Научная статья на тему 'Сплавы системы Mg–Al–Mn–Ca, дополнительно легированные Zr и La для получения изделий методом скоростной экструзии'

Сплавы системы Mg–Al–Mn–Ca, дополнительно легированные Zr и La для получения изделий методом скоростной экструзии Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
2
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
магниевые деформируемые сплавы / легирование тугоплавкими и редкоземельными металлами / фазовые равновесия / диаграмма состояния / лигатуры / экструдирование / magnesium deformable alloys / alloying of magnesium alloys with refractory and rare‑earth metals / phase equilibria / phase diagram / ligatures / extrusion

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — А.Т. Волочко, В.А. Зеленин, М.С. Ковалько, Д.С. Федорович, Ван Чэн

В работе проведены расчет и анализ фазовых равновесий в магниевых сплавах системы Mg–Al–Mn–Ca при дополнительном ее легировании Zr и La. Осуществлена оценка влияния степени, скорости деформации, а также температуры экструдирования на состав, структуру и механические свойства сплавов. Исследовано влияние термообработки деформированных образцов на комплекс прочностных и пластических свойств.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — А.Т. Волочко, В.А. Зеленин, М.С. Ковалько, Д.С. Федорович, Ван Чэн

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

Magnesium alloys based on the Mg–Al– Mn–Ca system, additionally alloyed with Zr and La for high‑speed deformation of products and semi‑finished products

The article presents calculations and analysis of phase equilibria in magnesium alloys of the Mg–Al–Mn–Ca system with additional alloying of Zr and La. An assessment of the influence of the degree, deformation rate, and extrusion temperature on the composition, structure, and mechanical properties of the material has been evaluated. The impact of heat treatment of deformed samples on the complex of strength and plastic properties has been investigated.

Текст научной работы на тему «Сплавы системы Mg–Al–Mn–Ca, дополнительно легированные Zr и La для получения изделий методом скоростной экструзии»

https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-83-92

УДК 669.2.017:620.18; 669.2.017:620.17; 669.2-419:620.18; 669.2-419:620.17

Поступила 12.01.2024 Received 12.01.2024

СПЛАВЫ СИСТЕМЫ Mg-Al-Mn-Ca, ДОПОЛНИТЕЛЬНО ЛЕГИРОВАННЫЕ Zr И La ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ СКОРОСТНОЙ ЭКСТРУЗИИ

А. Т. ВОЛОЧКО, В. А. ЗЕЛЕНИН, М. С. КОВАЛЬКО, Д. С. ФЕДОРОВИЧ, Физико-технический институт НАНБеларуси, г. Минск, Беларусь, ул. Академика Купревича, 10. E-mail: volochkoat@mail.ru ЧЭНВАН, Университет Цзилин, г. Чанчун, Китай, ул. Реньминь. E-mail: chengwang@jlu.edu.cn

В работе проведены расчет и анализ фазовых равновесий в магниевых сплавах системы Mg-Al-Mn-Ca при дополнительном ее легировании Zr и La. Осуществлена оценка влияния степени, скорости деформации, а также температуры экструдирования на состав, структуру и механические свойства сплавов. Исследовано влияние термообработки деформированных образцов на комплекс прочностных и пластических свойств.

Ключевые слова. Магниевые деформируемые сплавы, легирование тугоплавкими и редкоземельными металлами, фазовые

равновесия, диаграмма состояния, лигатуры, экструдирование. Для цитирования. Волочко, А. Т. Сплавы системы Mg-Al-Mn-Ca, дополнительно легированные Zr и La для получения изделий методом скоростной экструзии /А. Т. Волочко, В. А. Зеленин, М. С. Ковалько, Д. С. Федорович, Чэн Ван //Литье и металлургия. 2024. № 1. С. 83-92. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-83-92.

MAGNESIUM ALLOYS BASED ON THE Mg-Al-Mn-Ca SYSTEM, ADDITIONALLY ALLOYED WITH Zr AND La FOR HIGH-SPEED DEFORMATION OF PRODUCTS AND SEMI-FINISHED PRODUCTS

A. T. VOLOCHKO, V. A. ZELENIN, M. S. KOVALKO, D. S. FEDOROVICH, Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus, 10, Akademika Kuprevicha str. E-mail: volochkoat@mail.ru

CHENG WANG, Jilin University, Changchun, China, Renmin str. E-mail: chengwang@jlu.edu.cn

The article presents calculations and analysis of phase equilibria in magnesium alloys of the Mg-Al-Mn-Ca system with additional alloying of Zr and La. An assessment of the influence of the degree, deformation rate, and extrusion temperature on the composition, structure, and mechanical properties of the material has been evaluated. The impact of heat treatment of deformed samples on the complex of strength and plastic properties has been investigated.

Keywords. Magnesium deformable alloys, alloying of magnesium alloys with refractory and rare-earth metals, phase equilibria,

phase diagram, ligatures, extrusion. For citation: Volochko A. T., Zelenin V. A., Kovalko M. S., Fedorovich D. S., Cheng Wang. Magnesium alloys based on the Mg-Al-Mn-Ca system, additionally alloyed with Zr and La for high-speed deformation of products and semi-finished products. Foundry production and metallurgy, 2024, no. 1, pp. 83-92. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-83-92.

Введение

Магниевые сплавы - одни из самых легких конструкционных материалов, широко используемых в промышленности. Магний при плотности 1,74 г/см3 в 4,5 раза легче железа, в 5,0 - меди, в 2,6 - титана и в 1,6 раза - алюминия. Магниевые сплавы обладают хорошей вибрационной стойкостью, что обеспечивает возможность эксплуатации изделий из них в широком диапазоне температур: от криогенных (- 70)-(-196) °С до высоких кратковременных до 300-350 °С и длительных до 200-250 °С. Объемы производства магниевых сплавов постоянно увеличиваются, а лидером в этой отрасли является Китай, выпускающий 600-700 тыс. т в год, что составляет около 80 % мирового производства. Любопытно, что востребованность этих сплавов выросла в первую очередь в самом Китае и составляет около 30 %

мирового спроса. Экспансия магния началась с возможностью замены алюминиевых и других сплавов в машиностроении, прежде всего в авиации и автомобильной промышленности.

Значительную часть деталей из магниевых сплавов изготавливают методами литья, преимущественно литьем под давлением [1]. Этот метод отличается технологичностью и высокой производительностью. Проблемой при литье под давлением остается высокая газовая пористость отливок, возникающая при заполнении формы. Сдерживающим фактором увеличения объемов производства изделий из магниевых сплавов является также невысокая температура их возгорания, требующая повышения культуры производства, использования флюсов или защитной атмосферы.

Повышение литейных свойств магниевых сплавов и обеспечение требуемых эксплуатационных характеристик изделий из них обеспечивается использованием легирующих элементов. Однако введение в литейные магниевые сплавы одного из основных легирующих элементов - алюминия массовой долей более 4 % снижает вязкость металла, а массовой долей 8-10 % - его прочностные характеристики. Кроме того, у-фаза переменного состава на основе конгруэнтного соединения Mg^Al^ имеет относительно низкую температуру плавления 437 °C, что приводит к нестабильности микроструктуры при температурах более 127 °C, зернограничному скольжению и, как следствие, ухудшению свойств при повышенных температурах. При использовании в качестве упрочняющего легирующего элемента цинка в тройной системе Mg-Al-Zn фаза a-Mg^Al^ является катодом по отношению к матрице a-Mg и образует с ним гальваническую пару, что приводит к ускорению коррозии сплавов этой системы.

Особое внимание в мировой практике уделяется деформируемым магниевым сплавам, в первую очередь низколегированным (до 1-2 мас. %) [2, 3]. Актуальна задача повышения их прочности, коррозионной стойкости, а также увеличения пластических свойств как при комнатных температурах, так и при температурах деформирования. Разработка новых сплавов позволила существенно расширить эффективное конструкционное использование изделий и полуфабрикатов из них за счет применения технологий экструдирования профилей, прокатки листов, изготовления поковок высокоскоростными методами обработки давлением.

Состав и концентрацию легирующих элементов в этих сплавах выбирают исходя из соображений, что они должны, во-первых, находиться при температуре деформации в твердом растворе, а во-вторых, не образовывать интерметаллических соединений, что и позволяет применить высокоскоростные методы обработки.

Из известных деформируемых магниевых сплавов особый интерес представляют сплавы на основе системы Mg-Al-Mn. Введение марганца как основного легирующего элемента обусловлено тем, что он не образует с магнием промежуточных соединений. При температуре 652 °C марганец участвует с a-магниевым твердым раствором в периодическом превращении L + a-Mn ^ a-Mg. Легирование сплавов магния марганцем улучшает коррозионную стойкость и свариваемость.

Кальций в магниевых сплавах в количестве 0,1-0,4 мас. % способствует: повышению стойкости к окислению благодаря защитной оксидной пленке; измельчению структуры, повышению твердости и термической стабильности; снижению пористости заготовки.

Наибольший интерес представляют сплавы, содержащие цирконий и редкоземельные металлы. Ряд сплавов, содержащих цирконий, были разработаны фирмой Magnesium Electron Limited (Великобритания) и нашли применение за рубежом.

Методика проведения исследований

В качестве базового низколегированного материала использовали сплав Mg0,85Al0,53Mn0,2Ca, который дополнительно легировали 0,5 мас. % Zr и 0,4 мас. % La. Плавку лигатур и образцов магниевых сплавов для последующего экструдирования осуществляли в индукционной тигельной печи ИСВ 0,04. Шихту помещали в тигель из диоксида циркония, затем камеру печи вакуумировали и поддерживали в ней давление 5*104 Па. При достижении температуры плавления в камеру подавали инертный газ (аргон), предотвращающий возгорание. Расплав заливали в металлическую форму и в последующем получали заготовки массой 20-40 г, которые подвергали экструдированию с различной степенью деформации (от 85 до 96 %) в температурном интервале 350-450 °С. Скорость деформирования при экструзии варьировалась в пределах 0,16-0,24 м/с. Процесс экструзии осуществляли как на гидравлических, так и на кривошипно-шатунных прессах.

Часть полученных заготовок подвергали термической обработке по режиму Т61: закалка с 420 °С после выдержки в течение 30-60 мин охлаждением в горячую воду с t = 80 °С и искусственное

старение в течение 8-16 ч при t = 200 °С. Механические свойства заготовок исследовали в соответствии с ГОСТ 25503-97 и 9012-59.

Для определения доли вторичных фаз, образовавшихся при кристаллизации расплава, использовали программные продукты PATDAT и PanMagnesium.

Металлографический анализ выполняли с помощью комплекса Micro-200. Рентгенофазовый анализ производили на дифрактометре Дрон-3М (CuKa- и СоКа-излучения) в режиме сканирования (по точкам) с шагом 0,1° в интервале углов рассеяния 20 = 20-60°. Состав и распределение основных элементов определяли на сканирующем электронном микроскопе Tescan Mira 3.

Анализ фазовых равновесий в магниевых сплавах

Расчеты диаграмм равновесного состояния интерметаллидных фаз, образующихся в магниевых сплавах Mg0,85Al0,2Ca0,53Mn, Mg0,85Al0,2Ca0,53Mn0,5Zr и Mg0,85Al0,2Ca0,53Mn0,5La, выполненные с использованием PATDAT и PanMagnesium, приведены на рис. 1-3 [4, 5].

Согласно расчетам, образование первичных кристаллов фазы Al8Mn5 при затвердевании расплава Mg0,85Al0,2Ca0,53Mn начинается при температуре 620 °C (рис. 1). Доля кристаллов соединения Al8Mn5 по мере охлаждения расплава медленно увеличивается вплоть до температуры 180 °C, при которой начинается его превращение в соединение AlnMn4. При комнатной температуре доля вторичных кристаллов AlnMn4 в сплаве в три раза превышает долю кристаллов соединения Al8Mn5.

0,008

| 0,006

«

| 0,004

[2 и

« 0,002

-f_tot(:;gCnb)

-f_töt(@ALSMni)

-!_Ш№СЫ&_С 14)

- -fJol(:SAlCaMg_C36)

-f_tol(@A12Ca_C 15)

\ __f_tot(i3yUllMni_Tl)

"Л ^ К \

200

400

600 t, °C

Рис. 1. Зависимость доли вторичных фаз, образующихся при затвердевании расплава состава Mg0,85AЮ,2Ca0,53Mn, от температуры

Температура сольвуса соединения Mg2Ca составляет 435 °С. Однако уже при температуре порядка 400 °С кристаллы этого соединения полностью распадаются, как и кристаллы тройного соединения А1СаМп, с образованием соединения А12Са. В результате при остывании до комнатной температуры в сплаве данного состава образуется выпадающий по границам зерен твердого раствора магния упрочняющий каркас, состоящий из зерен трех соединений: А18Мп5, А1пМп4 и А12Са.

Образование первичных кристаллов фазы А142г5 при затвердевании расплава состава Mg0,85AЮ,2Ca0,53Mn0,5Zr начинается, согласно расчетам, при температуре 1440 °С (рис. 2). В процессе остывания расплава при температурах 1160, 940, 630 и 500 °С происходят фазовые превращения по схеме:

А1^г5 ^ А^г ^ А^г2 ^ А1^г ^ А^г.

Образование кристаллов фазы А18Мп5 начинается при температуре ~600 °С. Кристаллы соединения Mg2Ca начинают выделяются в виде прецепитатов из пересыщенного твердого раствора магния при температурах менее 400 °С, а кристаллы соединения А12Са - при температурах ниже 260 °С. В результате в сплаве данного состава формируется более прочный каркас, состоящий из зерен четырех соединений: А^г, А^п^ Mg2Ca и А12Са.

Образование первичных кристаллов фазы А!^^ при затвердевании расплава состава Mg0,85AЮ,2Ca0,53Mn0,5La начинается, согласно расчетам, при температуре 620 °С (рис. 3).

0,008 3 0,006 Ц 0,004 ^ 0,002 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 t, °C

f_tot(@AMZri)

fJot(igAIZr)

f_tot(@A13Zr2)

f_tot(@A12Zr_C14)

f_rut(ffiCub)

f_tot(@A1SMni)

fjút(i@AL32fJ

f_tott®CaM|>_C14)

f_tott@Al2Ca_C15)

Рис. 2. Зависимость доли вторичных фаз, образующихся при затвердевании расплава состава ^0,85АЮ,2Са0,53Мп0^г, от температуры

0,012 0,01

1 0,008

в о

10,006

§

¡ 0,004

«

0,002 О

-fjoK'BCub)

-f_tot(@A18Mn3)

- -f_tot(@RMgl2)

-£_toK@CaMg2_C14>

. -f_tot(g'A1CaMî_C36)

f_tot(@A12Cï_ClS)

-fJotegRAIs)

" -fJot(5p.3All]_Tl)

/ 1

Ч " IK Î\

200

400

t, °C

Рис. 3. Зависимость доли вторичных фаз, образующихся при затвердевании расплава состава Mg0,85Al0,2Ca0,53Mn0,5La, от температуры

При температуре 580 °C начинается образование кристаллов соединения Mg^La. В интервале температур 580-280 °C их доля в сплаве растет. При температуре 435 °C образуется соединение Mg2Ca. При температуре порядка 400 °C кристаллы этого соединения полностью распадаются, как и кристаллы тройного соединения AlCaMn, с образованием соединения Al2Ca.

При температуре 280 °C соединение Mg12La вступает в реакцию с алюминием с образованием A^La. Однако уже при температуре порядка 200 °C происходит фазовое превращение с образованием соединения AlnLa3. В результате при остывании до комнатной температуры в сплаве данного состава образуется выпадающий по границам зерен твердого раствора магния упрочняющий каркас, состоящий из зерен трех соединений: Al8Mn5, Al2Ca и Al11La3.

Анализ системы Mg-Al-La-Mn-Zr на основе двойных диаграмм состояний

Анализ представленной на рис. 4 пятикомпонентной системы Mg-Al-La-Mn-Zr показал, что самым тугоплавким элементом в ней является Zr, температура плавления которого равна 1855 °C. Кроме того, как видно на рис. 4, Zr плохо растворяется в Mg (до 0,983 ат. %) и в паре с Mn образует две эвтектики с содержанием до 5,0 и 67,5 ат. % Zr.

С La цирконий не образует ни эвтектик, ни интерметаллических соединений.

Состав и температура плавления эвтектик, образующихся в двойных системах Mg-Al, Mg-La и AlLa, приведены на рис. 5.

Представляется целесообразным приготовление в первую очередь твердого раствора Zr в магнии. Введение до 0,985 ат. % Zr не окажет заметного влияния на литейные свойства Mg. В связи с этим

Рис. 5. Расположение двойных (е1 - е6) и тройной Е эвтектики в системе A1-La-Mg

пятикомпонентную систему Mg-A1-La-Mn-Zr в первом приближении можно упростить и свести к трех-компонентной A1-La-Mg.

Расчет тройной высокомагниевой эвтектики в системе Al-La-(Mg)

Температуру плавления тройной эвтектики в системе A1-La-(Mg) можно рассчитать, используя в качестве исходных данных температуру плавления: эвтектики Mg-yMgl7A112 (^эвт = 438 оС), ее компонентов Mg (651 оС) и yMg17A112 (460 оС), а также эвтектики Mg-MgзLa (612 оС) и ее компонентов Mg и Mg3La (675 оС) [6].

Для двойной системы

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

Тэвт = Кэт (Т1 + T2), (1)

где Кэт - коэффициент эвтектической температуры,

Кэт = 0,497ехр(-0,2657Х), (2)

где Х - масштабный температурный параметр,

Х = (Т - Тг)/(Г1 + Т2)0,74. (3)

Расчеты эвтектической концентрации тройных эвтектик проводили по вычисленным значениям эвтектической температуры (в % по массе) по формулам:

СТ1эвт = [(Т2 - ГэвтУТ + Т2 - 2Тэвт)]100 %; (4)

СТ2эвт = [(Т1 - Тэвт)/(Т1 + Т2 - 2Тэвт)]100 %. (5)

При расчетах эвтектики в системе A1-La-(Mg) сводим к расчету двойной системы (Mg-MgзLa)-(Mg-yMgl7A1l2) эвт [7].

По уравнениям (1-5) находим:

Х = (612-438) / (612 + 438)0,74 = 174/172 = 1,01;

Кэт = 0,497ехр(-0,2657 • 1,01) = 0,3800;

Тэвт = 0,38(612 + 438) = 400 оС.

Концентрация элементов в тройной эвтектике

СТ1эвт = 100[(438-400)/(1050-800)] = 24,8 мас. % (Mg-Mg3La).

Концентрация (Mg-yMgl7A1l2) эвт в тройной эвтектике составляет 75,2 мас. %.

В 75,2 мас. % (Mg-yMg17A112) эвт состава 67,6 мас. % Mg и 32,4 мас. % А1 содержится 50,8 мас. % Mg и 24,4 мас. % А1. В 24,8 мас. % эвтектики (Mg-Mg3La) состава 83,5 мас. % Mg и 16,5 мас. % La содержится 20,7 мас. % Mg и 4,1 мас. % La.

Таким образом, установлено, что эвтектика в тройной системе A1-La-(Mg) плавится при температуре Тэвт = 400 °С и содержит 71,5 мас. (76,0 ат.) % Mg (50,8 мас. % Mg + 20,7 мас. % Mg), 24,4 мас. (23,3 ат.) % А1 и 4,1 мас. (0,7 ат.) % La. Результаты расчета эвтектики в системе A1-La-(Mg) представлены на рис. 5.

Результаты исследований

Процесс скоростной экструзии реализовывали на кривошипных прессах в изготовленных пресс-формах (рис. 6, а). Для повышения точности сопряжения рабочих деталей пуансон - матрица при скоростной экструзии в пресс-форме использовали направляющие втулки. Нагрев матрицы с фильерой производили при помощи водоохлаждаемого индуктора.

На рис. 6, б представлены зависимости изменения давления экструдирования базового состава от степени деформации при различных температурах экструдирования. Результаты исследований показали, что повышение температуры экструдирования с 350 до 450 °С снижает давление прессования на 20-25 %. Причем более существенное различие в давлении экструдирования отмечается при меньших степенях деформации.

Повысить прочностные и пластические свойства магниевого сплава, дополнительно легированного Zr и La, можно при увеличении степени деформации. Так, изменение данного показателя с 87 до 96 % повышает предел прочности на 10-13 % и относительное удлинение в среднем на 5 % (рис. 7).

Исследования влияния температуры экструдирования на прочностные (ов, МПа, НВ) и пластические (5, %) свойства для базового состава магниевого сплава, дополнительно легированного 0,5 мас. % Zr и 0,4 мас. % La, представлены на рис. 8.

Наиболее существенное повышение твердости (до 100-110 НВ) при возрастании температуры экструдирования наблюдается для сплава, дополнительно легированного Zr. При этом предел прочности магниевого сплава с Zr и La при изменении температуры экструдирования от 350 до 450 °С повышается в среднем на 10-15 % (рис. 8, а).

Анализ результатов изменения относительного удлинения (рис. 8, б) для различных составов показывает, что наиболее высокие пластические свойства (на уровне 5 = 10 %) зафиксированы для образца магниевого сплава, дополнительно легированного 0,4 % La и экструдированного в температурном интервале 400-450 °.

1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица; 4 - фильера; 5 - направляющая втулка; 6 - водоохлаждаемый индуктор

Рис. 6. Схема пресс-формы для высокоскоростной экструзии (а), влияние температуры и степени деформации на давление экструдирования (б)

б

а

10

о к я о я

1) о

я ^

п о

I-

5 О

0

1

е-

О

85

90

95

100

без

добавок

0,5 % гг

0,4 % Ьа

Степень деформации, %

аб Рис. 7. Влияние степени деформации магниевых сплавов различных составов: на предел прочности при растяжении Ств, МПа (сплошные линии) и твердость, НВ (штриховые линии); б - относительное удлинение при растяжении 5, %

Анализ фазового состава и микроструктуры образцов показывает, что для магниевого сплава, легированного La, структура характеризуется пересыщенным твердым раствором магния без интерметаллических фаз, что и позволяет повышать его пластичность на 25 %. Для упрочненных образцов с добавками 0,5 % в структуре дополнительно выявлены соединения ZrMg при углах рассеивания 36,31° и 57,07° (рис. 9).

Результаты исследования структуры образцов магниевого сплава после литья и экструдирования указывают на более дисперсное распределение структурных составляющих материала в деформированных заготовках (рис. 10).

Повысить предел прочности (до 350-355 МПа) и твердость (до 120-125 НВ) можно за счет термической обработки магниевых сплавов по режиму Т61 (рис. 11) с использованием закалочного охлаждения в горячей воде.

300

280

§ 260

о

к

У

о

M 240

<D

ч

<D

С

22200

120

115

110 m X

■q"

105 Ö

п а

(D «

100 н

95 95

22000

9900

33000

335500

44000

445500 55000

Температура экструзии, °С

11

10

без добавок 0,5 % Zr 0,4 %La

6

300 350 400 45500 500 Температура экструзии, °С

аб Рис. 8. Влияние температуры экструзии магниевых сплавов различных составов: а - на предел прочности при растяжении ов, МПа (сплошные линии) и твердость, НВ (штриховые линии);

б - относительное удлинение при растяжении 5, %

• -Mg ■ - AlMg3 ▼ - Zr001Mgl99

1

Mg-Al-Mn-Ca

UL

jSL

Mg-Al-Mn-Ca-La

30

T1-

40

50

Л"" 60

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

T Mg-Al-Mn-Ca-Zr

Ил

70

Position [°2Theta] (Copper (Си))

Рис. 9. Фазовый состав экструдированных образцов из магниевых сплавов с различными добавками; 8 = 96 %, t = 450 °С

После закалки и искусственного старения в структуре наблюдаются темные иглы (пластинки), которые представляют собой выделения интерметаллидов типа Mgl7A1l2, при этом добавки 0,5 % Zr и 0,4 % La приводят к их диспергированию. Пластинчатые выделения Mgl7A1l2 образуются при распаде пересыщенного твердого раствора магния после закалки и последующем старении. Увеличение продолжительности старения приводит к большему охвату указанными интерметаллидами площади шлифа, что особенно ярко наблюдается в магниевом сплаве с добавками 0,4 % La (рис. 12).

9

8

7

в г

а, б - с добавками 0,5 % Zr; в, г - с добавками 0,4 % Ьа

Рис. 10. Микроструктура магниевого сплава после литья (а, в) и после экструдирования (б, г); 8 = 96 %, t = 450 °С; х1000

^ 370

„ 350 330

8 310 к

5 290

6

* 270

¡5 250 &

294

354

342

288

2 ■ни ||

литое состояние

термическая обработка

I (5ез добавок ■ 0,5 % П0,4 % Ьа

т

130

120

¡5 110

н

о

Ц 100

ш «

^ 90

80

104

08900095 9

98

120

литое слоистоеянсиоест

нтиеермичтеесркамяич обработокбараб

I без добавок ■ 0,5 % 7г □ 0,4 % Ьа

б

а

11

с/О

ё 10 я

8 9

К а

I 8

^ п и ^ 7 о ° к

.с -

и н

о о к

Е-

О

6

10

10

литое состояние

термическая обработка

I без добавок ■ 0,5 % гг □ 0,4 % Ьа

9

8

в

Рис. 11. Изменение прочности (а), твердости (б) и относительного удлинения (в) магниевых сплавов после термической обработки, режим Т61: закалка 420 °С, 40 мин, охлаждение в горячей воде (80-85 °С), искусственное старение 200 °С, 8 ч

Рис. 12. Изменение структуры магниевого сплава с добавками 0,4 % La в зависимости от длительности старения:

а - 4 ч; б - 8 ч; х1000

Выводы

Проведены исследования структуры, фазовых равновесий и механических свойств сплавов системы Mg-Al-Mn-Ca при дополнительном ее легировании Zr и La. Установлено, что структура магниевого сплава, легированного La, характеризуется пересыщенным твердым раствором магния без интерметаллических фаз, что и позволяет повышать его пластичность на 25 %. В структуре сплавов, упрочненных введением 0,5 мас. % Zr, выявлено наличие фаз соединений Zr с Mg.

Работа выполнена при поддержке Белорусского фонда фундаментальных исследований, проект № Т22КИТГ-015.

ЛИТЕРАТУРА

1. Синтез магний-циркониевых лигатур / Н. В. Францева [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. -2016. - № 7, ч. 4. - С. 138-142.

2. Achieving extraordinary thermal stability of fine-grained structure in a dilute magnesium alloy / Zhao-Yuan Meng [et al.] // Material Research Letter. - 2022. - Vol. 10, iss. 12. - P. 797-804.

3. Tailoring the microstructure and enhancing the corrosion resistance of extruded dilute Mg-0.6Al-0.5Mn-0.25Ca alloy by adding trace Ce / Mei-Xuan Li [et al.] // Corrosion Science. - 2022. - Vol. 207. - P. 110605.

4. Плисецкая, И. В. Исследование влияния малых добавок кальция на структуру и свойства литейных магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Mn с целью повышения температуры возгорания: дис. ... канд. техн. наук / И. В. Плисецкая. - М.: МИСиС, 2014.

5. Инновации в области литейных магниевых сплавов / В. Д. Белов [и др.] // Металлург. - 2010. - № 5. - С. 67-70.

6. Колтыгин, A. B. Перспективы развития магниевых литейных сплавов, связанные с применением кальция в качестве легирующей добавки / A. B. Колтыгин, И. В. Плисецкая // Литейщик России. - 2012. - № 1. - С. 38-41.

7. Колтыгин, A. B. Особенности плавки магниевых сплавов, легированных кальцием в защитной газовой среде, содержащей элегаз / A. B. Колтыгин, И. В. Плисецкая // Прогрессивные литейные технологии: сб. материалов конф. - М.: МИСиС, 2011. - С. 40-42.

REFERENCES

1. Franceva N. V., Wojciechowski V. N., Savchenkov S. A, Bazhin V. Yu. Sintez magnij-cirkonievyh ligatur [Synthesis of master alloys magnesium-zirconium]. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatelskij zhurnal = International scientific research journal, 2016, no. 7, part 4, pp. 138-142.

2. Zhao-Yuan Meng, Cheng Wang, Zhen-Ming Hua, Min Zha, and Hui-Yuan Wanga. Achieving extraordinary thermal stability of fine-grained structure in a dilute magnesium alloy. Material Research letter, 2022, vol. 10, iss. 12, pp. 797-804.

3. Mei-Xuan Li, Cheng Wang, Yi-Jia Li, Da-Wei Wang, Min Zha, Yipeng Gao, Hui-Yuan Wang. Tailoring the microstructure and enhancing the corrosion resistance of extruded dilute Mg-0.6Al-0.5Mn-0.25Ca alloy by adding trace Ce. Corrosion Science, 2022, vol. 207, p. 110605.

4. Pliseckaja I. V. Issledovanie vlijanija malyh dobavok kal'cija na strukturu i svojstva litejnyh magnievyh splavov sistemy Mg-Al-Zn-Mn s cel'jupovyshenija temperatury vozgoranija: dis. ... kand. tehn. nauk [Study of the influence of small calcium additions on the structure and properties of cast magnesium alloys of the Mg-Al-Zn-Mn system in order to increase the ignition temperature. Ph.D. tech. Sci. diss.]. Moscow, MISiS Publ., 2014.

5. Belov V. D., Koltygin A. B., Belov H. A., Pliseckaja I. V. Innovacii v oblasti litejnyh magnievyh splavov [Innovations in area of cast magnesium alloys]. Metallurg = Metallurgist, 2010, no. 5, pp. 67-70.

6. Koltygin A. B., Pliseckaja I. V. Perspektivy razvitija magnievyh litejnyh splavov, svjazannye s primeneniem kal'cija v kachestve legirujushhej dobavki [Prospects for the development of magnesium cast alloys associated with the use of calcium as an alloying additive]. LitejshhikRossii = Foundryman of Russia, 2012, no. 1, pp. 38-41.

7. Koltygin A. B., Pliseckaja 1 V. Osobennosti plavki magnievyh splavov, legirovannyh kal'ciem v zashhitnoj gazovoj srede, soderzhashhej jelegaz [Features of melting magnesium alloys alloyed with calcium in a protective gas environment containing SF6 gas]. Progressivnye litejnye tehnologii = Progressive foundry technologies, 2011, pp. 40-42.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.