En la actualidad, el peso ligero de los productos metálicos en la industria aeroespacial, el transporte de automóviles y otras industrias se ha convertido en un punto de acceso a la investigación. Las aleaciones de magnesio son una aleación compuesta de magnesio como matriz y otros elementos. Es el más ligero en metales prácticos y tiene ricas reservas. Las aleaciones de magnesio tienen grandes ventajas en peso ligero y han atraído mucha atención. Las aleaciones de magnesio tienen muchas ventajas, como alta resistencia específica, buena conformabilidad térmica, buena maquinabilidad y biocompatibilidad, excelente amortiguación y blindaje electromagnético, y degradabilidad. Tienen un gran potencial en la reducción de peso de los productos metálicos, y también son muy valorados en biomedicina. Los principales problemas en el desarrollo de aleaciones de magnesio en la actualidad: (1) debido a la estructura hexagonal cercana inherente del magnesio, la capacidad de formación de plástico de las aleaciones de magnesio es pobre y es difícil formar piezas complejas; (2) La aleación de magnesio tiene poca resistencia a la corrosión, lo que limita en gran medida su aplicación en varios campos. Cómo mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio vale la pena estudiar más a fondo.
1 Clasificación de aleaciones de magnesio
En la actualidad, las aleaciones de magnesio contienen principalmente aluminio (AL), zinc (Zn), manganeso (MN), circonio (Zr) y otros elementos de aleación, así como elementos metálicos de tierras raras como el renio (RE). Los diferentes tipos y contenidos de elementos de aleación agregados a las aleaciones de magnesio tendrán un gran impacto en las propiedades de las aleaciones de magnesio. En general, cuando el contenido de zzn no supera el 22%, se puede mejorar la resistencia a la fluencia de las piezas fundidas de aleación de magnesio; Una cantidad adecuada de elementos MMN puede mejorar la resistencia al calor y la resistencia a la corrosión de la aleación de magnesio, y eliminar el elemento dañino FFE hasta cierto punto en el proceso de fundición; La cantidad adecuada de elementos AAL puede mejorar eficazmente las propiedades de fundición de las aleaciones de magnesio; La adición de metales apropiados de tierras raras generalmente puede mejorar la fluidez de la aleación, reducir la porosidad de contracción, refinar el tamaño de grano de la aleación y mejorar la resistencia y plasticidad. De acuerdo con los tipos de aleaciones agregadas, las aleaciones de magnesio se pueden dividir aproximadamente en las siguientes series:
- (1) Mg Al Zn serie. Esta serie de aleaciones son las primeras aleaciones de magnesio exploradas y aplicadas por las personas. Se pueden usar no solo para la fundición, sino también para el procesamiento de deformaciones. Cuando la aleación se funde y se forma, el contenido del elemento Al es del 77% ~ 9%. Cuando se utiliza para el procesamiento de deformación, el contenido del elemento AAL debe mantenerse en 33% ~ 5%.
- (2) Mg Al Mn serie. Agregar una cierta cantidad de MMN a la aleación de magnesio y aluminio no tendrá un gran impacto en las propiedades mecánicas de la aleación, pero reducirá ligeramente la plasticidad de la aleación. Agregar 11% - 25% MMN mejorará en gran medida la resistencia a la corrosión bajo tensión de la aleación y mejorará significativamente la resistencia a la corrosión y el rendimiento de soldadura de la aleación.
- (3) Mg Al SERIE RE. Esta serie de aleaciones tiene una excelente procesabilidad de deformación. La resistencia y plasticidad de las aleaciones fundidas se pueden mejorar en gran medida mediante extrusión. La adición del elemento de tierras raras RRE puede reducir el tamaño del grano, y las propiedades mecánicas integrales de las aleaciones se pueden mejorar significativamente al aumentar adecuadamente el contenido de AAL.
- (4) Mg Zn Zr serie. El contenido de elementos zzn en esta serie de aleaciones generalmente se controla en aproximadamente el 66%, lo que desempeña el papel de fortalecimiento de la solución de aleación y fortalecimiento del tratamiento térmico. Zzr en la aleación puede refinar significativamente los granos de aleación y mejorar la resistencia, plasticidad y resistencia al calor de la aleación. El contenido de Zr es generalmente 00.5% - 0.9%. A menudo se utiliza para fabricar componentes estructurales con gran tensión en aviones y vehículos aeroespaciales.
- (5) Mg Zn serie RE. De acuerdo con el diferente contenido de metal de tierras raras RRE, la aleación se desarrollará desde el fortalecimiento de la solución sólida hasta la segunda fase para fortalecer la matriz. La adición de átomos de re causará distorsión de la red, dificultará el movimiento de dislocación en la estructura o fortalecerá el límite del grano.
Aunque las aleaciones tienen muchas ventajas, como alta resistencia específica, corte de alta velocidad, biocompatibilidad, etc., las aleaciones de magnesio que se pueden obtener en la actualidad todavía tienen problemas como la combustión de corte, la oxidación a alta temperatura, etc. Cómo preparar aleaciones de magnesio de alta calidad que cumplan con varios estándares de la industria aún necesita una investigación en profundidad. La calidad de las aleaciones de magnesio generalmente depende del tipo, contenido y tecnología de procesamiento de los elementos. Este documento resume el desarrollo de aleaciones de magnesio a partir de los aspectos de la tecnología de fabricación, el mecanismo de fortalecimiento de superficies e internos y la tecnología de corte.
2 Proceso de conformado
De acuerdo con las propiedades físicas de los elementos constituyentes de la aleación de magnesio y la forma, tamaño y aplicación del componente objetivo, generalmente se adoptan los siguientes 33 procesos de conformado diferentes:
- (1) Fundición por gravedad: use aleación de magnesio fundido para fundir componentes por su propia gravedad. Los métodos de operación incluyen: fundición de moldes de metal, fundición de moldes semimetálicos, fundición de moldes de concha, fundición de moldes de inversión y fundición de moldes de arena. Entre ellos, el costo de fundición de arena es bajo, pero la operación es relativamente engorrosa, lo que es adecuado para la producción de lotes pequeños de piezas fundidas grandes.
- (2) Fundición a presión: use una cierta presión para ayudar a que la aleación se derrita llene la cavidad del molde y complete el proceso de fundición. De acuerdo con la presión, se puede dividir en fundición de alta presión y fundición de baja presión. La fundición a alta presión es para exprimir la aleación de magnesio líquida o semisólida fundida en la cavidad del molde a alta velocidad y solidificarla. El tamaño de la aleación obtenida por este método es más preciso y el contorno es claro; La fundición a baja presión consiste en utilizar una presión más baja para elevar el líquido de la aleación fundida y llenar el molde suavemente, de modo que pueda solidificarse y formar costras en secuencia, luego cristalizar bajo presión y, finalmente, liberar la presión para obtener piezas fundidas. Este método también puede obtener piezas fundidas de aleación de alta calidad. En el enlace de solidificación del proceso de fundición a presión, si se aumenta la velocidad de enfriamiento, el grano se refinará significativamente y se mejorará la resistencia a la tracción y el alargamiento de la fundición [9-11]. Las aleaciones de magnesio son adecuadas para la fundición a presión debido a su bajo punto de fusión (el magnesio puro es de aproximadamente 6650 ° C), solidificación rápida, baja viscosidad líquida de aleación y buena fluidez. En la actualidad, la fundición a presión al vacío, la fundición a presión semisólida y la fundición a presión llena de oxígeno se utilizan a menudo para la fundición a presión de aleación de magnesio.
- (3) Formación semisólida: la aleación de magnesio se calienta para la coexistencia de sólido y líquido por calentamiento por inducción cíclica, y luego el material se forma directamente. En comparación con la formación líquida, tiene las ventajas de baja temperatura de conformado, larga vida útil de la matriz, bajos defectos y alta compacidad. Esta tecnología tiene las ventajas tanto de la fundición como de la formación de plástico de estado sólido. La temperatura de formación es más baja que el estado líquido, y la resistencia a la deformación es menor que el estado sólido. Los componentes de aleación resultantes tienen una alta precisión. En la actualidad, se ha utilizado en algunas piezas automotrices de aleación de magnesio e instrumentos industriales aeroespaciales.
Con el fin de refinar el tamaño del grano y mejorar las propiedades mecánicas integrales, ya que las aleaciones de magnesio fundido generalmente se laminan, extruyen, forjan y otros procesamientos de plástico. Debido a que el tipo de celosía de magnesio de matriz pertenece a la estructura hexagonal cercana, y su aleación constituyente es generalmente el resultado de la distorsión de la estructura hexagonal cercana, con menos sistema de deslizamiento y capacidad de deformación plástica débil, las aleaciones de magnesio a menudo utilizan el proceso de laminación. Teniendo en cuenta la pobre capacidad de deformación en frío de las aleaciones de magnesio, generalmente se utiliza la laminación en caliente o laminación en caliente. La temperatura de laminación depende del tipo y el contenido de los elementos de aleación, que generalmente está a unos 555 °C por debajo del solidus de aleación. La temperatura y la velocidad de deformación adecuadas pueden refinar los granos, reducir la resistencia a la deformación y mejorar la eficiencia del procesamiento.
3 Aplicación de aleación de magnesio
(1) Campo aeroespacial
Con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial y de defensa nacional, la demanda de materiales estructurales ligeros de alto rendimiento en China ha aumentado considerablemente, y la ligereza de los materiales aeroespaciales se ha vuelto cada vez más importante. Sobre la base de cumplir con varios rendimientos, el uso de aleación de magnesio para fabricar componentes aeroespaciales no solo ahorra recursos, sino que también es propicio para el uso posterior de naves espaciales y prolonga su vida útil. Además, también es propicio para garantizar la seguridad de las naves espaciales en el proceso de retorno. En la actualidad, China ha establecido los objetivos ligeros correspondientes en el campo aeroespacial.
(2) Campo de tránsito ferroviario
El material ligero es de gran importancia para el desarrollo de la industria del tránsito ferroviario. La aleación de magnesio ignífuga se utiliza en la reducción de peso del marco direccional de tránsito de tránsito ferroviario, pero en la actualidad, no se ha promovido la aplicación de aleación de magnesio en este campo, principalmente porque algunas tecnologías clave no se han roto, y todavía necesita un período de tiempo para probarlo repetidamente para garantizar que cumpla con los requisitos de todos los aspectos.
(3) Industria del automóvil
La aleación de magnesio puede hacer que el vehículo logre el objetivo de ser liviano y mejorar el efecto de absorción de impactos, que se ve favorecido en el campo de la reducción de peso del vehículo. Se puede utilizar para fabricar bujes de ruedas de automóviles, cajas de cambios, cubiertas de culatas, volantes y soportes de dirección, etc. para reducir el peso propio, reducir el consumo de combustible y proteger el medio ambiente. Sin embargo, las aleaciones de magnesio no se utilizan ampliamente debido a su escasa resistencia a la corrosión e inflamabilidad.
(4) Campo médico
La aleación de magnesio tiene buena biocompatibilidad, degradabilidad y densidad ósea cercana a la humana, y se puede utilizar en el tratamiento médico. Sin embargo, solo algunas aleaciones de magnesio son adecuadas para el campo médico, y las propiedades cambiarán después de que se forme la aleación. El magnesio puede promover la absorción de iones de calcio por el cuerpo humano, a fin de acelerar el crecimiento del tejido óseo y la cicatrización de heridas, y acortar el ciclo de tratamiento de los pacientes.
(5) Campo militar
La aplicación de aleación de magnesio en equipos militares puede reducir la calidad del equipo militar y mejorar la movilidad y la efectividad de combate de las tropas. Se puede utilizar en la caja de cambios, el cuerpo de la culata, el dispositivo de puntería y otras partes de las armas de fuego militares. También se puede utilizar en el buje, el bastidor del asiento, la caja de cambios y otras partes de los vehículos blindados, así como en el dispositivo de tracción, la caja de suministro de municiones y el espejo de artillería y municiones.
(6) Productos electrónicos
La aleación de magnesio tiene las ventajas de peso ligero, no magnético, buena absorción de impactos, etc. Tiene un futuro brillante en el campo de los productos electrónicos. Porque 33c (computadora), representada por computadoras portátiles, teléfonos móviles y cámaras digitales,
Comunicación, consumo) los productos se han desarrollado en la dirección de la luz, delgados y pequeños, y las aleaciones de magnesio son cada vez más sobresalientes. Los productos electrónicos de aleación de magnesio no solo tienen una excelente apariencia y tacto, sino que también tienen buena conductividad térmica y rigidez. El grosor de la carcasa del producto 33c más delgada es de solo 0,4 mm.
(7) Otros ámbitos
La aleación de magnesio es relativamente estable en la gasolina y el aceite lubricante, y se puede utilizar para hacer tuberías de aceite, cajas de engranajes y otras partes.
La aleación de magnesio tiene muchas ventajas, como baja densidad, alta resistencia específica, buena biocompatibilidad, etc. Puede lograr mejores resultados que otros materiales metálicos o plásticos, y tiene una amplia perspectiva de aplicación. Al mismo tiempo, también debemos prestar atención a los problemas existentes en la fabricación y el uso de aleaciones de magnesio. Por ejemplo, algunos metales de tierras raras que forman aleaciones con magnesio son caros y difíciles de comercializar; La aleación de magnesio es fácil de corroer durante el uso; Es fácil de quemar al cortar. Los problemas anteriores limitan el desarrollo de aleaciones de magnesio y necesitan una mayor exploración y solución por parte de los investigadores científicos relevantes.