CC BY
18
УДК 669.721.5
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВОГО СПЛАВА МЛ5пч Коробков Константин Сергеевич, студент
(e-mail: [email protected]) Полянский Иван Петрович, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ, Россия
В статье изучено влияние режимов термической обработки на структуру и механические свойства отливок из магниевого сплава МЛ5пч. Проведен металлографический анализ, определена твердость, проведены испытания на растяжение. Показано, что в результате закалки магниевого сплава МЛ5пч возрастают механические свойства, а именно предел прочности. Последующее старение незначительно увеличивает прочностные свойства по сравнению с закалкой, предел прочности возрастает с 240 МПа до 252 МПа, в тоже время пластические свойства материала незначительно уменьшаются. Относительное удлинение уменьшается с 9,3% в результате закалки до 6,7% после старения.
Ключевые слова: термическая обработка, магниевые сплавы, металлографический анализ, твердость, прочность, относительное удлинение.
Введение
С развитием самолетостроения авиационная металлургия расширила количество выпускаемых конструкционных сплавов. Повышенные требования к легким авиационным материалам, к эксплуатационным свойствам обусловило быстрое развитие техники и технологии производства легких сплавов [1,2].
Судьбу магния как конструкционного материала решила авиационная техника. Магний в 1,6 раза легче алюминия, в 4,5 раза легче железа и в 5 раз легче меди, что обеспечивает высокую удельную прочность магниевых сплавов [3].
Сплавы на основе магния обладают высокой удельной прочностью, хорошо поглощают механические вибрации, также он является самым легким из применяемых металлов.
К недостатку можно отнести то, что диффузионные процессы в магнии протекают медленно, поэтому при термической обработке магниевых сплавов требуется длительный нагрев.
Цель работы заключалась в изучении влияния термической обработки на структуру и механические свойства отливок из магниевого сплава МЛ5пч.
Методика исследований
В качестве исследуемого материала использовали магниевый сплав МЛ5пч (табл. 1).
Таблица 1 - Химический состав (массовая доля, %) МЛ5пч
Марка сплава Основные компоненты Сумма определяемых примесей, не более
А1 Мп 7п
Мл5пч 7,5-9,0 0,15-0,5 0,2-0,8 - 0,13
Примечание. Mg - остальное.
Термическую обработку проводили по стандартным режимам Т2, Т4, Т6 в шахтной печи СШО 15 30/7.
- режим Т2 (отжиг) - нагрев до 350±5 °С при выдержке в течение 2-3 часов с последующим охлаждением на воздухе.
- режим Т4 (закалка) - нагрев до 415±5 °С при выдержке в течение 1224 часов с последующим охлаждением отливок на воздухе. Нагрев под закалку, обязательно необходимо проводить в защитной среде, так как при нагреве деталей из магниевых сплавов температура возможного возгорания составляет 430 °С. Поэтому нагрев проводили в среде серного газа.
- режим Т6 (закалка и полное искусственное старение) - нагрев до 415±5 °С при выдержке в течение 12-24 часов с последующим охлаждением на воздухе (закалка), далее нагрев до 200±5 °С при выдержке 6-10 часов и охлаждение на воздухе (старение).
Металлографический анализ проводили на оптическом микроскопе «№орЬо11-21». Твердость определяли по методу Бринелля на твердомере ТШ-2М в соответствии с ГОСТ 9012-59, диаметр отпечатка определялся с помощью микроскопа Бринелля МПБ-3. Испытания на растяжение проводили на разрывной машине ИР 5047-50 согласно ГОСТ 1497-84.
Результаты и их обсуждение
В результате термической обработки по режимам Т2, Т4, Т6 были получены следующие структуры (рис. 1).
После отжига (режим Т2) структура магниевого сплава МЛ5пч состоит из интерметаллида М£4А13 в а растворе (рис. 1а). В результате закалки (режим Т4) наблюдается зернистая структура с отчетливыми границами зерен (рис. 1 б). При повышении температуры происходит растворение ин-терметаллидной фазы Mg4A13 и образуется а раствор алюминия в магнии. По отношению к равновесному состоянию, этот раствор является пересыщенным.
Рисунок 1 - Микроструктуры магниевого сплава МЛ5пч, увеличение (х400): а) режим Т2, б) режим Т4, в) режим Т6
После закалки и искусственного старения, проведенными по режиму Т6 происходит также с выделением дисперсных фаз интерметаллидов М£4А1з преимущественно по границам зерен.
Результаты определения механических свойств приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты определения механических свойств
Режимы термической обработки Твердость, НВ,[МПа] Предел прочности ств, [МПа] Относительное удлинение 8 [%]
Т2 (отжиг) 256 160 6,2
Т4 (закалка) 222 240 9,3
Т6 (закалка и искусственное старение) 289 252 6,7
После закалки сплава МЛ5пч снижается твердость с 256 до 222 МПа, но повышаются прочностные свойства, а именно возрастает предел прочности (ств) с 160 до 240 МПа и относительное удлинение (8) с 6,2 до 9,3 %.
Проведение закалки с последующим искусственным старением позволяет повысить твердость с 222 до 289 МПа, при этом предел прочности повышается незначительно с 240 до 252 МПа, а относительное удлинение снижается с 9,3 до 6,7 %.
Заключение
Для снятия литейных и термических напряжений, наклепа и повышения пластичности необходимо проводить отжиг (режим Т2).
В результате термической обработки после закалки магниевого сплава МЛ5пч возрастают механические свойства, а именно предел прочности с 160 до 240 МПа, что означает, что изделия после термической обработки будут выдерживать более высокую нагрузку.
Проведение закалки с последующим искусственным старением (режим Т6) для магниевого сплава МЛ5пч незначительно увеличивает прочностные свойства по сравнению с закалкой (режим Т4), предел прочности возрастает с 240 до 252 МПа, в тоже время пластические свойства материала незначительно уменьшаются. Относительное удлинение после разрыва 8 уменьшается с 9,3% в результате закалки до 6,7% после старения.
На основании полученных результатов в данной работе для упрочнения магниевого сплава МЛ5пч в качестве термической обработки можно рекомендовать режим Т4 (закалка в среде сернистого газа с охлаждением на воздухе).
Результаты исследований выполнены при финансовой поддержке ФГБОУ ВО ВСГУТУ в рамках гранта «Молодые ученые ВСГУТУ» (Приказ 412од от 05.03.2022) Список литературы
1. Белов, А.Ф., Бенедиктов Г.П., Висков А.С., и др. Строение и свойства авиационных материалов: учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1989. 368 с.
2. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учеб. для студ. высш. учеб. заведений. - 4-е изд. -М.: МИСиС, 2005. - 432с.
3. Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф., и др. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. - 2-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.
Korobkov Konstantin Sergeevich, student (e-mail: [email protected])
Polyansky Ivan Petrovich, Cand. Tech. Sci., associate professor (e-mail: [email protected])
East Siberia State University of Technology and Management, Ulan-Ude, Russia INFLUENCE OF HEAT TREATMENT MODES ON THE STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF CASTINGS FROM MAGNESIUM ALLOY ML5pch
Abstract. The article studies the influence of heat treatment modes on the structure and mechanical properties of castings made of magnesium alloy ML5hr. Metallographic analysis was carried out, hardness was determined, tensile tests were carried out. It is shown that as a result of quenching of the magnesium alloy ML5hr, the mechanical properties, namely the tensile strength, increase. Subsequent aging slightly increases the strength properties compared to quenching, the tensile strength increases from 240 MPa to 252 MPa, at the same time the plastic properties of the material decrease slightly. The elongation decreases from 9.3% as a result of quenching to 6.7% after aging.
Keywords: heat treatment, magnesium alloys, metallographic analysis, hardness, strength, elongation.
