Paduan magnesium: aplikasi, klasifikasi, dan properti

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Paduan magnesium memiliki sejumlah sifat fisik dan kimia yang unik, yang utamanya adalah kepadatan rendah dan kekuatan tinggi. Kombinasi kualitas ini dalam bahan dengan penambahan magnesium memungkinkan untuk menghasilkan produk dan struktur dengan karakteristik kekuatan tinggi dan bobot rendah.

Karakteristik magnesium

Produksi dan penggunaan industri magnesium dimulai relatif baru-baru ini - hanya sekitar 100 tahun yang lalu. Logam ini memiliki massa yang rendah, karena memiliki densitas yang relatif rendah (1,74 g / cmᶟ), ketahanan yang baik terhadap udara, alkali, media gas yang mengandung fluor dan minyak mineral.

Titik lelehnya adalah 650 derajat. Hal ini ditandai dengan aktivitas kimia yang tinggi hingga pembakaran spontan di udara. Kekuatan tarik magnesium murni adalah 190 MPa, modulus elastisitas 4.500 MPa, dan perpanjangan relatif 18%. Logam ini memiliki kemampuan redaman yang tinggi (secara efektif menyerap getaran elastis), yang memberikannyatoleransi kejutan yang sangat baik dan sensitivitas yang berkurang terhadap fenomena resonansi.

Fitur lain dari elemen ini termasuk konduktivitas termal yang baik, kemampuan rendah untuk menyerap neutron termal dan berinteraksi dengan bahan bakar nuklir. Karena kombinasi sifat-sifat ini, magnesium adalah bahan yang ideal untuk membuat cangkang yang tertutup rapat dari elemen reaktor nuklir suhu tinggi.

Magnesium paduan baik dengan berbagai logam dan merupakan salah satu agen pereduksi kuat, yang tanpanya proses metalotermik tidak mungkin terjadi.

Dalam bentuknya yang murni, ini terutama digunakan sebagai tambahan paduan dalam paduan dengan aluminium, titanium dan beberapa elemen kimia lainnya. Dalam metalurgi besi, magnesium digunakan untuk desulfurisasi dalam baja dan besi tuang, dan sifat yang terakhir ditingkatkan dengan sferoidisasi grafit.

Magnesium dan aditif paduan

Penambahan paduan yang paling umum digunakan dalam paduan berbasis magnesium termasuk unsur-unsur seperti aluminium, mangan dan seng. Melalui aluminium, struktur meningkat, fluiditas dan kekuatan material meningkat. Pengenalan seng juga memungkinkan untuk mendapatkan paduan yang lebih kuat dengan ukuran butir yang berkurang. Dengan bantuan mangan atau zirkonium, ketahanan korosi paduan magnesium meningkat.

Penambahan seng dan zirkonium memberikan peningkatan kekuatan dan keuletan campuran logam. Dan kehadiran tanah jarang tertentuelemen, seperti neodymium, cerium, yttrium, dll., berkontribusi pada peningkatan yang signifikan dalam ketahanan panas dan memaksimalkan sifat mekanik paduan magnesium.

Untuk membuat bahan ultra-ringan dengan kepadatan 1,3 hingga 1,6 g/mᶟ, lithium dimasukkan ke dalam paduan. Aditif ini memungkinkan untuk mengurangi beratnya hingga setengahnya dibandingkan dengan campuran logam aluminium. Pada saat yang sama, indikator plastisitas, fluiditas, elastisitas, dan kemampuan manufakturnya mencapai tingkat yang lebih tinggi.

Klasifikasi paduan magnesium

Paduan magnesium diklasifikasikan menurut sejumlah kriteria. Ini adalah:

• menurut metode pemrosesan - untuk casting dan deformable;
• sesuai dengan tingkat kepekaan terhadap perlakuan panas - menjadi tidak mengeras dan mengeras dengan perlakuan panas;
• berdasarkan sifat dan aplikasi - untuk paduan tahan panas, berkekuatan tinggi, dan serba guna;
• menurut sistem paduan - ada beberapa kelompok paduan magnesium tempa yang tidak dapat dikeraskan dan yang dapat dikeraskan dengan panas.

Casting paduan

Grup ini mencakup paduan dengan penambahan magnesium, dirancang untuk produksi berbagai bagian dan elemen dengan pengecoran berbentuk. Mereka memiliki sifat mekanik yang berbeda, tergantung pada mereka dibagi menjadi tiga kelas:

• kekuatan sedang;
• kekuatan tinggi;
• tahan panas.

Dalam hal komposisi kimia, paduan juga dibagi menjadi tiga kelompok:

• aluminium + magnesium + seng;
• magnesium + seng + zirkonium;
• magnesium + tanah jarangelemen + zirkonium.

Sifat pengecoran paduan

Properti pengecoran terbaik di antara produk dari ketiga kelompok ini memiliki paduan aluminium-magnesium. Mereka termasuk dalam kelas bahan berkekuatan tinggi (hingga 220 MPa), oleh karena itu mereka adalah pilihan terbaik untuk pembuatan suku cadang mesin untuk pesawat terbang, mobil, dan peralatan lain yang beroperasi di bawah beban mekanis dan termal.

Untuk meningkatkan karakteristik kekuatan, paduan aluminium-magnesium juga dicampur dengan elemen lain. Tetapi keberadaan pengotor besi dan tembaga tidak diinginkan, karena elemen-elemen ini memiliki efek negatif pada kemampuan las dan ketahanan korosi dari paduan.

Cast magnesium alloys disiapkan dalam berbagai jenis tungku peleburan: tungku reverberatory, tungku wadah dengan gas, minyak atau pemanas listrik, atau tungku induksi wadah.

Fluks dan aditif khusus digunakan untuk mencegah pembakaran selama peleburan dan pengecoran. Pengecoran diproduksi dengan cara pengecoran dalam cetakan pasir, plester dan cangkang, di bawah tekanan dan menggunakan model investasi.

Paduan tempa

Dibandingkan dengan paduan cor, paduan magnesium tempa lebih kuat, lebih ulet, dan lebih tangguh. Mereka digunakan untuk produksi blanko dengan menggulung, menekan, dan mencap. Sebagai perlakuan panas produk, pengerasan digunakan pada suhu 350-410 derajat, diikuti dengan pendinginan sewenang-wenang tanpa penuaan.

Saat dipanaskansifat plastik dari bahan tersebut meningkat, oleh karena itu, pemrosesan paduan magnesium dilakukan dengan tekanan dan pada suhu tinggi. Stamping dilakukan pada 280-480 derajat di bawah tekanan dengan menggunakan cetakan tertutup. Dalam cold rolling, anil rekristalisasi menengah sering dilakukan.

Saat mengelas paduan magnesium, kekuatan lapisan produk dapat berkurang di segmen tempat pengelasan dilakukan, karena sensitivitas bahan tersebut terhadap panas berlebih.

Bidang aplikasi paduan magnesium

Berbagai produk setengah jadi - ingot, pelat, profil, lembaran, tempa, dll. diproduksi dengan pengecoran, deformasi, dan perlakuan panas pada paduan. Kosong ini digunakan untuk produksi elemen dan bagian dari perangkat teknis modern, di mana efisiensi berat struktur (berat berkurang) memainkan peran prioritas sambil mempertahankan karakteristik kekuatannya. Dibandingkan dengan aluminium, magnesium 1,5 kali lebih ringan, dan 4,5 kali lebih ringan dari baja.

Saat ini, penggunaan paduan magnesium dipraktikkan secara luas di industri kedirgantaraan, otomotif, militer, dan lainnya, di mana biayanya yang tinggi (beberapa grade mengandung elemen paduan yang cukup mahal) dibenarkan dari sudut pandang ekonomi oleh kemungkinan menciptakan peralatan yang lebih tahan lama, lebih cepat, kuat dan aman yang dapat bekerja secara efektif dalam kondisi ekstrim, termasuk saat terkena suhu tinggi.

Karena potensi listriknya yang tinggi, paduan ini adalah bahan yang optimal untuk membuat pelindung yang memberikan perlindungan elektrokimia pada struktur baja, seperti suku cadang mobil, struktur bawah tanah, anjungan minyak, kapal laut, dll., dari proses korosi yang terjadi di bawah pengaruh kelembaban, air tawar dan air laut.

Paduan dengan penambahan magnesium juga telah digunakan di berbagai sistem teknik radio, di mana mereka digunakan untuk membuat saluran suara untuk saluran ultrasonik untuk menunda sinyal listrik.

Kesimpulan

Industri modern menuntut bahan yang semakin tinggi dalam hal kekuatan, ketahanan aus, ketahanan korosi, dan kemampuan manufaktur. Penggunaan paduan magnesium adalah salah satu bidang yang paling menjanjikan, oleh karena itu, penelitian terkait dengan pencarian sifat baru magnesium dan kemungkinan penerapannya tidak berhenti.

Saat ini, penggunaan paduan berbasis magnesium dalam pembuatan berbagai bagian dan struktur memungkinkan untuk mengurangi beratnya hingga hampir 30% dan meningkatkan kekuatan tarik hingga 300 MPa, tetapi, menurut para ilmuwan, ini jauh dari batas untuk logam unik ini.