Магний Ма2-1

МА2-1 — деформируемый магниевый сплав системы Mg–Al–Zn, предназначенный для изготовления полуфабрикатов методом горячей деформации. Химический состав регламентирован ГОСТ 14957-76. Сплав отличается повышенной степенью легирования по сравнению с МА2 и сочетает хорошую технологичность, удовлетворительную свариваемость и достаточную прочность при малой плотности (1790 кг/м³). Рабочие температуры: до +150 °C при длительной эксплуатации и до +200 °C при кратковременной. Термической обработкой сплав МА2-1 не упрочняется.

Химический состав сплава МА2-1 по ГОСТ 14957-76

Основу сплава составляет магний. Главные легирующие элементы — алюминий, цинк и марганец. Алюминий и цинк обеспечивают твердорастворное упрочнение, а марганец повышает коррозионную стойкость и способствует измельчению зерна. Микродобавка бериллия вводится для уплотнения оксидной плёнки на поверхности расплава, что снижает его окисляемость при плавке и литье.

Расчётное содержание Mg составляет приблизительно 92,6–95,1 %. Существует также модификация повышенной чистоты — МА2-1пч, в которой ужесточены допуски по содержанию примесей (Fe ≤ 0,005 %, Si ≤ 0,01 %, Ni ≤ 0,001 %, Cu ≤ 0,01 %, суммарно примесей ≤ 0,10 %). Эта модификация обладает более высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

Механические свойства сплава МА2-1 при 20 °C

Значения механических характеристик зависят от вида полуфабриката и состояния поставки. Ниже приведены нормативные данные по основным видам проката.

Твердость по Бринеллю — HB 42 МПа (10⁻¹). Сплав не подвергается упрочняющей термической обработке; основной механизм повышения прочности — наклёп (нагартовка) при холодной деформации.

Физические свойства магниевого сплава МА2-1

В таблице указаны физические характеристики сплава при комнатной температуре (20 °C) и при 100 °C (для теплоёмкости и КЛТР).

Малая плотность (1790 кг/м³) — примерно на 35 % ниже, чем у алюминиевых сплавов (≈ 2700 кг/м³) — является главным преимуществом МА2-1 при проектировании конструкций с жёсткими требованиями к массе. Высокий коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) необходимо учитывать при проектировании узлов, работающих в сочетании с другими металлами.

Сортамент и формы поставки МА2-1

Сплав МА2-1 выпускается в виде листов, плит, прессованных прутков, труб, полос, проволоки, штамповок, поковок и прессованных профилей. Ниже описаны основные виды полуфабрикатов.

Листы из магниевого сплава МА2-1

Листы изготавливаются по ГОСТ 22635-77 из сплавов МА2-1 и МА2-1пч с химическим составом по ГОСТ 14957-76. Поставляются в трёх состояниях: отожжённые (М), полунагартованные (Н2) и без термической обработки. Типичные размеры: толщина от 0,6 до 10,5 мм, ширина от 500 до 1200 мм, длина от 1000 до 3500 мм. Магниевый лист из МА2-1 применяется для обшивки, панелей, перегородок и других элементов конструкций.

Плиты из сплава МА2-1

Плиты производятся по ГОСТ 21990-76 исключительно из сплавов МА2-1 и МА2-1пч. Поставляются без термической обработки. Типичные размеры: толщина от 12 до 50 мм, ширина от 500 до 1000 мм, длина от 1000 до 3000 мм. Плиты толщиной до 32 мм изготавливаются с обрезанными кромками и торцами. Используются для изготовления деталей методом механической обработки, а также как заготовки для штамповки.

Прутки прессованные из МА2-1

Прутки выпускаются по ГОСТ 18351-73 диаметром от 5 до 300 мм, длиной от 1 до 6 м. Сечение — круглое, квадратное или прямоугольное. Магниевый пруток используется как конструкционный материал и заготовка для токарной обработки.

Трубы магниевые

Трубы из сплава МА2-1 изготавливаются прессованием. Применяются в конструкциях, где требуется сочетание малой массы и достаточной прочности — элементы каркасов, трубопроводы систем низкого давления.

Штамповки и поковки

Сплав МА2-1 хорошо деформируется в горячем состоянии и предназначен для штамповок сложной конфигурации. Штамповка выполняется при температурах 300–420 °C. Поковки и штамповки используются в сварных конструкциях ответственного назначения.

Свариваемость и особенности обработки

Сплав МА2-1 относится к хорошо свариваемым магниевым сплавам. Основной способ сварки — аргонодуговая сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде аргона. Допускается также сварка плавящимся электродом. В качестве присадочного материала применяют проволоку или прутки того же состава, что и свариваемый металл.

Особенности при сварке МА2-1, которые необходимо учитывать:

• Магний легко окисляется — требуется надёжная газовая защита зоны сварки.
• Высокий КЛТР (26×10⁻⁶ 1/°C) обуславливает значительные деформации и остаточные напряжения.
• Предпочтительны стыковые соединения. В нахлёсточных и тавровых соединениях зазоры могут стать очагами коррозии.
• После сварки рекомендуется оксидирование сварного шва и зоны термического влияния для защиты от коррозии.

Механическая обработка резанием выполняется на стандартном оборудовании. Магниевые сплавы обрабатываются легче, чем алюминиевые и стальные, однако при обработке необходимо соблюдать меры пожарной безопасности: мелкая стружка и пыль магния пожароопасны. Охлаждающие жидкости не должны содержать воду в свободном состоянии.

Коррозионная стойкость и методы защиты

Магниевые сплавы в целом обладают пониженной коррозионной стойкостью по сравнению с алюминиевыми, что обусловлено рыхлой и непрочной оксидной плёнкой MgO на поверхности. Среди сплавов системы Mg–Al–Zn марка МА2-1 имеет удовлетворительную стойкость к общей атмосферной коррозии. Модификация МА2-1пч за счёт пониженного содержания примесей обладает более высокой коррозионной стойкостью.

Для защиты деталей из МА2-1 применяют следующие методы:

• Химическое оксидирование — формирование защитной хроматной или фосфатной плёнки.
• Микродуговое оксидирование (МДО) — создание плотного керамикоподобного покрытия с высокой износо- и коррозионной стойкостью.
• Лакокрасочные покрытия — наносятся поверх оксидного подслоя для дополнительной защиты.

Применение защитных покрытий обязательно при эксплуатации в условиях повышенной влажности, в контакте с морской водой, растворами солей и другими агрессивными средами.

Область применения деформируемого сплава МА2-1

Благодаря сочетанию малой плотности, достаточной прочности и хорошей технологичности сплав МА2-1 применяется в отраслях, где снижение массы конструкции является приоритетом:

• Авиационная и космическая промышленность — панели, шпангоуты, перегородки, обшивка, элементы каркасов.
• Сварные конструкции — штамповки сложной конфигурации для силовых узлов с предельной рабочей температурой до +150 °C (длительно) и до +200 °C (кратковременно).
• Транспортное машиностроение — детали кузовов, топливные баки, корпусные элементы.
• Приборостроение — корпуса приборов и оборудования, где требуется минимальная масса.

Сплав МА2-1 является одним из наиболее распространённых деформируемых магниевых сплавов в отечественной промышленности, сочетая приемлемые механические характеристики с хорошей обрабатываемостью давлением и сваркой.