Обработка давлением авиационных материалов

1. Обработка давлением легированных тепло- и коррозионно-стойких сталей

Развитие современных отраслей промышленности, особенно авиационной, оборонной и др., связано с применением труднодеформируемых высокопрочных сталей и сплавов с особенными физико-химическими свойствами. Изготовление высококачественных поковок и штамповок из этих материалов усложняется тем, что эти материалы значительно трудней поддаются обработке давлением, чем обычные конструкционные углеродистые стали, что обусловлено их пониженной пластичностью, более высоким сопротивлением деформированию, низкой теплопроводностью и сравнительно узким температурным интервалом штамповки. Поэтому при изготовлении штамповок из труднодеформируемых материалов очень важно правильно установить температурный интервал горячей деформации, т.е. температуру начала и конца штамповки.

Главными факторами, определяющими температурный интервал штамповки, являются химический состав и свойства стали. Для данных материалов в силу их теплофизических свойств (низкой теплопроводности) важно строго соблюдать режимы нагрева и время выдержки заготовок в печи перед горячей штамповкой.

По режиму нагрева под горячую пластическую деформацию легированные, тепло- и коррозионно-стойкие стали можно разделить на две группы: группа I – конструкционные легированные стали; группа II – тепло- и коррозионно-стойкие стали. Время нагрева заготовок устанавливают в зависимости от диаметра (толщины) нагреваемой заготовки. Время выдержки заготовок в печи перед горячей штамповкой, определяемое с момента нагрева металла до заданной температуры, рекомендуется брать для группы I сталей из расчета 1 мин на каждые 4 мм диаметра (толщины) заготовки, а для сталей группы II – 1 мин на каждые 3 мм диаметра. Максимальное время пребывания в печи при температуре штамповки заготовок диаметром или стороной квадрата до 250 мм не должно превышать 1…2,5 ч.

Температурные интервалы горячей штамповки для данных материалов с увеличением степени легирования стали становятся более узкими: так, например, для углеродистых сталей температурный интервал штамповки составляет ~600 °С, для сталей группы I порядка 330 °С, а для сталей группы II ~260 °С. Для уменьшения окалины или обезуглероженного слоя в некоторых случаях верхнюю границу температурного интервала необходимо снижать.

Иногда из-за недостаточной мощности используемого оборудования требуется повышение температуры штамповки, но при этом необходимо иметь в виду, что отклонение от оптимального режима допустимо только в тех случаях, когда оно не оказывает отрицательного действия на качество штамповок.

Горячую штамповку указанных материалов не рекомендуется вести при температурах ниже температур конца интервала горячего деформирования, так как эти материалы отличаются повышенным сопротивлением деформации и сниженной температурой штамповки до значения ниже нижней границы интервала горячей деформации, что приводит к резкому возрастанию силы деформирования и увеличению неоднородности напряженно-деформированного состояния, а это, в свою очередь, грозит образованием трещин на штамповках.

Температурные интервалы штамповки для сталей приведены в табл. 1.

Таблица 1. Температурные интервалы штамповки для сталей

Кроме температурного интервала и режима нагрева важное влияние на качество штамповки оказывают степень и скорость деформации. Изготовление штамповок (поковок) в кузнечно-штамповочных цехах производят на кузнечно-прессовом оборудовании, имеющем различные скорости движения рабочего инструмента.

Скорости деформирования v_деф (м/с) для различного кузнечно-прессового оборудования

Молоты:

паровоздушный штамповочный (ПШМ) . . . . . . . . . . . 6…8

бесшамотный штамповочный (БШМ) . . . . . . . . . . . . 3…4

высокоскоростной (ВСМ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20…30

винтовой пресс-молот (ВПМ). . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,6…2

Прессы:

кривошипный горячештамповочный (КГШП). . . . . . . . 0,5…0,8

фрикционный (ФП) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3…4

гидравлический штамповочный (ГШП). . . . . . . . . . . . 0,1…0,2

Горизонтально-ковочная машина (ГКМ) . . . . . . . . . . . . . 0,5…0,8

Допустимая степень деформации для любых материалов, подвергаемых горячей штамповке, обусловливается запасом технологической пластичности при заданных термомеханических режимах штамповки (температуре, степени и скорости деформации). Допустимые степени деформации групп сталей при осадке и выдавливании на различном кузнечно-прессовом оборудовании для рекомендованного интервала горячей обработки приведены в табл. 2.

Представленные в этой таблице значения допустимых степеней деформации даны для различных схем напряженно-деформированного состояния. Наиболее неблагоприятную схему напряженно-деформированного состояния имеет свободная осадка, при которой наблюдаются две главные составляющие – напряжение и деформация (растяжение), а третья составляющая – сжатие. При других более мягких схемах объемного напряженного и деформированного состояния будет возрастать пластичность сталей и, соответственно, увеличиваться допустимые степени деформации.

Как видно из табл. 2, при штамповке на высокоскоростном оборудовании допустимые степени деформации при одной и той же схеме объемного напряженнодеформированного состояния выше, чем при штамповке на ином оборудовании со скоростью деформирования до 9 м/с. Повышение пластичности при штамповке на высокоскоростных молотах достигается путем улучшения температурного режима штамповки, обусловленного малым временем деформирования (в несколько тысячных долей секунды – деформирование осуществляется вследствие этого в узком температурном интервале при незначительном изменении температуры в квазиизотермических условиях); уменьшения окалинообразования в результате отсутствия снижения температуры заготовки из-за передачи теплоты от заготовки более холодному инструменту; благодаря повышению внутренней объемной температуры заготовки за счет деформационной теплоты, выделяющейся вследствие внутреннего трения при ее деформировании.

Таблица 2. Допустимые степени деформации сталей, в %

Критическая степень деформации для сталей групп I и II составляет 5…15 %. Для предотвращения образования трещин у штамповок из некоторых марок сталей их охлаждение после горячей штамповки следует выполнять медленно в специальных футерованных коробках-термостатах, металлических ящиках в песке или других устройствах.

Для мартенситных сталей после охлаждения для исключения трещин необходимо проводить высокотемпературный отпуск после каждого перехода горячей деформации.

Для расчета и правильного выбора мощности кузнечно-штамповочного оборудования кроме параметров штамповки, термомеханических режимов и применяемого класса оборудования необходимо знать напряжение текучести σ_s при температуре штамповки. При практических расчетах потребной силы штамповки значения σ_т при температуре деформирования заготовки можно принимать равными пределу прочности σ_в при той же температуре. Значения пределов прочности σ_в для некоторых марок сталей при различных температурах приведены в табл. 3.

Таблица 3. Пределы прочности s_в (МПа) во время растяжения сталей при различных температурах

Из этой таблицы видно, что для сталей группы I при температуре конца штамповки σ_в изменяется от 30 до 70 МПа , для сталей группы II σ_в изменяется от 10 до 200 МПа.

2. Обработка давлением жаропрочных сталей и сплавов на основе железа и никеля

Жаропрочные стали и сплавы, применяемые в авиационном двигателестроении для изготовления наиболее нагруженных деталей современных газотурбинных двигателей (дисков турбин, компрессорных и турбинных лопаток, крепежных деталей, силовых колец, турбинных и компрессорных валов, деталей турбонасосных агрегатов, сопловых устройств и т.д.) характеризуются тем, что термомеханические режимы их горячего деформирования коренным образом отличаются от термомеханических режимов деформирования легированных и тем более углеродистых конструкционных сталей.

Эти отличия заключаются в более высоком сопротивлении деформированию, более низкой технологической пластичности, более узком температурном интервале штамповки, более низкой теплопроводности, требующей более сложных условий нагрева.

Жаропрочные стали и сплавы на железоникелевой и никелевой основах относятся к сложнолегированным гетерофазным материалам, степень их легирования определяет уровень жаропрочности и технологической пластичности при горячей обработке давлением.

Термомеханические режимы горячей деформации жаропрочных сталей и сплавов сильно влияют на структуру, размер зерна и механические свойства изготавливаемых деталей. Поэтому при назначении термомеханических режимов горячей штамповки заготовок из жаропрочных сталей и сплавов следует учитывать возможность не только получения необходимой геометрической формы штамповки, но и получения заготовки с заданными в технических условиях механическими свойствами. Из-за низкой теплопроводности жаропрочных сталей и сплавов для исключения трещин и обеспечения равномерного прогрева по сечению нагрев под горячую деформацию данных материалов надо проводить до температуры 800…900 °С медленно, с выдержкой при определенных температурах.

Начиная с 800…900 °С, скорость нагрева может быть увеличена. Общее время нагрева заготовок из жаропрочных сталей и сплавов по сравнению с конструкционными легированными сталями того же сечения должно быть увеличено в 2–3 раза. Общее время нахождения в печи заготовок при температуре, соответствующей температуре штамповки, не должно превышать 2 ч. Температурные интервалы штамповки жаропрочных сталей и сплавов приведены в табл. 4.

Таблица 4. Температурные интервалы горячей штамповки жаропрочных сталей и сплавов

Из данной таблицы видно, что жаропрочные стали и сплавы имеют более узкий температурный интервал горячей штамповки, чем легированные конструкционные стали. Для жаропрочных сталей он составляет ~200 °С, а для жаропрочных сплавов ~150 °С. Температуры начала горячей штамповки для жаропрочных сталей и сплавов назначают на 30…40 °С выше температуры нагрева под закалку. При данной температуре сплавы имеют однофазное состояние, обеспечивающее получение более качественных штамповок. Предел прочности жаропрочных сталей и сплавов при температуре конца горячей штамповки в 2–5 раз выше, чем у углеродистых конструкционных и легированных коррозионно-стойких сталей.

При температуре <1000 °С предел прочности σ_в жаропрочных сплавов резко возрастает. Это связано с тем, что при снижении температуры скорость рекристаллизации становится меньше скорости деформационного упрочнения и горячая обработка давлением будет сопровождаться динамическим наклепом. Оптимальными условиями горячей деформации являются условия, при которых соблюдается динамическое равновесие между деформационным динамическим упрочнением и разупрочнением-рекристаллизацией. При снижении температуры горячей штамповки до значения <950 °С деформация жаропрочных сплавов сопровождается интенсивным деформационным упрочнением, способствующим образованию грубой разнозернистости при последующем нагреве под термическую обработку. В этом случае в результате термообработки в поковке развивается зональная рекристаллизация с образованием крупных зерен, снижающих пластичность, жаро- и усталостную прочность деталей в эксплуатации.

Причиной разнозернистости могут быть также холодный или недостаточно прогретый штамповочный инструмент, чрезмерно обильная и неоптимальная смазка, которые могут вызвать местное захолаживание штамповки и, как следствие, высокие локальные напряжения, местный наклеп и зональную рекристаллизацию в штамповках при последующей термообработке.

Для предотвращения грубой разнозернистости в штамповках, связанной с зональной рекристаллизацией, необходимо обеспечить отсутствие подхолаживания заготовки в процессе горячей штамповки, быстрый перенос заготовки от печи к штамповочному оборудованию, а штамповку проводить в предварительно нагретых штампах.

При выполнении горячей штамповки на молотах нельзя допускать интенсивного разогрева металла в очаге деформации, для чего деформирование заготовки следует проводить слабыми ударами.

Если при изготовлении штамповки ее невозможно сдеформировать окончательно за один ход машины вследствие низкой технологической пластичности жаропрочных сплавов, допускается доштамповка ее за два-три хода машины с промежуточным подогревом или нагревами до температур, соответствующих температуре начала штамповки.

Допустимые степени деформации жаропрочных сталей и сплавов приведены в табл. 5.

Как уже отмечалось, при горячей штамповке труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов с малыми скоростями деформирования диффузионные процессы протекают более полно, что обеспечивает завершение рекристаллизации и разупрочнения металла и повышает возможность увеличения допустимой деформации за один ход машины. При горячей штамповке с большими скоростями деформирования (20…30 м/с) допустимая степень деформации за один ход машины для жаропрочных сталей несколько возрастает, а для жаропрочных сплавов остается на том же уровне. Увеличение технологической пластичности жаропрочных сталей при горячей штамповке на высокоскоростном оборудовании происходит путем повышения температуры заготовки в процессе деформирования.

Таблица 5. Допустимые степени деформации жаропрочных сталей и сплавов, %

Чтобы улучшить производительность и качество штамповок посредством увеличения допустимых степеней деформации за один ход машины, горячую штамповку труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов рекомендуется проводить методом горячего выдавливания или в закрытых штампах с противодавлением. В этом случае благодаря обеспечению мягкой схемы напряженно-деформированного состояния жаропрочные стали и сплавы можно деформировать при температуре начала горячей деформации без разрушения со степенями деформации за один ход машины до 90 % и тем самым сократить число предварительных переходов штамповки.

Таблица 6. Допустимые степени деформации жаропрочных сплавов за один ход машины в зависимости от направления деформирования

При разработке технологических процессов изготовления штамповок из жаропрочных сталей и сплавов необходимо учитывать анизотропию свойств, проявляемую данными материалами в различных направлениях. Так, например, допустимая деформация при осадке вдоль оси заготовки будет больше, чем при штамповке перпендикулярно к оси заготовки. Допустимые степени деформации жаропрочных сплавов в зависимости от направления деформирования приведены в табл. 6.

Число переходов при горячей штамповке определяется допустимой степенью деформации за один ход машины и должно быть минимальным. Критические степени деформации при горячей обработке давлением жаропрочных сталей и сплавов находятся в пределах 1…12 %. Пределы прочности жаропрочных сталей и сплавов для различных температур приведены в табл. 7. Так как пределы прочности у жаропрочных сталей и сплавов при температуре конца горячей штамповки значительно выше, чем у конструкционных углеродистых и легированных коррозионно-стойких сталей, то для изготовления штамповок из них требуется оборудование большой мощности.

Таблица 7. Пределы прочности при растяжении s_в (МПа) жаропрочных сталей и сплавов при различных температурах

Таким образом, для изготовления высококачественных поковок из жаропрочных сталей и сплавов необходимо строго соблюдать термомеханические режимы горячей штамповки, установленные для каждого сплава и стали, и предельные степени деформации, допустимые за один ход машины.

3. Обработка давлением титановых сплавов

Титан является полиморфным металлом с фазовым превращением при температуре 882 °С. Ниже температуры фазового превращения титан имеет устойчивую гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку α-титана. При температуре выше температуры фазового превращения для титана устойчива объемноцентрированная кубическая решетка β-титана.

Титановые сплавы обладают важнейшими преимуществами перед другими конструкционными материалами: высокой удельной прочностью и жаропрочностью в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью в большинстве агрессивных сред. Поэтому титановые сплавы находят широкое применение в авиационном моторостроении, их применение позволяет уменьшить силу тяжести двигателя при сохранении запасов прочности.

Титановые сплавы превосходят по удельной прочности большинство коррозионно- и теплостойких сталей, работающих в диапазоне до 500 °С. Недостатками титановых сплавов являются низкие антифрикционные свойства и высокая химическая активность при определенных условиях. При трении титановые сплавы склонны к схватыванию, что необходимо учитывать при изготовлении деталей, длительно работающих при больших удельных давлениях.

В настоящее время разработаны научные основы ионного азотирования, альфирования, борирования титановых сплавов, что позволяет значительно расширить область их применения в авиационном двигателестроении. Основная область использования титановых сплавов – это диски, лопатки, кольца, опоры и другие детали компрессоров газотурбинных двигателей.

Горячая обработка давлением титановых сплавов имеет больше общего с горячей деформацией сталей, чем цветных сплавов. Однако есть и существенные особенности, которые необходимо учитывать при их горячей обработке давлением. Нарушение режимов нагрева и горячего деформирования титановых сплавов может привести к ухудшению макро- и микроструктуры, а также к снижению механических свойств. Причем для большинства титановых сплавов улучшить макро- и микроструктуру и поднять механические свойства последующей термической обработкой невозможно. Рекомендуемые температурные интервалы горячей штамповки титановых сплавов приведены в табл. 8.

Таблица 8. Температурные интервалы горячей штамповки титановых сплавов

При нагреве титановых сплавов выше температуры 400…500 °С на поверхности заготовок появляется оксидная пленка и происходит насыщение газами (кислородом, азотом, водородом) поверхности титана с образованием альфированного слоя, который значительно снижает пластичность титановых сплавов. Для уменьшения газонасыщения и улучшения структуры металла время нагрева заготовок из титановых сплавов должно быть по возможности минимальным, но достаточным для выравнивания температуры по сечению заготовки. Для выравнивания температуры заготовки из титановых сплавов по всему сечению требуется ~ 40 с на 1 мм диаметра (толщины) при температуре выдержки ≥ 1000 °С и 60 с на 1 мм диаметра (толщины) при более низких температурах. Из-за узкого температурного интервала горячей штамповки (100…200 °С) горячую деформацию титановых сплавов необходимо выполнять в подогретых штампах.

Титановые сплавы деформируются крайне неравномерно, поэтому для получения однородной структуры и механических свойств их следует подвергать большой суммарной пластической деформации при горячей штамповке. Допустимые и критические степени деформации при горячей обработке давлением титановых сплавов приведены в табл. 9.

Как видно из табл. 9, для титановых сплавов имеются две области критических деформаций. Поэтому при разработке технологического процесса горячего деформирования титановых сплавов необходимо, чтобы назначаемые деформации заготовки на технологических переходах за один ход машины находились в области выше минимальных критических и ниже максимальных критических, т.е. >15 % и <85 %. Пластичность (α + β)-титановых сплавов снижается тем больше, чем заметнее разница в прочностных свойствах α- и β-фаз. При значительной разнице в прочностных свойствах фаз возрастает неоднородность пластической деформации.

Оптимальной деформацией за один нагрев или подогрев для горячей объемной штамповки является деформация, равная 40…50 % при штамповке ниже температуры α + β → β и 70 % – при штамповке в β-области. Допускается горячая деформация за один ход машины при штамповке из β-области до 40 % при температуре, не более чем на 30…40 °С, превышающей температуру фазового превращения α + β → β.

Температуры фазовых превращений в титановых сплавах приведены в табл. 10.

Сила деформирования титана и его низко- и среднелегированных сплавов при высоких температурах (β-область) ниже силы деформирования жаропрочных сплавов в 1,5–2 раза. При горячей деформации в двухфазной (α + β)-области сила деформирования титановых сплавов близка к силе деформирования жаропрочных сплавов. Сила деформирования высоколегированных титановых сплавов (ВТ15, ВТ18, ВТ20, ВТ22) при деформации в области температур, близких к температуре конца штамповки, на 30…50 % выше силы деформирования жаропрочных сплавов. Пределы прочности при растяжении титановых сплавов при различных температурах приведены в табл. 11.

Горячую деформацию титановых сплавов проводят на паровоздушных и высокоскоростных молотах, кривошипных, гидравлических, фрикционных и электровинтовых прессах. Наиболее перспективным методом горячей штамповки титановых сплавов является изотермическая штамповка.

Таблица 9. Допустимые и критические степени деформации при горячей деформации титановых сплавов

Таблица 10. Температуры фазового превращения, начала и конца рекристаллизации титановых сплавов

Таблица 11. Пределы прочности при растяжении s_в (МПа) титановых сплавов при различных температурах

4. Обработка давлением сплавов на основе алюминия

Деформируемые алюминиевые сплавы по механическим свойствам подразделяются на сплавы пониженной, средней и высокой прочности и материалы из спеченных алюминиевых порошков. К сплавам с пониженной прочностью относят сплавы марок АВ, АМц, АМг, АД, к сплавам средней прочности – сплавы марок АК, Д, ВАД, ВД, к высокопрочным сплавам – сплавы марок В, ВАД, к материалам из спеченных порошков – сплавы марок САП. Температурные интервалы горячей штамповки алюминиевых сплавов приведены в табл. 12.

Соблюдение термомеханических режимов горячего деформирования алюминиевых сплавов позволяет обеспечить достаточную пластичность в процессе горячей штамповки, однородную структуру и высокие механические свойства получаемых штамповок. При нагреве алюминиевых заготовок под горячую штамповку время выдержки устанавливают в зависимости от диаметра (толщины) нагреваемой заготовки. Заготовки диаметром (толщиной) до 100 мм следует выдерживать в печи при температуре горячей штамповки из расчета 1…1,2 мин на 1 мм диаметра (толщины), при диаметре (толщине) >100 мм – из расчета 0,8…1,0 мин на 1 мм диаметра (толщины). Общее максимально допустимое время нагрева алюминиевых сплавов до температуры начала горячей штамповки на должно превышать 10 ч.

Таблица 12. Температурные интервалы горячей штамповки алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы пониженной прочности, а также сплав средней прочности марки АК6 обладают высокой технологической пластичностью при горячей штамповке, которая практически не зависит от скорости деформирования, за исключением сплава марки АМг5. Этот сплав при горячей штамповке на высокоскоростном оборудовании имеет пониженную технологическую пластичность. Алюминиевые сплавы средней и высокой прочности отличаются пониженными пластическими характеристиками, но в интервале температур горячей штамповки обладают хорошей технологической пластичностью, однако с увеличением скорости деформирования от статической (~0,3 м/с) до динамической (~9 м/с) технологическая пластичность этих сплавов снижается на 15…20 %, что необходимо учитывать при разработке технологии горячей штамповки с использованием молотового и кривошипно-прессового оборудования.

Для спеченных алюминиевых сплавов марки САП наблюдается обратная зависимость. С повышением скорости деформирования в диапазоне > 9 м/с и до 20…30 м/с пластичность алюминиевых сплавов средней и высокой прочности увеличивается вместе со скоростью деформирования, за исключением сплавов марок САП, АМг6 и АМг7. С повышением температуры горячего деформирования пластичность алюминиевых сплавов возрастает при любых скоростях деформирования. Допустимые степени деформации алюминиевых сплавов приведены в табл. 13.

Таблица 13. Допустимые степени деформации алюминиевых сплавов, %

Допустимые степени деформации алюминиевых сплавов в зависимости от направления деформирования представлены в табл. 14.

Таблица 14. Допустимые степени деформации алюминиевых сплавов в зависимости от направления деформирования при штамповке на молотах и КГШП

Для предотвращения образования в штамповках крупнозернистой структуры горячую штамповку алюминиевых сплавов необходимо проводить с деформацией  15…20 % за один ход пресса или удар молота. Для обеспечения равномерных деформаций по всему объему сложной штамповки ее горячую штамповку следует выполнять за несколько переходов с применением заготовительных ручьев.

При штамповке алюминиевых сплавов в открытых штампах обрезку облоя и проколку перемычек толщиной до 6 мм проводят в холодном состоянии (кроме сплавов марок АМг6, АМг7, В95 и САП), а при толщине облоя > 6 мм у сплавов марок АМг6, АМг7, В95 рекомендуется обрезку облоя осуществлять при температуре 250…300 °С, а у сплавов САП – при температуре 400…500 °С. Штамповку поковок из алюминиевых сплавов ведут в подогретых штампах.

Малопластичные и хрупкие алюминиевые сплавы необходимо деформировать методами прямого и обратного выдавливания, закрытой безоблойной штамповкой с применением противодавления и пластичных оболочек. При расчете силы деформирования алюминиевых сплавов в первом приближении можно использовать предел прочности σ_в при температуре деформирования вместо предела текучести σ_т. Пределы прочности σ_в при растяжении алюминиевых сплавов при различных температурах приведены в табл. 15.

Таблица 15. Пределы прочности s_в (МПа) при растяжении алюминиевых сплавов в зависимости от температуры

При определенных термомеханических режимах горячей штамповки у алюминиево-магниевых сплавов марок СМг6, АМг61, АМг5 и др. может развиваться эффект сверхпластичности. Его использование при горячей штамповке поковок сложной формы позволяет значительно упростить технологию горячей штамповки и проводить формообразование заготовки за один переход. При горячей штамповке алюминиевых сплавов на высокоскоростных молотах нагрев заготовок перед горячим деформированием следует проводить до температур конца штамповки вместо рекомендуемой температуры начала штамповки при изготовлении поковок на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах.

Нагрев заготовок под горячую штамповку на высокоскоростных молотах до нижнего значения температуры интервала штамповки связан с повышением температуры заготовки в процессе высокоскоростной штамповки. Алюминиевые сплавы чувствительны к повышению температур и склонны к перегреву. Пренебрежение этим фактором приводит к перегреву штамповок и, следовательно, к окончательному браку по микроструктуре и механическим свойствам. Это необходимо учитывать при назначении температуры штамповки в технологическом процессе высокоскоростной штамповки алюминиевых сплавов.

5. Обработка давлением магниевых сплавов

Магний и его сплавы относятся к числу перспективных металлических материалов, поскольку ресурсы магния в земной коре практически не ограничены. Фактором, сдерживающим его широкое применение, является высокая энергоемкость производства первичного магния.

Несовершенство процесса получения первичного магния таково, что на его получение тратится энергии в ~100 раз больше, чем этого требуется, если исходить из теплоты образования наиболее распространенных его соединений.

К числу достоинств магниевых сплавов следует отнести: малую плотность (1740 кг/м³), высокое сопротивление ударным нагрузкам, повышенное демпфирование (магниевые сплавы не звучат), высокие удельные механические свойства, отличное сопротивление коррозии в ряде органических (бензине, масле) и неорганических (щелочах) сред, хорошую обрабатываемость резанием, свариваемость сплавов на основе магния, прекрасные литейные свойства.

К недостаткам магниевых сплавов можно отнести недостаточную жесткость конструкций из-за низкого модуля упругости (0,457·10⁵ МПа), высокий коэффициент теплового расширения (28·10^-6 К^-1) и относительно низкую рабочую температуру (до ~ 300 °С).

Особенностью горячей обработки давлением и термообработки магниевых сплавов является регламентированная скорость нагрева. Регламентированный нагрев магниевых сплавов имеет большое значение не только для формирования необходимых свойств сплава, но и для технологических переделов. Для нагрева сплавов из магния под горячую обработку давлением не рекомендуется применять быстрый нагрев (индукционный, электроконтактный) во избежание локального оплавления, лучше использовать выдержки при промежуточных температурах, лежащих вблизи 330…370 °С.

Магний имеет гексагональную решетку, и при температуре до 225 °С деформация магния и его сплавов возможна только в одной кристаллографической плоскости. Это обстоятельство ограничивает технологическую пластичность магниевых сплавов. При температуре >225 °С скольжение идет по двум кристаллографическим плоскостям, а в третьей плоскости развивается двойникование. С ростом температуры увеличивается число возможных вариантов скольжения и повышается технологическая пластичность магниевых сплавов.

Для получения однородной структуры и одинаковых механических свойств магниевые сплавы необходимо подвергать высокой суммарной степени деформации (~ 90 %). Механические свойства магниевых сплавов при различных температурах приведены в табл. 16.

Таблица 16. Механические свойства магниевых сплавов в зависимости от температуры

Температурные интервалы горячей штамповки магниевых сплавов представлены в табл. 17.

Таблица 17. Температурный интервал горячей штамповки магниевых сплавов