Магний.
По распространенности в природе магний (среди конструкционных металлов) занимает третье место после алюминия и железа. Его содержание в земной коре составляет 2, 1 % [371]. На долю магниевых соединений приходится более 12 % общего количества известных минералов. Неисчерпаемым источником магния является мировой океан. В морской воде содержится до 0, 14% магния [370]. Среди конструкционных металлов магний обладает минимальной плотностью и высокой удельной прочностью.
Магний не претерпевает полиморфных превращений. В интервале температур ниже точки плавления он сохраняет ГПУ кристаллическую решетку (см, табл. 1. 2). При отрицательных и нормальной температурах деформация магния осуществляется по механизму сдвига и происходит лишь по одной плоскости. Вследствие этого пластичность магния невысока. При температуре 200—300 °С в магнии появляются еще две плоскости скольжения и плоскость двойникования, в результате чего его пластичность возрастает.
Магний хорошо обрабатывается резанием, однако механические и литейные свойства этого металла низкие что затрудняет его применение в качестве конструкционного материала. Невысокая пластичность магния обусловливает также его плохую свариваемость и технологичность при обработке давлением.
Магний парамагнитен. Он незначительно захватывает тепловые нейтроны. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для магния равно 0, 059 б [370]
Во всех стойких химических соединениях магний проявляет степень окисления +2, однако в ряде газообразных галогенидов он проявляет степень окисления +1. В атмосферных условиях при нормальной температуре магний имеет удовлетворительную коррозионную стойкость, так как на его поверхности образуется защитная пленка из MgO. Толщина этой аморфной (рыхлой и пористой) пленки не превосходит 10 нм, Поэтому по влажной атмосфере магний быстро корродирует, образуя гидрооксид. Магний значительно корродирует в морской воде, растворе хлористого натрия. Сильно действуют на магний разбавленные минеральные кислоты (кроме плавиковой), а также большинство органических кислот. Магний устойчив к воздействию щелочей, фторидов, спирта, керосина, бензина, минеральных масел и др. С рядом металлов он образует сплавы, которые обладают более высокими по сравнению с чистым магнием механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Это значительно расширяет область применения магния, в том числе в качестве свариваемого конструкционного материала. Очень важным преимуществом магниевых сплавов является их высокая удельная вибрационная прочность. По этому показателю они примерно на два порядка превышают алюминиевые сплавы и в 20 раз легированные стали
Магниевые сплавы применяют в авиастроении, транспортном машиностроении, приборостроении и других отраслях техники.
Бериллий.
Запасы бериллия в земной коре оцениваются в 6 • 10-4 % [371]. При температуре 1254 °С бериллий претерпевает полиморфное превращение. Низкотемпературная модификация бериллия (а-Ве) имеет ГПУ решетку (см. табл. 1. 2). Высокотемпературная модификация (бетта-Ве) образует ОЦК решетку. Бериллий по сравнению со всеми другими металлами и сплавами обладает наибольшей кратковременной удельной прочностью в интервале температур 430—650 °С, а также самой высокой среди металлов скрытой удельной теплотой плавления (1149, 5 кДж/кг), превосходящей скрытую удельную теплоту плавления алюминия почти в 3 раза, магния — в 6 раз, железа — в 4, 3 раза. Сочетание малой плотности с высоким модулем упругости (см. табл. 1. 1) обусловливает большую скорость распространения в нем звука (12600 м/с), что почти в 2, 5 раза больше скорости распространения звука в стали [370].
Бериллий — диамагнитный металл с удельной магнитной восприимчивостью (1 см3/г) [371]. Он характеризуется довольно большой теплопроводностью, уступая по этому показателю лишь серебру, меди, золоту и алюминию. Бериллий — хороший замедлитель нейтронов. Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов для бериллия равно 0, 009 б [370]. Специфическим свойством бериллия является его высокая проницаемость для рентгеновских лучей. Она в 17 раз выше, чем у алюминия. Поэтому чистый металлический бериллий применяют для изготовления окон рентгеновских трубок.
При нормальной температуре бериллий — хрупкий металл. Однако его низкую пластичность нельзя объяснить лишь особенностями кристаллической решетки, так как соотношение с/а у бериллия в большей степени отличается от теоретического (1, 633), чем, например, у магния (см. табл. 1. 2). Более того, титан и цирконий, имеющие аналогичную (ГПУ) кристаллическую решетку с соотношениями с/а, более близкими к теоретическому значению, чем бериллий, отличаются при нормальной температуре высокой пластичностью. Соотношение с/а — не единственный фактор, определяющий пластичность металлов с ГПУ структурой [144].
Способность чистых металлов к пластической деформации определяется дислокационным строением и прежде всего легкостью размножения дислокаций и их распространения по плоскостям скольжения (в бериллии практически лишь одна такая плоскость — плоскость базиса (0001)). Особенно низкие механические свойства у литого бериллия. Обработка бериллия давлением осуществляется при температуре ниже температуры рекристаллизации (700—900 °С). Рекристаллизационный отжиг снижает прочность бериллия и несколько повышает его пластичность. Применение бериллия в качестве свариваемого конструкционного материала затруднено из-за его хрупкости.
В химических соединениях бериллий обычно проявляется степень окисления +2, но есть ряд газообразных соединений бериллия с кислородом и галогенами в которых его степень окисления соответствует + 1. Благодаря покрывающей его оксидной пленке бериллий в обычных условиях устойчив на воздухе. Он обладает большим сродством к кислороду; при 1200 °С металлический бериллий горит. В холодной и горячей воде практически не изменяется. Растворяется в серной и соляной кислотах, а также в щелочах. Разбавленная азотная кислота медленно растворяет бериллий, а концентрированная на него почти не действует. Летучие соединения бериллия и пыль, содержащая бериллий и его соединения, токсичны. Поэтому при его обработке, в том числе сварке, применяют специальные меры предосторожности (мощная фильтрующая вентиляция и др. ). Допустимая концентрация бериллия в атмосфере до 2 мг/м3 [275]. Компактный бериллий не токсичен, эксплуатация бериллиевых изделий не представляет опасности для здоровья людей.
Все исследованные до настоящего времени элементы отличаются ничтожной растворимостью в бериллии. Поэтому создание сплавов на его основе — весьма сложная задача. Несмотря на это, бериллий как конструкционный материал используется во многих отраслях техники: авиационной, ракетной, атомной (в реакторах), приборостроении и др. [275]