanza per lo sviluppo dell'industria del trasporto ferroviario. La lega di magnesio ritardante di fiamma viene utilizzata nella riduzione del peso del telaio direzionale di transito del transito ferroviario, ma attualmente l'applicazione della lega di magnesio in questo campo non è stata promossa, principalmente perché alcune tecnologie chiave non sono state violate e ha ancora bisogno di un periodo di tempo per testarla ripetutamente per garantire che soddisfi i requisiti di tutti gli aspetti.
(3) Industria automobilistica
La lega di magnesio può far raggiungere al veicolo l'obiettivo della leggerezza e migliorare l'effetto di assorbimento degli urti, che è favorito nel campo della riduzione del peso del veicolo. Può essere utilizzato per realizzare mozzi ruota per automobili, scatole del cambio, coperchi della testata, volanti e staffe dello sterzo, ecc. Per ridurre il peso personale, ridurre il consumo di carburante e proteggere l'ambiente. Tuttavia, le leghe di magnesio non sono ampiamente utilizzate a causa della loro scarsa resistenza alla corrosione e infiammabilità.
(4) Settore medico
La lega di magnesio ha una buona biocompatibilità, degradabilità e densità ossea vicina all'uomo e può essere utilizzata in trattamenti medici. Tuttavia, solo alcune leghe di magnesio sono adatte per il campo medico e le proprietà cambieranno dopo la formazione della lega. Il magnesio può favorire l'assorbimento degli ioni calcio da parte del corpo umano, in modo da accelerare la crescita del tessuto osseo e la guarigione delle ferite e abbreviare il ciclo di trattamento dei pazienti.
(5) Campo militare
L'applicazione della lega di magnesio nelle attrezzature militari può ridurre la qualità delle attrezzature militari e migliorare la mobilità e l'efficacia del combattimento delle truppe. Può essere utilizzato nel cambio, nel corpo del calcio, nel dispositivo di puntamento e in altre parti delle armi da fuoco militari. Può anche essere utilizzato nel mozzo, nel telaio del sedile, nella scatola del cambio e in altre parti di veicoli corazzati, nonché nel dispositivo di trazione, nella scatola di rifornimento di munizioni e nello specchio dell'artigliere di artiglieria e munizioni.
(6) Prodotti elettronici
La lega di magnesio ha i vantaggi di peso leggero, non magnetico, buon assorbimento degli urti e così via. Ha un futuro brillante nel campo dei prodotti elettronici. Perché 33c (computer), rappresentato da computer notebook, telefoni cellulari e fotocamere digitali,
Comunicazione, consumo) i prodotti si sono sviluppati nella direzione della luce, sottile e piccola, e le leghe di magnesio sono sempre più eccezionali. I prodotti elettronici in lega di magnesio non solo hanno un aspetto e un tocco eccellenti, ma hanno anche una buona conduttività termica e rigidità. Lo spessore del guscio del prodotto 33c più sottile è di soli 0,4 mm.
(7) Altri settori
La lega di magnesio è relativamente stabile nella benzina e nell'olio lubrificante e può essere utilizzata per realizzare tubi dell'olio, riduttori e altre parti.
La lega di magnesio ha molti vantaggi, come bassa densità, alta resistenza specifica, buona biocompatibilità e così via. Può ottenere risultati migliori rispetto ad altri materiali metallici o plastici e ha un'ampia prospettiva di applicazione. Allo stesso tempo, dovremmo anche prestare attenzione ai problemi esistenti nella produzione e nell'uso delle leghe di magnesio. Ad esempio, alcuni metalli delle terre rare che formano leghe con magnesio sono costosi e difficili da commercializzare; La lega di magnesio è facile da corrodere durante l'uso; È facile da bruciare durante il taglio. I problemi di cui sopra limitano lo sviluppo delle leghe di magnesio e richiedono ulteriori esplorazioni e soluzioni da parte dei ricercatori scientifici competenti.