Качество отливок из сплава Мл-5, модифицированного скандием Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

7. Сильвестров Б. Н. Зубошлифовальные работы. - М.: 8. Эльбор в машиностроении / Под. ред. В.С. Лысанова -

Высшая школа. 1985. - 272 с. Л. Машиностроение. 1978.- 280 С.

Одержано 14.06.2007

Розгммдаmтbсм numannx nideu^enn^ e$eKmuenocmi wMirf/yeannx eucoKomonnux 3y6nacmux Konic 3-4^o cmynenx monnocmi, w,o гpyнmyembcм na euKopucmanni incmpyMenma 3 nadmeepduxMamepicwie. flocnidweno npa^3damnicmb mapinnacmux wnirf/yeanbnux кpyгie 3 кy6iцнoгo nimpudy 6opy napisnux se '%3Kax i dani peKoMenda^i 3 ix ^acmocyeannx npu зy6owm$yeaннi.

The problems of grinding efficiency increasing of highly precision gearwheels of the 3-4 degree ofprecision using superhard material tools are discussed. The efficiency of cubic boron nitride grinding dish wheels in various bonds has been studied. The cubic boron nitride wheels in gear grinding usage recommendations are given.

УДК 669.721.5

Канд. тех. наук В. А. Шаломеев1, д-р техн. наук Э. И. Цивирко1,

Н. А. Лысенко2, В. В. Клочихин2

1 Национальный технический университет, 2ОАО «Мотор Сич»,

г. Запорожье

КАЧЕСТВО ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВА МЛ-5, МОДИФИЦИРОВАННОГО СКАНДИЕМ

Показано модифицирующее влияние скандия на формирование фазового состава магниевого сплава Мл-5. Рассмотрены вопросы выбора оптимального содержания скандия в сплаве, обеспечивающий высокий комплекс свойств литых изделий.

Введение

Развитие и совершенствование авиационных двигателей идет не только по пути повышения их энергетических характеристик, совершенствования габаритно-массовых показателей, но и по пути увеличения их надежности и ресурса, которые, в свою очередь, определяются надежностью и долговечностью работы отдельных деталей.

Одним из путей решения данной проблемы для авиационного двигателестроения является применение легких сплавов с различными добавками элементов группы РЗМ, в частности скандия.[1] В настоящее время достаточно хорошо исследовано поведение скандия в алюминиевых сплавах [2], изучено его положительное влияние на свойства сплавов за счет формирования мелкодисперсной структуры отливок с дисперсными включениями интерметаллидов [3].

Учитывая, что магниевый сплав Мл-5 содержит 7,59 % алюминия, достаточно вероятно идентичное влияние скандия на его структурообразование и механические свойства, как и в алюминиевых сплавах. Однако данный вопрос требует дополнительного изучения.

Поэтому целью данной работы было изучить влияние скандия на структуру и свойства магниевого сплава Мл-5.

Методика проведения иследований

Магниевый сплав Мл-5 выплавляли в индукционной тигельной печи типа ИПМ-500 по серийной технологии. Рафинирование расплава проводили в раздаточной печи, из которой порционно отбирали ковшом расплав, в него вводили возрастающие присадки Mg-Sc-лигатуры (14 % Бе, 86 % Mg) и заливали стандартные образцы для механических испытаний в пес-чано-глинистую форму. Термическую обработку образцов проводили по режиму Т6 (закалки от 415±5 оС, выдержка 15 ч, охлаждение на воздухе и старение при 200±5 оС , выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе) в печах типа Бельвью и ПАП-4М.

Временное сопротивление разрыву (ств) и относительное удлинение (5) при комнатной температуре определяли на разрывной машине Р5 на образцах с рабочим диаметром 12 мм.

Длительную прочность (ст ) при различных температурах определяли на разрывной машине АИМА 5-2 на образцах с рабочим диаметром 5 мм по ГОСТ 10145-81.

Микроструктуру изучали методом световой микроскопии («№орИо1 32») на термически обработанных образцах до и после травления в реактиве, состоящем из 1 % азотной кислоты, 20 % уксусной кислоты, 19 % дистиллированной воды, 60 % этиленгликоля.

© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, Н. А. Лысенко, В. В. Клочихин, 2007

Микротвердость определяли на микротвердомере фирмы «ВиеЫег» при нагрузке 0,1 Н.

Микрорентгеноспектральный анализ структурных составляющих осуществляли на электронных микроскопах «РЭММА-202М» и «18М-6360ЬА».

Микрорентгеноструктурный фазовый анализ проводили на дифрактометре «Дрон-3».

Результаты исследований и их обсуждение

Химический состав литых образцов после различных вариантов фракционной заливки удовлетворял

требованиям ГОСТ 2856-79 и по содержанию основных элементов находился примерно на одном уровне.

Микроструктура сплава МЛ5, отлитого по стандартной технологии, представляла собой 5 -твердый раствор с наличием эвтектики, располагающейся по границам зерен, интерметаллида и марганцовистой фазы (рис. 1, а). Проведенный рентгеноструктурный анализ показал наличие интерметаллидной фазы у (М§17А112).

После проведения термической обработки по стандартному режиму в структуре исследуемых сплавов

ж з

Рис. 1. Микроструктура сплава Мл-5 до термообработки (а, б, в, г) и после (д, е, ж, з), х 500: а, д - без присадки б, е - с присадкой 0,2 % в, ж - с присадкой 0,5 % г, з - с присадкой 1,0 %

наблюдалось выделение эвтектоида 5 + у (М§17А112), имеющего вид пластин и белых пограничных выделений Mg17A112 в форме вырожденной эвтектики. Интер-металлидная фаза у выделялась в виде частиц глобулярной формы (рис. 1, д). В процессе термической обработки уменьшалась химическая неоднородность сплава, границы становились более четкими.

С повышением концентрации модификатора в сплаве наблюдалось увеличение количества и размеров интерметаллидной фазы и уменьшение эвтектои-да как до (рис. 1, б; в), так и после (рис. 1, е; ж) термической обработки, а при введении 1,0 % 8с эвтектоид-ные выделения полностью отсутствовали (рис. 1, г; з). При введении скандия до 0,5 % размер эвтектики уменьшился примерно в два раза, а величина микрозерна увеличилась в два раза (табл. 1). Присадка до 0,5 % 8с не оказала какого-либо влияния на расстояние между осями дендритов второго порядка. Повышение количества вводимого модификатора до 1,0 % (8с) приводило к уменьшению величины зерна и расстояния между дендритными осями.

Однако введение 1,0 % модификатора приводило к образованию микрорыхлот (рис. 2, а) и загрязнению сплава пленами (рис. 2, б).

При микрорентгеноспектральном анализе, проведенном на электронном микроскопе «18М-6360ЬА», установлено, что концентрация алюминия в пластинчатых выделениях эвтектоида [д+ г(Mg17A112)] в ~ 1,5...2,0 раза выше, чем в 5 -твердом растворе. В белых пограничных выделениях вырожденной эвтектики содержание алюминия примерно в 4 раза выше, чем в матрице (рис. 3).

Средняя микротвердость 5 -твердого раствора стандартного сплава (до термообработки) составляла 765,7 МПа (табл. 2). Эвтектика была примерно в 2,5 раза тверже матрицы. После проведения термообработки наблюдалось увеличение микротвердости матрицы и снижение значений твердости эвтектоида типа 5 + у (Mg17A1), что свидетельствует о повышении однородности термообработанного сплава, а также об упрочнении твердого раствора мелкими частицами интерметаллидной У (Mg17A112)-фазы.

Таблица 1 - Размеры структурных составляющих в образцах из сплава Мл-5

Количество Размер структурных составляющих, мкм Расстояние между

модификатора эвтектика Величина чго осями дендритов 2

(8с), % типа 5+y(Mg17A112) микрозерна порядка, мкм

(темного цвета) (после

термообработки)

- 12.200 60.180 (150) 30.40

0,2 8.120 70.230 (160) 30.40

0,5 6.100 120.320 (200) 30.40

1,0 - 40.150 (100) 20.30

Примечание. 1. В скобках представлены средние значения величины зерна.

Таблица 2 - Микротвердость образцов из сплава МЛ5 до и после стандартной термообработки

Количество модификатора Бс, % Микротвердость, НУ, МПа

до термообработки после термообработки

матрица (оси) эвтектика б+у^^АЬ) матрица (оси) эвтектика б+у^^АЬ)

706,4... 824,0 (765,7) 1782,0. 2288,9 (2035,5) 824,0.932,5 (878,3) 1426,6. 1589,5 (1508,1)

0,2 761,8.894,1 (828,0) 1782,0. 2627,6 (2204,8) 1114,1.1189,0 (1151,6) 1681,6. 1891,6 (1786,6)

0,5 858,0.1017,3 (937.6) 856,9.1106,4 (981.7) 1891,6. 2649,5 (2270,6) 1167,8.1225,5 (1196,7) 1681,6. 2011,7 (1846,7)

1,0 1167,8.1287,5 (1227,7)

Примечание. В скобках представлены средние значения микротвердости.

Рис. 3. Структура сплава Мл-5 и результаты РСМА в режиме картирования без присадки скандия

Средняя микротвердость пограничных выделений белого цвета составляла 2418,7 МПа. Значения микротвердости глобулярных включений интерметаллид-ной фазы типа г(М§17Л112) составляло ~ 4256,2 МПа, что в 1,5.2 раза выше твердости эвтектики и в ~ 5 раз выше твердости матрицы.

Введение скандия от 0,2 % до 1,0 % способствовало повышению микротвердости структурных составляющих как в литом, так и в термообработанном состоянии.

Присадка скандия в сплав Мл-5 до 0,5 % способствует некоторому повышению как механических, так и жаропрочных свойств (табл. 3). Микрорентгенос-пектральный анализ, проводимый на рентгеноспект-ральном микроанализаторе РЭММА 202М при помощи анализатора энергетической дисперсии ЭДАР, показал, что интерметаллиды в сплаве Мл-5 (рис 4,а), модифицированного скандием, состоят преимущественно из алюминия и скандия, что соответствует хорошо известному в алюминиевых сплавах интерме-таллиду Л138с, обеспечивающему повышение жаропрочности сплава. Увеличение содержания скандия в металле приводит к снижению физико-механических характеристик материала. При фрактографическом анализе разрушенных в процессе испытания образцов с присадкой 1,0 % 8с в изломах обнаружены дефекты, характерные для грубых микрорыхлот и пленочных загрязнений, что и явилось причиной снижения механических и, в особенности, жаропрочных свойств. В состав микрорыхлот в сплаве, содержащем 1 % скандия (рис. 4, б), кроме скандия и магния так же входят газы ( в частности хлор, содержащийся во флюсе), что и обуславливает снижение показателей механических свойств и жаропрочности.

Таблица 3. - Механические и жаропрочные свойства сплава Мл-5 (Т =150 оС, ст = 80 Мпа)

Количество Механические Длительная

модификатора свойства прочность

(8с),% Т * исп., ст в , 8 , тр , час.

оС МПа %

- 20 220,0 5,3 26040

216,0 5,1 33915

0,2 20 239,0 6,3 37830

254,0 7,3 41600

0,5 20 239,0 6,8 25910

213,0 5,0 18630

1,0 20 176,0 3,6 2400

188,0 5,6 2250

Рис. 4. Спектрограммы микрозондирования интерметал-лида (а) и микрорыхлот (б) в сплаве Мл-5 методом энергодисперсионной спектрометрии

Выводы

1. Скандий тормозит эвтектическое превращение в сплаве Мл-5, вследствие чего с увеличением его содержания количество эвтектики типа 8 + у (Мё17Л112) уменьшается. При введении 1,0 % 8с эвтектические выделения отсутствуют полностью.

2. Оптимальные присадки скандия в сплаве Мл-5 находятся в пределах 0,2.0,5 %., что обеспечивает повышение механических и жаропрочных свойств вследствие дополнительного упрочнения как твердого раствора, так и структурных составляющих.

3. Термическая обработка способствует повышению однородности сплава вследствие перераспределения элементов между осями и межосными пространствами дендритов, а также дополнительного легирования матрицы за счет диффузии алюминия из эвтектики, что обеспечивает выравнивание свойств по сечению металла.

Перечень ссылок

1. Ищенко А. Я., Лабур Т. М. Свариваемые алюминиевые сплавы со скандием. - К.: КВИЦ, 1999. - 113 с.

2. Дриц М. Е., Туркина Н. И., Каданер Э.С., Добаткина Т.В. Структура и механические свойства сплавов алюминий-скандий // Редкие металлы в цветных сплавах. -М.: Наука, 1975. - С. 160-167.

а

б

3. Черкасов В. В., Побежимов П. П., Нефедова Л. П. Особенности формирования структуры и свойств литейных

сплавов системы Al-Mg, легированных скандием //Металловед. и терм. обраб. мет. - 1996. - № 6. - С. 30-32.

Oôepwano 24.05.2007

noKa3ûHuù Moàu$iKyeaMbHuù enme CKanôim na rfiopMyeannx $aзoeoгo CKnaôy мaгnieeoгo cnnaey Mn-5. Рoзгммnyтi numannx euôopy oптимaмbnoгo eMicmy CKanôim y cnnaei, ^o 3a6e.3nenye bucokuu KoMnneKC enacmueocmeû mmux eupo6ie.

The modifying influence of scandium on magnesium alloy Mn-5 phase structure formation is shown. Questions of optimum scandium content in an alloy choice, which provides high complex of cast products properties are considered.

УДК 669. 018. 25: 621. 78

Н. М. Прокопив1, Ф. Я. Якубов2, С. И. Джелялов1, Ю. А. Мельнийчук1

1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев

2Крымский инженерно-педагогический университет

СТОЙКОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ КЕРАМИКИ, ГОРЯЧЕПРЕССОВАННОЙ ИЗ СМЕСИ ЕР02-А1_-С, В УСЛОВИЯХ ЦИКЛИЧЕСКИХ УДАРНЫХ НАГРУЗОК

Приведены результаты сравнительных испытаний керамики горячепрессованной из смеси 1г02-Л1-С в условиях циклических ударных нагрузок. Показано, что при продольном точении стали 45 со скоростью 1-1,33 м/с в указанных условиях разработанная керамика имеет более высокую (в 1,5-2 раза) стойкость в сравнении с керамикой ВОК-71, что обусловлено высоким уровнем трещиностойкости нового материала.

Вступление

Оксидно-карбидная (смешанная) керамика благодаря уникальным свойствам - высокой горячей твердости, низкой адгезионной и химической активности ко многим видам конструкционных сплавов, используется для высокоскоростной лезвийной обработки материалов твердостью более 50 ИКС. Однако повышенная хрупкость ограничивает возможности ее применения в условиях черновой и получистовой обработки вследствие интенсивного образования сколов в процессе резания. [1-3]. Низкую стойкость смешанной керамики при обработке сплавов на основе никеля (в частности 1пкопе1-718) авторы [4] также объясняют низкой тре-щиностойкостью. Следует отметить, что все товарные марки смешанной керамики, производимые в настоящее время ведущими фирмами мира, в том числе и отечественная керамика ВОК-71, имеют коэффициент вязкости разрушения на уровне 4,5-5 МПа/м1/2.

В ИСМ им. В. Н. Бакуля НАНУ методом горячего прессования смеси 2г02-А1-С разработан новый керамический материал, состоящий из двух основных фаз - А1203+2гС и упрочняющей фазы - 2г02 [5]. Это позволяет отнести данную керамику к типу смешанной. При одном из оптимальных составов исходной смеси

данный материал обладает твердостью НУ= 17,5-18,5 ГПа-уровень твердости стандартной керамики ВОК-71, но при этом значительно превосходит последнюю по значению коэффициента вязкости разрушения, которое составляет К1С = 5,6-6,2 МПа/м1/2 (К1С ВОК-71 составляет 4,5-4,8 МПа/м1/2).

Целью данной работы является проведение сравнительных испытаний стойкости инструмента, оснащенного разработанной керамикой и стандартной керамикой ВОК-71 при точении в условиях циклических ударных нагрузок.

Методика исследований

Работоспособность пластин исследовалась при продольном точении цилиндрической заготовки из стали 45 с четырьмя равномерно расположенными по периферии, продольными пазами (ширина пазов составляла 10 мм) (рис. 1), в процессе обработки которой инструмент подвергался воздействию ударных нагрузок, частота и усилие которых зависит от числа оборотов шпинделя.

В качестве объекта исследования использовались пластины формы БМвМ 120412, изготовленные из разработанной керамики. Для сравнения были выбраны

© Н. М. Прокопив, Ф. Я. Якубов, С. И. Джелялов, Ю. А. Мельнийчук, 2007