CC BY
29
Перелiк посилань
1. Лейначук Е. И. Электродуговая наплавка деталей при абразивном и гидроабразивном износе/ Е. И. Лейначук. -К. : Наук. думка, 1985. - 160 с.
2. Войнов В. А. Износостойкие сплавы и покрытия / В. А. Войнов. - М. : Машиностроение, 1980. - 120 с.
3. Любич А. И. Термодинамическое обоснование выбора элементов и их переход из сварочных материалов в расплавленный металл при наплавке чугуна / А. И. Любич // Вопросы механизации сельского хозяйства : сб. науч. тр. - Х., 1996. - С. 169-174.
Одержано 05.11.2008
Исследуется возможность легирования титаном и азотом сплава на основе белого чугуна. Определяется оптимальный состав и структура абразивостойкого металла с карбидным и карбонитридным упрочнением, полученного электродуговой наплавкой.
The possibility of alloying by titanium and nitrogen of composition based on cast-iron is being analysed. The optimal composition and structure of abrasive-stable metal with carbide and carbonitride strengthening obtained by the arc welding is also determined.
УДК 669.721.5
Канд. техн. наук В. А. Шаломеев, д-р техн. наук Э. И. Цивирко Национальный технический университет, г. Запорожье
ЖАРОПРОЧНОСТЬ МАГНИЕВОГО СПЛАВА Мл-5 С ГАФНИЕМ
Исследовано влияние гафния на структурообразование, механические свойства и жаропрочность отливок из магниевого сплава Мл-5. Установлено, что гафний в сплаве Мл-5 существенно повышает длительность прочности при повышенных температурах.
Развитие различных отраслей техники, требующих применения материалов, способных выдерживать большие нагрузки при высоких температурах с одновременным снижением веса конструкций обусловило все большее применение сплавов на основе магния. В настоящее время известны магниевые сплавы для работы при повышенных температурах, содержащие в своем составе редкие и редкоземельные металлы. Необходимость дальнейшего повышения уровня рабочих температур для деталей из магниевых сплавов потребовала проведение новых исследований с элементами, упрочняющими металлическую матрицу металла [1].
Известно положительное влияние элементов IV группы периодической системы Менделеева на жаропрочные характеристики магниевых сплавов. Так, цирконий входит в состав жаропрочных сплавов Мл-8 и Мл-10 [2]. Есть данные, свидетельствующие о положительном влияния титана на показатели жаропрочности [3]. Использование гафния для легирования магниевых сплавов, в отличие от его гомологов по IV группе - титана и циркония, до последнего времени практически не рассматривалось.
Поскольку гафний чаще всего присутствует в цир-конийсодержащих минералах, в качестве техногенного источника для его получения используются отходы циркониевого производства. Основной областью применения циркония является ядерная энергетика, для
которой он должен быть очищен от примесей гафния. Поэтому обязательное отделение гафния от циркония является основой создания сопутствующего промышленного производства гафния. Извлекаемые мировые запасы гафния оцениваются приблизительно в 450 тыс. т, из которых более 57 % приходится на ЮАР, 25 % - на Австралию и около 7 % - на США [4]. Украина также обладает данной сырьевой базой и технологиями производства гафния, поэтому представляет интерес изучение возможности создания магниевых сплавов, легированных гафнием.
Исследовали влияние гафния на структурообразо-вание, механические свойства и длительную прочность при повышенных температурах отливок из магниевого 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 ковшом расплав. В него вводили возрастающие присадки лигатуры М§-6 % Ш (0; 0,05; 0,1; 1,0 % Ш - по расчету) и заливали им песчано-глинистые формы для получения стандартных образцов с рабочим диаметром 12 мм. 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
© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, 2009
температуре 215 °С (выдержка 10 часов), охлаждение на воздухе).
Предел прочности и относительное удлинение образцов определяли на разрывной машине Р5 при ком -натной температуре.
Длительную прочность при температуре 150 °С и напряжении 80 МПа определяли на разрывной машине АИМА 5-2 на образцах с рабочим диаметром 5 мм по ГОСТ 10145-81.
Микроструктуру отливок изучали методом световой микроскопии («№орИо1 32») на термически обработанных образцах после травления реактивом, состоящем из 1 % азотной кислоты, 20 % уксусной кислоты, 19 % дистиллированной воды, 60 % этиленгликоля.
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 (8,4 %А1; 0,25 %Мп; 0,4 %гп; 0,02 %Бе; 0,005 %Си; 0,05 %Б1).
Макрофрактографическое исследование изломов исследуемого литого сплава показало, что с повышением концентрации гафния в сплаве структура измельчалась (рис. 1), характер ее меняется от крупнокристаллической к матовой мелкокристаллической.
Микроструктура сплава Мл-5 без гафния представляла собой д-твердый раствор с наличием эвтектики типа 5 + Y(Mg4A13), интерметаллида y(Mg4A13) и мелкодисперсных частиц марганцовистой фазы (рис. 2, а).
Введение гафния от 0,05 % до 1,0 % практически не изменяло расстояние между осями второго порядка, однако способствовало уменьшению размеров структурных составляющих (табл. 1) и дроблению эвтектики (рис. 2, б-г).
С повышением концентрации гафния в сплаве размеры эвтектоида 5 + Y(Mg4A13) заметно уменьшались, а количество интерметаллидных выделений увеличива-
Рис. 1. Изломы литых образцов сплава Мл-5, х 5: а - без Ш ; б - 0,05 %Ш; в - 0,1 %Ш; г - 1,0 % Ш
лось. Увеличение присадки гафния до 1,0 % приводило к уменьшению величины зерна в ~ 2 раза (табл. 1).
Увеличение присадки гафния от 0,05 % до 1,0 % повышало микротвердость сплава как в исходном, так и в термообработанном состоянии. Более высокие значения твердости имели образцы после длительных испытаний. Следует отметить, что в микроструктуре образцов, прошедших испытания на длительную прочность, проявлялись полосы скольжения, по которым происходило более интенсивное выделение мелкодисперсных частиц интерметаллидной фазы (рис. 3). Данные области характеризовались повышеной микротвердостью.
Таблица 1 - Размеры структурных составляющих и микротвердость образцов из сплава Мл-5 с различным содержанием гафния
Присадка Ш, % вес. Величина микрозерна (после термообработки), мкм Расстояние между осями дендритов 2-го порядка, мкм Микротвердость матрицы, НУ, МПа
после термообработки после испытаний на длительную прочность
- 100... 180 (140) 16. 20 1064,0.1167,8 (1114,1) 1089,3.1225,5 (1179,5)
0,05 50...135 (110) 16. 18 1064,0.1097,3 (1076,9) 1167,8.1354,4 (1256,8)
0,1 50.130 (100) 16. 18 1110,8.1167,8 (1151,7) 1225,5.1504,7 (1399,3)
1,0 45. 110 (70) 12. 16 1167,8.1225,5 (1204,1) 1287,5.1681,6 (1511,4)
Примечание. В скобках представлены средние значения.
Рис. 2. Микроструктура термообработанного сплава Мл-5, х 100: а - без ИГ; б - 0,05 %Щ в - 0,1 %Щ г - 1,0 %Ш
Рис. 3. Микроструктура сплава Мл-5 после испытаний на длительную прочность при температуре 150 °С
и напряжении 80 МПа, х 200:
а - без ИГ ; б - 0,05 %Щ в - 0,1 % ИГ; г - 1,0 %ИГ
Исследование микроструктуры образцов после длительных выдержек при температуре 150 °С показало, что нагрев при указанной температуре способствовал распаду эвтектоида и дополнительному выделению упрочняющей интерметаллидной фазы типа у(М^Ау.
Возрастающие присадки гафния незначительно повышали прочностные свойства сплава (табл. 2). При этом пластические характеристики сплава практически не менялись. В то время как значения длительной прочности сплава резко возрастали с увеличением содержания гафния до 1,0 % и увеличивались примерно в 3 раза.
Таблица 2 - Средние механические свойства и жаропрочность сплава Мл-5
Выводы
1. Присадки гафния до 1,0 % незначительно повышают прочностные свойства сплава Мл-5 при комнатных температурах и практически не меняют пластичность.
2. Установлено, что гафний измельчает эвтектику и тормозит эвтектоидное превращение.
3. Длительные испытания приводят к повышению микротвердости и структурной однородности магниевого сплава.
4. Введение в сплав Мл-5 гафния от 0,05 % до 1,0 % способствует значительному повышению жаропрочности вследствие дополнительного дисперсионного упрочнения твердого раствора.
Перечень ссылок
1. Дриц М. Е. Магниевые сплавы для работы при повышенных температурах / Дриц М. Е. - М. : Наука, 1964. -230 с.
2. Сплавы литейные магниевые. Марки : ГОСТ 2856-79. -[Чинний вщ 1981.01.01]. - М. : Издательство стандартов, 1986. - 5 с. - (Государственный комитет СССР по стандартам).
3. Aust K.T. Influence of the titan on mechanical properties and thermal stability of magnesian alloys / K.T. Aust, L.M. Pidgeon // Trans. Amer. Inst. Min. Met. Eng. - 1949. -186. - С. 585-563.
4. Шиков А. И. Что может гафний. О состоянии и перспективах его использования / Шиков А. И., Бочаров О. В. // Металлы Евразии. - 2005. - № 5. - С. 34-39.
Присадка Hf, % вес. Механические свойства при комнатной температуре Время до разрушения, тр ч (7^.-150 °С; а - 80 МПа)
ав, МПа 5, %
- 214,0 2,2 141
0,05 216,0 2,6 196
0,1 221,0 2,4 337
1,0 225,0 2,5 498
Одержано 02.02.2009
До^джено вплив гафнiю на структуроутворення, MexaHi4Hi властивостi й жаромiцнiсть виливок з магтевого сплаву Мл-5. Установлено, що гафнш у сплавi Мл-5 iстотно тдвищуе тривалу M^icmb при пiдвищeних температурах.
Influence hafnium on structure formation, mechanical properties and thermal stability of castings made of magnesium alloy Мл-5 is investigated. It is established, that hafnium in alloy Мл-5 essentially raises stress rupture strength at the high temperatures.
УДК 621.039.531
Канд. фiз.-мат наук Г. В. Сыжной1, канд. фiз.-мат наук В. Л. Сыжной2
1 Нацюнальний техшчний ушверситет, 2 Нацюнальний ушверситет
м. Запор1жжя
КЛАСТЕРНИЙ МЕХАН1ЗМ ЗАРОДЖЕННЯ МАРТЕНСИТУ В ЗАЛ1ЗОН1КЕЛЕВИХ СПЛАВАХ
Показано, що в сплавах Н15, Н23, Н25 з lзотермiчною ктетикою мартенсит зароджуетъся з аустенiту в якому кнуе антиферомагнiтна i феромагнiтна взаeмодiя мiж атомами. У сплавах з атермiчною юнетикою Н26.6, Н27.3, Н29, Н31 мартенсит зароджуетъся з аустенiту, в якому переважае або iснуе тiлъки феромагнiтна взаемодiя мiж атомами.
Вступ №-15^26 %, С-0,52 %, Бе- все шше) i сталей 43Х2Н19,
У роботах [1, 2] показано, що магнетизм у- фази 53Н20 зумовлений наявшстю в тй маленьких феро-
(аустешту) вуглецевих сплавi в Ре-Сг-№ (Сг-2 %, магниних областей (кластерiв). Природа кластерiв по© Г. В. Сыжной, В. Л. Сыжной, 2009
24
