Что такое магний | Свойства и применение в обработке с ЧПУ

Магний - самый легкий конструкционный металл, используемый сегодня в производстве, с плотность 36% ниже, чем у алюминия и 75% меньше, чем у стали, согласно данным компании Magontec. Этот серебристо-белый щелочноземельный металл является восьмым по распространенности элементом в земной коре. Его исключительное соотношение прочности и веса в сочетании с отличной обрабатываемостью и возможностью вторичной переработки делает магний все более ценным во всем мире. аэрокосмическая промышленность, автомобильныйЭлектроника, медицинская промышленность.

Наша команда в Оборудование Yijin регулярно работает с этим легким металлом при обработке на станках с ЧПУ и изготовлении листового металла. В этой статье мы рассказали о том, что такое магний, о его ключевых свойствах и о том, как он используется в обрабатывающей промышленности с ЧПУ.

Основные выводы

• Магний - самый легкий конструкционный металл с отличным соотношением прочности и веса и превосходной обрабатываемостью, что делает его очень ценным для аэрокосмической, автомобильной, электронной и медицинской промышленности.
• Он производится электролитическим методом и методом Пиджона, причем последний доминирует в мировом производстве в Китае благодаря более низким капитальным затратам и простоте эксплуатации.
• При обработке на станках с ЧПУ свойства магния позволяют достичь более высокой скорости резания и превосходной чистоты поверхности при строгом соблюдении специальных мер безопасности, таких как правильное управление стружкой и методы охлаждения.

Что такое магний?

Магний - химический элемент с атомным номером 12 в периодической таблице. Несмотря на то что магний является третьим по распространенности металлом в строительстве (после железа и алюминия), в природе он никогда не встречается в свободном виде из-за своей высокой реакционной способности. Вместо этого его добывают из морской воды и природных рассолов, содержащих около 1,3 кг/м³ растворенного магния, а также из таких минералов, как магнезит (MgCO₃) и доломит (MgCO₃-CaCO₃).

Каковы основные физические свойства магния?

Магний обладает уникальными физическими свойствами, которые делают его ценным для применения в легких конструкциях. К ним относятся низкая плотность, температура плавления и кипения. Ниже мы привели таблицу, в которой указаны все основные физические свойства магния:

Магний имеет гексагональную структуру кристаллов с тесной упаковкой (hcp), что влияет на несколько ключевых характеристик:

1. Чистый магний не обладает достаточной прочностью для большинства конструкционных применений, поэтому его обычно легируют
2. В свежем виде магний имеет серебристо-белый цвет, который постепенно приобретает серый оттенок по мере образования тонкого защитного оксидного слоя.
3. Плотность 1,737 г/см³ делает его самым легким из всех существующих конструкционных металлов.

Как химические свойства магния влияют на его производительность?

Химические свойства магния напрямую влияют на его эффективность в производственных приложениях благодаря его реактивности, что создает как преимущества, так и проблемы. Магний обладает высокой реакционной способностью, образуя защитный оксидный слой при контакте с воздухом. Эта реактивность создает важные эксплуатационные характеристики для производственных применений.

Этот металл демонстрирует отличную электропроводность, что делает его ценным для компонентов, требующих одновременно легких свойств и электрических характеристик. Хотя магний легко воспламеняется в виде порошка или тонкой стружки, этот риск значительно снижается в твердых сыпучих материалах, используемых в большинстве применений.

Правильно разработанные магниевые сплавы обеспечивают хорошую коррозионную стойкость благодаря тщательному выбору материала и обработке поверхности. Совместимость металла с биологическими системами привела к инновационному применению в медицинских устройствах, в частности, в биоразлагаемых имплантатах, которые могут безопасно растворяться в организме в течение контролируемых периодов времени, устраняя необходимость в операциях по удалению.

Как производят магний в промышленных масштабах?

В промышленных масштабах магний получают двумя способами: электролитическим и термическим восстановлением (часто называемым процессом Пиджона). Мы вкратце описали, как оба процесса работают для получения товарного магния.

Что такое электролитический процесс производства магния?

Электролитический процесс включает в себя две стадии:

1. Производство чистого хлорида магния: Морская вода обрабатывается кальцинированным доломитом, в результате чего выпадает гидроксид магния. Он превращается в оксид магния, а затем в хлорид магния путем нагревания с углеродом в потоке хлора.
2. Электролиз плавленого хлорида магния: Безводный хлорид магния расплавляют (655-720 °C) и подвергают электролизу с получением металлического магния и газообразного хлора в соответствии со схемой: MgCl₂ → Mg + Cl₂

Этот метод позволяет получать магний с чистотой около 99,9%.

Как работает процесс Пиджона для получения магния?

Процесс Пиджона, который сегодня является доминирующей технологией производства во всем мире, работает следующим образом:

1. Доломитовая руда прокаливается для получения оксидов магния и кальция
2. Этот материал смешивается с ферросилицием (кремний 80%) и формуется в брикеты
3. Брикеты нагреваются до 1200 °C в вакуумной камере, в результате чего оксид магния превращается в пар магния.
4. Пар конденсируется в кристаллы, которые затем отливаются в слитки

Несмотря на энергоемкость, этот процесс доминирует в мировом производстве благодаря относительно простой эксплуатации и низким капитальным затратам. Он позволяет получать магний с чистотой до 99,99%.

Китай стал доминирующим производителем в мире, используя этот метод, на его долю приходится около 85% мирового производства.

Каковы основные преимущества и ограничения использования магния в производстве?

Основным преимуществом магния в производстве является его относительно небольшой вес по сравнению с другими металлами, что делает его легким для обработки. Однако легкий вес означает, что магний имеет низкую температуру плавления и абсолютную прочность по сравнению с другими металлами в производстве. Ниже мы привели таблицу с подробным описанием преимуществ и ограничений.

Когда требуется абсолютный малый вес при хорошей прочности, магний превосходит все остальные материалы. Для абсолютной прочности, экономичности или высокотемпературных характеристик предпочтительнее алюминий или сталь.

В каких отраслях чаще всего используются магниевые компоненты?

Магниевые компоненты широко используются во многих отраслях промышленности, где снижение веса дает значительные преимущества при сохранении структурной целостности. Благодаря своим полезным свойствам магний особенно ценен в транспорте, электронике и медицине.

Аэрокосмическая промышленность

Аэрокосмический сектор одним из первых начал широко применять магний, используя его для изготовления компонентов самолетов, требующих снижения веса и повышения топливной эффективности. Высокоэффективные магниевые сплавы, содержащие цирконий и редкоземельные элементы, позволяют создавать усиленные компоненты, используемые в критически важных аэрокосмических приложениях, таких как редукторы вертолетов и вспомогательные системы реактивных двигателей, где необходимы как снижение веса, так и гашение вибраций.

Автомобильные приложения

Автомобильная промышленность использует магний для изготовления блоков цилиндров, рулевых колес, приборных панелей и корпусов трансмиссий, чтобы снизить вес автомобиля и улучшить топливную экономичность. Почти 70% мирового производства магния идет на изготовление сплавовПримерно половина этих сплавов используется в литье автомобильных компонентов, которые обычно содержат около 90% магния. Автомобили с высокими эксплуатационными характеристиками особенно выигрывают от использования магния в каркасах сидений и структурных элементах.

Электроника и потребительские товары

Электронная промышленность высоко ценит магний при изготовлении корпусов ноутбуков и планшетов, рам мобильных телефонов и камер, особенно в оборудовании высокого класса. Превосходные свойства магния по защите от электромагнитных помех делают его идеальным для чувствительных электронных устройств, а его превосходные возможности по рассеиванию тепла помогают справиться с тепловыми проблемами в компактных конструкциях. Производители электроинструментов используют легкий вес и виброгасящие свойства магния для создания более удобных и эффективных инструментов.

Медицинская промышленность

В медицинском секторе магний используется для изготовления биоразлагаемых имплантатов и хирургических инструментов, где его биосовместимость дает уникальные преимущества. Способность магния безопасно усваиваться организмом с течением времени позволяет создавать временные имплантаты, не требующие операции по удалению, что снижает травматизм пациентов и затраты на медицинское обслуживание, поддерживая процесс заживления.

Другие приложения

Помимо этих основных отраслей, магний используется в качестве жертвенных анодов для защиты корпусов стальных судов и подводных конструкций от коррозии. Примерно 10% мирового производства магния используется для десульфурации при производстве стали. Этот металл также играет ключевую роль в качестве легирующего элемента в алюминиевых изделиях, таких как банки для напитков, а его высокая реакционная способность делает его ценным в пиротехнике, фейерверках и аварийных ракетах, где его яркий белый свет очень заметен.

Как магний используется в обработке с ЧПУ?

Обработка магния с ЧПУ требует специальных знаний, чтобы использовать его преимущества и при этом управлять его уникальными характеристиками. Исключительная обрабатываемость магния позволяет осуществлять эффективные производственные процессы при соблюдении соответствующих протоколов.

Особенности обработки

При обработке магния возможны более высокие скорости резания по сравнению с другими металлами, что позволяет повысить производительность и сократить общее время обработки. Такая исключительная обрабатываемость способствует снижению энергопотребления и увеличению срока службы инструмента. Надлежащие системы удаления стружки очень важны из-за риска воспламенения мелкой магниевой стружки и пыли, требующего специальных протоколов сбора и утилизации.

При обработке магния необходимо тщательно выбирать методы охлаждения, так как охлаждающие жидкости на водной основе, как правило, следует избегать из-за возможного образования водородного газа, а охлаждающие жидкости на масляной основе должны контролироваться для предотвращения пожароопасных ситуаций. Выбор инструмента существенно влияет на результаты, при этом твердосплавные инструменты с определенной геометрией обычно обеспечивают оптимальную чистоту поверхности и эффективность.

Протоколы безопасности

Безопасность при обработке магния имеет первостепенное значение и требует принятия ряда важных мер. В зонах обработки должны быть установлены специализированные системы пожаротушения, не использующие воду (которая может вступить в реакцию с горящим магнием). Правильные системы вентиляции необходимы для постоянного удаления магниевой пыли из рабочей среды.

Регулярная очистка предотвращает опасное накопление стружки и пыли на оборудовании и прилегающих территориях. Перед допуском к работе с этим материалом необходимо провести всестороннее обучение операторов, в ходе которого они узнают о специфических рисках и правилах обращения с магнием. Операции по обработке магния должны быть физически отделены от любых процессов, связанных с искрами или открытым пламенем, чтобы свести к минимуму риск воспламенения.

Финишная обработка

После механической обработки магниевые детали обычно подвергаются поверхностной обработке для повышения их производительности и долговечности. Процессы анодирования создают защитные оксидные слои, которые улучшают коррозионную стойкость и твердость поверхности. Химические конверсионные покрытия обеспечивают дополнительную защиту от воздействия факторов окружающей среды.

Варианты окраски или порошкового покрытия обеспечивают как защитные, так и эстетические преимущества готовых компонентов. Для предотвращения проникновения влаги в критически важных областях применения могут применяться специализированные герметики. Эти виды обработки в совокупности защищают от коррозии и одновременно улучшают функциональные свойства и внешний вид обработанных магниевых деталей.

Часто задаваемые вопросы о том, что такое магний?

Как производится магний?

Магний производится в основном двумя способами: электролитическим, при котором магний извлекается из хлорида магния путем электролиза, и методом Пиджона - термическим восстановлением, при котором доломитовая руда нагревается с ферросилицием в вакууме для получения паров магния. Оба метода требуют значительных затрат энергии, причем процесс Пиджона более распространен, несмотря на его более низкую эффективность.

Какая страна является крупнейшим производителем магния?

Китай является крупнейшим производителем магния в мире, на его долю приходится около 85% мирового производства. Доминирование страны в производстве магния резко возросло с 1990-х годов, в основном благодаря внедрению процесса Пиджона в регионах с низкой стоимостью энергии и рабочей силы.

Можете ли вы использовать магний в системе CNC?

Да, магний можно обрабатывать на ЧПУ с отличными результатами при соблюдении надлежащих правил безопасности. Магний обеспечивает превосходную обрабатываемость с более высокими скоростями резания и лучшую чистоту поверхности, чем многие другие металлы, но требует специализированных систем управления стружкой и мер пожарной безопасности из-за своей воспламеняемости в виде порошка или тонкой стружки.

Вернуться к началу: Что такое магний? | Свойства, производство и применение в обработке на станках с ЧПУ