CC BY
82
УДК 669.721.5
Канд. тех. наук В. А. Шаломеев, д-р техн. наук Э. И. Цивирко, канд. тех. наук А. В. Пархоменко, К. Л. Дикий
Национальный технический университет, г. Запорожье
ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЯ НА СВОЙСТВА ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВА Мл-5
На промышленных плавках сплава Мл-5 изучено влияние кремния в пределах марочного состава на механические свойства литья. Показано, что кремний в допустимых пределах повышает свойства металла. Установлено влияние кремния на структуру и свойства отливок из сплава Мл-5.
Ключевые слова: магниевый сплав, микроструктура, интерметаллиды, механические свойства, жаропрочность.
Магниевые сплавы, обладающие высокой удельной прочностью, находят все более широкое применение в машиностроении [1]. Широко распространенным для изготовления большой номенклатуры деталей машин и механизмов является сплав Мл-5, не содержащий в составе дорогостоящих легирующих элементов и имеющий при этом достаточно высокий уровень свойств [2]. В то же время, данный сплав имеет невысокую коррозионную стойкость. Высокая химическая активность магния определяет пониженную коррозионную стойкость сплава [3]. Кремний, входящий в состав шихтовых материалов и попадающий в сплав Мл-5, заметно снижает коррозионную стойкость сплава [4], поэтому его содержание в сплаве ограничено. Так, ГОСТ 2856-79 предусматривает содержание кремния в сплаве Мл-5 до 0,25 % [5].
В настоящее время разработаны и применяются достаточно надежные покрытия для изделий из магниевых сплавов [6]. Поэтому пониженная коррозионная стойкость магниевых сплавов не может служить препятствием к их применению в различных областях техники, однако Si, входящий в состав сплава, может влиять на его механические свойства. Поэтому представляет интерес изучение влияния кремния на свойства сплава Мл-5.
Анализ более четырехсот промышленных плавок сплава Мл-5 показал, что содержание кремния в них находилось в пределах -0,02.. .0,25 %.
C помощью специализированной программы «Statistic 2.1» [7] изучали влияние кремния на свойства отливок из сплава Мл-5. Для исключения влияния основных легирующих элементов на свойства сплава отбирались плавки с одинаковым химическим составом и различным содержанием кремния. Результаты математической обработки показали, что кремний в исследуемых пределах повышал не только прочность, но и пластичность сплава. Было проведено исследование по влиянию кремния на структурообразование и механические свойства отливок из сплава Мл-5.
Магниевый сплав Мл-5 выплавляли в индукционной тигельной печи типа ИПМ-500 по серийной технологии. Расплав рафинировали флюсом ВИ-2 в раздаточной печи, из которой порционно отбирали ков -шом расплав. В него вводили возрастающие присадки лигатуры Mg - 16 %81 (0; 0,05; 0,10; 1,0 % 81 по расчету) и заливали им песчано-глинистые формы для получения стандартных образцов с рабочим диаметром 12 мм (ГОСТ 2856-79). Образцы для механических испытаний проходили термическую обработку в печах типа Бельвью и ПАП-4М по режиму: гомогенизация при температуре 415 °С (выдержка 24 часа), охлаждение на воздухе + старение при температуре 215 ° С (выдержка 10 часов), охлаждение на воздухе.
Предел прочности и относительное удлинение образцов определяли на разрывной машине Р5 при комнатной температуре.
Длительную прочность при температуре 150 °С и
напряжении 80 МПа (т80° ) определяли на разрывной машине АИМА 5-2 на образцах с рабочим диаметром 5 мм по ГОСТ 10145-81.
Микроструктуру отливок изучали методом оптической микроскопии («№орИо1 32») на термически обработанных образцах после травления реактивом, состоящем из 1 % азотной кислоты, 20 % уксусной кислоты, 19 % дистиллированной воды, 60 % этилен-гликоля.
Микротвердость структурных составляющих сплава определяли на микротвердомере фирмы «ВиеЫег» при нагрузке 0,1 Н.
Химический состав сплава различных вариантов микролегирования удовлетворял требованиям ГОСТ 2856-79 и по содержанию основных элементов находился примерно на одном уровне (8,5 % А1; 0,31 % Мп; 0,33 % гп; 0,03 % Бе; 0,007 % Си; 0,025 % 81).
Макрофрактографическое исследование структуры изломов образцов сплава Мл-5 показало, что с повышением концентрации кремния в сплаве наблюдалось заметное измельчение макрозерна (рис. 1).
© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, А. В. Пархоменко, К. Л. Дикий, 2010
Микроструктура исходного сплава Мл-5 представляла собой 5-твердый раствор с наличием эвтектики типа 5 + у, интерметаллида у и мелкодисперсных частиц марганцовистой фазы (рис. 2, а).
С повышением содержания кремния в сплаве уменьшалось расстояние между осями дендритов второго порядка и размеры структурных составляющих (табл. 1), особенно заметно - размеры и количество эвтектики 5 + у (рис. 2, а-в), а количество интерметал-лидных выделений увеличивалось при уменьшении их размеров (рис. 3).
Микротвердость 5-твердого раствора росла с повышением содержания 8І. Стандартная термообработка способствовала повышению микротвердости мат-
рицы, наиболее высокие значения НУ получены на образцах, прошедших длительные испытания.
Микрорештеноспекгральный анализ интерметал-лидной фазы сплава с 1,05 % 81 показал, что кремний входит в состав комплексных интерметаллидов (рис. 4).
Увеличение содержания кремния повышало прочность сплава, но более высокие пластические свойства были при содержании 0,05...0,% 81. Повышение содержания кремния в сплаве приводило к охрупчиванию металла и снижению пластичности (табл. 2). Кремний также улучшал жаропрочность магниевого сплава.
Таким образом, установлено положительное влияние кремния на свойства сплава Мл-5.
Таблица 1 - Характеристики структурных составляющих сплава Мл-5 с различным содержанием 8І *
Содержание кремния, % Размер микрозерна, мкм Расстояние между осями дендритов 2-го порядка, мкм Микротвердость матрицы, НУ, МПа
до т/о после т/о после испытаний на длительную прочность (д0 )
0,025 140 20 1115,9 1256,5 1286,5
0,047 130 19 1116,6 1276,5 1305,5
0,12 120 17 1141,3 1313,5 1334,6
1,05 100 16 1166,4 1334,5 1378,8
Примечание: - средние значения
в г
Рис. 1. Макроструктура изломов образцов из сплава Мл-5, х 5: а - 0,025% 8І; б - 0,047% 8І; в - 0,12% 8І; г - 1,05% 8І
Рис. 2. Микроструктура изломов образцов из сплава Мл-5, х 100: а - 0,025 % 8І; б - 0,047 % 8І; в - 0,12 % 8І; г - 1,0 5% 8І
Рис. 3. Интерметаллидные включения в сплаве Мл-5, х 500: а - 0,025 % 8І; б - 0,047 % 8І; в - 0,12 % 8І; г - 1,05 % 8І
J as - a a. Jj О 11 ШІ m me ■І* SP Ш | ! klm » klm2
J ku e . u Ц, IB li tt x
2:132287 Отсчеты:
L
1 — исспелс ват [ 1 1 ели| _> Shalomeev | Новая папка ]
а б
Memo Mg Al Si Mn C O Total
5 45,85 1,21 51,85 0,02 0,69 0,37 100
Рис. 4. Результаты РСМА интерметаллида в сплаве Мл-5 с 1,05% 81: а - место анализа; б - спектрограмма участка; в - химический состав участка
Выводы
1. Кремний в сплаве Мл-5 измельчает макро- и микроструктуру металла.
2. При легировании сплава Мл-5 кремнием образуется комплексная интерметаллидная фаза с повышенным содержанием кремния.
3. При содержании кремния до 1,05 % повышается прочность и жаропрочность сплава, при этом показатели пластичности достигают максимальных значений до 0,12 % Si.
Перечень ссылок
1. Edgar R. L. Magnesium Alloys and their Applications / R. L. Edgar, Ed. Kainer K.U. : Wiley-Weinheim-New York-Chichester-Brisbane-Singapore-Toronto. Verlag GmBh. -
2000. - P. 3-8.
2. Бондарев Б. И. Фундоментальные проблемы Российской металлургии на пороге XXI века / Б. И. Бондарев,
Л. Л. Рохлин. - М. : Российская Академия Естественных Наук, 1998 - Т. 2. - С. 118-156.
3. Мищенко К. П. Краткий справочник по химии /
К. П. Мищенко, А А Равдель. - М. : Химия, 1974. - 200 с.
4. Рейнор Г. В. Металловедение магния и его сплавов /
Г В. Рейнор. - М. : Металлургия, 1964. - 487 с.
5. Сплавы магниевые литейные. Марки : ГОСТ 2856-79. -[Действ. От 01.01.81]. - М. : Изд-во стандартов, 1981. -4 с. - (Госстандарт СССР).
6. Альтман М. Б. Технология производства и свойтва отливок и деформированных полуфабрикатов / М. Б. Альтман, А. Ф. Белов, В. И. Добаткин и др. // Магниевые сплавы. - М. : Металлургия, 1978. - Т. 2. - 295 с.
7. Самарский А. А. Математическое моделирование /
А. А. Самарский, А. П. Михайлов. - М. : Физматлит,
2001. - 256 с.
Одержано 22.03.2010
V. A. Shalomeev, E. I. Tsivirko, A. V. Parkhomenko, K. L. Dikiy THE SILICON INFLUENCE ON ALLOY ML-5 CASTING PROPERTIES
На промислових плавках сплаву Мл-5 вивчено вплив кремнію в границях марочного складу на механічні властивості лиття. Показано, що кремній у допустимих границях підвищує властивості металу. Встановлено вплив кремнію на структуру та властивості виливків зі сплаву Мл-5.
Ключові слова: магнієвий сплав, мікроструктура, інтерметаліди, механічні властивості, жароміцність.
The influence of silicon within the branded structure limits on moulding mechanical properties is studied using alloy Ml-5 industrial casting. It was shown, that silicon raises metal properties in admissible limits. The silicon influence on alloy Ml-5 cast details structure and properties was established.
Key words: magnesium alloy, microstructure, intermetallics, mechanical properties, thermal stability.
