CC BY
20
УДК 669.721.5
В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, Н. А. Лысенко, В. В. Лукинов, В. В. Клочихин
МЕХАНИЧЕСКИЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖАРОСТОЙКОГО МАГНИЕВОГО СПЛАВА МЛ-10 СО
СКАНДИЕМ
Изучено влияние скандия на структуру и свойства магниевого сплава Мл-10. Определены оптимальные содержания скандия, обеспечивающие высокие механические и специальные свойства магниевому сплаву.
Со все возрастающим усложнением и ужесточением условий эксплуатации современной техники чрезвычайно актуальной является проблема создания материалов, обеспечивающих высокий комплекс механических и специальных свойств. Данная задача может решаться разработкой новых материалов или улучшением имеющихся, что наиболее рационально. Одним из перспективных направлений повышения свойств литых магниевых сплавов является их модифицирование, позволяющее совершенствовать структуру сплавов для достижения требуемых свойств [1]. Наиболее перспективным для достижения поставленной цели является модифицирование магниевых сплавов металлами группы РЗМ, в частности скандием [2].
Изучали влияние скандия на комплекс механических свойств и жаропрочность магниевого сплава МЛ-10.
Магниевый сплав МЛ-10 выплавляли в газовых печах по серийной технологии. По готовности сплава, порционно отбирали ковшом расплав, в который вводили возрастающие присадки 10 % Мд-Бе лигатуры и заливали стандартные образцы для механических испытаний в песчано-глинистую форму.
Химический состав исследуемых сплавов после различных вариантов фракционного отбора удовлетворял требованиям ГОСТ 2856-79 [3] и по содержанию основных элементов находился примерно на одном уровне. Термическую обработку образцов проводили по режиму Т6 (закалка - 415±5 °С; старение 200±5 °С).
Микроструктура серийного сплава МЛ-10 представляла собой 8 -твердый раствор с располагающейся по границам зерен в виде пленочных выделений интерметаллидной фазы (рис. 1, а). Проведенный рентгеноструктурный анализ на дифракто-метре «Дрон-3», показал, что интерметаллидная фаза представляет собой соединение ( МдЕг^ИС. Присадка 0,05 % скандия приводила к образованию пленочных пограничных выделений эвтектики 8 + (МдЕг^ИС), количество которой возрастало с увеличением остаточного содержания скандия в металле (рис. 1, б-г).
После проведения термической обработки в структуре исследуемых сплавов наблюдалось вы-
деление эвтектоида 8 + (МдЕг^ИС в виде областей сферической формы (рис. 1, д). В процессе термической обработки уменьшалась химическая неоднородность сплава, границы становились более четкими и тонкими.
С повышением концентрации скандия в сплаве наблюдалось увеличение размеров выделений эвтектоида 8 +(Мд2г)12ИС (рис. 1, е-з). Так, при введении в расплав более 0,7 % Бе размеры эвтекто-идных областей увеличивались примерно в 4 раза в сравнении со стандартным сплавом.
Анализируя структурные параметры исследуемых сплавов, получили зависимость изменения величины микрозерна (табл. 1). При этом, увеличение присадок скандия до 0,3 % приводило к некоторому измельчению зерен. Дальнейшее повышение содержания модификатора (до 1,0 %) обусловливало их увеличение до 160 мкм.
Следует отметить, что введение модификатора более 0,7 % приводило к образованию грубых мик-рорыхлот (рис. 2, а) и загрязнению сплава пленами (рис. 2, б).
Микрорентгеноспектральный анализ структурных составляющих, проводимый на электронном микроскопе «иБМ-6360ЬА», показал, что сферические области обогащены, в основном, цирконием, неодимом и скандием (рис. 3). В отдельных участках наблюдалось повышение концентрации алюминия. Установлено, что в модифицированных сплавах содержание скандия в сферических областях
выделений эвтектоида 8+(Мд2г)12ИС в ~ 1,5......2,0
раза выше, чем в 8-твердом растворе.
Микротвердость 8-твердого раствора стандартного сплава (до термообработки) более чем в 3 раза ниже микротвердости выделений в сферических эвтектоидных областях. После проведения термообработки наблюдалось увеличение микротвердости матрицы и снижение значений твердости эвтектоида, что свидетельствует о повышении однородности термообработанного сплава, а также об упрочнении твердого раствора мелкими частицами интерметаллидной фазы типа (МдЕг^ИС.
Введение скандия от 0,02% до 0,3% способствовало повышению микротвердости структурных составляющих, как в литом, так и в термообрабо-
© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, Н. А. Лысенко, В. В. Лукинов, В. В. Клочихин, 2007
танном состоянии. В сплавах с присадками более 0,3 % Бе наблюдалось снижение микротвердости матрицы и эвтектоида (табл. 2).
Таблица 1 - Размеры структурных составляющих в образцах из сплава МЛ-10
№ п/п Количество модификатора Бе, % Размер структурных составляющих, мкм
эвтектика типа 8+(MgZr)12Nd Величина микрозерна
до термообработки после термообработки
1 - 10...25 30.75 (50) 40.150 (90)
2 0,02 10...29 50. 100 (75) 50. 100 (75)
3 0,05 10.32 35.80 (60) 25. 135 (90)
4 0,07 10.40 35.75 (60) 30. 130 (75)
5 0,10 15.45 35.90 (75) 25.120 (65)
6 0,30 18.45 50.125 (90) 35. 100 (75)
7 0,50 20.55 75. 135 (90) 50.120 (80)
8 0,70 20.70 60.125 (90) 35. 150 (100)
9 1,00 40.85 70.200 (130) 60.160 (110)
Примечание. В скобках представлены средние значения величины зерна.
Таблица 2 - Микротвердость образцов из сплава МЛ-10 до и после стандартной термообработки
№ п/п Количество модификатора Бе, % Микротвердость, НУ, МПа
до термообработки после термообработки
матрица (оси) эвтектика 5+(MgZr)12Nd матрица (оси) эвтектика 5+(MgZr)12Nd
1 - 591,8.733,4 (662,6) 1821,6. 2627,6 (2224,6) 1017,3.1064,0 (1040,7) 1225,5. 1354,4 (1290,0)
2 0,02 681,0.858,0 (769,5) 1891,6. 3047,3 (2469,5) 1114,1.1167,8 (1141,0) 1286,6.1469,6 (1378,1)
3 0,05 733,4.824,0 (778,7) 1891,6. 2288,9 (2090,3) 1017,3.1167,8 (1092,6) 1287,5. 1504,7 (1396,1)
4 0,07 761,8.894,1 (828,0) 1781,6. 2011,7 (1896,7) 1114,1. 1354,4 (1234,3) 1589,5. 1891,6 (1740,6)
5 0,10 733,4.858,0 (795,7) 1781,6. 2011,7 (1896,7) 1167,8.1287,5 (1227,7) 1589,5. 1891,6 (1740,6)
6 0,30 761,8.932,5 (847,2) 1781,6. 2288,9 (2035,3) 1225,5. 1354,4 (1290,0) 1581,6.2627,6 (2104,6)
7 0,50 792,0.932,5 (862,3) 1781,6. 2288,9 (2035,3) 1167,8.1287,5 (1227,7) 1354,4.2011,7 (1683,1)
8 0,70 792,0.917,3 (854,7) 1817,6. 2287,3 (2050 ,5) 1167,8. 1354,4 (1261,1) 1354,4. 1426,6 (1390,5)
9 1,00 612,4.761,8 (687,1) 1891,6. 2011,7 (1951,7) 1167,8.1287,5 (1227,7) 1354,4. 1426,6 (1390,5)
Примечание. В скобках представлены средние значения микротвердости.
¡ЭБЫ1727-0219 Вестникдвигателестроения № 2/2007 # 173 —
Рис. 1. Микроструктура сплава Мл-10 до термообработки (а, б, в, г) и после (д,е,ж,з), х500: а, д - без присадки Бе; б, е - с присадкой 0,05 % Бе; в, ж - с присадкой 0,5 % Бе; г, з - с присадкой 1,0 % Бе
; А
^Ргй с'
г
: ч ■ -- ■ — >
к — Vч!
л: л
» чИ
№ точки Массовая доля элементов, % * Всего, %
Мв А1 Бо гг Ш
007 97,39 - 0,1 0,39 0,1 2,02 100
008 93,07 0,45 0,08 0,57 1,83 4 100
009 92,36 - 0,17 0,54 4,03 2,9 100
010 96,1 - 0,17 0,24 0,53 2,96 100
* - данные носят оценочный характер Рис. 3. Микрорентгеноспектральный анализ структурных составляющих сплава Мл-10 с присадкой 0,5 % Бе
Механические и жаропрочные свойства в ис- обработанных образцах. Результаты испытаний следуемых сплавах определяли на термически представлены в таблице 3.
Таблица 3 -Механические и жаропрочные свойства сплава МЛ-10 (Тисп = 150/250 °С, ст = 80 МПа)
Усл. № образца Количество модификатора (Бо), % Механические свойства Длительная прочность, тр, час.
Т исп., °С МПа з, %
1 - 20 235,0 3,6 1252/26
2 0,02 20 252,0 4,1 1252/52
3 0,05 20 245,0 6,3 1252/48
4 0,07 20 240,0 4,0 1252/64
5 0,10 20 254,0 5,6 1252/48
6 0,30 20 199,0 2,6 1252/36
7 0,50 20 235,0 4,0 1252/56
8 0,70 20 200,0 3,6 1252/31
9 1,00 20 187,0 3,3 1252/8
Примечание: Испытание образцов на длительную прочность проводили ступенчатым образом: при 150 °С, затем при 250 °С.
¡ЭБЫ1727-0219 Вестникдвигателестроения № 2/2007 — 175 —
Присадка скандия в сплав Мл-10 0,05......0,1 %
способствовала повышению как механических, так и жаропрочных свойств. Далее наблюдалась тенденция к снижению физико-механических характеристик материала. При фрактографическом анализе разрушенных в процессе испытания образцов с присадкой 0,5 % Бе в изломах обнаружены дефекты, характерные для пленочных за-грязнений с наличием грубых микрорыхлот, что и явилось причиной снижения механических и, в особенности, жаропрочных свойств.
Из вышеизложенного следует, что модифицирование сплава МЛ-10 скандием до 0,07 % способствует повышению механических и жаропрочных свойств вследствие дополнительного упрочнения, как твердого раствора, так и эвтектоида З+^дЕг^ИС, при некотором уменьшении величины микрозерна и увеличении значений микротвердости. Повышение микротвердости сферических областей обусловлено увеличением в них концентрации циркония и ниодима, а в сплавах, модифицированных скандием, - и скандия. Установлено, что повышение концентрации скандия в сплаве приводит к увеличению сферических областей выделения эвтектоида. Термическая обработка спо-
собствует повышению однородности сплава вследствие выравнивания распределения элементов между осями и межосными пространствами денд-ритов, а также дополнительного легирования матрицы за счет диффузии элементов из пограничных выделений (МдЕг^ИС. Таким образом, термообработка сплава МЛ 10 по стандартному режиму приводит к выравниванию свойств по сечению металла. При введении в расплав более 0,7 % скандия происходит увеличение количества микрорыхлот и загрязнение металла пленами.
Перечень ссылок
1. Гуляев Б. Б. Решенные и нерешенные задачи теории литейных процессов // Литейное производство. - 1990, №9, С. 2-3.
2. Д. Ф. Чернега, В. Ф. Сороченко, П .Д .Кудь, Д.Ф.Иванченко. Некоторые технологические особенности разработки скандийсодержащего модификатора для магниевых сплавов // Процессы литья. - 2002, № 1.
3. ГОСТ 2856-79. Сплавы магниевые литейные. - М.: Госстандарт СССР.
Поступила в редакцию 11.06.2007
Вивчено вплив сканд1ю на структуру й властивост1 магн1евого сплаву Мл-10. Визна-чен оптимальн1 вм1сти сканд1ю, що забезпечують висок механ1чн1 й спеи,1альн1 власти-вост! магн1евому сплаву.
Iinfluence of scandium on structure and properties of magnesian alloy Мл-10 is studied. The optimum maintenances content of scandium providing high mechanical and special properties of magnesian alloy are certain.
