صنعتی معدنی فرزانگان کانسار پارس

آلیاژهای منیزیم و انواع مختلف آن

۰۵:۵۳ - ۱۴۰۰/۰۲/۱۳ | مقالات علمی
اشتراک با دیگران

آلیاژهای منیزیم در صنایع مختلف و در زندگی نقش بسیار مهمی دارد. در ادامه این آلیاژها معرفی می شوند.

  • آلیاژهای منیزیم و روی

آلیاژهای منیزیم – روی قابلیت پیر سختی دارند. همچنین سیالیت را بالا برده و مقاومت به خوردگی را با کنترل مس افزایش می‌دهد. لازم است ذکر شود که این آلیاژها معمولاً برای تولید قطعات تجاری مورد استفاده قرار نمی‌گیرند

  • آلیاژهای منیزیم لیتیوم

لیتیوم به عنوان سبکترین فلز با چگالی ۰٫۵۳۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب در منیزیم باعث کاهش چگالی و افزایش داکتیلیتی مستقل از اندازه دانه می‌شود. یعنی خواص منیزیم به عنوان یک فلز سازه‌ای بهبود می‌یابد.

افزایش داکتیلیتی توسط کاهش نسبت ثوابت شبکه (c/a) در اثر جایگزینی اتم‌های Li به جای اتم‌های Mg ایجاد می‌شود.

  • آلیاژهای شامل توریم

آلیاژ منیزیم و توریم، به دلیل مقاومت خزشی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آلیاژهای شامل توریم می‌توان به آلیاژهای ZT1 و TZ6 اشاره کرد.

آلیاژ ZT1 که شامل ۳٪ توریم، ۲٫۲٪ روی و ۰٫۷٪ زیرکونیم است برای بهترین خواص خزشی استفاده می‌شود (رنج درجه حرارت بین ۲۵۰ الی ۳۵۰ درجه سانتیگراد).

آلیاژ جدید TZ6 که از ۵٫۸٪ روی، ۱٫۸٪ توریم و ۰٫۷٪ زیرکونیم تشکیل شده‌است دارای مقاومت کششی بالا و الانگیشن حدود ۵ درصد می‌باشد.

  • آلیاژهای شامل عناصر کمیاب خاکی ( Rare Earth

اخیراً توجه محققین به آلیاژهای منیزیم آلومینیوم حاوی عناصر خاکی که به عنوان مثال به صورت میش متال طبیعی با ترکیب 55Ce-%20La-%20Nd-%5Pr% به آلیاژ افزوده می‌شوند، معطوف گشته است. این آلیاژ نیز فقط برای ریخته‌گری تحت فشار مناسب است زیرا سرد کردن آرامتر منجر به تشکیل ذرات درشت ترکیبات Al2R.E می‌گردد.

مکانیزم تأثیر عناصر کمیاب خاکی برخواص خزشی هنوز کاملاً شناخته نشده‌است، اگر چه در آلیاژ دوتایی پیر شده Mg-1.3R.E رسوبات پراکنده ریز دیده شده‌است.

به علاوه، جوانه زنی فاز پایدار Mg12Ce در مرز دانه‌ها طی خزش مشاهده شده و به نظر می‌رسد این فاز میزان تغییر شکل ناشی از لغزش مرز دانه را کاهش دهد. با این حال، باید توجه کرد که استفاده از میش متال قیمت آلیاژ را افزایش می‌دهد.

معمولاً از آلیاژهای حاوی عناصر خاکی در مواردی که مقاومت به خزشی آلیاژ مد نظر باشد استفاده می‌گردد؛ که سه آلیاژ پیشنهاد شده توسط ASTM به شرح زیر است:

  • EK30A
  • EK41A
  • EZ33A
  • آلیاژهای منیزیم ، روی و زیرکونیم

قابلیت زیرکونیم برای جوانه زنی در آلیاژهای Mg-Zn منجر به معرفی آلیاژهایی مانند ZK51 و ZK61 گردید. این آلیاژها معمولاً به ترتیب در شرایط عملیات حرارتی T5 و T6 مورد استفاده قرار می‌گیرند.

  • آلیاژهای ریختگی زیرکونیم دار

حداکثر حلالیت زیرکونیم در منیزیم مذاب ۰٫۶٪ می‌باشد و چون آلیاژهای دوتایی Mg-Zr برای مصارف تجاری استحکام کافی ندارند، افزودن عناصر آلیاژی دیگر به آن‌ها ضروری است. انتخاب این عنصر تحت تأثیر سه عامل اساسی قرار دارد:

۱)سازگاری با زیرکونیم

۲)ویژگی‌های ریخته‌گری

۳)خواص مطلوب آلیاژ: بهبود خواص کششی شامل تنش تسلیم و استحکام کششی و همچنین افزایش مقاومت خزشی

منیزیم

    منیزیم فلزی است سفید رنگ قابل اشتعال، واکنش پذیر و نسبتا سخت . در میان فلزات ساختاری (structural) منیزیم سبک ترین است.  با این حال این فلز و آلیاژهای آن به اندازه ای قوی هستند که در ساخت ساختمان ها، پل ها ، اتومبیل و هواپیما مورد استفاده قرار گیرند.نهمین عنصر از نظر فراوانی در کیهان و رده هشتم در ساختارزمین را داراست . به صورت ترکیب با سایر عناصر می توان یافت.

    آلیاژ افزودن یک یا چند عنصر یا ترکیبی از آنها به فلز پایه برای دستیابی به یکسری خواص خاص  است.

   اکثر فلزات سخت و شکل ناپذیر هستند . اما منیزیم قدرت شکل پذیری بسیار بالایی دارد و در ترکیب با سایر فلزات می تواند آلیاژهای منحصر به فردی تولید کند.

آلیاژهای منیزیم ، روی و مس

    افزودن مس به آلیاژهای دوتایی Mg-Zn موجب بهبود قابل توجه شکل‌پذیری و مؤثرتر شدن عملیات پیرسازی می‌گردد. این آلیاژها خواص کششی مشابه با آلیاژ AZ91 (به‌طور مثال مقاومت کششی در حد ۲۱۵ الی ۲۶۰ مگاپاسکال، حد تناسب حدود ۱۳۰ الی ۱۶۰ مگاپاسکال و ازدیاد طول نسبی بین ۳ تا ۸ درصد) از خود نشان داده و این مزیت را دارد که خواص یادشده تکرار پذیر هستند و پایداری در دماهای بالا نیز بهبود می‌یابدیکی از آلیاژهای این خانواده که در ماسه ریخته‌گری می‌شود به نام ZC63 نامگذاری شده است. افزودن تدریجی مس به آلیاژهای Mg-Zn درجه حرارت یوتکتیک را بالا می‌برد و از این نظر دارای اهمیت است به‌طوری‌که استفاده از دماهای بالاتر در عملیات محلولی و نتیجتاً حداکثر حلالیتِ روی و مس را امکان‌پذیر می‌سازدبر اثر عملیات حرارتی محلولی، شکل‌پذیری آلیاژ بهبود می‌یابدافزودن مس به آلیاژهای Mg-Al-Zn اثر زیان‌آور بر مقاومت به خوردگی آن‌ها دارد اما در آلیاژهای Mg-Zn-Cu این مسئله دیده نمی‌شودحد خستگی در حالت بدون شیار این آلیاژ بهتر از آلیاژهای Mg-Al-Zn است، در حالی که مقادیر مربوط به حالت شیار دار یکسان است.

آلیاژهای متداول

  • آلیاژهای منیزیم و آلومینیوم

    این آلیاژ متشکل از الومینیوم ، روی و منگنز است. ۸تا۹٪ آلومینیوم، حدوداً ۰٫۳٪ منگنز که مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد، مقادیر کمی روی که باعث افزایش خواص کششی میشود. آلومینیوم در این آلیاژها سبب شده خواص مکانیکی آن بهبود یافته و سیالیت کاهش ‌یابد. همچنین وجود آلومینیوم قابلیت جذب گاز را افزایش می‌دهد بنابراین میزان تخلخل‌های گازی زیاد می‌شود.

      اگر میزان آلومینیوم بالای ۸٪ باشد شکل‌پذیری بسیار کاهش می‌یابد.آنیل کردن آلیاژ منیزیم آلومینیوم در دمای ۴۲۰ درجه سانتیگراد و شکل‌پذیری آلیاژ را افزایش میدهدافزودن روی به آلیاژ منیزیم و آلومینیوم باعث افزایش استحکام می‌گردد ولی به علت افزایش احتمال ترک خوردگی در طی انجماد، استفاده از روی محدود می‌باشددر مواردی که نیاز به شکل‌پذیری بیشتر باشد، آلیاژ با خلوص بالا و با درصدهای آلومینیومِ کمتر استفاده می‌شود. شکل‌پذیری بیشتر ناشی از کاهش مقدار Mg17Al12 در اطراف مرز دانه‌ها است.

     آلیاژهای ریختگی Mg-Al و Mg-Al-Zn تا حدودی مستعد بروز تخلخل‌های ریز می‌باشند، اما در عوض دارای قابلیت ریخته‌گری خوبی بوده و مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی عموماً رضایت بخش است. این آلیاژها برای استفاده در دماهای تا ۱۱۰ ۱۲۰ درجهٔ سانتیگراد مناسب اند و در بالای این دما نرخ خزش به مقدار غیرقابل قبولی می‌رسد. چنین رفتاری به این واقعیت نسبت داده می‌شود که آلیاژهای منیزیم عمدتاً به دلیل لغزش مرز دانه‌ها دچار خزش می‌شوند و فاز Mg17Al12 که دارای دمای گذار حدود ۴۶۰ درجهٔ سانتیگراد بوده و در دماهای پایین‌تر نسبتاً نرم است، تأثیری در ثابت نگه داشتن مرز دانه‌ها ندارد. افزودن ۱٪ کلسیم مقاومت خزشی آلیاژهای Mg-Al را افزایش داده، اما این آلیاژها را مستعد ترک خوردگی گرم می‌نماید. با کاهش درصد آلومینیوم و اضافه شدن سیلیسیم نیز خواص خزشی بهبود می‌یابند. سیلیسیم باعث کاهش مقدار Mg17Al12 شده و در قطعات ریخته‌گری تحت فشار که نسبتاً سریع سرد می‌شوند، سیلیسیم با منیزیم ترکیب شده و ذرات ریز و نسبتاً سخت ترکیب Mg2Si را در مرز دانه‌ها تشکیل می‌دهدآلیاژهای سیستم Mg-Al مستعد انقباض میکروسکوپی بوده و لذا برای بدست آمدن کیفیتی یکنواخت باید دقت لازم به عمل آید.

       عملیات پیر سختی آلیاژ Mg-Al:

  • الف) گرم کردن تا دمای۷۵۰۷۸۰ فارنهایت و نگهداری به مدت ۱۵۱۸ ساعت
  • ب) سرد کردن در آب
  • ج) باز پخت در دمای ۳۵۰۳۶۰ فارنهایت بمدت ۱۴ تا ۱۸ ساعت

دسته بندی آلیاژهای منیزیم

آلیاژهای منیزیم به دو دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :

 

 

در این جدول تمام فلزاتی که در ترکیب با منیزیم می توانند آلیاژهای جدیدی تولید کنند آورده شده است.

آلیاژهای منیزیم

اغلب آلیاژهای منیزیم از ترکیب این فلز با فلزاتی مانند آلومینیوم، روی، منگنز، سیلیسیم، مس، فلزات نایاب و زیرکونیم تولید می شوند.نام‌ آلیاژهای منیزیم اغلب با دو حرف و دو عدد مشخص می ‌شوند. حروف، عناصر آلیاژی اصلی را معرفی می کنند. برای مثال علامت AZ91، آلیاژ منیزیم با حدود ۹ درصد آلومینیوم و ۱ درصد روی را نشان می دهد.

  • آهن ، نیکل ، مس و کبالت

وجود آهن، نیکل، مس و کبالت، به شدت خوردگی را در آلیاژهای منیزیم فعال می کند. در مقادیری بیشتر از حد آلیاژی معمول، این فلزات صورت ترکیبات بین فلزی رسوب می کنند و محل های رسوب به عنوان سایت های کاتدی فعال عمل می کنند. این سایت ها آب را احیا کرده و باعث از دست رفتن منیزیم می شوند.

بدیهی است که با کنترل مقدار این فلزات مقاومت در برابر خوردگی را می توان تا حدود زیادی بهبود بخشید. وجود منگنز کافی می تواند بر اثرات خورنده آهن در این آلیاژها غلبه کند. همچنین افزودن ماده ای کاتدی، هیدروژن اتمی را در ساختار فلز می گیرد.

با به کارگیری این تکنیک، از تشکیل گاز هیدروژن آزاد، یک عامل اساسی در فرآیندهای شیمیایی خورنده جلوگیری می شود. همچنین افزودن حدود 1 در 300 قسمت آرسنیک، خوردگی را در محلول نمک با فاکتوری نزدیک به ده کاهش می دهد.

تحقیقات نشان داده است که تمایل منیزیم به خزش در دماهای بالا با افزودن عناصر اسکاندیم و گادولینیوم از بین می رود. اشتعال پذیری با مقدار کمی کلسیم در آلیاژ بسیار کاهش می یابد.



0 30.5

پیشرفت کار در معادن شرکت (درصد)

0 11

پیشرفت احداث کارخانه اکسید منیزیم لامرد (درصد)

آلومینیوم ( دلار بر تن ): 2,375.50 مس ( دلار بر تن ): 9,190.50 روی ( دلار بر تن ): 2,841.00 نیکل ( دلار بر تن ): 17,701.00 سرب ( دلار بر تن ): 2,165.50 قلع ( دلار بر تن ): 31,902.00 کبالت ( دلار بر تن ): 45,500.00 طلا ( دلار بر اونس ): 1,777.90 نقره (دلار بر اونس): 25.815 منیزیم ( دلار بر تن ): 500.50 اکسید منیزیم ( دلار بر تن ): 750.00 اکسید آلومینیوم یا آلومینا (دلار بر تن): 510 نرخ مواد معدنی