Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 27

Режимы термической обработки деформируемых магниевых сплавов [9]

Условные

Закалка

Старение

Отжиг

Марка

сплава

обозначе

ния режи

мов термо

обработки

темпера

тура, °С

время вы

держки, ч

темпера

тура, °С

время вы

держки, ч

темпера

тура, °С

время вы

держки, ч

МА1

Т2

340-400

0,5-2

МА8 Т2

300-400 0 5-2

МА9 Т2

300-400

0 5-2

МА2

Т2

350-400

3-5

МА2-1

Т2

250—350

0 5-2

МАЗ

Т2

320-380

2-6

МА5

Т2

Т4

Тб

410-425

2-4

170-180 10-16

350-380

350—380

2-8

ВМ65-1 Т2

Т1

160-180 10-16

300-350 2-4

МАЮ Т2

Т5

390-410

6-8

170-180

12—24

280-380

2-4

МАИ Т2

Тб

480-500 4

175

350

МА13 Т2

Тб 550-570 1

200

400

ВМД1

Т2

400 1

ВМ17

Т2

400

ИМЕТ-40

Т2

Тб

550

200

350-400

Сплав МА1 обладает высокой пластичностью в горячем со

стоянии и удовлетворительной при обычных комнатных условиях,

хорошо сваривается и является наиболее коррозионностойким из

всех стандартных деформируемых сплавов.

Высокая пластичность сплавов при повышенных температурах

позволяет изготовлять из них тонкие листы, прутки, профили и

различного рода штамповки. Листовой материал используют для

баков, для обшивки некоторых элементов самолетов, несущих

невысокие нагрузки. Штамповки используют для арматуры ба

ков и других неответственных деталей самолетов.

Аналогом сплава МА1 является сплав МА8, он отличается от

него только содержанием около 0,2—0,5% Се. Введение церия в

указанных количествах способствует измельчению зерна в ре-

кристаллизованных материалах и общему повышению механиче

ских свойств магниевомарганцовистых сплавов.

Характерной особенностью сплавов данного типа является

большая склонность их к столбчатой кристаллизации и к обра

зованию крупнозернистой структуры (рис. 59 атласа)

121

В зависимости от условий литья (температуры перегрева,

температуры литья и скорости охлаждения) размер зерна может

колебаться в значительных пределах.

Микроструктура сплава МА8 в различных состояниях пока

зана на рис. 60 атласа.

Церий, присутствующий в форме соединения MggCe, при

малых увеличениях в структуре не обнаруживается из-за высо

кой дисперсности частиц этой фазы. Упрочняющее его действие

связано с легированием твердого раствора и с образованием

высокодисперсных частиц Mg9Ce.

Сплав МА8, так же как и сплав МА1 не упрочняется терми

ческой обработкой. Изделия из этого сплава (листы, профили,

прутки в основном выпускаются в отожженном состоянии.

Механические свойства сплава указаны в табл. 26. По другим

свойствам сплав МА8 близок к свойствам сплава МА1 но отли

чается от него пониженной способностью к сварке.

Сплавы магния с алюминием и цинком

(МА2, МА2-1, МАЗ, МАБ)

В малоцинковистых магниевых сплавах МА2, МА2-1, МА5 (с

содержанием цинка до 1 % основным легирующим компонентом

является алюминий, содержание которого колеблется от 3 до

9% причем с увеличением номера сплава концентрация алюми

ния увеличивается.

Небольшие добавки марганца, присутствующего во всех спла

вах, вводят для дополнительного их упрочнения, а также для

повышения коррозионной стойкости. Физические и механические

свойства сплавов даны в табл. 25 и 26. По своей структуре в ли

том виде все эти сплавы подобны описанному ранее сплаву MJ15

(см рис. 53 атласа и отличаются только содержанием фа

зы Y(Mg4Al3

Изделия из сплавов МА2, МА2-1, МАЗ и МА5 (прессованные

прутки, трубы, поковки преимущественно применяются в ото

жженном состоянии. Микроструктура отожженного сплава типа

МА5 показана на рис. 61 атласа.

Малолегированные алюминием сплавы МА2, МАЗ-1 и МАЗ

слабо упрочняются в процессе закалки и старения, поэтому они

не подвергаются термической обработке. В противоположность

этим сплавам сплав МА5 заметно упрочняется в результате за

калки, а также после старения. Указанную термообработку осо'

бенно закалку часто применяют к данному сплаву для повыше

ния его прочности.

На рис. 62 атласа показана микроструктура закаленного

сплава, где, кроме зерен твердого раствора, видны отдельные

темные включения марганцовистой фазы.

Ввиду высоких механических свойств сплав МА5 применяют

для изготовления кованых и штампованных деталей, несущих

большие нагрузки. ^

122

Сплавы магния с цинком и цирконием (ВМ65-1)

Сплавы магния с цинком и цирконием получили широкое

промышленное применение благодаря их высоким механическим

свойствам оь = 34 кГ мм2 сто,2 = 28 кГ мм2, 6 = 9%

Впервые эти сплавы были исследованы в работе [68], при этом

установлено, что наилучшее сочетание механических свойств

имеется в сплаве состава 5—6% Zn, 0,6—0,7% Zr остальное

Mg. Было отмечено также, что при введении циркония повы

шается коррозионная стойкость сплава.

Позднее такой сплав под маркой ВМ65-1 введен в число

промышленных сплавов.

Учитывая, что цирконий как модификатор находится в виде

зародышевых частиц и не оказывает существенного влияния на

фазовый состав сплава, структуру сплава ВМ65-1 можно опи

сать двойной диаграммой состояния Mg Zn см рис. 54

Структура сплава состоит из зерен сложнолегированного

твердого раствора, частиц a-Zr и фазы MgZn.

Механические свойства сплава приведены в табл 26.

Из сплава ВМ65-1 изготовляют прутки, полосы, профили,

поковки и штамповки.

Сплавы магния с алюминием, марганцем

и кальцием (МА9)

Сплав МА9(1,5% Мп, 0,5% А1, 0,3% Са, остальное Mg отно

сится к числу низколегированных жаропрочных магниевых

сплавов.

Взаимодействие указанных компонентов в четверной системе

Mg Mn А1 Са подробно изучено в работе [79]. На рис. 59

и 60 показаны некоторые изотермические и политермические

разрезы этой системы.

Согласно этим разрезам, сплав МА9 лежит в трехфазной об

ласти a + Mn + Mg2Ca. Основной упрочняющей фазой является

соединение Mg2Ca, однако в сплавах с повышенным содержа

нием кальция могут также присутствовать выделения фа

зы Mg2Ca

На рис. 63 атласа показана микроструктура отожженного

сплава МА9

Физико-механические свойства сплава даны в табл. 25 и 26.

Из сплава МА9 изготовляют листы, прутки, профили, штампов

ки для работы в конструкциях до температур 250° С.

Сплавы магния с алюминием, кадмием и сереб

ром (МАЮ)

Сплав МАЮ (7—8% А1, 7—8% Cd, 2—2,5% Ag, 0,2—0,6%

Мп, остальное Mg) является наиболее прочным магниевым

сплавом.

123

С а, %(по пассе)

Рис. 59. Изотермический разрез диаграммы

Mg Mn А1 Са для сплавов с 1,5% Мп

при температуре 400° С [79]

Рис. 60. Политермический разрез диаграммы

Mg Mn А1 Са при 0,5% А1 и 1,5% Мп

124

После термообработки закалки и старения) в прессованных

изделиях сплав имеет оъ = 43 кГ мм2, во,2 = 30 кГ/мм2 при уд

линении 6 = 6%

Высокая прочность сплава достигается в результате образо

вания высоколегированного алюминием, кадмием и серебром

магниевого твердого раствора и выделения при старении жаро

прочных фаз Mg4Al3 и Mg3Al

Микроструктура сплава МАЮ подобна структуре, показанной

на рис. 61 атласа.

Физико-механические свойства сплава МАЮ при различных

температурах приведены в табл 25 и 26.

Из сплава МАЮ производят прутки, полосы, поковки и штам

повки.

Сплавы магния с марганцем и редкоземельными

элементами (МА И и ВМ17)

Магниевые сплавы М А11 (1,5—2,5% Мп, 2,5—4% Nd, 0,1

0,25% Ni, остальное Mg и ВМ17 1,4—2,2% Мп, 2,5—3,5%

се

Рис. 61 Изотермические разрезы системы

Mg Мп Се при температуре 530 и

300° С [80]

РЗМ, остальное Mg) характеризуются высокой жаропрочностью

при температурах 250—300° С.

Повышенная жаропрочность создается за счет образования

жаропрочных химических соединений MggNd, MggCe и др., а

также сильного упрочнения твердого раствора марганцем и РЗМ.

125

Характер взаимодействия компонентов может быть описан

диаграммой состояния Mg Mn РЗМ.

На рис. 61 по данным работы [80], приведены изотермические

разрезы тройной системы Mg Мп Се для температур 530 и

300° С, из которых следует, что сплав типа ВМ17 лежит в трех

фазной области а + Mn + MggCe.

Сплав ВМ11 и ВМ17 применяют для изготовления листов,

прутков, профилей, поковок и штамповок.

Механические свойства полуфабрикатов и важнейшие их

физические компоненты сплавов даны в табл 27 и 28.

Сплавы магния с марганцем и торием\ (МА13,

ВМД1 ИМЕТ40)

Сплавы данной группы являются наиболее жаропрочными

легкими сплавами По показателям кратковременной и длитель

ной прочности при 350—400° С они превосходят все известные

магниевые и алюминиевые сплавы.

а 6

Рис. 62 Изотермические разрезы системы Mg Mn Th [81]

при температуре, °С.

а 550; б — 300

Наиболее жаропрочным из них является сплав ИМЕТ40*

1,5—2% Мп, 2,5—3% Th, 1,5—2% Nd, остальное Mg), который,

кроме марганца и тория, содержит в своем составе небольшие

добавки неодима. Этот сплав пригоден для кратковременной

работы при температуре 450° С.

Сплавы магния с марганцем и торием впервые наиболее по

дробно были изучены в работах [76, 81, 82]. На основании прово

* Сплав разработан М. Е. Дриц, М. В. Мальцевым, 3. А. Свидерской и

Е. М. Падежновой. Авт. свид. № 146493 от 22/IV 1959.

126

димых исследований построен ряд изотермических и полутерми

ческих разрезов тройной системы Mg Mn Th [81].

На рис. 62 приведены некоторые изотермические разрезы

указанной системы.

Указанные сплавы МА13 и ВМД1 лежат в трехфазной об

ласти а + Mg5Th + Мп и отличаются по структуре только коли

чеством упрочняющих фаз MgsTh и р Мп

Типичная микроструктура сплавов на примере ВМД1 показа

на на рис. 64 атласа

При легировании сплавов Mg Mn Th неодимом, кроме

фаз Mg5Th и р Мп появляется упрочняющая фаза Mg9Nd.

Сплавы данной группы применяются в термообработанном

состоянии. Режимы термообработки указаны в табл. 27

Механические свойства сплавов после термообработки приве

дены в табл 26.

Сплавы рекомендуются для изготовления различных полу

фабрикатов (листов, плит, прутков, поковок для высокопроч

ных конструкций, работающих при высоких температурах.

II!

ГЛАВА МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

§ 1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕДИ

Среди технических металлов медь по своему зна

чению и распространению занимает особое место. Чистая медь

обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью и

достаточно высокой коррозионной стойкостью.

Ниже приведены физические константы меди

Атомный вес 63 54

Кристаллическая решетка Г.ц.к.

Периоды решетки, А 3 6080

Плотность, г/см3 8 94

Атомный объем, смг/г-атом 7,21

Температура плавления, °С 1083

Температура кипения, °С 2595

Скрытая теплота плавления, кал/г 48 9

Скрытая теплота испарения, кал/г 1150

Удельная теплоемкость при 20° С, кал/г град 0 0915

Теплопроводность при 20° С, кал/см сек*град 0 984

Коэффициент линейного расширения при 0— 100° С,

а X Ю6 1 /град 16 5

Удельное электрическое сопротивление при 20° С

мком см 1 692

Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов,

барн/атом х 3,77

Весьма ценным качеством меди является также ее высокая

пластичность в горячем и холодном состояниях. Это позволяет

изготовлять из меди различные деформируемые полуфабрика

ты листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволоку и др.,

широко применяемые в различных областях техники.

Промышленные марки меди и области их применения указа

ны в табл. 28.

Как видно из этой таблицы, указанные марки отличаются

друг от друга различным содержанием примесей.

Содержание в меди газовых (О2Н2, N2 и др. и легкоплавких

металлических примесей Pb, Bi Sb и др.) может быть значи

тельно снижено электронно-лучевой плавкой.

Эффективность очистки меди при электронно-лучевой плавке

показана в табл. 29.

128

Таблица 28

Химический состав меди промышленных марок по ГОСТ 859—51

Марка

Содержа

ние меди,

Содержание примесей, %, не более

Всего

приме

Применение

%, не ме

нее Bi

Sb As

Ni Pb

сей,

МО

99 95

0 002 0 002

0 002

0 005 0 002 0 005 0 002

0 005

0 02

0 005

0 04

Для проводников тока и спла

вов высокой чистоты .

99 90

0 002 0 002 0 002 0 005 0 002 0,005 0 002

0 005

0 08

0,005 0 1

Для проводников тока, про

ката и высококачественных бронз,

не содержащих олова

М2

99 70

0 002

0 005

0 01 0 05

0 2 0 01

0 05

0 01

0 1 0 3

Для высококачественных полу

фабрикатов и сплавов на медной

основе, обрабатываемых давле

нием

М3

М4

99 5

99 0

0 003

0 005

0 05

0 2

0 05

0 2

0 05

0 1

0 2 0 05

0,3

0 05 0 01

0 02

0 1

0 15

0 5

1,0

Для проката сплавов на мед

ной основе обычного качества и

литейных сплавов

Для литейных бронз и раз

личных неответственных сплавов

Таблица 29

Изменение содержания примесей в меди при электрон но-лучевой плавке*

Медь

Содержание примесей, %

о 2

Н2

Ре

Sb | As

До элек

тронно

лучевой

плавки

0 0014 0 0006 0 005 0 002

0 001 0,0002 0 001 0 0002

0,007

0 0007

После

электрон-

но-луче-

вой плав

ки

0 0001

0,00001

0 0007 0,0007

0 0007

Не обнаружены (<1 10 1

5°/o)

• По данным Института электросварки им. Е. О. Патона АН УССР.

Медь, полученная электронно-лучевой плавкой, характеризу

ется более высокой электропроводностью и теплопроводностью

и обеспечивает большую стабильность и долговечность в работе

изделий электровакуумной и радиотехнической промышленности.

Поэтому потребность в такой меди возрастает с каждым годом.

Высокочистая медь электронно-лучевой плавки в отожженном

состоянии имеет следующие механические свойства оь =

= 21 кГ мм2, б = 62%, медь технической чистоты вь =

= 25 кГ мм2, б = 45 -г- 50%

Прочность и твердость меди можно значительно повысить

путем холодной деформации оъ до 40—45 кГ мм2, НВ до 80—

100 кГ мм2 Однако при этом снижается пластичность и электро

проводность меди. Изменение свойств меди при деформации

показано на рис. 63.

Свойства наклепанной меди можно восстановить путем от

жига (рекристаллизации) Изменение механических свойств

деформированной меди в зависимости от температуры отжига

показано на рис. 64.

Механические свойства меди, так же как и других металлов,

существенно изменяются с повышением температуры рис. 65 „

причем для меди имеется характерный провал пластичности в ин

тервале температур 200—800° С, причина которого пока не вы

яснена.

Чистая медь устойчива против атмосферной коррозии вслед

ствие образования на ее поверхности тонкой защитной пленки,

состоящей из CuS0

4 3Cu(OH)2. Пресная вода и конденсат пара

практически не действуют на медь. Незначительна также ско

рость коррозии меди в морской воде. Медь плохо сопротивляется

действию аммиака, хлористого аммония, щелочных цианистых

соединений, окислительных минеральных кислот, сернистого газа

и др.

130