Научная статья на тему 'О СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЯХ РАЗВИТИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ'

О СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЯХ РАЗВИТИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
163
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ / МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (РЗЭ) / ФАЗОВЫЙ СОСТАВ / ТЕХНОЛОГИИ ДЕФОРМАЦИИ / СВАРКА / ПРИМЕНЕНИЕ В АВИАЦИИ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Волкова Е.Ф., Дуюнова В.А.

Приведен анализ современных тенденций в сфере разработки магниевых сплавов, наиболее перспективных технологий их изготовления и областей применения. Показаны результаты исследования физико-механических свойств новых магниевых сплавов. Рассмотрены современные технологии их производства, включая технологии деформации, сварки, защиты от коррозии. Предложено решение проблемы воспламеняемости магниевых сплавов. Показано, что существует устойчивая тенденция к расширению сферы применения материалов на магниевой основе в автомобильной, авиационной технике, медицине. Проведен сравнительный анализ уровня зарубежных и отечественных разработок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON CURRENT TENDENCIES IN MAGNESIUM ALLOY DEVELOPMENT

Current tendencies in the sphere of magnesium alloy development, the most promising technologies of their production and application are analysed. The analysis of the results of studies of physical and mechanical properties of new magnesium alloys is given. Current technologies of their production including some kinds of deformation, welding, corrosion protection are discussed. Decision of the magnesium alloy flammability problem is proposed. It is shown that there is a stable tendency to expansion of magnesiumbase product application in automotive and aircraft industries and in medicine. The comparative analysis of the level of foreign and domestic developments was carried out.

Текст научной работы на тему «О СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЯХ РАЗВИТИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ»

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ. ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

УДК 669.721'71'5''857;621.762.224

О СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЯХ РАЗВИТИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Е.Ф. Волкова, докт. техн. наук, В.А. Дуюнова, канд. техн. наук (ФГУП «Всероссийский институт авиационных материалов», e-mail: lab24@viam.ru)

Приведен анализ современных тенденций в сфере разработки магниевых сплавов, наиболее перспективных технологий их изготовления и областей применения. Показаны результаты исследования физико-механических свойств новых магниевых сплавов. Рассмотрены современные технологии их производства, включая технологии деформации, сварки, защиты от коррозии. Предложено решение проблемы воспламеняемости магниевых сплавов. Показано, что существует устойчивая тенденция к расширению сферы применения материалов на магниевой основе в автомобильной, авиационной технике, медицине. Проведен сравнительный анализ уровня зарубежных и отечественных разработок.

Ключевые слова: магниевые сплавы; механические свойства; редкоземельные элементы (РЗЭ); фазовый состав; технологии деформации; сварка; применение в авиации.

On Current Tendencies in Magnesium Alloy Development. E.F. Volkova, V.A. Duyunova.

Current tendencies in the sphere of magnesium alloy development, the most promising technologies of their production and application are analysed. The analysis of the results of studies of physical and mechanical properties of new magnesium alloys is given. "(i*)-Current technologies of their production including some kinds of deformation, welding, corrosion protection are discussed. Decision of the magnesium alloy flammability problem is proposed. It is shown that there is a stable tendency to expansion of magnesiumbase product application in automotive and aircraft industries and in medicine. The comparative analysis of the level of foreign and domestic developments was carried out.

Key words: magnesium-based alloys; mechanical properties; rare-earth elements (RE); phase composition; deformation technologies; welding, application in aircraft industry.

Введение

Магниевые сплавы сохраняют свои позиции как наиболее легкий конструкционный материал на металлической основе.

Эти сплавы обладают по сравнению с другими металлическими материалами рядом преимуществ: малой плотностью, высокими удельной прочностью и удельной жесткостью, хорошими демпфирующими, усталостными характеристиками, технологичностью, свариваемостью [1-4]. В «Стратегических направлениях развития материалов и техно -логий их переработки на период до 2030 года»

сплавы на основе магния занимают свое достойное место [2, 5].

Прошедшая в Южной Корее (г. Чеджу) в октябре 2015 г. 10 Международная конференция по магниевым сплавам и их применению (The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications) еще раз подтвердила растущий интерес к этим материалам.

Конференция нашла поддержку со стороны ведущих исследовательских центров, производителей и потребителей магниевой продукции. В качестве спонсоров от Южной Кореи выступили: POSCO, KIMS (Korea Insti-

-Ф-

-Ф-

tute of Materials Science - Корейский Институт материаловедения), NINT (Национальный Институт технологий наноматериалов), крупнейшие фирмы LG, Hyundai (Япония) и др.

На конференции приняли участие специалисты из Национальных исследовательских центров, исследовательских институтов и крупнейших фирм-потребителей: Magnesium Electron (Великобритания), German Aerospace Center, VW AG Wolfsburg, Magnesium Innovation Centre, Helmholtz-Zentrum Geesthacht (ФРГ), IMDEA Materials Institute (Испания), Monash University, Deakin University (Австралия), ФГУП «ВИАМ», «Институт проблем сверхпластичности», Тольяттинский государственный Университет (Россия), Pacific Northwest National Laboratory, General Motors, Ohio State University, University of Virginia (США), McGIll University, University of British Columbia (Канада), Kumamoto University, National Institute for Materials Sciense, Nagaoka University of Technology (Япония), Charles University (Чехия), National University of Singapore (Сингапур), Swiss Federal Institute of Technology Zurich (Швейцария), European Space Agency (Нидерланды), Metal Industries Research & Development Centre (Тайвань), Chongqing University, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences (Китай) и многие другие.

Как было отмечено организаторами, прошедшая конференция по числу участников (свыше 400 человек из 25 стран мира, 377 докладов) стала крупнейшей из всех ранее состоявшихся международных конференций по магнию.

Более 70-75 % докладов было посвящено исследованию и разработке магниевых деформируемых сплавов, технологиям их деформации, сварки и защите от коррозии.

Результаты сравнительного анализа докладов и уровня отечественных разработок

Анализ тематики представленных докладов свидетельствует о том, в зависимости от требований потребителей магниевые сплавы достаточно четко распределены на две категории:

- сплавы со средним уровнем прочностных характеристик, разрабатываемые для автомобильной, электронной промышленности, для использования в медицине; как правило, они содержат в своей композиции легирующие элементы Ca, Sr, Si, практически не применяемые в России в серийных сплавах;

- сплавы с весьма высоким уровнем эксплуатационных характеристик, обладающие сверх того высоким порогом температуры воспламенения, содержащие в своем составе большое количество дорогих РЗЭ (редкоземельных элементов), предназначены для авиационной, космической промышленности, военной техники.

В настоящее время за рубежом сплавы на основе магния (как литейные, так и деформируемые) находят широкое применение в конструкции легковых автомобилей (рис. 1).

В отличие от отечественной автомобильной промышленности, представители отрасли в США, странах Евросоюза и Юго-Восточной Азии (Япония, Южная Корея, Китай и др.) намерены постепенно наращивать объем применения магниевых сплавов в конструкциях своих изделий.

Так, Совет США по стратегии исследований для автомобильной промышленности (United States Council for Automotive Research - USCAR) поставил к 2020 г. четкую задачу: увеличить долю магниевых сплавов в конструкции легкового автомобиля до ~ 158 кг. Это позволит заменить 283,5 кг деталей из стали и алюминиевых сплавов и уменьшить массу всего автомобиля на 126 кг [6].

Основное внимание уделено недорогим жаропрочным магниевым сплавам, рассмотрено влияние малых добавок Sn, Ca, Si (иногда эти элементы вводят в сочетании с небольшим количеством Y, Gd и др.) на структуру, коррозионные свойства сплавов уже известных систем Mg-Al-Zn, Mg-Al-Zn-Mn, Mg-Zn-Mn [6-8].

В частности, установлено, что введение l 1 % мас. Si значительно ухудшает коррозионные свойства сплавов из-за образования фазы Mg2Si.

Установлено, что олово также заметно снижает коррозионную стойкость сплавов

типа АМ603 (система Мд-А1-Мп) при содержании 0,5-1,0 % мас. В то же время показано, что введение 0,5-1,0 % мас. 7п способствует улучшению коррозионной стойкости этих сплавов. Выявлено положительное воздействие Са на сплавы системы Мд-А1-Мп.

В Китае разрабатывают новые составы деформируемых сплавов с малыми добавками Бп и Са, в том числе на базе сплава А780. Так, указанный сплав с добавками Са (приводится марка сплава А7Т800) в горячепрессо-ванном состоянии обладает хорошим соче-

танием прочностных и пластических свойств: ст02 = 260-269 МПа, 8 = 10-12% (College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, National Engineering Research Center for Magnesium Alloys, Chongqing University и др., Китай) [7].

Однако исходя из результатов собственных предварительных исследований, уровень свойств прессованных прутков из сплава указанного состава, изготовленных с применением обычной технологии, на наш взгляд, несколько завышен.

Фасонное литье

Деформация

Крышка головки цилиндра

1

i Е2& 1 И

Детали двери

Всасывающий Диск колеса Окантовка I коллектор сиденья

Декоративная крышка опоры кресла

Поршень

Рис. 1. Применение магниевых сплавов в конструкции легкового автомобиля

Ступица колеса

Исследователями из Национального института металловедения (National Institute for Metals Science - Япония) рассматривается возможность улучшения свойств недорогих магниевых сплавов системы Mg-Sn-Zn-Al (например, сплава марки TZA542) за счет оптимизации режимов термообработки (закалка + старение). При этом установлено, что достижение хорошего сочетания свойств при сжатии и растяжении прессованных прутков после выбранных режимов термической обработки объясняется особенностями морфологии и топологии упрочняющих частиц интерметаллидной фазы Mg2Sn.

Аналогичным образом другие специалисты из Технологического Университета в г. Ну-гаока (Department of Mechanical Engineering, Nugaoka University of Technology - Япония) выбрали путь оптимизации содержания легирующих элементов в экономно легированных сплавах системы Mg-Al-Ca-Mn с целью улучшения их формуемости и повышения скорости прессования при одновременном снижении себестоимости полученных полуфабрикатов.

Повышение основных механических свойств прессованных продуктов из малолегированных сплавов достигается также за счет оптимизации режимов термообработки, в ходе которой формируется высокодисперсная Р'-фаза.

В итоге, совокупное воздействие деформации и последующей термообработки по определенным режимам обеспечивает благоприятный уровень свойств малолегированного сплава Мд-0, 27А1-0,13 Са-0,21 Мп (а! %): ств ~ 300 МПа, ст02 ~ 270 МПа, 8 ~ 1520% [8].

Не менее важным представляется перспектива широкого применения магниевых деформируемых сплавов в конструктивных деталях, как самого корпуса, так и во внутреннем оформлении вагонов высокоскоростных электропоездов, включая детали пассажирских кресел. Авторами отмечаются преимущества замены деталей из стали и алюминиевых сплавов на детали из магниевых сплавов: снижение веса состава и, соответственно, энергоемкости при эксплуатации, уменьшение износа материала рельс и т.д. (рис. 2).

Панель торцевой части

Рис. 2. Схема применения компонентов из магниевых деформируемых сплавов в конструкции вагонов высокоскоростного пассажирского электропоезда

Следует отметить, что одновременно специально разрабатывается технология деформации с целью получения так называемых «сэндвич-структур» сплава А761, используемых в элементах жесткости по контуру вагонов (рис. 2, 3). При этом магниевый сплав А761 системы Мд-А!-7п-Мп не содержит дорогих легирующих элементов и обладает неплохим сочетанием прочностных и пластических свойств.

Наиболее близким к нему по составу и уровню свойств является отечественный сплав МА5. К сожалению, конструкторы, работающие на вагоностроительных предприятиях железнодорожной отрасли России, не проявляют интереса к внедрению легких конструкционных магниевых сплавов в изделия своей отрасли.

Известно, что повышение коррозионной стойкости магниевых сплавов имеет первостепенное значение для расширения их применения.

Одной из мер, направленных на улучшение коррозионной стойкости, служит снижение содержания примесей в магниевых сплавах. Этому уделено особое внимание зарубежных специалистов.

Ограничения по содержанию основных, наиболее вредных для магния примесей (Ре, Ы1, Си, Ыа, К и др.), как правило, значительно жестче, содержание указанных примесей в 5-10 раз меньше, чем это регламентируется по отечественному ГОСТ 14057 «Сплавы магниевые деформируемые. Марки» для российских серийных сплавов.

Ряд докладов был посвящен вопросу разработки новых технологий, включающих рецептуру и способы нанесения защитных покрытий. В частности, весьма эффективными признаны покрытия, полученные методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) поверхности деталей из магниевых сплавов.

Так, в докладах [9, 10] рассмотрены преимущества ПЭО-покрытий. Доказана более высокая степень защиты от коррозии и надежность этих покрытий применительно к серийным магниевым сплавам и даже по отношению к сварным разнородным соединениям (магниевый + алюминиевый сплавы).

Необходимо отметить, что отечественные исследователи активно работают в этом направлении; и уже получены положительные результаты. В работе [11] показано, что химический и фазовый составы обрабатываемого сплава также оказывают влияние на морфологию и физико-химические свойства формируемых ПЭО-покрытий, антикоррозионные свойства которых определяются сопротивлением беспористого подслоя на границе раздела металл/покрытие. Результаты исследований механических свойств полученных покрытий свидетельствуют о снижении коэффициента трения покрытий в 3,5 раза и повышении значений микротвердости относительно необработанных сплавов от 2,5 до 5,8 раз [11].

Известно, что помимо коррозионной стойкости серьезной проблемой магниевых сплавов является их склонность к воспламе-

Рис. 3. Процесс изготовления «сэндвич-структуры» (Sandwich Structure)

98

ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ № 3 2016

-Ф-

-Ф-

-Ф-

-Ф-

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ. ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

нению при повышенных (1 400-550 °С) температурах.

Российские специалисты также проводят в этом направлении исследования.

Отечественными авторами [12] установлено, что минимальный температурный порог воспламенения образцов серийных деформируемых магниевых сплавов МА14, МА20 системы Мд-7п-7г без защитного покрытия составляет 1 540 °С, что на 90 °С выше, чем указано в ОСТ 1 90338-83 и отечественной справочной литературе; доказано, что в случае прекращения воздействия источника пламени процесс горения компактных образцов магниевых сплавов завершается путем их самозатухания.

Предложено принципиально новое покрытие для защиты от воспламенения магниевых сплавов, напыляемое на металлическую поверхность при использовании магнетронно-го метода с применением имплантации высокоэнергетических ионов РЗМ.

Слой разработанного наноструктуриро-ванного покрытия с имплантированными ионами РЗМ при толщине всего 1-2 мкм обеспечивает эффективную защиту иссле-

дованных сплавов от воспламенения даже в условиях прямого воздействия пламени при температуре 850 °С и выдержке при ней в течение не менее 700 с [12].

Рассматривая вопрос применения сплавов, содержащих РЗЭ, которые оказывают положительное влияние практически на весь комплекс механических и физических свойств сплавов [13-16], следует констатировать, что сплавы с высоким содержанием РЗЭ довольно дороги и обычно не предназначены для массового применения.

Тем не менее, зарубежные исследователи отмечают, что эффективным решением проблемы улучшения пожаробезопасности магниевых сплавов может стать наряду с защитными покрытиями путь сбалансированного легирования такими элементами, как РЗЭ и кальций [6].

В частности, предложены возможные пути применения этих сплавов в авиационной промышленности. Рассмотрены примеры использования известного сплава WE43, содержащего У и Ш, в конструкции серийных вертолетов. Предусмотрено применение высокопрочных магниевых сплавов в таких

Рис. 4. Применение высокопрочны магниевы сплавов в конструктивны элементах авиационны изделий:

а - корпуса редукторов вертолетов, детали ракетного вооружения и т.д.; б - ступица авиационного колеса

конструктивных элементах авиационных изделий, как корпуса редукторов вертолетов, детали ракетного вооружения, ступицы авиационных колес и т.д. (рис. 4).

Предлагается также усовершенствовать сплав WE43, введя в его состав малое количество кальция (до 0,5% мас.), за счет чего повышается жидкотекучесть сплава. Однако с введением кальция на 5-10% снижается уровень прочностных и пластических свойств сплава WE43. Авторы аргументируют это тем, что кальций внедряется в фазы Мд-У и Мд-Ш, приводя к их охрупчиванию.

Известно, что кальций как легирующий элемент практически не применяют в отечественных магниевых сплавах, что связано именно с неоднозначным его влиянием на физико-механические характеристики этих сплавов.

Использование магниевых деталей в конструкции авиационных пассажирских кресел долгое время было запрещено. Тем не менее, согласно данным американской компании ЯЕСАЯО в утвержденной версии АБ8049С в параграфе 3.3.3 (издано в 2015 г.) предложена следующая формулировка: «магниевые сплавы могут быть использованы в конструкции пассажирских кресел для изделий авиационной техники при условии, что они прошли комплекс испытаний в соответствии с требованиями с РАА (Федеральное Управление Гражданской Авиации США) в части Спра-

Рис. 5. Рекомендуемая конструктивная схема применения деталей из магниевых сплавов для авиационных пассажирских кресел

вочника по тестам на воспламеняемость для авиационных материалов, США (Fire Safety Branch document: Aircraft Materials Fire Test Handbook - DOT/FAA/AR-00/12). В ближайшее время будут рассмотрены и остальные конструктивные элементы планера с целью возобновления применения магниевых сплавов в конструкции гражданских самолетов после соответствующего тестирования на воспламеняемость.

Пять основных деталей (рис. 5) из магниевых сплавов уже допущены к применению в конструкции авиационных кресел.

Результаты исследования магниевых сплавов с РЗЭ, разрабатываемых для отраслей авиационной и космической техники, как деформируемых, так и литейных, были представлены в докладах сотрудников ФГУП «ВИАМ» Е.Ф. Волковой и А.В. Фролова [17, 18].

В докладе Е.Ф. Волковой (ФГУП «ВИАМ», Россия) «Эволюция деформируемых магниевых сплавов для изделий авиакосмической техники» автор подтверждает, что перспектива дальнейшего развития деформируемых магниевых сплавов, предназначенных для изделий авиационной и космической техники XXI века, зависит, в основном, от двух групп факторов: факторов легирования и технологических факторов.

Анализ представленных результатов исследования свидетельствует о том, что сплавы системы Mg-Zn-Zr имеют большие перспективы и являются наиболее подходящими для легирования РЗЭ.

Рассмотрен ряд деформируемых магниевых сплавов системы Mg-Zn-Zr-РЗЭ, разработанных в ФГУП «ВИАМ» к настоящему времени, МА20, МА22, ВМД16 и др.

Значительное повышение жаропрочных и прочностных свойств в этих сплавах достигается, в первую очередь, за счет легирования редкоземельными элементами (РЗЭ) такими, какY, Nd, Ce и др. [17].

РЗЭ способствуют формированию интерметаллических термостабильных и высокопрочных фаз (Zr, RE^Zn2; (Mg, Zn^RE, что улучшает механические свойства сплавов, как это показано, в частности, на примере сплава ВМД10 (МА22) (рис. 6).

-Ф-

-Ф-

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ. ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Вторая группа факторов включает использование новых нестандартных технологий таких, как гидроэкструзия, сверхпластическая деформация, технология быстрой кристаллизации и т.д.

Основной стратегией при этом является не только измельчение зерна, но и всех структурных составляющих, что позволяет существенно повысить механические свойства деформируемых магниевых сплавов [16, 17].

Доклад А.В. Фролова с соавторами (ФГУП «ВИАМ», Россия) посвящен влиянию малых добавок РЗЭ на структуру и свойства экспериментальных магниевых литейных сплавов системы Мд-7г-7п-У-Ш-0у. Установлено, что легирование базового сплава Мд-Ш-7г-7п малым количеством элементов У, УЬ, Ег, йу благоприятно сказывается на проч-

ностных и жаропрочных (до 250 °С) свойствах, повышая уровень этих характеристик на 10-30% по отношению к уровню свойств сплавов - аналогов [18].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На конференции особое внимание было уделено современным нестандартным технологиям литья, деформации, сварки, защиты от коррозии магниевых сплавов.

В частности, сотрудники фирмы РОБСО (Южная Корея) представили схему изготовления тонкой катаной ленты (и листа) из магниевых сплавов по технологии бесслитковой прокатки (рис. 7). Получаемый катаный полуфабрикат может быть применен как для рулонной прокатки, так и для карточной. Максимальная ширина тонкого листа составляет 2 м. Листы из магниевых сплавов используют для последующей формовки деталей, применяемых в конструкции легковых автомоби-

в

Рис. 6. Микроструктура прессованного прутка из сплава МА22:

а, б - структура в отраженных электронах (растровый микроскоп); в - результаты микрорентгеноспект-рального анализа области выделения дисперсных фаз (показано стрелкой на а, б)

Плавильная Машина для литья печь полосы (рулон 4~6 т)

Подогреватель реверсивный стан теплой прокатки рулонов

(8 Ч, 400 °С) (4~6 ^ 0,4 т при 250—300 °С))

,6

Рис. 7. Схема бесслитковой прокатки магниевой ленты (тонкой полосы) по технологии фирмы РОЭОО (Южная Корея)

лей. Тонкие ленты используют при производстве изделий в электронной промышленности (корпуса ноутбуков, компьютеров, сотовых телефонов, смартфонов и пр.). Освоена технология изготовления катаных полуфабрикатов со специальными смазочными материалами [19, 20].

Указывается, что консистенция и состав смазки при проведении листовой формовки играет особо важную роль. Кроме того, для получения тонкостенных деталей сложной конфигурации требуется многоступенчатая технология листовой формовки. Для повышения качества изготавливаемых деталей применяют лист из сплава Е-Form. Этот сплав отличается менее выраженной базовой текстурой и демонстрирует лучшую технологичность в процессе листовой формовки (рис. 8).

Большие успехи достигнуты также в области сварки. Помимо АрДЭС, исследуются и применяются новые технологии сварки: СТП (сварка трением с перемешиванием), СТ (сварка трением), ультразвуковая точечная сварка (Ultrasonic Spot Welding), Friction Flow Joining (соединение за счет сил внутреннего трения).

Авторы [21, 22] подтвердили, что наиболее перспективными технологиями сварки следует считать: СТП, ультразвуковую точечную сварку и сварку по технологии Friction Flow Joining. Интересным представляется факт освоения технологии сварки разноименных материалов (магниевых сплавов различных марок и систем легирования) и, как указывалось выше, разнородных материалов: деформируемых сплавов на основе магния и на основе алюминия [24, 25] (рис. 9). Возможность применения в конструкции легковых автомобилей сварных соединений разнородных металлов, в первую очередь, сплавов на Al и Mg-основе по технологии СТП с ПЭО-защитными покрытиями имеет очень хорошие перспективы в автомобильной промышленности [22-25].

Следует отметить, что процесс сварки по технологии СТП образцов из высокопрочных деформируемых магниевых сплавов МА22, ВМД16 системы Mg-Zn-Zr-РЗЭ был исследован отечественными специалистами вФГУП «ВИАМ». Проведены эксперименты, отработаны режимы сварки и получены положительные результаты.

Рис. 8. Качественная поверхность тонкостенной штампованной детали из сплава Е-Роггп

Так, К - ств.сВ/ств.осн. мет (коэффициент ослабления сваркой) составил не менее 85 %. При этом стойкость к образованию горячих трещин (Цкр) для сварных соединений указанных отечественных сплавов получена на уровне Цкр -- 3,2-3,6 мм/мин.

Вопросам применения магния и его сплавов в медицине в качестве материалов для имплантов была посвящена работа целой секции (Вюар-рНоайопв) конференции.

Авторы подтверждают, что магний и его сплавы отличаются уникальными свойствами для применения в костной хирургии. В первую очередь, эти сплавы нетоксичны, обладают высокой биосовместимостью с тканями организма человека, их плотность и уровень механических свойств (прочность, модуль нормальной упругости), хорошо коррелируют с уровнем свойств костной ткани [26, 27].

Это делает магниевые сплавы конкурентно способными по отношению к традиционным материалам, применяемым в костной хирургии (титановые сплавы, нержавеющая сталь, кобальтохромовые сплавы и др.). Приведены результаты успешного опробования магниевых сплавов в лабораторныхусловиях на животных (рис. 10).

Прошедшая в Южной Корее Конференция Мд2015 продемонстрировала успешное развитие в мире материалов на магниевой основе и технологий их производства, показала расширение областей использования магниевой продукции, ее востребованность вXXI веке.

Выводы

1. В современных развитых странах магниевые сплавы рассматриваются как перспективный конструкционный материал

Рис. 9. Сварка разнородных материалов:

а - поперечное сечение сварного соединения магниевого сплава AZ31 и алюминиевого сплава A6061 (технология фирмы POSCO-Южная Корея); б - сварка встык магниевого и алюминиевого сплавов с антикоррозионным защитным покрытием (совместная технология фирмы POSCO-Юж-ная Корея и Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Германия)

Рис. 10. Элемент из магниевого сплава для имплантирования (стент)

в аорту

и широко применяются в таких об-как автомобиле-, вагоностроение, авиационная и космическая

XXI века ластях, электроника, техника.

2. Наряду с большим объемом работ в области исследования и разработки новых сплавов, технологий их литья, деформации и сварки, успешно решаются две основные проблемы материалов на магниевой основе: улучшение коррозионной стойкости и повышение пожаробезопасности сплавов.

3. Снят запрет со стороны Федерального Управления Гражданской Авиации США на использование магниевых сплавов в конструкции пассажирских кресел для изделий авиационной техники (после проведения тестирования в соответствии с разработанной нормативной документацией).

4. Проблема развития магниевой отрасли в целом в ряде стран (Южная Корея, Китай, Япония и др.) рассматривается на государственном уровне: выполняются госбюджетные программы, для решения научных и производственных вопросов задействованы коллективы Национальных университетов, Национальных исследовательских центров; спонсорами в ряде случаев выступают крупнейшие фирмы (LG, Hyundai, POSCO - Южная

Корея; VW AG Wolfsburg - Германия, General Motors - США и др.).

5. По уровню свойств современные отечественные сплавы мало отличаются от рассмотренных на конференции; вопросы антикоррозионной защиты и повышение пожаро-безопасности у нас решаются достаточно успешно. Однако в области разработки новых технологий литья, деформации, сварки имеет место отставание из-за недостаточного технического оснащения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники// Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. № 6. С. 520-530.

2. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 г.» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3-33.

3. Волкова Е.Ф. Современные деформируемые сплавы и композиционные материалы на основе магния // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 11. С. 5-9.

4. Каблов Е.Н., Мухина И.Ю., Корчагина В.А. Присадочные материалы для формовочных смесей при литье магниевых сплавов // Литейное производство. 2007.№ 5. С. 15-18.

5. КорнышеваИ.С., Волкова Е.Ф., Гончаренко Е.С. и др. Перспективы применения магниевых и литейных алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S.^ 212-222.

6. Sankaranarayanan Seetharaman, Zi Hao Lennon Loy, Sravya Tekumalla, Nguyen Quy Bau, Wai Leong Eugene Wong, Chwee Sim Goh and Manoj Gupta. Development and characterization of new Magnesium-Yttrium-Calcium alloys // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 31-37.

7. Luyao Jiang, Dingfei Zhang, Xiaowei Fan, Fei Guo, Guangshan Hu, Hansong Xue, and Fusheng Pan. Influence of 0-2 wt. % Sn addition on the microstructure and mechanical properties of extruded AZ80 alloy // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 128-136.

8. Sasaki T.T., Elsayed1 F.R., Nakata T., Ohkubo T., Kamado S., Hono K. Strong and Ductile Heat-treatable Mg-Sn-Zn-Al Extruded Alloy // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 5-9.

9. Carsten Blawert, Hyunju Jeong, Jaehoon Oh, Yang Su Shin. Treatment of Dissimilar Weld Joints (Mg/Al) by Plasma Electrolytic Oxidation // In

Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 188-197.

10. Alisch G., Nickel D., Lampke T. Simultaneous plasma-electrolytic anodic oxidation (PAO) of Al-Mg compounds // Surface and Coatings Technology. 2011. 206 (6). P. 1085-1090.

11. Гнеденков С.В., В.В. Антипов, Волкова Е.Ф. и др. Строение и свойства покрытий, полученных методом плазменного электролитического оксидирования на авиационных магниевых сплавах // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 2. С. 36-46.

12. Волкова Е.Ф., Барботько С.Л, Обрезков О.И., Вершок Б.А. Новое решение проблемы защиты магниевых сплавов от воспламенения // Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 151-156.

13. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Вершков А.К. Редкие металлы и редкоземельные элементы -материалы современных и высоких технологий будущего // Труды ВИАМ. 2013. № 2. Ст. 01 (viam-works.ru).

14. Каблов Е.Н. Конструкционные и функциональные материалы - основа экономического и научно-технического развития России // Вопросы материаловедения. 2006. № 1. С. 64-67.

15. Волкова Е.Ф. «Некоторые закономерности формирования фазового состава магниевого сплава системы Mg-Zn-Zr -Y // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 9. С. 22-28.

16. Дуюнова В.А., Гончаренко Е.С., Волкова Е.Ф.

и др. Современные исследования магниевых и литейных алюминиевых сплавов в ВИАМ // Цветные металлы. 2013. № 9. С. 71-81.

17. Volkova E.F. Evolution of Wrought Magnesium Alloys for Aerospace Applications // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 10-24.

18. Frolov A.V., Mukhina I.Y., Uridiya Z.P. An influence of doping rare-earth metals on properties and structure of the experimental Mg-Zr-Zn-Y-Nd-Dy casting magnesium alloy // In Proceedings of the 10th Inter-

-Ф-

-Ф-

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ. ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

19,

20

21

22

23

national Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 537-542. Nagato Ono and Naoya Kitamura. Influence of Aging on Grain Size Dependence of Yield and Fatigue Strengths in AZ61 Mg Alloys // In Proceedings 24, of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 105-110. Youngseon Lee1, Sejong Kim, Eunyoo Yoon, Yonghyun Song, Baehun Jeong, Minhong Seo, Ohduck Kwon. Productivity on Multi-stage Forming of Mg Alloy Sheet // In Proceedings of the 10th Inter- 25 national Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 750-755. Woo Geun Lee, Jung Seok Kim, Jae-Yong Lim, Seung Ju Sun. Tool-pin effects on the joint per- 26 formance of friction stir welded magnesium plates // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 969-972.

Michael de Leon, Hyung-Seop Shin. Weldability Assessment of Mg (AZ31B) Alloy Sheets by Ultra- 27, sonic Spot WeldingMethod // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 973-978. Gaofeng Quan, Lingbao Ren, Jiangang Lv, Yingbo Zhang, Dongdi Yin, Ruichun Li. The Effect of

Processing Procedures on Mechanical Properties of High Strength Mg Alloys // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 923-929. Carsten Blawert, Hyunju Jeong, Jaehoon Oh, Yang Su Shin. Treatment of Dissimilar Weld Joints (Mg/Al) by Plasma Electrolytic Oxidation // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 188-197.

Baron-Wiechec A., Curioni M., Arrabal R., Maty kin a E., Skeldon P., Thompson G.E. Plasma electrolytic oxidation of coupled light metals // Transactions of the IMF. 2013. 91 (2). P. 107-112. Kerong Dai, Xinhua Qu, Zanjing Zhai, Yang Li, Zhenyang Mao. Microenvironment Changes After the Degradation of Magnesium Alloy - An Interpretation and Utilization // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications. Mg2015. P. 373-375.

Min Yang, Debao Liu, Hua Li, Minfang Chen. Microstructure, Mechanical Properties and BioCorrosion Behavior of Mg-3Zn-0,2Ca Alloy for Biomedical Application // In Proceedings of the 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications). Mg2015. P. 426-436.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.