Alliages de magnésium : application, classification et propriétés

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Les alliages de magnésium ont un certain nombre de propriétés physiques et chimiques uniques, dont les principales sont une faible densité et une résistance élevée. La combinaison de ces qualités dans les matériaux avec l'ajout de magnésium permet de fabriquer des produits et des structures à haute résistance et à faible poids.

Caractéristiques du magnésium

La production industrielle et l'utilisation du magnésium ont commencé relativement récemment - il y a seulement 100 ans environ. Ce métal a une faible masse, car il a une densité relativement faible (1,74 g/cmᶟ), une bonne résistance à l'air, aux alcalis, aux milieux gazeux contenant du fluor et aux huiles minérales.

Son point de fusion est de 650 degrés. Il se caractérise par une activité chimique élevée allant jusqu'à la combustion spontanée dans l'air. La résistance à la traction du magnésium pur est de 190 MPa, le module d'élasticité est de 4 500 MPa et l'allongement relatif est de 18 %. Le métal a une capacité d'amortissement élevée (absorbe efficacement les vibrations élastiques), ce qui lui confèreexcellente tolérance aux chocs et sensibilité réduite aux phénomènes de résonance.

Les autres caractéristiques de cet élément incluent une bonne conductivité thermique, une faible capacité à absorber les neutrons thermiques et à interagir avec le combustible nucléaire. En raison de la combinaison de ces propriétés, le magnésium est un matériau idéal pour créer des enveloppes hermétiquement scellées d'éléments à haute température de réacteurs nucléaires.

Le magnésium s'allie bien avec divers métaux et est l'un des agents réducteurs puissants sans lesquels le processus métallothermique est impossible.

Sous sa forme pure, il est principalement utilisé comme additif d'alliage dans les alliages avec l'aluminium, le titane et certains autres éléments chimiques. En métallurgie ferreuse, le magnésium est utilisé pour la désulfuration profonde de l'acier et de la fonte, et les propriétés de ces dernières sont améliorées par la sphéroïdisation du graphite.

Magnésium et additifs d'alliage

Les ajouts d'alliage les plus couramment utilisés dans les alliages à base de magnésium comprennent des éléments tels que l'aluminium, le manganèse et le zinc. Grâce à l'aluminium, la structure s'améliore, la fluidité et la résistance du matériau augmentent. L'introduction du zinc permet également d'obtenir des alliages plus résistants avec une granulométrie réduite. Avec l'aide de manganèse ou de zirconium, la résistance à la corrosion des alliages de magnésium est augmentée.

L'ajout de zinc et de zirconium augmente la résistance et la ductilité des mélanges métalliques. Et la présence de certaines terres rareséléments, tels que le néodyme, le cérium, l'yttrium, etc., contribue à une augmentation significative de la résistance à la chaleur et à la maximisation des propriétés mécaniques des alliages de magnésium.

Pour créer des matériaux ultra-légers d'une densité de 1,3 à 1,6 g/mᶟ, du lithium est introduit dans les alliages. Cet additif permet de réduire de moitié leur poids par rapport aux mélanges aluminium métal. Dans le même temps, leurs indicateurs de plasticité, de fluidité, d'élasticité et de fabricabilité atteignent un niveau supérieur.

Classification des alliages de magnésium

Les alliages de magnésium sont classés selon un certain nombre de critères. C'est:

• selon la méthode de traitement - pour coulée et déformable;
• selon le degré de sensibilité au traitement thermique - en non trempé et durci par traitement thermique;
• par propriétés et applications - pour les alliages résistants à la chaleur, à haute résistance et à usage général;
• selon le système d'alliage - il existe plusieurs groupes d'alliages de magnésium corroyés non durcissables et durcissables à chaud.

Alliages de fonderie

Ce groupe comprend les alliages avec addition de magnésium, destinés à la production de pièces et d'éléments divers par moulage en forme. Ils ont des propriétés mécaniques différentes, selon lesquelles ils sont divisés en trois classes:

• force moyenne;
• haute résistance;
• résistant à la chaleur.

En termes de composition chimique, les alliages sont également divisés en trois groupes:

• aluminium + magnésium + zinc;
• magnésium + zinc + zirconium;
• magnésium + terre rareéléments + zirconium.

Propriétés de moulage des alliages

Les meilleures propriétés de coulée parmi les produits de ces trois groupes sont les alliages aluminium-magnésium. Ils appartiennent à la classe des matériaux à haute résistance (jusqu'à 220 MPa), ils constituent donc la meilleure option pour la fabrication de pièces de moteur pour avions, voitures et autres équipements fonctionnant sous des charges mécaniques et thermiques.

Pour augmenter les caractéristiques de résistance, les alliages aluminium-magnésium sont également alliés à d'autres éléments. Mais la présence d'impuretés de fer et de cuivre n'est pas souhaitable, car ces éléments ont un effet négatif sur la soudabilité et la résistance à la corrosion des alliages.

Les alliages de magnésium coulés sont préparés dans différents types de fours de fusion: fours à réverbère, fours à creuset avec chauffage au gaz, au mazout ou à l'électricité, ou fours à creuset à induction.

Des fondants et additifs spéciaux sont utilisés pour empêcher la combustion lors de la fusion et de la coulée. Les pièces moulées sont produites par coulée dans des moules en sable, en plâtre et en coquille, sous pression et à l'aide de modèles d'investissement.

Alliages corroyés

Comparés aux alliages coulés, les alliages de magnésium forgé sont plus résistants, plus ductiles et plus résistants. Ils sont utilisés pour la production d'ébauches par laminage, pressage et emboutissage. En tant que traitement thermique des produits, le durcissement est utilisé à une température de 350 à 410 degrés, suivi d'un refroidissement arbitraire sans vieillissement.

Lorsqu'il est chaufféles propriétés plastiques de ces matériaux augmentent, par conséquent, le traitement des alliages de magnésium est effectué au moyen de pression et à des températures élevées. L'estampage est effectué à 280-480 degrés sous des presses au moyen de matrices fermées. Lors du laminage à froid, de fréquents recuits intermédiaires de recristallisation sont effectués.

Lors du soudage d'alliages de magnésium, la résistance du joint du produit peut être réduite dans les segments où le soudage a été effectué, en raison de la sensibilité de ces matériaux à la surchauffe.

Domaines d'application des alliages de magnésium

Divers produits semi-finis - lingots, brames, profilés, tôles, pièces forgées, etc. sont produits par coulée, déformation et traitement thermique d'alliages. Ces ébauches sont utilisées pour la réalisation d'éléments et de pièces d'appareils techniques modernes, où l'efficacité pondérale des structures (poids réduit) joue un rôle prioritaire tout en conservant leurs caractéristiques de résistance. Comparé à l'aluminium, le magnésium est 1,5 fois plus léger et 4,5 fois plus léger que l'acier.

À l'heure actuelle, l'utilisation d'alliages de magnésium est largement pratiquée dans les industries aérospatiale, automobile, militaire et autres, où leur coût élevé (certaines nuances contiennent des éléments d'alliage assez coûteux) est justifié d'un point de vue économique par la possibilité de créer un équipement plus durable, plus rapide, plus puissant et plus sûr, capable de fonctionner efficacement dans des conditions extrêmes, y compris lorsqu'il est exposé à des températures élevées.

En raison de leur potentiel électrique élevé, ces alliages sont le matériau optimal pour créer des protecteurs qui assurent la protection électrochimique des structures en acier, telles que les pièces automobiles, les structures souterraines, les plates-formes pétrolières, les navires, etc., contre les processus de corrosion qui se produisent sous l'influence de l'humidité, de l'eau douce et de l'eau de mer.

Les alliages avec ajout de magnésium ont également été utilisés dans divers systèmes d'ingénierie radio, où ils sont utilisés pour fabriquer des conduits sonores pour les lignes à ultrasons afin de retarder les signaux électriques.

Conclusion

L'industrie moderne impose des exigences toujours plus élevées aux matériaux en termes de résistance, de résistance à l'usure, de résistance à la corrosion et de fabricabilité. L'utilisation d'alliages de magnésium est l'un des domaines les plus prometteurs, par conséquent, la recherche liée à la recherche de nouvelles propriétés du magnésium et les possibilités de son application ne s'arrêtent pas.

Actuellement, l'utilisation d'alliages à base de magnésium dans la création de diverses pièces et structures permet de réduire leur poids de près de 30% et d'augmenter la résistance à la traction jusqu'à 300 MPa, mais, selon les scientifiques, cela est loin de la limite pour ce métal unique.