Исследование сплавов систем Mg-Sc-Y-Mn и Mg-Gd-Y-Mn

17.07.2019

Сплавы на основе магния, обладая выгодным сочетанием плотности и прочностных свойств, находят все более широкое применение в тех областях техники, где важную роль играет снижение веса конструкций без снижения уровня прочности. При этом требования, предъявляемые к прочности конструкционных материалов, постоянно растут. Деформируемые магниевые сплавы, выпускаемые промышленностью, уже не удовлетворяют этим требованиям. В последние годы работы исследователей направлены на повышение прочности и жаропрочности магниевых сплавов с привлечением для легирования новых, ранее не используемых РЗЭ, а также их аналогов — скандия и иттрия.

В результате исследований, выполненных в Институте металлургии им. А.А. Байкова АН России, были разработаны деформируемые магниевые сплавы систем Mg—Sc—Y—Mn и Mg—Gd—Y—Mn — ИМВ5 и ИМВ7. Сплавы имеют следующий состав: ИМВ5 — 8 — 11% Sc, 5—7% Y, 0,3—1,0% Mn, остальное Mg; ИМВ7 — 8—10% Gd, 4—6% Y, 0,3—1,0% Mn, остальное Mg.

Отличительной особенностью сплава ИМВ5 является то, что в его состав входит скандий. Скандий в значительной степени растворим в твердом магнии. Диаграмма состояния магний — скандий со стороны магния относится к перитектическому типу. Максимальная растворимость при перитектической температуре 25,9 вес. %, при 300°—12,8 вес. %. Таким образом, содержание скандия в сплаве ИМВ5 является меньшим, чем его растворимость в магнии в твердом состоянии. Содержание иттрия в сплаве ИМВ5 не на много превышает растворимость его в магнии в твердом состоянии при низких температурах. Марганец, как известно, при выделении из магниевого твердого раствора не приводит к существенному упрочнению. Вследствие этого сплав ИМВ5 термической обработкой не упрочняется и предлагается для использования в горячепрессованном состоянии. Отличительной особенностью сплава ИМВ7 является то, что в его состав входит редкоземельный металл гадолиний. Легирование магния гадолинием дает значительный эффект упрочнения при старении. С этим связано то, что сплав ИМВ7 может значительно упрочняться при термической обработке. Сплав ИМВ7 предлагается в состаренном (200° — 24 ч) состоянии с проведением старения после горячей деформации. По сравнению со сплавом ИМВ7 сплав ИМВ5 обладает большей стабильностью свойств в случае отжигов при температурах 250 и 300°.

С целью более полной оценки механических, а также технологических свойств были проведены укрупненные плавки сплавов ИМВ5 и ИMB 7 и изготовлены из них полуфабрикаты (прутки и полосы) в производственных условиях. Результаты проведенной работы представлены в настоящей статье. Плавки сплавов (ИМВ5 — 35 кг, ИМВ7 — 45 кг) проводились на плавильно-литейном агрегате в атмосфере аргона с SO2 в отношении 1 : 5 и отливались непрерывным методом в слитки диаметром 118 мм. Составы сплавов по шихте и химическому анализу приведены в табл. 1.

Из представленных данных видно, что плавка в смеси аргона с SO2 практически исключает потерю гадолиния, иттрия и скандия.

Из слитков сплавов ИМВ5 и ИМВ7 были приготовлены прессованные полуфабрикаты: прутки диаметром 20 мм и полосы сечением 12,5x65 мм. Перед прессованием слитки гомогенизировали по выбранным в лабораторных условиях режимам: 510° — 12 ч для сплава ИМВ5 и 490°— 12 ч для сплава ИМВ7. Выбранные режимы гомогенизации обеспечивали устранение дендритной ликвации в литой структуре и растворение кристаллов фаз, богатых гадолинием и иттрием. Прессование слитков производили на 750-тонном прессе из контейнера диаметром 95 мм. Температура нагрева слитков перед прессованием составляла 450—470° С, температура контейнера 400—420° С, скорость прессования 1,5—2,0 м/мин.

Исследование механических свойств сплавов ИМВ5 и ИМВ7 проводили при температурах 20, 250, 300 и 350° С для сплава ИМВ5 в горячепрессованном состоянии, а для сплава ИМВ7 в состаренном состоянии. Старение сплава ИМВ7 проводили при температуре 200° С в течение 24 ч непосредственно после горячего прессования (без закалки). Механические свойства полуфабрикатов (пруток и полоса) из сплавов ИМВ5 и ИМВ7 приведены в табл. 2 и 3. В случае полос механические свойства определялись в долевом направлении (значения указаны в числителе) и в поперечном (значения указаны в знаменателе).

Данные таблиц показывают, что на полуфабрикатах сплавов ИМВ5 и ИМВ7 получены высокие прочностные свойства при комнатной и повышенных температурах, в основном соответствующие результатам лабораторных испытаний. Отличительной особенностью сплавов является то, что значения предела текучести при сжатии практически равны значениям предела текучести при растяжении, что не свойственно большинству магниевых сплавов. В случае полосы сплава ИМВ5 наблюдается некоторая анизотропия механических свойств, у сплава ИМВ7 она практически отсутствует.

Представленные в работе данные свидетельствуют о том, что сплавы систем Mg—Sc—Y—Mn и Mg—Gd—Y—Mn обладают высокими прочностными свойствами при обычных и повышенных температурах и представляют интерес для практического использования.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна