Легирующий комплекс и группы литейных магниевых сплавов

В настоящее время общепризнано, что все многообразие факторов, оказывающих влияние на сопротивление металлических материалов пластической деформации и разрушению, сводится к 2 факторам:

1. Прочности межатомных связей.

2. Структурному состоянию материала.

Процесс разрушения металлов и сплавов происходит путем разрыва межатомных связей в кристалле. Роль структурного фактора сводится к тому, что он позволяет в определенных пределах изменять силу межатомных связей.

Для повышения величины межатомных связей в твердом растворе следует легировать металлы элементами, имеющими, по сравнению с основой сплава, более высокие температуры плавления и большую величину энергии связи.

Структурное состояние сплавов характеризуется степенью несовершенства кристаллической решетки, которое сводится к наличию примесных атомов, размером, формы и плотности дисперсных выделений внутри зерен и по границам зерен, состоянием границ зерен, величиной зерна и т. п.

В соответствии с вышесказанным, легирующими элементами для создания магниевых сплавов являются элементы:

1. Образующие достаточно обширные области твердых растворов с магнием.

2. Имеющие переменную растворимость в зависимости от температуры, что позволяет изменять степень искажения кристаллической решетки твердого раствора, связанную с размещением атомов различных размеров, за счет режимов термической обработки.

3. Формирующие стабильные избыточные фазы в виде дисперсных частиц, выделяющихся в результате термической обработки.

4. Способствующие достижению мелкозернистого строения.

Только с одним  элементом — кадмием — магний образует непрерывный ряд твердых растворов.

Применение кадмия в качестве легирующего элемента — ограничено, так как размеры атомов его мало отличаются от размеров атомов магния. Кроме того, атомы кадмия имеют меньшую, чем магний, энергию связи в собственной кристаллической решетке. Вследствие этого вклад кадмия в упрочнение магниевых сплавов невелик.

Пять элементов — такие, как литий, скандий, алюминий, индий и таллий — имеют  растворимость более 10 атомных процентов. Еще 18 элементов имеют растворимость более одного атомного процента. Среди последних следует отметить серебро, марганец и цинк.

Особое место занимают элементы 3-ей группы Периодической системы элементов с недостроенными d-оболочками — такие, как скандий, иттрий, цирконий, редкоземельные металлы и торий. Эти элементы образуют с магнием ряд промежуточных фаз сложного состава. К недостаткам этих элементов следует  отнести их высокую стоимость.

С учетом экономических и эксплуатационных показателей литейные магниевые сплавы можно разделить на группы:

1. Сплавы общего назначения, для которых наряду со служебными свойствами большое значение имеет стоимость их. Поэтому в качестве легирующих для них применяют широко используемые и сравнительно недорогие алюминий и цинк.

2. Сплавы, для которых решающим фактором являются служебные свойства, а стоимость не является определяющим фактором. В свою очередь, эти сплавы специального назначения можно подразделить на высокопрочные и жаропрочные. В качестве легирующих элементов для них применяются такие дорогие металлы, как серебро, цирконий, редкоземельные и торий.