Области и структура потребления магния и магниевых сплавов

Co времени начала промышленного получения магния на протяжении нескольких десятилетий объем его производства и потребления сильно колебался в зависимости от военной конъюнктуры, поскольку магний имел почти исключительно стратегическое значение.

С конца 50-х годов наблюдается сравнительно стабильный рост производства и потребления магния (в последние годы он несколько замедлился в связи с общим экономическим спадом на Западе), который объясняется достижениями в технике и технологии производства магния и магниевых сплавов, значительным расширением сфер применения магния и его сплавов, особенно в невоенных отраслях промышленности, быстрым ростом производства алюминия и развитием производства алюминиевых сплавов, легированных магнием. Благодаря своим свойствам магний получил широкое применение в разнообразных областях техники.

Области применения магния делят на две группы: к первой относят металл, непосредственно используемый в качестве конструкционного материала в виде литейных и деформируемых сплавов; ко второй — все остальные области для неконструкционных целей, включающие использование магния в качестве легирующей добавки при производстве алюминиевых сплавов, в качестве реагента в металлургии и химии, как средство для защиты от коррозии, в виде пиротехнического материала и т. д.

В 1973 г. в капиталистических странах из суммарного потребления магния (около 200 тыс. т) на конструкционные цели израсходовано 35%, на неконструкционные — 65%. Структура потребления магния в различных странах отличается между собой. Так, в США, где используется более 50% от общего потребления металла в капиталистических странах, растет применение магния в качестве легирующей добавки в алюминиевые сплавы, достигшее почти 45 % от суммарного потребления магния в стране.

Далее там следует использование магния на конструкционные цели — около 23%: примерно поровну на производство фасонного литья и деформируемых полуфабрикатов. С учетом вторичного металла эта доля в суммарном потреблении значительно выше.

Растет использование магния для защиты от коррозии металлических сооружений, достигшее почти 11,5%. Видное место занимает металлургия, для которой расходуется почти 12% магния, без учета металла, расходуемого на комбинированных титано-магниевых предприятиях.

В западной Европе в 1974 г. было использовано 65,1 тыс. т первичного магния, из них 31,6% для легирования алюминиевых сплавов; 48,6% в качестве конструкционных материалов (в том числе 38.2% в одной ФРГ в виде литья для автомобилестроения); в металлургии, в основном для модифицирования чугуна, 10,1 %; в химии и пиротехнике 4,9% и на прочие нужды 4,8 % (в том числе для ядерной энергетики в Великобритании примерно 3,4%).

Япония потребила в 1973—1974 гг. 14,8 тыс. т первичного магния (в среднем), из них для легирования алюминиевых сплавов 72,8%, в металлургии 13,3%, для конструкционных целей около 8 %, на производство порошков 4,1 % и на прочие нужды 1,8%.

Одно из примечательных свойств магниевых сплавов, стимулирующее их применение в качестве конструкционного материала, — высокая удельная прочность. Среди изделий, имеющих магниевые детали, есть такие, для которых стоимость магния не имеет первостепенного значения, так как использование магниевых сплавов в них вызывается технической необходимостью. Это, например, летательные аппараты или топливные элементы в ядерной энергетике. Для большинства гражданских изделий первостепенным условием применения магниевых сплавов является экономическая выгода. Здесь магниевые сплавы должны выдержать конкуренцию прежде всего с алюминиевыми сплавами, поскольку последние почти всегда с технической стороны могут заменить магниевые сплавы. Следовательно, решающим условием для применения магния в таких изделиях является соотношение между ценами на магний и алюминий. Существует следующая ориентировочная оценка влияния отношения цен на внедрение магния: при отношении до 1,25 применение магния эффективно и будет интенсивно возрастать. По мере приближения отношения к 1,5 темп внедрения магния будет замедляться и при отношении более 1,5 область применения магния будет сокращаться. В целом можно отметить, что интерес к использованию магния в качестве конструкционного материала обратно пропорционален отношению его стоимости к стоимости алюминия.

Применение магниевых сплавов наиболее экономично в виде отливок, полученных литьем под давлением. При благоприятном отношении цен на магниевые и алюминиевые сплавы (в упомянутых пределах) стоимость материала, т. е. магниевого сплава, затрачиваемого на отливку, не превысит стоимости заменяемого алюминиевого сплава, поскольку вес изделия в магниевом исполнении (при равнопрочности) будет в 1,25—1,5 раза меньше, чем в алюминиевом.

Затраты на производство магниевых деталей, особенной при литье под давлением, также ниже, чем для алюминиевых. Это обусловлено более высокой производительностью благодаря большей скорости литья (примерно на 50%), высоким сроком службы пресс-форм и другими преимуществами. Кроме того, механообработка магниевых отливок дешевле, так как она осуществляется при значительно больших скоростях резания, меньшем расходе энергии, меньшей изнашиваемости инструмента и т. д. Дополнительные издержки, связанные со спецификой плавки магния, антикоррозионной защитой деталей и т. п., компенсируются упомянутыми выгодами.

В результате проведенных у нас опытно-промышленных разработок и эксплуатационных испытаний деталей из магниевых сплавов в автомобилях, тракторах, электродвигателях в строительных и коммунальных машинах, инструментах и других изделиях было определено, что при замене отливок из алюминиевых сплавов магниевыми экономия в стоимости деталей составляет 10—15%.

Близкая к этой величина, равная 16%, приведена в зарубежных данных о сравнительной стоимости отливок весом 2—6 кг, полученных литьем под давлением из магниевых и алюминиевых сплавов при отношении между ценами на магний и алюминий, равном 1,23.

Следует иметь в виду, что в связи с возможностью усовершенствования технологии магниевого литья под давлением за счет применения бесфлюсовой плавки, литейных машин с горячей камерой, дозирующих установок и автоматизации процесса затраты на производство магниевых отливок снизятся и конкурентоспособность магниевых деталей повысится.

Помимо экономии в стоимости изготовления изделия имеется выгода при эксплуатации, которая достигается главным образом за счет уменьшения веса изделия на единицу мощности. В общем большинство специалистов сходится на том, что конкурентоспособность магния как конструкционного материала будет повышаться.

Рассмотрим некоторые примеры применения магниевых сплавов в изделиях.

Авиастроение, ракетостроение и космонавтика продолжают оставаться одним из основных потребителей магниевых сплавов, поскольку для этой техники велико значение каждого сэкономленного килограмма веса.

К числу важнейших современных и крупных потенциальных потребителей магниевых сплавов относится автомобильная промышленность. Применение магния в автомобиле повышает отношение транспортируемого полезного груза к мертвому грузу. На заседании Международной ассоциации по магнию в 1974 г. в Париже сообщалось, что благодаря экономии горючего от снижения веса автомобиля избыточный расход энергии, затрачиваемой на производство магния, заменяющего чугун, может быть сэкономлен за 3—6 месяцев эксплуатации автомобиля, если принять его пробег равным 160000 км при сроке службы в течение 8 лет.

Кроме хорошо известной практики массового применения магниевых отливок для легкового автомобиля «Фольксваген» (на одну машину —22,5 кг отливок), их стали использовать и в автомобилях других марок: «Порше-911», некоторых моделях «Фиат» и «Кромадар». Магниевые отливки применяют в производстве мотоциклов (в Великобритании), аэросаней (в Канаде), тракторов и других машин.

В автомобилестроении Советского Союза магниевые сплавы успешно применяют для легковых автомобилей «Запорожец» (отливают 40 наименований деталей).

Из магниевых сплавов изготавливают разные виды транспортного оборудования и приспособлений. Видное место магниевые сплавы занимают в производстве многих типов переносных ручных и механизированных инструментов. Это позволяет облегчить труд, повысить его производительность. В нашей стране магниевые отливки используют в конструкциях мотопилы марок «Дружба» и «Урал», электропилы ЭПЧ-8, бензосучкорезки БС-1.

Эффективно использование магниевых сплавов в машиностроении для легкой и пищевой промышленности, например, для текстильных вязальных, прядильных станков, полиграфических машин, в оборудовании хлебопекарного дела и торговых предприятий и т. п. В Советском Союзе из магниевых сплавов готовят детали для трикотажных станков (17 наименований), для полиграфических машин ПОЛ-54 (20 наименований).

Магниевые сплавы применяют в производстве электродвигателей, для деталей различных видов электронной аппаратуры, в оптическом, радиотелевизионном, телефонном приборостроении и др.

Нашли применение магниевые сплавы в производстве конторского оборудования (пишущие машинки, диктофоны, адресные машинки и др.) и потребительских товаров (домашние инструменты, швейные машины, проигрыватели, пылесосы, ручные чемоданы, мебель, стремянки, ручные тележки и т. п.).

Благодаря тому что магниевые сплавы имеют более высокий, чем другие металлы, электроотрицательный потенциал, их стали эффективно применять для катодной защиты от коррозии металлических сооружений в морской воде или в грунте (судов, трубопроводов, резервуаров и т. п.). Протектор-анод присоединяют к защищаемой конструкции. При этом создается искусственная электрическая цепь и при протекании тока протектор разрушается, а защищаемые изделия сохраняются.