Тема 3. Магний и его сплавы.

Тема 3. Магний и его сплавы.

 3.1. Производство магния. Магний, его свойства и применение.

Что является исходным сырьем для получения магния?

Магний относится к числу широко распространенных метал­лов. Его содержание в земной коре превышает 2,3 %. Встреча­ется в виде следующих минералов:

□ магнезита — природного карбоната магния (МgС0₃), содер­жащего 28,8 % магния;

□ доломита — двойного карбоната магния и кальция (МgС0₃ • СаС0₃), содержащего 13,2 % магния;

□ карналлита — двойного хлорида магния и калия (МgС1₂ • КС1 • 6Н₂0), содержащего 8,8 % магния;

□ бишофит а — шестиводного хлорида магния (МgС1₂ • 6Н₂0), растворенного в морской воде.

Опишите процесс получения магния из карналлита?

Независимо от вида исходного сырья процесс получения маг­ния можно разбить на три периода: подготовку сырья,  получение из него магния и рафинирование. Магний можно получать термическим и электролитическим способами. Последний способ применяется наиболее часто.

   Технологический процесс производства магния из карналлита следующий. Карналлит обезвоживают и плавят в печах, после чего подают на электролиз, который про­текает при температуре выше 700 °С. Электролизер представляет собой сварную стальную ванну, футе­рованную внутри огнеупорным кирпичом. В расплав карнал­лита опускают стальные катоды, облицованные с внутрен­ней стороны огнеупором. Графитовый анод  устанавливается между двумя катодами и сверху закрывается хлороуловителем. Выделяющийся на аноде хлор в виде пузырьков всплывает, собираясь в хлороуловителе, из которого он удаляется через от­верстие.

  Ионы магния разряжаются на катоде. Плот­ность электролита поддерживают выше плотности магния, вслед­ствие чего последний всплывает на поверхность, откуда периоди­чески удаляется с помощью вакуумных ковшей и насосов. При этом применяются определенные меры предосторожности, ис­ключающие контакт расплавленного магния с кислородом воз­духа (чтобы избежать возгорания).

Дальнейшую очистку магния можно осуществлять возгонкой, используя сравнительно низкую температуру его кипения, или за счет повторного плавления смеси магниевых чушек и специ­ально подобранного флюса, растворяющего неметаллические включения чернового магния.

Опишите процесс получения магния из магнезита или доломита?

Если в качестве исходного сырья применяют магнезит или доломит, то процесс подготовки руды включает ее обжиг при 900 °С с целью разложения карбонатов, после чего полученный оксид магния смешивают с углем и нагревают в атмосфере хло­ра. Образующийся в ходе реакции хлорид магния используют для получения магния в электролизерах:

МgО + С + С1₂ = МgС1₂ + СО.

Процесс получения бишофита из морской воды и его перера­ботку с целью производства магния применяют редко, так как он связан со значительными затратами энергии и большой тру­доемкостью.

Охарактеризуйте физические свойства магния.

     Магний –  металл серебристо- белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений; кристаллическая решетка магния – г.п.у. Температура плавления магния 650°С. Магний – очень легкий металл: g=1,74г/см3, хорошо обрабатывается резанием и способен воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. Теплопроводность магния в 1,5 раза, а электропроводность – в 2 раза ниже, чем у алюминия. Примерно в 1,5 раз меньше, чем у алюминия, и его модуль нормальной упругости. Однако они близки по удельной жесткости. В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг90 (99,90% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг96 (99,96% Mg). Примеси: Fe, Si, Ni, Cu понижают и без того низкую пластичность и коррозионную стойкость. 

Влияние легирующих элементов на механические свойства магния.   Структура и свойства магниевых  сплавов.  

Рис. 3.2.1 Диаграмма состояния и механические свойства сплавов: a – Mg- Mn, б – Mg- Al.

 в – Mg - Zn и механические свойства сплавов.

 

                              

Рис. 3.2.2. Влияние легирующих элементов на механические свойства магния при 20°C (прессованные прутки).

 

                                 

Рис. 3.2.3. Влияние легирующих элементов на твердость магния при 250°C.

  3.2.8. Каково влияние марганца?

Марганец с магнием образует твердый раствор a. При понижении температуры растворимость марганца в магнии понижается и из a-твердого раствора выделяется b-фаза (рис.3.2.1,а).  Марганец не улучшая механические свойства, повышает сопротивление коррозии и свариваемость сплавов магния.

Рис. 3.3.1. Растворимость легирующих элементов в магнии.

3.3.5. В чем заключается особенность магниевых сплавов, затрудняющая их термообработку?

    Однако термическая обработка магниевых сплавов затруднена из-за замедленных диффузионных процессов в твердом растворе магниевых сплавах.

Какова цель гомогенизации?

 Слитки и фасонные отливки подвергают диффузионному отжигу (гомогенизации) обычно при 400-490 °С в течение 10-24 ч. При гомогенизации магниевых сплавов избыточные фазы, выделившиеся по границам зерен, растворяются, и состав по объему зерен выравнивается, что облегчает обработку давлением и повышает механические свойства.                                         

    Для деформируемых сплавов диффузионный отжиг совмещают с нагревом для горячей обработки давлением.

Вопросы к теме 3. Магний и его свойства. Влияние легирующих элементов на механические свойства магния. Термическая обработка магниевых сплавов.

Какова цель гомогенизации?

Каков режим гомогенизации?

Тема 3. Магний и его сплавы.

 3.1. Производство магния. Магний, его свойства и применение.