Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Т абл иц а 21

Механические свойства магниевых литейных сплавов прл комнатных и повышенных температурах

Марка сплава

Термообра

ботка

20° С

150° С 200° С

з-

JbC

to *

« J

О С

to *

(О

^ аГ

а *

5: *

to *

см ^

® с

О *

о о

о S

* 2 С

t> *

о о

**ocs to * to°S

ОО

МА2

Т2

4570

10 3 5

МАЗ Т2

4200 18

5 5

8 12

0 5

45 14 5 4 5 11

3,5

10 5 4

МА4 Б. т о.

4200

18 9 5

0 2

2 7

Т4

4200

8 5 9 15

0 4 65

2 9

Тб 4200

11 5

4—8

0 2

2 7

МЛ5

Б. т. о.

4200 16 9,5 3

Т4 4200 25

8 5

9 15

0 5

18,5

8 5

2 5

15,5

5 15

Тб

4200

25 5

4—6

0 3

18 5

2 4

15 5

МЛ6

Б. т о. 4200

1 5

2-3

Т4

4200

5 12

—

12 0

2 4

15 5

Тб

4200

8 2 6

15 5

МЛ 7 1

Т2

4000

6 8

0 3

35 15 5

6 5 6 5

5 5

12 5 6

МЛ9

Тб 4300 24 И 5

14 5 11 5

МЛ 10

Тб

4300

5 7 5

МЛ11

Б. т о.

4200

10 3 3 5

13 7 9

Т4

4200 15 9 5

60 10

Тб

4200

10 5

5 65

МЛ 12

Б. т. о.

4910

8 0 5

Т1

4400

7 0 4

60 16

5 8

4 14

8,5

Тб

4400

0,4

70 16

8 4 12 5

7 5

М ЛН

Б. т. о.

3400

20 9 5

—

Т1

ВМЛ1

Б. т о.

3900

9 5

Тб

МЛ 15

Т1 4300 22

0 2

14,5 10,5 5 12 5

8,5

6,5

* 100 кГ/мм2 — предел прочности за 100 ч. ** 0,2/100 кГ/мм2 — предел ползучести за 100 ч при остаточной деформации 0,2%.

Продолжение табл. 21

Марка сплава

Термообра

ботка

200° С

250° С

300° С

350° C

° N

<N Si

о“С

to *

*■

JqC

to sc

Op»

<=>v

to *

« i

Оосг

чО

l l

<n as

o‘C

to *

*5?

to sc

-«3

МА2

Т2

____

___

МАЗ

Т2

2 5

7 5

3 7 12

1 8 —

МА4

Б. т. о. 1 6

— —

Т4

1 2

— —

Тб 1,4

—

МЛ5

Б. т. о.

— — —

Т4

0 8

2,5

— —

Тб 1 1 12

—

МЛ6

Б. т. о.

— — —

Т4

0 7

— —

Тб

— —

—

МЛ7 1

Т2 2 5 10 5,5

12,5

—

4 14 — — —

MJ19

Тб

—

13 10

—

10 5

6 25

МЛ 10

Тб

10 5

3 5

8,5 25

2 5

8,5

4,5

МЛ 11

Б. т. о.

—

2,5

13 11

Т4

6,5 13 6 13

5 5

10,5 4 5 18

—

3 5

Тб —

7,5

8,5

— —

10,5 6 30 2 5 1

7,5

4 5 30

МЛ12

Б. т о.

Т1

2 5 10

6 6

4 5 8

Тб

2 5

8,5

5 12 5,5

3 15 —

М ЛН

Б. т о.

— — —

Т1

8 4 5

6 5

3,7 7

4 2 30

0 8

6 6

3,4 25

ВМЛ1 Б. т. о.

— — - — —

2 5

—

0 9

—

Тб

14,5

7,5

20 11,2

—

6 7

3 5

МЛ 15

Т1

6 5 16

—

7,5

—

Таблица 22

Литейные свойства магниевых сплавов [9]

Марки сплавов

Температура

начала кристал

лизации, °С

Температура

конца кристалли

зации, °С

Линейная усадка,

Жидкотекучесть,

мм

Склонность

к образованию

трещин, мм

Склонность

к образованию

микрорыхлоты

Герметичность

Температура

литья, °С

Рекомендуе

мые

виды

литья

МЛ2

650

615

1,6—

1 9

300

—

В песчаную

форму

МЛЗ 628

561

1,4-

1 6

215 42,5

Низкая

Хорошая 700-

800

То же

МЛ4

610 400

1,2—

1 4

245 37,5

Высокая

Пони

женная

700-

800

В песчаную

форму

МЛ 5

600

430

1,1

1 3

290—

300

30-35

Средняя Средняя 700-

800

В песчаную

форму, ко

киль и под

давлением

МЛ6

600 440

1,1

1 2

330

27 5

» » 700-

800

То же

МЛ7 1

645 505

1,2—

1 5

250

32,5-

37 5

Высокая

700-

800

» »

МЛ9

648 555 1,2—

1,4

250—

270

27 5

Повы

шенная

720-

800

В песчаную

форму,

кокиль

МЛЮ

650

555

1,2—

1 4

250

Низкая

То же

720-

800

То же

МЛ11

645

590

1,2—

1 5

270—

290

30-25

Высокая

720-

800

» »

МЛ12

МЛ 14

630

648

450

560

1.3—

1 4

1.3-

1 4

290 32—35

Средняя

Весьма

низкая

Высокая

740-

800

720—

800

» »

В песчаную

форму

МЛ 15

630 539

1,3-

1,6

320 27,5-

Повы

шенная

740-

800

В песчаную

форму

кокиль

ВМЛ1

645

582 1,3-

1 5

270-

290

— Высокая

720-

800

В песчаную

форму

Сплавы магния с марганцем (MJI2)

Диаграмма состояния сплавов магния с марганцем (со сто

роны магния) дана на рис. 45.

Непосредственно после кристаллизации сплавы имеют одно

фазное состояние («-твердый раствор), а затем при охлаждении

происходит распад твердого раствора с выделением р(Мп)-фазы.

103

Микроструктура сплава по

казана на рис. 52 атласа, где по

границам и внутри зерен твердо

го раствора видны мелкие вклю

чения р Мп -фазы.

Растворение марганца в маг

нии и выделение его в виде дис

персных включений сообщают

сплавам необходимую твердость

и прочность.

Как все сплавы типа твердых

растворов, сплавы магния с мар

ганцем имеют невысокие литей

ные свойства: малую жидкотеку

честь, большую усадку и т д. От

личительными особенностями сплава являются высокая корро

зионная стойкость после оксидирования), свариваемость и

плотность.

Основные физико-механические свойства сплава указаны в

табл. 20 и 21

Мпч % (по массе)

Рис. 45. Диаграмма состояния

Mg Мп

Сплавы магния с алюминием и цинком

(МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6 и МЛ7)

Сплавы данной группы являются наиболее прочными магние

выми литейными сплавами. По своей композиции они относятся

к тройной системе Mg Al Zn.

На рис. 46 показаны поверхности ликвидуса системы, где

точка Р 14% А1, 37% Zn, остальное Mg является тройной пери-

тектической точкой. В этой точке при температуре 368° С про

исходит реакция

3 68° С

L + Mg4Al3— а + Т{ Mg3Al2Zn2).

На рис. 43 и 44 приведены изотермические сечения диаграм

мы состояния Mg Al Zn для температур 330 и 250° С [70].

На рис. 53 атласа показана структура сплава MJ15, где по

границам и внутри зерен 6-твердого раствора хорошо видны вы

деления интерметаллического соединения ^(^ё^АЦ). Кроме

этого, вследствие наличия марганца в сплавах в небольшом ко

личестве всегда присутствуют включения марганцовистой фазы,

которую при малых и средних увеличениях трудно обнаружить.

Подобную структуру имеют и другие сплавы с пониженным

содержанием цинка (МЛЗ, МЛ6, МЛ7 1), она отличается от

вышеприведенной количеством фазы Y(Mg4AU) В сплаве МЛЗ,

лежащем вблизи границы растворимости, эта фаза располагает

ся в виде тонких прослоек по границам зерен, в сплаве МЛб

количество фазы y(Mg4Al3) будет значительно больше, чем в

сплаве МЛ5, так как в нем больше алюминия и цинка.

104

Несколько отличную структуру имеет сплав MJI4. Вследствие

большого содержания цинка в этом сплаве появляется фаза

Т Mg3Al2Zn2) В поле шлифа сплава в литом состоянии, кроме

зерен 6-твердого раствора и включений интерметаллического

соединения у Mg4Al3), будет присутствовать также тройное сое

динение Т Mg3Al2Zri2) (рис. 54 атласа

Количество, размеры и форма выделений интерметаллических

соединений в литых сплавах зависят от условий охлаждения.

При применении повышенных скоростей охлаждения (например,

при литье в кокиль) количество и размер этих частиц заметно

уменьшаются.

Наличие переменной растворимости алюминия и цинка в маг

нии с изменением температуры обеспечивает возможность при

менения к сплавам термической обработки.

Граница совместной растворимости алюминия и цинка в маг

нии при различных температурах, по данным [71], показана на

рис. 47

Как видно из этих данных, с повышением температуры от 20

до 350° С значительно изменяется растворимость алюминия и

цинка в магнии, а следовательно, указанные сплавы могут уп

рочняться при закалке и старении.

Ai /а ZU J0 40 50 60 70 80 90 **

А1Г% (по массе)

Рис. 46. Поверхность ликвидуса системы Mg Al Zn

105

Чаще применяется закалка, реже закалка и старение. При

нагреве под закалку фазы ^(А ^А Ц ) и тройное соединение

r(M g3Al2Zn2) переходят в твердый раствор и упрочняют его.

После закалки сплавы имеют структуру однородного твердого

раствора с незначительными включениями марганцовистой со

ставляющей и нерастворившимися полностью упрочняющими

фазами (рис. 55 атласа)

Характерной особенностью всех магниевых сплавов является

малая скорость диффузионных процессов, связанных с раство

рением и выпадением интерметаллических фаз. Это требует, с

одной стороны, большой дли

тельности нагрева под закал

ку (до 16—30 ч), а с другой

позволяет производить закал

ку изделий непосредственно на

воздухе.

Помимо закалки, к спла

вам данной группы (особенно

высокоцинковистым) приме

няют старение. При старении

происходит распад твердого

раствора, сопровождающийся

выделением интерметалличе

ских фаз. Эти фазы в зависи

мости от температуры и време

ни старения имеют различную

дисперсность.

Микроструктура сплавов системы Mg Al Zn после искус

ственного старения (на примере сплава МЛ6) показана на

рис. 56 атласа. При низких температурах старения большая

часть выделений вторых фаз располагается по границам зерен

a-твердого раствора. С повышением температуры старения на

блюдается образование включений внутри самих зерен.

Искусственное старение способствует некоторому повышению

предела прочности (на 1—2 кГ мм2) и предела текучести (на

6—8 кГ мм2), но относительное удлинение при этом падает с

12— 13% ДО 5—6%

На рис. 48 показано влияние температуры и времени выдер

жки на предел текучести сплавов типа МЛ5 [69]. Максимальные

значения предела текучести достигаются при температуре старе

ния 175— 190° С и при длительности старения соответственно 16

и 6 ч. Дальнейшее повышение температуры старения до 270° С

(и особенно до 330° С) приводит к резкому разупрочнению

сплава.

Искусственное старение применяется в тех случаях, когда

необходимо повысить предел текучести сплавов.

На механические свойства сплавов системы Mg — Al — Zn и

на эффект упрочнения существенное влияние оказывает их хими

/Ч у. (по пассе)

Рис. 47 Кривые совместной раство

римости алюминия и цинка в маг

нии [64]

106

ческий состав. Влияние присадок алюминия и цинка, введенных

порознь, на механические свойства литых двойных сплавов с

магнием показано на рис. 49 и 50.

Эффект упрочняющего действия 60Л, кГ/мп2

алюминия и цинка в тройных спла

вах системы Mg Al Zn зависит

от их соотношения, так как послед

нее определяет фазовый состав

сплавов и весовые количества фаз.

С увеличением содержания цинка

наряду с его растворением в маг

нии происходит образование трой

ного химического соединения Т

Mg3Al2Zn2), которое является бо

лее твердым и прочным, чем двой

ное соединение v(Mg4Al3). Поэтому

с появлением в сплавах фазы

Mg3Al2Zn2) прочность их возра

стает

Механические свойства промыш

ленных сплавов системы Mg — Zn —

Al указаны в табл. 21

В заключение остановимся на

литейных и некоторых других свой

ствах рассматриваемых сплавов.

Лучшими сплавами данной группы по своим литейным свой

ствам являются сплавы МЛ5 и МЛ6. Они имеют малую ли-

4 в 12 16 20 24 26

Врепя старения^

Рис. 48. Влияние температуры и

времени старения на предел те

кучести сплава типа MJ15 [62]

(цифры на кривых указывают

температуру в °С)

О 2 4 6 8 10 12

Содержание А/ %

Рис. 49. Влияние алюминия на

механические свойства литых

магниево-алюминиевых сплавов

[63]

Рис. 50. Влияние цинка на ме

ханические свойства литых маг

ниево-цинковых сплавов [63]

нейную усадку (1,1— 1,3%), обладают хорошей жидкотекуче-

стью, менее склонны к образованию микрорыхлот и пористости,

107

чем другие магниевые сплавы, вследствие чего пригодны к от

ливке весьма ответственных и сложных по конфигурации дета

лей. Сплавы с успехом применяют для литья в землю, кокиль и

под давлением. Они обладают удовлетворительной коррозионной

стойкостью после оксидирования хорошо обрабатываются

резанием.

Сплав MJI3 имеет большую линейную усадку 1,6% и ма

лую жидкотекучесть, однако отливки из этого сплава получаются

плотными и практически беспористыми. Он характеризуется

удовлетворительной коррозионной стойкостью после оксидиро

вания) и хорошей способностью к обработке резанием.

Сплав MJI4 имеет удовлетворительные литейные свойства, но

склонен к образованию микропористости и черноты в отливках.

Вследствие значительной усадки и пониженной жидкотекучести

он мало пригоден для литья в кокиль. Отличительными чертами

сплава являются хорошая коррозионная стойкость после окси

дирования) и отличная способность к обработке резанием

Высокими литейными качествами обладает также сплав

МЛ 7 1

Сплавы магния с неодимом и цирконием

(MJI9, МЛ 10)

Сплавы указанной группы MJI9, MJI10 отличаются высо

кой прочностью и жаропрочностью см. табл. 21)

Рис. 51 Диаграмма состояния

Mg Nd

Мд 1 г 3 и 5

Zr % (по массе)

Рис. 52. Диаграмма состояния

Mg Zr

Упрочнение достигается в результате образования сложно

легированного твердого раствора неодима и циркония в магнии

и выделения частиц прочного и жаропрочного соединения

Mg9Nd [72].

108

Диаграммы состояния, характеризующие взаимодействие

магния с неодимом и цирконием, приведены на рис. 51 [73] и

52 [74].

На рис. 57 атласа показана микроструктура литого сплава

МЛ9

Сплавы МЛ9 и МЛ 10 применяются в термообработанном

состоянии по режиму указанному в табл. 23.

Сплавы применяются для отливки высоконагружных дета

лей, работающих при температурах до 300° С.

Отливки из этих сплавов характеризуются повышенной гер

метичностью и пониженной склонностью к образованию трещин.

Сплавы магния с церием и цирконием (МЛ 11)

Церий является одним из компонентов, способствующих по

вышению жаропрочности магния и его сплавов. За последние

годы в нашей стране был разработан магниевый сплав МЛ И

[72], содержащий 2,5—4%

мишметалла сплав железа (н9 Щ ^г w w w чу-w-w ч/ чу

с церием и другими элемен

тами цериевой группы , 0,2—

0,7% Zn, 0,2—0,8% Zr Если

учесть, что цирконий в не

больших количествах вво

дится в качестве модифика

тора для измельчения зерна

в отливках и не оказывает

существенного влияния на

фазовый состав, то структу

ру этих сплавов можно опи

сать тройной диаграммой

состояния Mg Zn Се,

Граница фазовых обла

стей магниевого угла системы Mg Zn Се при 20° С, по дан

ным [75], показана на рис. 53, где положение сплава МЛ 11 обо

значено точкой.

Из этой диграммы следует что сплав находится в двухфаз

ной области а + р (Mg9Ce и структура его в литом виде подоб

на структуре сплава МЛ9 с той разницей, что по границам зерен

твердого раствора будет располагаться эвтектика а + р MggCe)

Фаза Mg9Ce вследствие высокой твердости (НВ = 172 кГ/мм2)

является весьма эффективным упрочнителем сплава.

Сплав МЛ 11 применяется в закаленном и отожженном со

стояниях. Режимы термообработки указаны в табл. 23.

Механические и литейные свойства даны в табл. 21 и 22.

Сплав МЛ 1 обладает хорошей жидкотекучестью, высокой

герметичностью и мало склонен к трещинообразованию в от

ливках. Применяется для отливки деталей с повышенными тре-

Рис. 53. Граница фазовых областей

магниевого угла системы Mg Zn

Се при 20° С

109

Таблица 23

Режимы термической обработки магниевых литейных сплавов [9]

Условные

Закалка

Старение

Отжиг

Марка

сплава

обозначе

ния термо

обработки

темпе

ратура

время

выдержки

темпера

тура

°С

время

выдержки

темпера

тура

°С

время

выдержки

МЛ2

Т2

200—250

3-5

МЛЗ

Т2

325 5

МЛ4

Т4

Тб

380±5

8-15

8-16

175±5

МЛ5

Т2

Т4

Тб

415±5

420±5

12— 16

13-20

175±5

350+5

2-3

МЛ6

Т4

Тб

415±5

21—29

16-24

190±5 4-8

—

МЛ71

Т2

325 5

МЛ 9

Тб 530 12-16

200

12-16

МЛЮ

Тб

530

12—16

200

12-16

МЛ11

Т4

Тб

570

4-6

200

____

МЛ12

Т1

Тб

400±5

400±3

300±5

150±5

4-6

МЛ14 Т1

315

ВМЛ1

Тб

570

200

МЛ15 Т1

300±5

Примечания: 1 При отжиге охлаждение производится с печью или на воздухе

2. Закалку сплавов и охлаждение после старения проводят на воздухе.

3. Нагрев под закалку следует проводить в восстановительной или защитной атмосфере

(сернистый газ).

бованиями по герметичности, работающих при температуре

250—300° С.

Сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12)

Основным легирующим элементом в данном сплаве является

цинк (до 4—5% , цирконий вводится в качестве модификатора

для измельчения зерна в отливках. Поэтому структуру сплавов

и их свойства можно описать, руководствуясь диаграммой со

стояния Mg Zn и диаграммой состав свойства для сплавов

магния с цинком, приведенной на рис. 50.

Согласно диаграмме состояния Mg Zn (рис. 54), раствори

мость цинка в магнии при эвтектической температуре 335° С со

ставляет 8,4% (по массе) при температуре 300° С 6%, при

200° С 2% и при 150° С 1,7%

110