Экструзия магниевых и алюминиевых сплавов
Экструзии из алюминиевого сплава популярны во многом благодаря своему небольшому весу. Но существует ли материал для экструзии, который еще легче алюминия? Ответ положительный: экструзии из магниевых сплавов. В этой статье приводится краткое сравнение между магниевыми и алюминиевыми экструзиями, подчеркиваются их ключевые различия и области применения.
Сравнение веса
Магний (Mg), имеющий атомный номер 12, легче алюминия (Al), имеющего атомный номер 13. Отражая это различие, магниевые сплавы имеют плотность от 1,74 до 1,85 г/см³, в то время как алюминиевые сплавы плотнее - от 2,68 до 2,80 г/см³. В результате магниевые сплавы примерно на 30% легче алюминиевых.
Сравнение коррозионной стойкости
Алюминий известен своей превосходной коррозионной стойкостью, что является одной из основных причин его широкого применения. При контакте с воздухом алюминий образует тонкий, плотный и липкий оксидный слой (Al₂O₃), который действует как защитный барьер, предотвращая дальнейшее окисление и коррозию. Это неотъемлемое свойство может быть дополнительно улучшено с помощью специальных составов сплавов, таких как серия 5xxx, которые разработаны для повышения устойчивости в морской среде.
Напротив, магний гораздо более реакционноспособен. Хотя он также образует оксидный слой при контакте с воздухом, этот слой не является ни плотным, ни адгезивным и имеет меньший объем, чем основной металл. В результате оксидная пленка легко трескается и отслаивается, постоянно подвергая свежий магний воздействию окружающей среды и ускоряя коррозию. Из-за этой уязвимости магниевые сплавы обычно требуют специальных поверхностных покрытий или обработки, чтобы быть пригодными для большинства практических применений.
Для сравнения, коррозионная стойкость алюминия аналогична стойкости нержавеющей стали, а магния - железа.
Сравнение механических свойств
Ниже приведено сравнение механических свойств алюминиевых и магниевых сплавов; алюминиевые сплавы превосходят магниевые по всем параметрам.
| Недвижимость | Алюминиевый сплав | Магниевый сплав |
|---|---|---|
| Плотность | 2,68-2,80 г/см³ | 1,74-1,85 г/см³ |
| Прочность на разрыв | 200-600 МПа (максимум 7075-T6) | 150-350 МПа (максимум ZK60) |
| Предел текучести | 100-500 МПа | 80-300 МПа |
| Удлинение | 5-25% (отлично работает при комнатной температуре) | 2-15% (хрупкий при комнатной температуре, улучшается при высокой температуре) |
| Характеристики усталости | Хорошо (выдерживает многократные нагрузки) | Низкая (чувствительная к трещинам), но превосходное демпфирование вибраций |
| Твердость | Более высокая (6061-T6 ~95 HB, 7075-T6 ~150 HB) | Нижний (AZ31 около 60 HB) |
| Высокотемпературные характеристики | Прочность снижается при температуре выше 150°C | Сохраняет прочность при 200-300°C (например, детали двигателей) |
| Низкотемпературные характеристики | Сохраняет прочность до -196°C | Становится хрупким при температуре ниже -50°C |
| Методы обработки | Возможность холодной и горячей обработки (например, штамповка, сварка) | Преимущественно горячая обработка (склонна к растрескиванию при комнатной температуре, лучше при температуре выше 200°C) |
Сравнение стоимости
Во-первых, цена магниевых слитков примерно на 30% выше, чем цена алюминиевых слитков, что делает стоимость сырья для магниевых экструзий более дорогой с самого начала.
Во-вторых, магний сложнее поддается экструзии из-за своей хрупкости и низкой пластичности, что удваивает стоимость обработки по сравнению с алюминиевыми экструзиями. Также необходим строгий контроль температуры для предотвращения горения, что еще больше увеличивает стоимость производства.
Наконец, магниевые экструзии требуют дополнительной обработки поверхности для защиты от коррозии, что добавляет еще одну статью расходов, которая обычно не требуется для алюминиевых изделий.
Заключение
Экструзии из магниевых сплавов дают значительное преимущество в плане снижения веса. Однако почти по всем остальным параметрам, включая коррозионную стойкость, прочность, технологичность и стоимость, они уступают алюминиевым экструзиям. В результате магниевые экструзии выбирают в основном для узкоспециализированных применений, требующих максимального снижения веса, например, в аэрокосмической промышленности и других подобных областях.
Экструзии из алюминиевых сплавов сочетают в себе низкую плотность, отличную коррозионную стойкость и высокую прочность, что делает их исключительно универсальными. Благодаря этому они широко используются в различных отраслях, таких как промышленный, архитектура, окно, мебель, транспорт, украшение, фотоэлектрические системы, и автомобилестроение.