Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 17

Состав и физико-механические свойства некоторых алюминиевых припоев

Марка припоя

Химический состав, %

Температура

плавления, °С

аь

8,%

кГ/мм2

Назначение

Си

Zn Мп

А1

начало

конец

Силумин электриче

ский

И 7

Осталь

ное

577

17 19

1— 2

Для пайки деталей, исправления

дефектов, для пайки радиаторов из

сплава АМц

34А

То же

525

18—24

То же

35А

7 » »

535

13—14

1 » »

П52А

10+1 1+0 1 » »

590

—

Для пайки узлов из алюминия

и его сплавов, подвергающихся ано

дированию

П575А

20+1 » » 575

Для пайки алюминия и его спла

вов

П550А

27+1

6±1

1 5+0,1 » »

550

—

То же

В62 20

3,5

24—20 » »

490

500 13— 15

Для пайки алюминиевых сплавов

при температуре 480° С и выше

ПЦАМ65

14 5+0 5

65+1 0 ,6+0 1

» »

390

420

32—35

В результате модифицирования эвтектическая составляющая

в этих сплавах принимает мелкозернистое строение, подобно

эвтектике в сплавах типа силумин (см. рис. 9,6 атласа) Кроме

этого, как и в двойных силуминах, отмечается сдвиг эвтектиче

ской точки, и в сплавах в значительных количествах появляются

первичные дендриты алюминия.

Указанные структурные изменения приводят к существенному

повышению механических свойств. Так, например, для модифи

цированного припоя 34А предел прочности повышается пример

но в полтора раза (с 12 до 19 кГ мм2), для припоя 35А почти в

два раза (с 14 до 26 кГ/мм2) При этом удлинение меняется

несущественно.

Высокие показатели механических свойств получаются также

при модифицировании припоя добавками стронция.

Опыты по пайке модифицированными припоями показывают,

что эффект модифицирования практически полностью сохра

няется и в паяном шве, что способствует улучшению качества

паяных соединений и повышению их механических свойств (при

близительно на 3—4 кГ/мм2).

ГЛАВА МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

§ 1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МАГНИЯ

Магний среди других промышленных металлов

выделяется малой плотностью (1,74 г/сж3), хорошей способно

стью воспринимать ударные нагрузки и отличной обрабатывае

мостью резанием.

Недостатками магния и его сплавов являются пониженная

коррозионная стойкость и способность к возгоранию. Без спе

циальных мер защиты от коррозии магний и его сплавы обычно

не применяются 1

Ниже приведены основные физические константы чистого

магния.

Атомный вес .... 24 312

Атомный радиус, А . . . . 1 60

Кристаллическая решетка . . . Г.п.у

Периоды решетки, А.

а . 3 2028

с . . . . 5 1998

Плотность, г/смъ 1,74

Температура плавления, °С . 651

Температура кипения, °С .1103

Скрытая теплота плавления, кал/г 82,2

Скрытая теплота испарения, кал/г 1337

Удельная теплоемкость, кал/г град, при, °С:

0 . . . 0 24

20 . 0,248

100 . . . 0 254

650 . 0 312

Теплопроводность, кал/см сек-град, при, °С:

30 . 0 30

100 . . . . 0,31

200 0 33

300 и 400 0 32

Коэффициент линейного расширения, 1 /град, при, °С:

20— 100 0,26

100—200 . 0,27

Удельное электросопротивление при 20° С, мком см 4,46

Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов,

барн/атом. . 0 063

1 Защита от коррозии заключается в нанесении на поверхность изделий

тончайших окисных пленок или тонких лакокрасочных покрытий.

Литой магний, подобно алюминию, характеризуется крупно

кристаллическим строением.

При рассмотрении микроструктуры литого магния по грани-

цам и внутри зерен видны включения различных примесей.

Для выявления микроструктуры магния и магниевых спла

вов применяют 3—4% ный раствор азотной кислоты в спирте.

Составы других травителей, применяемых для магния и его

сплавов, указаны в приложении 2.

Наиболее часто встречающимися примесями в магнии явля

ются алюминий, железо, кремний, натрий, калий, медь и никель.

Алюминий как примесь входит в твердый раствор и не

оказывает заметного влияния на структуру и свойства магния.

Железо, натрий, калий, нерастворимые в твердом

магнии, обнаруживаются в виде отдельных темных включений

по границам зерен.

Кремний образует с магнием химическое соединение, ко

торое располагается также по границам зерен в виде тонких

сетчатых или иглообразных кристаллов.

Медь и никель также нерастворимы в твердом магнии

и образуют с ним химические соединения.

Железо, медь и никель являются наиболее вредными приме

сями в магнии, так как сильно ухудшают его коррозионную

стойкость.

Некоторые элементы в виде небольших присадок специально

вводят в магний для придания ему особых свойств. К числу

таких добавок относятся бериллий, цирконий и др.

Бериллий в количестве 0,005—0,02% способствует рафиниро

ванию магния и уменьшению его окисляемости в процессе плав

ки и литья.

Цирконий сильно измельчает зерно литого магния и способ

ствует повышению его механических и коррозионных свойств.

Влияние циркония на структуру и механические свойства магния

впервые было подробно изучено в работе [68].

В этой работе установлено, что при введении в технический

магний марки Мг1) 0,2—0,3% циркония зерно магния умень

шается в 30—40 раз, а при концентрации 0,5—0,6% циркония

в 80— 100 раз.

Микроскопические исследования структуры модифицирован

ного магния показали, что частицы циркония, введенного в

сплав, располагаются преимущественно внутри зерен магния,

подобно частицам тугоплавких соединений TiAl3, ТаА13 и др в

алюминиевых сплавах см. рис. 3

По аналогии с алюминиевыми сплавами это дает основание

утверждать, что данные частицы служат зародышами при фор

мировании зерен магния, а кристаллизация из многих центров

способствует получению мелкозернистой структуры.

Последнее тем более вероятно, так как частицы a-Zr низ

котемпературная модификация циркония имеют практически

одинаковую с магнием кристаллическую решетку магний имеет

гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а =

О о

= 3,2022 А, с = 5,1991 A, a-Zr такую же решетку с периодами

о о

а = 3,223 А, с = 5, 23 А) Измельчение зерна приводит к суще

ственным изменениям механических свойств. Некоторые данные

по этому вопросу приведены в табл. 18.

Т а бл и ц а 18

Влияние циркония на механические свойства литого магния

Механические свойства

Материал

о^, кГ1мм2

5. %

Магний Мг1

Магний с добавками 0 5—0 6% Zr

16— 17

15-16

Примечание. Испытания проводили на гагаринских образцах, отлитых

в земляные формы.

В этой работе также установлено, что добавки циркония рез

ко повышают коррозионную стойкость магния в морской воде

под напряжением Так, образцы чистого магния сильно раство

ряются и разрушаются через 20—30 мин, образцы магния с до

бавками циркония не обнаружили заметного изменения после

20 суток испытания.

Как уже было указано, чистый магний в литом виде имеет не

высокие механические свойства аь = 10 12 кГ/мм2, ао2 —

= 2-j-3 кГ/мм2, 6 = 6 8%, 1|> = 9 -г 10%

Магний имеет низкую пластичность при комнатной темпера

туре. С повышением температуры пластичность магния растет

(особенно в интервале 350—450° С) Последнее широко исполь

зуется на практике при обработке давлением магния и его спла

вов. Основные процессы обработки магния проводят в горячем

состоянии в интервале указанных температур.

Как уже отмечалось, магний мало устойчив в отношении

коррозии. В электрохимическом ряде напряжений он занимает

одно из последних мест Магний устойчив в растворах фторово

дородной кислоты, в едких щелочах, керосине, бензине и мине

ральных маслах. Почти все остальные водные растворы кислот

и солей сильно действуют на магний и быстро его разрушают

Применение чистого магния ввиду недостаточной его механи

ческой прочности ограничено: в пиротехнике, в химической про

мышленности, в качестве раскислителя и восстановителя в

металлургии черных и цветных металлов.

Основная масса магния используется для производства спла

вов на его основе, а также в качестве добавок в другие

промышленные сплавы.

§ 2. СПЛАВЫ МАГНИЯ

Сплавы на основе магния обладают более высокими механи

ческими свойствами, чем чистый магний. Упрочнение дости

гается за счет образования сложнолегированных твердых рас

творов и различных упрочняющих фаз в виде соединений магния

с вводимыми добавками.

Характер взаимодействия магния с различными элементами

показан на диаграммах состояния, приведенных в приложе

нии IV

Магниевые сплавы в качестве конструкционных материалов

за последние годы находят все более широкое применение. М а

лый удельный вес (до 1,8 г/см3) и относительно высокие меха

нические свойства (а& = 20 -ч- 36 кГ мм2, 6 = 6 — 20%) позво

ляют использовать магниевые сплавы в различных областях

техники.

Способность магниевых сплавов воспринимать ударные на

грузки делает их хорошим материалом для деталей, подвержен

ных сильным толчкам колеса самолетов, орудий, автомашин и

т д.)

Значительно возрос удельный вес магниевых сплавов в при

боростроении, автомобилестроении, в авиационной промышлен

ности, а также в жилищном строительстве.

Применяемые в технике магниевые сплавы в зависимости от

их назначения можно разделить на две основные группы.

а литейные сплавы, предназначенные для изготовления раз

личных литых деталей,

б обрабатываемые сплавы для производства полуфабри

катов листов, труб, профилей, поковок и т д. методом горячей

и холодной механической обработки.

Ниже рассмотрены структура и свойства промышленных

литейных и деформируемых магниевых сплавов.

1 Литейные сплавы

Большинство применяемых в промышленности магниевых

литейных сплавов образуется добавлением к магнию алюминия,

цинка, марганца и кремния. Некоторое применение за последнее

время находят также двойные сплавы Mg — Се, Mg Zn,

Mg Th, тройные Mg — Mn — Ce, Mg Zn — Ce,

Mg Mn Th, четверные Mg Mn Th Nd и др Состав

наиболее распространенных промышленных литейных магние

вых сплавов, их физические, механические и технологические

свойства даны в табл. 19—22.

Марганец, присутствующий в большинстве сплавов, способ

ствует повышению не только их прочности, но и коррозионной

стойкости. Для уменьшения окисляемости сплавов в некоторых

случаях вводят небольшие добавки бериллия 0,005—0,02%)

Последний образует на поверхности металла прочную и плотную

окисную пленку предохраняющую от окисления в жидком и

твердом состояниях. Введение бериллия в больших количествах

нежелательно, так как это приводит к укрупнению зерна в

отливках.

Подобное защитное действие оказывают небольшие добавки

кальция. Кальций снижает окисляемость магниевых сплавов,

уменьшает микрорыхлоту в отливках, является хорошим раскис-

лителем и дегазатором.

Отливки из магниевых сплавов, содержащие до 0,2% каль

ция, имеют чистую поверхность, содержат меньше окислов, ни

тридов и т. д.

Для магниевых сплавов в отличие от алюминиевых тре

буются специальные условия плавки и литья.

Плавят их в железных тиглях. Ввиду возгораемости магния

вблизи температуры плавления его плавят при обязательной

защите покровным легкоплавким флюсом

При разливке металла в формы струя его защищается сер

нистым газом.

При литье в земляные формы в состав формовочной земли

вводят специальные присадки обычно присадку, состоящую из

втористых солей аммония, или аммонийные комплексные соли

фтороводородной и борной кислот и др ), которые предохраняют

от окисления поверхность получаемых отливок.

Наконец, для получения качественных отливок и их высоких

механических свойств магниевые сплавы требуется больше пе

регревать и давать более высокую температуру литья.

Наилучшую жидкотекучесть и механическую прочность спла

вы имеют при перегреве их до 850—900° С и при температуре

литья 800—850° С.

Механические свойства магниевых сплавов зависят также от

размера зерна. Чем меньше зерно, тем прочнее сплав. Для по

лучения мелкозернистой структуры применяют различные спосо

бы обработки расплава, которые известны под общим названием

модифицирования.

Модифицирование производится либо путем перегрева спла

вов перед разливкой до 850—900° С, либо добавлением к ним в

небольших количествах (до 1% от массы шихты различных

специальных присадок модификаторов мел, магнезит, хлор

ное железо и т д. [69]. Таким путем удается получить в отлив

ках достаточно мелкое зерно приблизительно 50—60 зерен на

1 мм2) В некоторые сплавы для этих целей вводят небольшие

присадки циркония (до 0,6—0,8%

Литые детали и изделия из магниевых сплавов обычно под

вергают термической обработке. Режимы термической обработки

указаны в табл. 23.

Ниже рассматриваются структура и свойства сплавов по от

дельным группам.

7 Заказ 1024

Состав и применение литей

Основные компоненты

Примеси,

Система

Марка

сплава

А1 Zn

Мп

Другие

элементы

Mg Мп МЛ 2

1— 2

Осталь

ное

0,1

M g-A l—Zn

МЛ 3

2 5-3,5 0,5-1 5

0 15-0,5

To же

0 1

МЛ4

5—7

2-3 0 15-0 5

» »

0 1

МЛ4пч*

5,7-9

0 2 - 0 8

0 15-0 5

» »

0 05

МЛ6

9-10,2

0 6-1 2

0 1-0,5

» »

0,1

МЛ71

5-6 5

0 3—0,7

0 3-0,6

0,2—0,5Са

» »

0,1

Mg-Nd—Zr

МЛ9

МЛ10

3-3 ,8Nd,

0 2-0 8Zr

1,9—2,6Nd,

0 4— IZr

» »

0 1

0,03

Mg—Zn—

Ce—Zr

МЛ 11

—

0 2—0 7

2 5—4**,

0,3-lZr

» »

0 03

Mg—Zn—Zr

МЛ12

4-5

0,6-1 IZr

» »

0 03

Mg—Zn—

Th-Zr

М ЛН 1 7-2 3

2,6—3,8Th,

0,5— IZr

» »

0,03

M g-Th-Zr

ВМЛ1

2,6—3,8Th,

0 5—IZr

» »

0 03

Mg—Zn—

La—Zr

МЛ15 4-5

0 ,6— 1 2La,

0,7 1,IZr

» »

0.03

* пч — по выжженной жести.

** Цериевый мишметалл (45% Се, остальное другие РЗМ).

Таблица 19

ных магниевых сплавов [9]

%, не более

другие

примеси

я w

i i

Назначение

О 01

0 01

О 01

0,01

О 005

О 01

О 1

О 25

О 18

О 25

0,03

О 01

О 03

0,01

О 01

О 03

О 08

О 007

О 08

О 1

О 03

0,03

О 03

О 01

О 002

0,05Zn;

0,1Са:

О 1А1

0,1Си

О 1Си

0 ,1Си

О 002А1

0,003АI,

0,13 прочие

0,03А1,

0,3 прочие

О 03А1,

0,14 прочие

0,1РЗМ

0,03А1,

0,14 прочие

О 5

0,5

О 5

О 14

О 5

О 45

0,3

О 25

О 15

0,15

О 25

Для изготовления малонагруженных

деталей простой конфигурации, от ко~

торых требуется повышенная коррозион

ная стойкость

Для отливки деталей простой кон

фигурации и средней нагруженностю

с повышенными требованиями в отно

шении герметичности и сопротивления

воздействию ударных нагрузок

Для литья в песчаные формы деталей

не сложной конфигурации

То же, но работающих в условиях

повышенной влажности

Для литья в песчаные формы, кокиль

и литья под давлением высоконагру-

женных деталей

Для отливки деталей средней нагру-

женности с повышенными требованиями

в отношении герметичности, работаю

щих при 150—200° С

Для отливки высоконагруженных де

талей, работающих при температурах

до 300° С

Для деталей повышенной прочности

и жаропрочности

Для отливки деталей повышенной

герметичности, работающих при темпе

ратурах 250—300° С

Для отливки деталей с повышенной

прочностью и герметичностью, стойких

при динамических нагрузках

Для отливки деталей повышенной

герметичности, работающих при темпе

ратурах 300—350° С

То же

Для получения деталей сложной кон

фигурации с повышенной прочностью

Таблица 20

Физические свойства литейных магниевых сплавов [9]

Марка

сплава

Плотность

г, см2

Коэффициент линейного расширения

а 10е If град

Теплопроводность X

кал/см сек град

Удельное электро

сопротивление р

ом мм2/м

Удельная

теплоемкость

с% кал/г град

МЛ2 1 77

26 6(20-100° С); 27,3(20-200° С);

27 7(20-300° С)

0 32(20° С)

0 068

МЛЗ 1 78

26(20-100° С)* 27(20-200° С)

0 25(20° С) 0 090

0 25(20— 100°

С)

МЛ4

1 83

26 4(20-100° С); 27,6(20-200° С)

28 3(20-300° С)

0 19(25° С)

0 115(20° С)

0 25(20— 100°

С)

МЛ5

1 81

26 8(20-100° С); 28,1(20-200° С);

28 7(20—300° С)

0,185(25° С) 0 170(20° С)

0 25(20— 100°

С)

МЛ6

1 81

26,1 (20— 100° С); 27,2(20-200° С):

27 7(20-300° С)

0 185(25° С)

0 16(20° С)

0 25(20— 100°

С)

МЛ7 1

1 76

24 100-200° С)

0,19(20° С); 0,21(200°

0 22(300° С); 0 23 (400е

С);

С)

0 0109(20° С) 0,26(20— 100°

0 28(200° С);

0 30(300° С)

С);

МЛ9

1,8

25 6(20-100° С); 27 8(20-200° С);

30 8(20—300° С); 34 6(20-400° С)

0 20(25° С); 0 27(100°

0 28(200° С); 0,29(300°

0 29(350° С)

С);

0 069(20° С)

МЛЮ

1 77

25(20-100° С); 26(20—200° С);

26 7(20-300° С)

0,26(20°); 0 27(100° С);

0 28(200° С); 0 29(300° С)

0 069(20° С)

МЛ 11

1 8

21 9(200—100° С); 22,7(20-200° С);

24 8(20-300° С)

0 25(25° С); 0,26(100° С);

0 27(200° С); 0 27(300° С)

0 059(20° С)

МЛ 12

1,81

26 2(20— 100° С)

0 32(25° С)

МЛН

1 84

25,2(20 100° С): 26 7(20-200° С);

27 6(20—300° С); 28 2(20—400° С)

0 26(25° С); 0 29 400°

С)

0 066(20° С)

МЛ 15

1,83

25,9(20— 100° С); 26 9(20-200° С);

27 9(20—300° С); 28 8(20-400° С)

0 33(25° С)

0 22(20—100°

С)

ВМЛ1

1 79

27 3(20-100° С); 28 0(20 -200° С);

29 3(20- 300° С); 30 2(20-400° С)

0 26(25° С); 0 29(400°

С)

0 072(20° С)