тряпки4 (тряпки шпоры), страница 3

Литой магний имеет крупнокристалличе­скую структуру и низкие механические свойства: о-в =110-120 МПа; <7о 2 = =20-30 МПа; 5 = 6 - 8 % ; НВ 300. Моди­фицирование цирконием и пластическая де­формация, приводящие к измельчению :труктуры, несколько улучшают механиче­

ские свойства: Ста = 260 МПа; 6=9% (холод­нокатаный лист). Отжиг для снятия наклепа проводят при температуре 330-350 °С, в ре­зультате чего магний имеет следующие свой­ства: Стд =190 МПа; Сто 2 =98 МПа; 5= =15-17%; НВ 400. Наклеп для упрочне­ния магния применяют редко, так как он вы­зывает возникновение развитой текстуры де­формации и анизотропии свойств.

Низкая пластичность магния при темпера­туре 20-25 °С объясняется тем. что » метал­лах с гексагональной кристаллической ре­шеткой скольжение происходит только по базисным плоскостям. Повышение темпера­туры приводит к появлению новых плоско­стей скольжения и двойникования и, как. следствие, к увеличению пластичности. В связи с этим обработку давлением магния проводят при температуре 350-450° в со­стоянии наибольшей пластичности.

Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется. Он использует­ся в пиротехнике, в химической промышлен­ности для синтеза органических препаратов, в металлургии различных металлов и спла­вов-как раскислитель, восстановитель и ле­гирующий элемент.

Общая характеристика и классифика­ция магниевых сплавов. Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Временное сопро­тивление отдельных сплавов достигает 250-400 МПа при. плотности менее 2-Ю³ кг/м³ (табл. 12.5). Основными .i,;-гирующими элементами мигниевых сплавов являются Al, Zn, Mn. Для до­полнительного легирования используют цирконий, кадмий, церий, ниодим и др. Механические свойства сплаиов магния при температуре 20-25 °С улучшаю гся при легировании алюминием, цинком, цирконием (рис. 12.10), при повышен­ной-добавкой церия, ниодима и осо­бенно тория (рис. 12.11). Цирконий и це­рий оказывают модифицирующее дей­ствие на структуру сплавов магния. Особенно эффективно модифицирует цирконий. Добавка 0,5-0,7% Zr умень­шает размер зерна магния в 80-100 раз. Это объясняется структурным и раз­мерным соответствием кристаллических

решеток Mg и Zr„ (ГПУ с а = 0,3223 нм;

с =0,5123 нм). Кроме того, цирконий и марганец способствуют устранению или значительному уменьшению влия­ния примесей железа и никеля на свой­ства сплавов. Они образуют с этими элементами промежуточные фазы боль­шой плотности, которые при кристалли­зации выпадают на дно тигля, очищая

тем самым сплавы от вредных приме­сей.

Увеличение растворимости легирую­щих элементов в магнии с повышением температуры (рис. 12.12) дает возмож­ность упрочнять магниевые сплавы с помощью закалки и искусственного старения. Однако термическая обработ­ка магниевых сплавов затруднена из-за замедленных диффузионных процессов в магниевом твердом растворе. Малая скорость диффузии требует больших выдержек при нагреве под закалку (до 16-30 ч) для растворения вторичных фаз. Благодаря этому такие сплавы можно закаливать на воздухе, они не склонны к естественному старению. При искусственном старении необходимы высокие температуры (до 200° С) и боль­шие выдержки (до 16-24 ч). Наиболь­шее упрочнение термической обработ­кой достигается у сплавов магния, леги­рованных неодимом. В этом случае при распаде пересыщенного твердого рас­твора в зависимости от температуры и времени старения могут образоваться зоны Гинье-Престона, метастабильные и стабильные упрочняющие фазы, тог­да как в некоторых других сплавах (на­пример, сплавах системы Mg-Al-Zn) при старении сразу появляются ста­бильные фазы.

Временное сопротивление и особенно предел текучести магниевых сплавов значительно повышаются с помощью термомеханической обработки, которая состоит в пластической деформации за­каленного сплава перед его старением.

Из других видов термической обра­ботки к магниевым сплавам применимы различные виды отжига: гомогенизация, рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия остаточных напряжений. Для деформируемых сплавов диффузионный отжиг совмещают с нагревом для горя­чей обработки давлением. Температура рекристаллизации магниевых сплавов в зависимости от их состава находится в интервале 150-300°С, а рекристалли-зационного отжига-соответственно в интервале 250-350 °С. Более высокие температуры вызывают рост зерна и понижение механических свойств. От­жиг для снятия остаточных напряжений проводя! при температурах ниже темпе­ратур рекристаллизации.

Магниевые сплавы хорошо обрабаты­ваются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), легко шлифуются и полируются. Высокие ско­рости резания и небольшой расход энергии способствуют снижению стои­мости обработки резанием деталей из магниевых сплавов по сравнению с дру­гими сплавами. Они удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой. Дуговую сварку реко­мендуется проводить в защитной среде из инертных газов. Прочность сварных швов деформируемых сплавов соста­вляет 90 °д от прочности основного ме­талла.

К недостаткам магниевых сплавов, наряду с низкой коррозионной стой­костью и малым модулем упругости, следует отнести плохие литейные свой­ства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении. Небольшие добавки бе­риллия (0,02-0,05 %) уменьшают склон­ность к окисляемости, кальция (до 0,2%)-к образованию микрорыхлот в отливках. Плавку и разливку • маг­

ниевых сплавов ведут под специальны­ми флюсами.

По технологии изготовления маг­ниевые сплавы подразделяют на ли­тейные (МЛ) и деформируемые (МА);

по механическим свойствам-на сплавы невысокой и средней прочности, высоко­прочные и жаропрочные; по склонности к упрочнению с помощью термической обработки- на сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработ­кой. Для повышения пластичности маг­ниевых сплавов их производят с пони­женным содержанием вредных примесей Fe, Ni, Си (повышенной чистоты). В этом случае к марке сплава доба­вляют строчные буквы «пч», например, МЛ5пч или МА2пч.

Деформируемые машиевые сплавы. Химический состав (ГОСТ 14957-76) и типичные механические свойства неко­торых деформируемых сплавов предста­влены в табл. 12.5. Среди деформи­руемых сплавов наибольшей про­чностью обладают сплавы магния с алюминием и сплавы магния с цин­ком, легированные цирконием, кадмием, серебром, редкоземельными металлами.

Сплавы магния с алюминием содер­жат 0,2-1,5 "о Zn (МАЗ). Алюминий и цинк обладают высокой раствори­мостью в магнии. Повышение их содер­жания в сплаве приводит к увеличению прочности сначала в результате увели­чения концентрации твердого раствора, а затем благодаря появлению вто­ричных фаз Mg4Al3 и Mg3Zn3Al2. Одна­ко в промышленные сплавы не вводят более 10°о А1 и более 6% Zn, так как большое количество промежуточных фаз вызывает снижение пластичности. С понижением температуры концентра­ция твердого раствора уменьшается (см. рис. 12.12), что дает возможность упроч­нять сплавы с помощью закалки и ста­рения. Сравнительно небольшой эффект упрочнения (около 30%) этих сплавов объясняется тем, что при распаде твер­дого раствора образуются сразу ста­бильные фазы с относительно большим

расстоянием между частицами. Причем упрочняющие фазы в этих сплавах обладают большой склонностью к коа­гуляции, которая начинается до дости­жения полного распада пересыщенного твердого раствора.

Цинк и алюминий придают сплавам хорошую технологическую пластич­ность, что позволяет изготовлять из них кованые и штампованные детали слож­ной формы (например, крыльчатки и жалюзи капота самолета). Для устра­нения вредного влияния железа сплавы дополнительно легируют марганцем. Сплавы с низким содержанием алюми­ния и поэтому небольшим количеством вторичных фаз в структуре дают незна­чительное упрочнение при закалке и ста­рении. Они применяются в горячепрес-сованном или отожженном состояниях. Сплавы с высоким содержанием алюми­ния, дополнительно легированные сереб­ром и кадмием (МАЮ), обладают самой высокой прочностью (Ов=430 МПа) и удельной прочностью (24 км) среди магниевых сплавов.

Кадмий неограниченно растворяется в магнии и не образует собственных фаз в сплавах магния с алюминием. Легируя твердый раствор, кадмий повышает ме­ханические свойства и технологическую пластичность сплавов. Серебро обла­дает хотя и ограниченной, но значитель­ной (15,5°,, по массе) растворимостью в магнии. Высокая прочность этих спла­вов объясняется наличием высоколеги­рованного алюминием, серебром и кад­мием твердого раствора и большого количества упрочняющей фазы Mg4Al3.

Высокопрочные сплавы магния с цин­ком дополнительно легируют цирко­нием (МА14), кадмием, РЗМ (МА15, МА19 и др.). Магний образует с цинком твердый раствор, концентрация которо-

го с повышением температуры увеличи­вается и достигает предельного значе­ния (8,4%) при эвтектической температу­ре. Увеличение содержания цинка в сплавах приводит к резкому повыше­нию прочности и некоторому улучше­нию пластичности в результате леги­рования твердого раствора. Появление в структуре сплавов интерметаллидной фазы MgZn^ ведет к дальнейшему упрочнению и снижению пластичности. Для того чтобы сохранить пластичность на допустимом уровне, содержание цин­ка в промышленных сплавах ограничи­вают 5-6%.

Цирконий оказывает рафинирующее и модифицирующее действие. Вступая в соединение с водородом, цирконий уменьшает пористость. Измельчая структуру сплавов магния с цинком, цирконий вызывает повышение времен­ного сопротивления и особенно предела текучести, пластичности. Полной упроч­няющей термической обработке эти сплавы обычно не подвергают, так как при нагреве под закалку снимается на­клеп, полученный полуфабрикатами при прессовании, штамповке; упрочнение при старении настолько мало, что не обеспечивает уровня исходных свойств. Большой эффект дает старение, прове­денное непосредственно после прессова­ния (штамповки).

Недостатками сплавов являются сложность приготовления, обусловлен­ная низкой растворимостью циркония в жидком магнии, склонность к образо­ванию трещин, затрудняющих горячую прокатку и сварку сплавов. Сплавы при­меняют для несвариваемых сильно на­груженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, авто­мобилей, ткацких станков и др.).

Кадмий в сплавах магния с цинком не образует промежуточных фаз. Легируя твердый раствор, он повышает проч­ность и пластичность сплавов этой си­стемы. Редкоземельные металлы допол­нительно увеличивают прочностные характеристики в результате образова­

ния промежуточных интерметаллидных фаз.

Литейные магниевые сплавы. По хи­мическому составу многие литейные сплавы магния близки к деформи­руемым (см. табл. 12.5). Преимуществом литейных сплавов перед деформируемы­ми является значительная экономия ме­талла при производстве деталей, по­скольку высокая точность размеров и хорошая чистота поверхности отливок почти исключают их обработку реза­нием. Однако из-за грубозернистой ли­той структуры они имеют более низкие механические свойства, особенно пла­стичность. Улучшение механических свойств литейных сплавов достигается различными способами: перегревом, модифицированием, гомогенизацией от­ливок, а также применением особо чистых шихтовых материалов при при­готовлении сплавов. Перегрев дает хо­рошие результаты в сплавах с алюми­нием, выплавленных в железных тиглях. В результате взаимодействия алюминия с железом образуются частицы соедине­ния РеА1з, которые являются дополни­тельными центрами кристаллизации.

Для модифицирования используют цирконий, магнезит, мел. При гомогени­зации происходит растворение грубых интерметаллидных фаз, охрупчивающих сплавы.

Механические свойства литейных маг­ниевых сплавов в основном находятся на уровне свойств литейных алюми­ниевых сплавов, но, обладая меньшей плотностью, магниевые сплавы превос­ходят их по удельной прочности.

Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn, особенно сплавы с повышенным содержанием алюминия. Для сплавов этой системы характерен более широкий, чем у алю­миниевых сплавов, интервал кристалли­зации. В результате они обладают пони­женной жидкотекучестью, усадочной по­ристостью (рыхлота) и низкой герме­тичностью, склонностью к образо­ванию горячих трещин. С увеличе­

нием содержания алюминия литейные свойства сначала ухудшаются, посколь­ку увеличивается интервал кристаллиза­ции, а затем, при проявлении неравно­весной эвтектики - улучшаются; повы­шаются прочностные характеристики. Однако из-за большого количества ин­терметаллидных фаз, в том числе и эв­тектических (рис. 12.13), сплавы с боль­шим содержанием алюминия обладают пониженной пластичностью. Наилучшее сочетание литейных и механических свойств имеют сплавы, содержащие 7,5-10% А1 (МЛ5, МЛ6). Небольшие до­бавки цинка способствуют улучшению технологических свойств. Гомогениза­ция при 420 °С (12-24 ч) и закалка от этой температуры способствуют повы­шению прочности и пластичности. Вследствие малой скорости диффузии алюминия в магнии сплавы закали­ваются при охлаждении на воздухе. Старение при 170-190 °С дополнительно повышает временное сопротивление и особенно предел текучести сплавов.

Малая плотность магниевых сплавов, а в отдельных случаях высокая удельная прочность, способствуют их широкому применению в самолетостроении (кор­пуса приборов, насосов, коробок пере­дач, фонари и двери кабин и др.), ракет­ной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стаби­лизаторы), конструкциях автомобилей,

особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), в приборостроении (кор­пуса и детали приборов). Вследствие малой способности к поглощению те­пловых нейтронов их используют в атомной технике (см. п. 14.5) в резуль­тате высокой демпфирующей способно­сти-при производстве кожухов для электронной аппаратуры.

Более высокими технологическими и механическими свойствами при 20-25 °С и повышенных температурах обладают сплавы магния с цинком и цирконием. (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), РЗМ (МЛ9, МЛ10). РЗМ улуч­шают литейные свойства. Они снижают склонность сплавов к образованию го­рячих трещин и пористости, увеличи­вают прочность при обычных и повы­шенных температурах. Цирконий значи­тельно измельчает крупнозернистую структуру отливок, способствует очист­ке сплавов от вредных примесей, а так­же благоприятно влияет на свойства твердого раствора, повышает темпера­туру рекристаллизации. Кадмий улуч­шает механические и технологические свойства. Высокопрочные литейные сплавы применяют для нагруженных де­талей самолетов и авиадвигателей (кор­пусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).