CC BY
15
УДК 669.721.5
Д-р техн. наук В. А. Шаломеев, Ю. О. Зеленюк, д-р техн. наук Е. I. Цив1рко
ЗапорЬький нацюнальшй техтчний утверситет, м. Запорiжжя
СТРУКТУРА ТА ВЛАСТИВОСТ1 МАГН16ВОГО СПЛАВУ МЛ-5 З ЛЕГКОПЛАВКИМИ МЕТАЛАМИ
До^джували вплив лекгоплавких металiв в литому магшевому сплавi Мл-5 на його структурш складов^ мехашчш властивостi та корозшну стшксть в водному розчиш хлористого натрт. Встановлено, що сплав, легований лекгоплавкими металами, за мехаш-чними властивостями (межа мiцностi на вiдносне подовження) задовольняе норматив -ним вимогам дтчого стандарту. Присутшсть легкоплавких металiв в сплавi Мл-5 сут-тево знижуе швидксть корозИ металу.
Ключовi слова: магшевий сплав, олово, свинець, цинк, штерметалiд, швидкють корозп, межа мщност^ жаромщшсть.
Виливки iз магшевого сплаву Мл-5 знайшли широке використання в сучасному машинобуду-вант, особливо для аиацшно!, автомобшьно!, при-ладобудавно! та шмчно! промисловосп. Повтор-не використання металобрухту iз магшевого сплаву може привести до появи в його склада таких легкоплавких металiв, як олово, свинець та збшьшеного вмтсту цинку. В дгючому стандарта на хiмiчний склад сплаву Мл-5 [1] дозволяеться присутшсть цинку в межах 0,2—0,8% (ваг.), але навгть не розглядаеться серед домшок присутшсть свинцю та олова.
В порiвняннi з магшем олово та свинець ма-ють досить низьку температуру плавлення й в деюлька разв бшьшу питому вагу (табл. 1), що, з першого погляду, може привести до появи в ви-ливках дендргтно! та зонально! лжваци, а також рвдко! фази при тершчнш обробцi металу. В той же час магнй з оловом, свинцем та цинком може утворювати твердi розчини, так як зпдно з Юм-Розерi [2] Ихн атомш радауси вiдрiзняються не бшьше нж на 15% (табл. 1), а електронегативтсть
цих елементв вщповщно до дослщження Дарке-на, Гуррi [3], Гшнейднера [4] й Уоббера [5] не перевищуе 0,2...0,4 (табл. 1).
В проведеному дослiдженнi вивчали вплив олова, свинцю та щдвищеного вмiсту цинку на структуру та властивосп виливкiв iз сплаву Мл-5.
Магневий сплав Мл-5 (% ваг.): (8,62 А1; 0,32 2п; 0,26 Мп; 0,030 81; 0,016 Бе; 0,02 Си; зал.Мя) вип-лавляли в тигельнш печi 1ПМ-500 i рафшували флюсом В1-2 при 740-760 °С. Рафшований розп-лав ввдбирали нагрiтим ковшем емюстю 12 кг, куди вводили олово марки 01пч i свинець марки С3 з розрахунку отримати в метал 0,05; 0,1; 1,0 ваг.%, а також цинк марки Ц2 — 1,0 ваг.%. Одержаним розплавом заливали пщано-глинист форми для одержання литих зразюв (механiчнi випробу-вання).
Термчну обробку виливюв проводили в печi ПАП-4М за режимом: нагр1вання до 415±5 °С, витримка 15 годин, охолоджування на повiтрi i старшня при 200±5 °С витримка 8 годин, охолоджування на повпр.
Елемент Атомш радiуси (чисельник) та 1х спiввiдношення (знаменник) в % вщносно магнiю Електронегативнiсть (чисельник) та °х спiввiдношення (знаменник) вiдносно магнiю Температура плавлення, °С Питома вага, г/см3
Олово^п) 0,158 0,75 0,19 232 7,3
Свинець(РЬ) 0,175 - 9,4 0,78 0,22 324 11,40
Цинк(2п) 0,138 13,8 0,66 0,10 419 7,14
Магнiй(Mg) 0,160 0,56 650 1,74
Таблиця 1 — Атомнi радауси (Аг), електронегативнiсть (Е / В), температура плавлення та питома вага елементв
© В. А. Шаломеев, Ю. О. Зеленюк, Е. I. Цивiрко, 2014
Хiмiчний склад виливюв визначали за допо-могою оптичного емюшного спектрометра «БРБСТЯОМЛХ» i фотоелектричного спектрометра МФС-8.
Мiкроструктуру сплавiв вивчали методами яшсно! та кшькгсно! металографп на мiкроскопi «Neophot 32» за ГОСТ 1778-80. Хiмiчний аналiз штерметалщв вивчали на електронному мжрос-кош — мiкроаналiзаторi з енергодисперсiйною приставкою РЕММА 202М.
Мехашчт властивостi зразюв визначали на розривнiй машинi «ШБТЯи№> 2801 за ГОСТ 1497-84. Тривалу мщшсть при температурi
150 °С та навантаженнi 80 МПа (т^ , год) визначали за ГОСТ 9651-84.
Корозшш випробування зразкiв (010x6 мм) проводили в водному розчиш з вмiстом 0,9% №С1 при температурi 36±1,0 °С, в ультратермо-статi УТ-15.
Корозiйну стiйкiсть К, г/(м2д) розрахову-вали по формулi (1):
К = т0 - тг Б-т
г/(м2д),
(1)
де т0 — вага зразка до випробування, г;
т1 — вага зразка шсля випробування i вида-лення продукпв корозп хромовим ангщридом, г; Б — площа поверхн1 зразка до випробування, м2. т — тривалгсть випробування, дiб. Металографiчнi дослiдження показали, що мiкроструктура сплаву Мл-5 з рiзним вмiстом олова, свинцю та цинку являла собою 8- твер-дий розчин з наявшстю штерметалшв в сере-динi та по межах зерен. Хiмiчний склад штерметалшв змшювався при введеннi легкоплавких елеменпв (табл. 2). Так, в штерметалщах спосте-р1гаеться замщення магшю цинком та алюмiнieм (легування цинком), а також оловом та свинцем при введенш 1х в сплав.
Введення свинцю та пщвищеного вмiсту цинку в сплав Мл-5 зменшувало вiдстань мiж осями дендритiв другого порядку (табл. 3). На розмiри мжрозерна суттево впливали всi ле-гуючi елементи.
Таблиця 2 — Хiмiчний склад iнтерметалiдiв у сплавi Мл-5, легованому Бп,РЪ та 2п
Сплав Вмют елемент1в, ваг.%
ме А1 81 Мп Ъх\ РЬ 8п
Стандартный сплав Мл-5 81,99 14,85 1,36 1,8 - - -
Мл-5 з Ъа 47,12 40,78 0,15 - 17,35 - -
Мл-5 з РЬ 66,46 20,65 0,54 0,03 - 12,32 -
Мл-5 з 8п 68,19 2,96 2,66 - - - 26,19
Таблиця 3 — Структура та властивост сплаву Мл-5 з Бп,РЪ та 2п
Вщстань 1нтерметалщи Мехашчш властивосп Середня швидюсть корозП', г/( м:*д)
Елемент Вмют еле-мента ваг.% м1ж осями дендрит1в 2го порядку, мкм Розм1р м1крозерна, мкм Середнш розм1р, мкм Об'емний, % ств, МПа 8 ,% Жаромщ-шсть /-г80 ч (Х150), год
8п 0,047 16 125 3,2 3,40 232,2 4,2 140,7 75,0
0,14 15 100 2,9 1,73 241,1 4,5 135,4 60,1
1,15 15 90 3,6 3,14 255,4 4,3 101,7 59,9
0,057 18 135 2,8 1,50 230,0 4,5 133,6 7,6
РЬ 0,13 16 110 2,7 3,24 238,8 4,7 113,4 -
0,98 15 80 5,5 3,16 250,5 4,4 79,8 -
0,32 23 140 2,3 2,00 232,6 2,9 141,8 219,4
Ъъ (сершний)
0,97 18 100 4,0 2,50 240,0 4,5 151,5 62,2
Вимоги ГОСТ 2856-79 >226,0 >2,0
Встановлено, що при зростанн вмiсту хiмiчних елементiв, температура плавлення яких нижче температури плавлення магтю, вiд 0 до 1,15 ваг. % спостерггаеться тенденцiя зб1льшення об'емно-го вмiсту штерметалшв (табл. 3). Одночасно прой-шла глобулярiзацiя штерметалшв i пiдвищився !х середнш розмiр (рис. 1, б).
Юльюсна металографiчна оцiнка штерме-талiдiв методом «П» показала, що iз збшьшен-ням вмiсту олова в сплавi Мл-5 зменшуеться доля штерметалшв бшьшого розмiру (табл. 4). Зростання вмiсту свинцю вiд 0,057 до 0,98 ваг. % пщвищило кшьюсть iнтерметалiдiв у 3,5 рази за рахунок мiлких включень розмiрами вщ 0,05 до 3,6 мкм (табл. 4). Шдвищення вмiсту цинку (0,97 ваг. %) в сплавi Мл-5 забезпечило меншу загалом юльюсть iнтерметалiдiв за рахунок росту долi включень з розмiрами бшьшими 3,6 мкм.
Механ1чними випробуваннями встановлено, що зразки сплаву Мл-5, легованого оловом, свинцем i цинком, задовольняють вимогам ГОСТ 2856-79 (табл. 3). При цьому спостерп'аеться чiтка тен-денцiя зб1льшення меж1 мiдностi сплаву при вмтста легкоплавких металiв 0,97...1,15 ваг. % (рис. 1, а), а також при зростанш середнього розмiру штерметалшв (рис. 1, в). Значення вщносного подо-вження зразюв сплаву Мл-5 з легкоплавкими металами було майже на одному рiвнi (5 = = 4,2 ...4,7%) (табл. 3) i бшьш шж в 2 рази перевищувало вимоги стандарта.
Збiльшення вмiсту олова та свинцю в сплавi Мл-5 привело до помгтного погiршення жаро-мiцностi металу (табл. 3). Щцвищений вмiст цинку практично не змшив цей показник (рис. 2, а).
Корозшш випробування показали, що введен-ня в сплав Мл-5 легкоплавких елеменпв в де-кшька разiв зменшуе швидк1сть корозп металу (табл. 3). При цьому встановлено функцюнальну прямолшшну залежнiсть, коли iз збiльшенням загально! кiлькостi iнтерметалiдiв зростае швидюсть корозп сплаву Мл-5 (рис. 2, б).
Висновки
1. Багаторазовi використання вщходав та брухту iз магнiевих сплавiв може привести до накопи-чення в них домшок таких легкоплавких ме-талгв як олово, свинець, цинк.
2. Олово, свинець та цинк за сво!ми електрон-ними параметрами утворюють з магшем твердi розчини, з яких видшяються штерметалщт вклю-чення.
Збшьшення вмiсту цих елеметгв в сплавi Мл-5 (не бiльше 1 ваг. %) змшило в ньому форму, розмгр, кiлькiсть та вмiст штерметалшв. Так, вони стали крупнiшими та глобулярно! форми.
3. Сплав Мл-5 легований оловом, свинцем та цинком (вмют кожного не бiльше 1 ваг. %) за мехашчними властивостями (межа мщносп на вiдносне подовження) задовольняе нормативним вимогам дiючого ГОСТ 2856-79, але при цьому зменшуеться жаромщшсть металу.
Таблиия 4 — Розподш хнтерметал]^ в сплавi Мл-5 за розмрними групами (метод «П» ГОСТ 1778-80)
Вм1ст Кшьюсть штерметалшв на плотциш 1 мм"
Елемент елемента, % Загальна За роз!шрними групами, мкм
мае. 0,5 0,9 0,91 1,8 1,81 3,6 3,61 7,3 7,31 14,6 >14,61
0,047 1299* 100 221 17 284 22 385 30 152 12 233 18 24 2
8п 0,14 1534 397 320 357 360 100
100 26 21 23 25 7
1,15 1210 100 219 18 266 22 260 21 310 26 150 12 5 1
0,057 928 100 288 31 397 43 206 22 192 21 100 11 5 1
РЬ 0,13 2796 100 618 22 858 31 704 25 374 13 323 8 10 Т
0,98 3437 835 1142 778 497 182 3
100 24 33 23 14 5 1
0,32 2365 100 673 28 768 32 476 20 321 14 124 5 3 1
0,97 1161 100 149 13 106 9 293 25 559 48 41 4 13 1
Примтка: * — чисельник — кыьтсть iнтерметалiдiв, шт.; знаменник — % вiд загально! кiлькостi.
2££
25С
п 2^
^ 24С
1 %
и
225
у= 232.7-15,564 г= 0,82
и :.- :.£ о.а : и 1 л Вьпсг елеиектш. % нас.
Вмнгг елемент^Е, %нас.
у=220=б7+5=75*х г=0.65
С ф еднш розьдр ш терметашдш, мкм
Рис. 1. Вплив вмхсту елемеггпв (+ - Бп, ■ - РЬ, ^ - 2п) в сплав1 Мл-5 на мщшсть (о) та середнш
розмр штерметалвдв (б)
Рис. 2. Вплив легкоплавких елеменпв (+ - Бп, ■ - РЬ, а - 2п) на жаромщтсть (а) та швидисть корозп (б) сплаву Мл-5
4. Корозшт випробування одержаних сплав1в з легкоплавкими металами у водному розчиш з
0.9 % №С1 показали, що присутнiсть легкоплавких металiв в сплавi Мл-5 суттево знижуе швицкiсть корози металу, особливо ефективно покращуе цей показник присутнш в сплавi сви-нець.
5. Встановлена достовiрна залежнiсть: збшьшення загально! кiлькостi iнтерметалiдiв приводить до тдвищення швидкостi корози сплаву Мл-5.
Список лггератури
1. Сплавы магниевые литейные. Марки: ГОСТ 2856-79. - [Действ. от 01.01.81]. - М. : Издательство стандартов, 1981. - 4 с.
2. Юм-Розери. Структура металлов и сплавов / Юм-Розери, В. Рейнор. - М. : Металлургиздат, 1959. - 391 с.
3. Даркен Л.С. Физическая химия металлов / Л. С. Даркен, Р. В. Гурри. - М. : Металлургиздат, 1960. - 582 с.
4. Гшнейднер К. А. Сплавы редкоземельных металлов / К. А. Гшнейднер. - М. : «Мир», 1965. -185 с.
5. Уоббер Дж. Металлургия и металловедение плутония и его сплавов / Дж. Уоббер. - Гос-атомиздат, 1962. - 102 с.
Поступила в редакцию 28.03.2014
Шаломеев В. А., Зеленюк Ю.А., Цивирко Э.И. Структура и свойства магниевого сплава МЛ-5 с легкоплавкими металлами
Исследовали влияние легкоплавких металлов в литом магниевом сплаве Мл-5 на его структурные составляющие, механические свойства и коррозионную стойкость в водном растворе хлористого натрия. Установили, что сплав, легированный легкоплавкими металлами, по механическим свойствам (предел прочности и относительное удлинение) удовлетворяет нормативным требованиям действующего стандарта. Присутствие легкоплавких металлов в сплаве Мл-5 существенно снижает скорость корозии металла.
Ключевые слова: магниевый сплав, олово, свинец, цинк, интерметаллид, скорость коррозии, предел прочности, жаропрочность.
Shalomeyev V., Zelenyuk J., Tsivirko E. Structure and properties of magnesium alloy of ml-5 with fusible metal
Probed influence of fusible metals in the cast magnesium alloy of Ml-5 on his structural constituents, mechanical properties and inoxidizability in water solution of chlorous sodium. Set that an alloy had been alloyed fusible metal-lami on mechanical properties (tensile strength and relative lengthening) of udovle-tvoryaet to the normative requirements of operating standard. Being of fusible metals in the alloy of Ml-5 substantially reduces speed of korozii metal.
Key words: magnesian alloy, tin, lead, zinc, intermetalid, speed of corrosion, durability pre-del, thermal stability.
