CC BY
8
-Ф-
УДК 669.721:669.85/86
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ТРОЙНЫХ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ МАГНИЯ С ДВУМЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ РАЗНЫХ ПОДГРУПП И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НА ИХ ОСНОВЕ ФРАГМЕНТОВ НЕИССЛЕДОВАННЫХ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ ЭТОГО ТИПА*
Л.Л. Рохлин, докт. техн. наук, Е.А. Лукьянова, канд. техн. наук, Т.В. Добаткина, канд. техн. наук, И.Г. Королькова, И.Е. Тарытина, О.А. Овчинникова
(Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, e-mail: rokhlin@imet.ac.ru)
Исследование тройной диаграммы состояния сплавов Mg-Dy-Sm показало, что в области сплавов, богатых магнием, она имеет общие черты с построенными ранее тройными диаграммами состояния других сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп - цериевой и иттриевой. Общие черты диаграмм состояния этого типа касаются фаз, находящихся в равновесии с твердым магнием в системах, и совместной растворимости обоих редкоземельных металлов в твердом магнии. Учитывая общие черты тройных диаграмм состояния сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп и диаграмму состояния Mg-Dy-Sm, построены прогнозируемые границы областей магниевого твердого раствора в системах Mg-Dy-Nd, Mg-Dy-Ce и Mg-Dy-La при 500, 400 и 300 °С.
Ключевые слова: магниевые сплавы; редкоземельные металлы; диаграммы состояния; фазовые равновесия.
Features of Structure of Ternary Phase Diagrams of Magnesium with Rare-Earth Metals of Different Subgroups and the use of the Diagrams for Forcasting of Fragments of Unexamined Phase Diagrams Belonged to this Type. L.L. Rokhlin, Ye.A. Lukianova, T.V. Dobatkina, I.G. Korolkova, I.Ye. Tarytina, O.A. Ovchinnikova.
Investigation of a ternary phase diagram of the Mg-Dy-Sm system alloy showed that in the Mg-rich area it had similar features with earlier studied other ternary phase diagrams of magnesium with two rare-earth metals of different subgroups, namely cerium group and yttrium one. Similar features of the phase diagrams belonged to this type relate to phases being in equilibrium with solid magnesium in the systems and combined solubility of both rare-earth metals in solid magnesium. Taking into account the similar features of the ternary phase diagrams of magnesium with two rare-earth metals of different subgroups and the Mg-Dy-Sm phase diagram, tentative boundaries of the Mg solid solution areas in the systems Mg-Dy-Nd, Mg-Dy-Ce and Mg-Dy-La at 500, 400 и 300 °С were constructed.
Key words: magnesium alloys; rare-earth metals; phase diagrams; phase equilibria.
Введение
Среди легирующих добавок, используемых для повышения прочностных свойств маг-
* Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 15-03 - 01351 - А.
ниевых сплавов, значительное внимание уделяется редкоземельным металлам, которые существенно повышают прочностные свойства магния как при комнатных, так и при повышенных температурах [1, 2]. При легировании магниевых сплавов могут использоваться
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
одновременно несколько редкоземельных металлов. В связи с этим важным является знание соответствующих диаграмм состояния, в первую очередь, в областях сплавов, богатых магнием - до ближайших соединений, находящихся в равновесии с магниевым твердым раствором. Анализ имеющихся сведений о диаграммах состояния подобного типа, а именно о диаграммах состояния сплавов систем Мд-Бт-ТЬ, Мд-Ш-У, Мд-в^Бт, Мд-Бт-Бг, Мд-Бт-У [3-7], где Ш и Бт являются редкоземельными металлами цериевой подгруппы, а У, ТЬ, Бг - редкоземельными металлами иттриевой подгруппы, свидетельствовал о том, что в областях сплавов, богатых магнием, прослеживаются общие черты:
- в равновесии с магниевым твердым раствором находятся только соединения магния с каждым из двух редкоземельных металлов в двойных системах;
- для каждого из двух редкоземельных металлов возможна значительная растворимость в соединении с магнием другого редкоземельного металла, находящегося в равновесии с магниевым твердым раствором;
- совместная растворимость обоих редкоземельных металлов в твердом магнии является близкой к промежуточной между растворимостью каждого из них в двойных системах.
Отличаются системы между собой протяженностью области магниевого твердого раствора, которая определяется различной растворимостью каждого из редкоземельных металлов разных подгрупп в твердом магнии. Указанные общие черты тройных диаграмм состояния сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп позволяют прогнозировать их строение и, в первую очередь, совместную растворимость обоих редкоземельных металлов в твердом магнии для систем подобного типа, которые в области сплавов, богатых магнием, еще экспериментально не исследовались или исследовались недостаточно. В настоящей статье представлены результаты подобного рода прогнозирования совместной растворимости диспрозия, лантана, церия и неодима в твердом магнии при 500 °С, базируясь на построенной области магниевого твердого раствора в системе Мд-йу-Бт.
Материалы и методы исследования
Исследование проводили на сплавах на основе магния в пределах области концентраций, несколько превышающей возможную наибольшую протяженность области образования магниевых твердых растворов. Все сплавы плавили в печи электросопротивления, используя материалы чистотой не менее 99,83 %, в стальных (Ст3) тиглях и отливали в кокиль из нержавеющей стали диаметром 15 мм. Защитой от окисления сплавов при плавке служил флюс ВИ-2 (38-46 % MgCl2, 32-40 % KCl, 3-5% CaF2, 5-8% BaCl2, 1,5% MgO, < 8% (NaCl + CaCl2)). Содержание легирующих элементов контролировали химическим анализом, проводимом на приборе Ultima 2C, Jobin-Yvon Firm методом атомно-эмиссион-ной спектроскопии с использованием индукционной плазмы. Для приведения образцов в равновесное состояние их подвергали изотермическому отжигу последовательно при 500, 400 и 300 °С с выдержками соответственно 24, 50 и 100 ч. После отжига при каждой температуре проводили закалку образцов в воде. Основой для прогнозирования совместной растворимости диспрозия с неодимом, церием или лантаном в твердом магнии являлась диаграмма состояния Mg-Dy-Sm [8]. Сплавы этой системы исследовали методами световой и сканирующей электронной микроскопии, измерения удельного электросопротивления, рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов. Для приведения образцов в равновесное состояние их подвергали таким же изотермическому отжигу и изотермическому отжигу с закалкой. Равновесное состояние сплавов подтверждалось наблюдением микроструктуры сплавов, в которой присутствовали только крупные округлые первичные кристаллы вторых фаз, указывающие на их частичное растворение в магниевом твердом растворе. Сплавы системы Mg-Dy-Sm после отжига при 500 °С отжигали также последовательно при 400 °С в течение 50 ч и при 300 °С в течение 100 ч. Чтобы удостовериться, что выдержка при 300 °С в течение 100 ч является достаточной для приведения этих сплавов в равновесное состояние, они были дополни-
-Ф-
тельно отожжены при температуре 300 °С в течение 100 ч, так что общая продолжительность выдержки при 300 °С составила 200 ч. Сравнение значений удельного электросопротивления сплавов после выдержки при 300 °С в течение 100 и 200 ч показало, что они практически не отличаются между собой для сплавов одинакового состава, так что можно было считать, что выдержка при 300 °С в течение 100 ч, как и 200 ч, была в равной мере достаточна для приведения сплавов в равновесное состояние при этой температуре.
Измерение электрического сопротивления проводили на установке, собранной на базе микроомметра БСЗ-010-2, на образцах с диаметром рабочей части 6 мм и рабочей длиной 22,8 мм. Ошибка в определении электрического сопротивления составляла ±0,7%. Микроструктуру изучали в оптическом микроскопе фирмы REICHERT MeF. Шлифы для исследования микроструктуры готовили механической шлифовкой и полировкой с последующим травлением в 30 %-м растворе ортофосфорной кислоты H3PO4 в спирте или 0,5 %-м растворе HNO3 в спирте. Микроструктуру сплавов исследовали
также на растровом электронном микроскопе 1_ЕО-4301 с системой энергодисперсионного локального рентгеноспектрального анализатора иМКЧБУБ.
Сплавы систем Мд-йу-Ьа, Мд-йу-Се, Мд-йу-Ш исследовали методами микроструктурного и микрорентгеноспектрально-го анализов с использованием растрового электронного микроскопа.
Результаты исследования
Исследование диаграммы состояния сплавов системы Мд-йу-Бт в области, богатой магнием, подтвердило, что ей присущи упомянутые выше общие черты, характерные для диаграмм состояния магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп. Так, в равновесии с магниевым твердым раствором обнаружены только две фазы, являющиеся соединениями магния с диспрозием Мд24йУ5 и магния с самарием □у41Бт5 в двойных системах Мд-йу и Мд-Бт. Как показал локальный спектральный анализ, в тройной системе в каждом из соединений магния с одним из редкоземельных металлов растворяется в значительном количестве другой
Таблица 1
Результаты микрорентгеноспектрального анализа фаз в структуре сплавов системы Мд—бу—Бт после отжига 400 °С, 50 ч (в отдельных точках фаз)
Содержание элементов в фазе
Состав сплава Фаза % мас. % ат.
Mg Dy Sm Mg Dy Sm
50,73 49,27 - 87,31 12,69 -
Mg- -36,6 % Dy Mg24Dy5 50,13 49,58 49,87 50,42 - 87,05 86,80 12,95 13,20 -
Mg- -14,5 % Sm Mg41Sm5 58,86 58,83 - 41,14 41,17 89,84 89,83 - 10,16 10,17
46,14 24,67 29,19 84,58 6,77 8,65
Mg24Dy5 52,37 23,87 23,76 87,60 5,97 6,43
53,23 23,24 23,54 87,96 5,75 6,29
Mg- -14,66 % Dy 13,3 % Sm 48,71 26,59 24,70 85,94 7,02 7,05
53,77 8,72 37,51 87,95 2,13 9,92
Mg41Sm5 55,03 9,30 35,67 88,49 2,24 9,28
54,50 8,59 36,91 88,26 2,08 9,66
55,29 8,68 36,02 88,59 2,08 9,33
-Ф-
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
Мн + Мн24Бу5 + Мн41Бш5
Рис. 1. Протяженность области магниевого твердого раствора на изотермических сечениях диаграммы состояния Мд-Ру-Эт при 500, 400 и 300 °С
редкоземельный металл. Это можно видеть из результатов локального спектрального анализа соединений, приведенных в табл. 1.
Для практического использования магниевых сплавов с редкоземельными металлами наибольшее значение имеет протяженность магниевого твердого раствора. Результаты ее определения при температурах 500, 400 и 300 °С сопоставлены на рис. 1. Они были получены путем использования локального спектрального анализа с учетом справочных данных по двойным диаграммам состояния Мд-йу и Мд-Бт [9]. Можно видеть, что с понижением температуры протяженность области магниевого твердого раствора сужается, указывая на уменьшение с понижением температуры совместной растворимости диспрозия и самария в твердом магнии. Такой характер изменения растворимости с понижением температуры характерен для других систем магния с редкоземельными металлами в различном их соотношении и предопределяет возможность упрочнения сплавов при термообработке за счет распада пересыщенного твердого раствора, но в различной степени в зависимости от того, как велика растворимость редкоземельных металлов в твердом магнии. Кривые, ограничивающие область магниевого твердого раствора на диаграмме состояния Мд-йу-Бт, имеют одинаковую форму, несколько выгибаясь в середине в сторону точки, где к области магниевого твердого раствора должна примыкать трехфазная область Мд + Мд240у5 +
+ Мд41Бт5.
Учитывая то, что диаграммы состояния сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп имеют общие черты, можно предполагать, что не изученные ранее диаграммы состояния тройных сплавов Мд-йу с другими редкоземельными металлами цериевой подгруппы: Ш, Се и 1_а, в области сплавов, богатых магнием, будут иметь много общего с диаграммой состояния Мд-йу-Бт. Так, с большой вероятностью можно было предполагать, что в сплавах Мд-йу-Ме, где Ме - это Ш, Се, 1_а, в равновесии с магниевым твердым раствором , помимо двойного соединения Мд24йу5, будут присутствовать только двойные соединения, находящиеся в равновесии с магниевым твердым раствором в двойных системах Мд-Ш, Мд-Се и Мд-Ьа, а именно Мд^№, Мд^Се, Мд17Ьа2 [10]. Неодим, церий и лантан в определенной мере могут растворяться в соединении Мд24йу5, а диспрозий - в соединениях Мд41^5, Мд12Се, Мд^Ьа2, но каковы будут значения этой растворимости без специальных исследований оценить было невозможно.
С другой стороны, прогнозирование совместной растворимости в твердом магнии диспрозия с неодимом, церием и лантаном можно было осуществить с получением, хотя и ориентировочных, но достаточно близких к реальным значениям результатов. Эта задача была решена в настоящей работе. Прогноз растворимости проводили путем экспериментального исследования по одному образцу каждой из тройных систем Мд-йу-Ш, Мд-йу-Се, Мд-йу-Ьа. При этом учитывали, что растворимость редкоземельных металлов цериевой подгруппы в твердом магнии в двойных системах последовательно уменьшается от Бт к Се и 1_а.
Составы выплавленных сплавов приведены в табл. 2. Их выбирали с учетом растворимости неодима, церия и лантана в твердом магнии с тем, чтобы получить двухфазные или трехфазные материалы, состоящие при основной рассматриваемой температуре 500 °С преимущественно из магниевого твердого раствора и небольшого количества вторых фаз, содержащих йу, Ш, Се или 1_а. Исследование микроструктуры сплавов выявило, наряду с магниевым твердым раствором,
Таблица 2
Состав выплавленных сплавов систем
Мд-йу-№, Мд-йу-Се и Мд- -йу-Ьа
Состав сплавов по химанализу, % мас. Мд - основа
оу ЫС Се 1_а
12,33 4,67 - -
8,31 - 2,07 -
5,67 - - 0,60
только двойные соединения магния с указанными редкоземельными металлами соответствующих двойных систем.
Растворимость неодима, церия и лантана в твердом магнии при 500 °С в двойных системах с магнием принимали равной 2,2, 0,26 и 0,03% мас. соответственно согласно [10] по сравнению с 4,3 % мас. Бт [9]. Из приведенных в табл.2 составов сплавов видно, что содержание в них ЫС, Се и 1_а соответствовало планируемому.
В табл. 3-5 приведены результаты локального рентгеноспектрального анализа вторых фаз в сплавах. В случае сплава с неодимом (см. табл. 3) удалось провести локальный рентгеноспектральный анализ как магниево-
го твердого раствора, так и кристаллов двух вторых фаз. По содержанию в фазах магния, близкого к тому, которое наблюдали в сплавах Мд-йу-Бт, можно было сделать вывод, что одна из них - это фаза Мд24йу5 с растворившимся в ней неодимом, а вторая фаза, изоструктурная фазе Мд41Бт5 - фаза Мд41^5 с растворившимся в ней диспрозием. Таким образом, можно было сделать вывод, что в сплавах Мд-йу-ЫС, как и в сплавах Мд-йу-Бт, в равновесии с магниевым твердым раствором находятся только две фазы, являющиеся твердыми растворами каждого из редкоземельных металлов в соединении другого с магнием, присутствующими в богатых магнием сплавах двойных систем Мд-йу и Мд-ЫС.
Результаты локального рентгеноспектрального анализа магниевого твердого раствора в сплавах Мд-йу-ЫС свидетельствуют о том, что растворимость в нем неодима в присутствии диспрозия близка и даже несколько больше растворимости неодима в твердом магнии в двойных Мд-ЫС-сплавах. В этом также проявилось сходство сплавов Мд-йу-ЫС со сплавами Мд-йу-Бт.
В сплавах Мд-йу-Се и Мд-йу-Ьа (см. табл. 4, 5) при наблюдении микроструктуры удалось выявить только по одной второй
Таблица 3
Результаты микрорентгеноспектрального анализа фаз в структуре сплава системы Мд-Оу-№ после отжига 500 °С, 24 ч (в отдельных точках фаз)
Содержание элементов в фазе
Состав сплава, % мас. Фаза % мас. % ат.
Мд ОУ ЫС Мд оу ЫС
Мд-12,33 йу-4,67 ЫС (Мд) 85,90 85,22 84,33 85,17 85,17 85,45 11,65 11,94 12,82 11,80 11,61 12,00 2,45 2,84 2,86 3,03 3,22 2,56 97,55 97,41 97,23 97,40 97,39 97,46 1.98 2.04 2,21 2,02 1.99 2.05 0,47 0,55 0,56 0,58 0,62 0,49
Мд41ЫС5 56,54 57,93 4,78 6,90 38,68 35,17 88,66 88,31 1,12 1,59 10,22 9,14
Мд24йу5 52,24 50,19 51,57 22,03 21,77 19,378 25,73 28.05 29.06 87,25 86,28 86,87 5,51 5,60 4,88 7.24 8,13 8.25
"Ф
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
-Ф
Таблица 4
Результаты микрорентгеноспектрального анализа фаз в структуре сплавов системы Мд—Ьу—Се после отжига 500 °С, 24 ч (в отдельных точках фаз)
Содержание элементов в фазе
Состав сплава, % мас. Фаза % мас. % ат.
Мд Оу Се Мд Оу Се
Мд-8,31 йу-2,07 Се (Мд) 91,48 90,93 91,46 90,56 7,98 8,84 8,15 9,39 0,54* 0,23* 0,40* 0,05* 98,61 98,52 98,61 98,46 1,29 1,43 1,31 1,53 0,10* 0,04* 0,07* 0,01*
Мд12Се 71,25 73,78 72,57 2,04 3,27 2,51 26,71 22,95 24,92 93,52 94,28 93,92 0,40 0,63 0,49 6,08 5,09 5,60
"Результаты в пределах ошибки измерения.
Таблица 5
Результаты микрорентгеноспектрального анализа фаз в структуре сплавов системы Мд—Ьу—Ьа после отжига 500 °С, 24 ч (в отдельных точках фаз)
Содержание элементов в фазе
Состав сплава, % мас. Фаза % мас. % ат.
Мд Оу 1_а Мд Оу 1_а
94,05 5,89 0,06* 99,06 0,93 0,01*
(Мд) 93,73 5,38 0,9 98,98 0,85 0,17
94,58 5,16 0,26* 99,14 0,81 0,05*
Мд-5,67-йу-0,6 1_а 94,90 5,12 -0,01* 99,20 0,80 0,00*
79,66 3,56 16,98 95,82 0,60 3,58
Мд17Ьа2 80,36 3,23 16,40 95,99 0,58 3,43
71,40 3,89 24,71 93,57 0,76 5,67
73,50 2,47 24,02 94,14 0,47 5,38
"Результаты в пределах ошибки измерения.
Ф-
фазе. Локальный рентгеноспектральный анализ указывал на то, что это должны быть ближайшие к магнию соединения Мд^Се и Мд1уЬа2 с небольшим количеством растворившегося в них диспрозия. По результатам анализа магния в наблюдающихся кристаллах оказалось больше, чем в приведенных выше формулах, но это могло быть обусловлено небольшими размерами кристаллов, так что при анализе частично захватывалась область магниевого твердого раствора.
Локальный рентгеноспектральный анализ магниевого твердого раствора в сплавах с церием и лантаном выявил присутствие в них диспрозия, близкое к общему содержанию в сплаве. Содержание же церия и лантана в магниевом твердом растворе оказалось слишком низким, чтобы можно было его надежно определить. Это соответствовало весьма низкой растворимости церия и лантана в твердом магнии в двойных системах Мд-Се и Мд-Ьа.
Рис. 2. Протяженность области магниевого твердого раствора на изотермических сечениях диаграммы состояния Мд-Ьу-Ш при 500, 400 и 300 °С
Прогнозируемая кривая, ограничивающая область магниевого твердого раствора при 500 °С на изотермическом разрезе диаграммы состояния Мд-Оу-Ш при 500 °С представлена на рис. 2. Она проведена, базируясь на результатах локального рентгено-спектрального анализа сплава системы Мд-Оу-Ш, растворимости диспрозия и неодима в твердом магнии в двойных системах, а также предполагая сходство по форме с кривой, ограничивающей область магниевого твердого раствора на разрезе при 500 °С диаграммы состояния Мд-Оу-Бт (см. рис. 1). На рис. 2 представлены также прогнозируемые кривые, ограничивающие области магниевого твердого раствора на изотермических разрезах диаграммы состояния Мд-Оу-Ш при 400 и 300 °С. Они построены по значениям растворимости диспрозия и неодима в двойных системах и подобию их формы формам кривых, ограничивающих области магниевого твердого раствора на изотермических разрезах диаграммы состояния Мд-Оу-Бт (см. рис. 1).
Границы области магниевого твердого раствора на изотермических разрезах диаграмм состояния Мд-Оу-Се и Мд-Оу-Ьа построить с учетом анализа тройных сплавов оказалось невозможным в связи с тем, что растворимости церия и лантана в твердом магнии оказались слишком малыми, чтобы их можно было определить достаточно надежно в тройных сплавах путем локального рентгеноспектрального анализа. Кроме того, линии, ограничивающие эти области магниевого твердого раствора в системах Мд-Оу-
Се и Мд-Оу-Ьа на концентрационных треугольниках при обычно используемых масштабах, должны были фактически слиться с осью абсцисс (концентрация Оу, % мас.) на изотермических разрезах. Учитывая это, прогнозируемые области магниевого твердого раствора в сплавах систем Мд-Оу-Се и Мд-Оу-Ьа были построены в ортогональной системе координат. При этом границы области магниевого твердого раствора на изотермических разрезах для сплавов Мд-Оу-Се строились подобными границе области твердого раствора в сплавах Мд-Оу-№ при 500 °С, а в сплавах Мд-Оу-Ьа - подобными предварительно построенной границе области твердого раствора в сплавах Мд-Оу-Се при 500 °С. Построеные границы областей магниевого твердого раствора в системах Мд-Оу-Се и Мд-Оу-1_а при 500 и 400 °С представлены на рис . 3 и 4. При построении границ областей магниевого твердого раствора значения растворимости в двойных системах брались для Мд-Оу по результатам
и 0-
Мв
Т—1—Г
10 15
Бу, % мас.
Г 20
25
Рис. 3. Протяженность области магниевого твердого раствора на изотермических сечениях диаграммы состояния Мд-Ьу-№ при 500 °С и Мд-Ьу-Се при 500 и 400 °С
Т
10 15
Бу, % мас.
Рис. 4. Протяженность области магниевого твердого раствора на изотермических сечениях диаграммы состояния Мд-Ьу-Се при 500 °С и Мд-Ьу-Ьа при 500 и 400 °С
0
5
-Ф-
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
настоящей работы, а для систем Мд-ЫС, Мд-Се и Мд-Ьа - справочные данные [10].
В связи с незначительной растворимостью церия и лантана в твердом магнии в двойных системах области магниевого твердого раствора в сплавах Мд-йу-Се и Мд-йу-Ьа оказались чрезвычайно узкими, так что можно было считать, что при более низкой температуре (300 °С) растворимость церия и лантана в присутствии диспрозия практически отсутствует.
Обсуждение результатов
Представленные результаты исследования диаграммы состояния сплавов системы Мд-йу-Бт в областях, богатых магнием, показывают, что она имеет общие черты в этой части с другими тройными диаграммами состояния сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп (цериевой и иттриевой), изученными ранее [3-7], в том, что в равновесии с магниевым твердым раствором присутствуют только ближайшие к магнию его соединения в двойных системах, имеется существенная растворимость каждого из редкоземельных металлов в соединениях с магнием другого редкоземельного металла, а совместная растворимость обоих редкоземельных металлов в твердом магнии близка к промежуточной между растворимостью каждого из них в двойных системах. В то же время по размерам области магниевого твердого раствора, характеризующей совместную растворимость обоих редкоземельных металлов в твердом магнии, система Мд-йу-Бт отличается от других систем подобного типа. Она отличается от них также по величине растворимости каждого из редкоземельных металлов в соединениях другого редкоземельного металла, находящегося в равновесии с магниевым твердым раствором. Учитывая общие черты диаграмм состояния сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп, следовало ожидать, что диаграммы состояния тройных сплавов магния с диспрозием, принадлежащим к иттриевой подгруппе редкоземельных металлов, и другими редкоземельными металлами - неодимом, церием и
лантаном, принадлежащими к цериевой подгруппе, как самарий, будут иметь те же самые общие черты. Это предположение подтвердилось экспериментально при исследовании структуры одного сплава каждой из тройных систем Мд-йу-ЫС, Мд-йу-Се и Мд-йу-Ьа в том, что в сплавах этих систем также в равновесии с магниевым твердым раствором присутствовали только ближайшие к магнию соединения в двойных системах и один из редкоземельных металлов растворялся в определенной степени в соединении с магнием другого.
Предполагалось, что одинаковые черты в строении диаграмм состояния тройных сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп позволят прогнозировать протяженность областей магниевого твердого раствора в системах этого типа, которые еще не исследованы или исследованы недостаточно. В настоящей работе показано, как это может быть сделано на примере сплавов систем Мд-йу-ЫС, Мд-йу-Се и Мд-йу-Ьа. Хотя положение построенных границ областей магниевого твердого раствора можно рассматривать как ориентировочное, но оно может найти практическое применение во многих случаях, когда необходимо предвидеть совместную растворимость обоих редкоземельных металлов в твердом магнии, например, при разработке сплавов с участием редкоземельных металлов в качестве легирующих добавок к магниевым сплавам. Следует также иметь в виду, что при очень малой растворимости редкоземельных металлов цериевой подгруппы в твердом магнии, таких как церий и лантан, точность определения положения линий, ограничивающих область магниевого твердого раствора, экспериментальными методами значительно уменьшается. Вследствие этого надежность определения положения границ области магниевого твердого раствора экспериментально в этом случае становится близкой к той, которая устанавливается путем прогнозирования, использованного в настоящей работе.
В данной работе прогнозирование неизвестной протяженности области магниевого твердого раствора в тройных диаграммах
-Ф-
состояния сплавов магния с двумя редкоземельными металлами разных подгрупп осуществлено только для одного редкоземельного металла иттриевой подгруппы - диспрозия. Однако общие черты диаграмм состояния этого типа, отмеченные выше, прослеживаются также в диаграммах состояния сплавов с участием других редкоземельных металлов иттриевой подгруппы - иттрия [4], гадолиния [5], тербия [3] и эрбия [6]. С большой вероятностью их можно предполагать также и для других редкоземельных металлов этой подгруппы - гольмия, туллия и лютеция. В этих случаях, как и в случае редкоземельного металла иттриевой подгруппы - диспрозия, можно будет тем же путем по растворимости каждого из редкоземельных металлов разных подгрупп в двойных системах прогнозировать с высокой степенью надежности их совместную растворимость в твердом магнии в тройных системах, которые еще не исследовались.
Выводы
1. В строении исследованной экспериментально тройной диаграммы состояния сплавов Мд-йу-Бт в области, примыкающей к магнию, прослеживаются общие черты с диаграммами состояния сплавов магния с двумя другими редкоземельными металлами разных подгрупп по фазам, находящимся в равновесии с твердым раствором на основе магния , и совместной растворимости обоих редкоземельных металлов в магниевом твердом растворе.
2. Базируясь на построенной экспериментально диаграмме состояния Мд-йу-Бт и общих чертах диаграмм состояния, характерных для сплавов магния с редкоземельными металлами разных подгрупп, осуществлен прогноз границ областей магниевого твердого раствора в сплавах системы Мд-йу-ЫС при 500, 400 и 300 °С, системы Мд-йу-Се при 500 и 400 °С и системы Мд-йу-1_а при 500 и 400 °С.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Rokhlin L.L. Magnesium Alloys Containing Rare Earth Metals. Taylor & Francis, 2003. - 245 p.
2. Yang Z.Z., Li J.P., Zhang J.X., Lorimer G.W., Robson J. Review on research and development of magnesium alloys // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2008. V. 21. № 5. P. 313-328.
3. Рохлин Л.Л., Добаткина Т.В., Лукьянова Е.А., Королькова И.Г., Поликанова А.С. Исследование фазовых равновесий в богатых магнием сплавах системы Mg-Sm-Tb // Металлы. 2010. № 4. С. 99-106.
4. Свидерская З.А., Падежнова Е.М. Растворимость неодима и иттрия в твердом магнии // Изв. АН СССР. Металлы. 1971. № 6. С. 200-204.
5. Rokhlin L.L., Nikitina N.I., Dobatkina T.V. Solidstate phase equilibria in the Mg corner of the Mg-Gd-Sm phase diagram // Journ. of the Alloys and Compounds. 1996. V. 239. P. 209-213.
6. Рохлин Л.Л., Никитина Н.И. Исследование совместной растворимости самария и эрбия в твердом магнии // Металлы. 2002. № 2. С. 119-123.
7. Дриц М.Е., Рохлин Л.Л., Сирченко Н.П. Фазовые равновесия в системе Mg-Sm-Y // Известия вузов. Цветная металлургия. 1983. № 6. С. 78-82.
8. Lukyanova E.A., Rokhlin L.L., Dobatkina T.V., Korolkova I.G., Tarytina I.E. Investigation of the Mg-Rich Part of the Mg-Dy-Sm Phase Diagram // Journal of the Phase Equilibria and Diffusion. 2016. DOI 10.1007/s11669-016-0493-8 (as 'Online First': http://link.springer.com/article/10.1007/s11669-016-0493-8).
9. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ. в трех томах / Отв. редактор Н.П. Ляки-шев. - М.: Машиностроение, 1997. Т. 2. С. 379-380; 1999. Т. 3. P. 322-324.
10. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ. в трех томах / Отв. редактор Н.П. Лякишев. - М.: Машиностроение, 1999. Т. 3. C. 291-294; 1996. Т. 1. C. 924-926; 1999. Т. 3. C.167-170.
