Магниевые сплавы для литья под давлением

Расширение областей применения деталей, отливаемых под давлением, вызванное повышением их качества, привело к увеличению номенклатуры магниевых сплавов для этого метода литья: если 10—15 лет тому назад в большинстве промышленно развитых стран использовалось 1—2 магниевых сплава типа МЛ5—МЛ6 (AZ91), то в настоящее время известна целая гамма сплавов различного целевого назначения, в том числе сплавы для работы при нормальных температурах (МЛ5, МЛ5он, МЛ5-1, МЛ5-2, МЛ20, MЛ6, AZ81, AZ91, АМ60, AZ88, AZ55), сплавы с высокой демпфирующей способностью (МЦИ, К1Х1-К1А, Mg — 0,75% Si), сплавы для работы при повышенных температурах (AS41A, ZA124, AS21X1, НМ11) и др.

Химический состав, механические и литейные свойства отечественных и зарубежных магниевых сплавов для литья под давлением приведены в табл. 1—4.

Наилучшим сочетанием литейных и механических свойств из отечественных сплавов обладает сплав МЛ5 и его модификации (МЛ5-1, МЛ5-2), а из зарубежных — сплав AZ91. Эти сплавы предназначены для получения наиболее сложных, крупных и тонкостенных отливок. Высокая жидкотекучесть их позволяет вести литье при достаточно низких температурах (650° С). Сплавы не содержат дорогих и дефицитных добавок, а детали из этих сплавов не изменяют размеров в процессе эксплуатации. Все это и является причиной наиболее широкого применения сплавов типа МЛ5—AZ91 для литья под давлением как у нас, так и за рубежом: в США это сплавы AZ91A/B (ASTM В94-72), в Англии — AZ91X (BS 2970-72), в ФРГ - GD — MgAI9Zn1 (DJN 1729-В12-60), во Франции — GA9Z1 (FlO), в Японии — МС2 (JISH-5203-58).

Сплав AZ81 используется там, где требуется повышенное сопротивление ударным нагрузкам, он более пластичен, чем сплав AZ91. Сплав; АМ60 имеет особенно высокую пластичность и ударную вязкость, допускает ограниченную холодную деформацию. Применяется для ободов автомобильных колес.

В числе высокопрочных следует назвать также появившиеся в последнее время сплавы с повышенным содержанием цинка, а именно сплав, с хорошими литейными свойствами AZ88 и менее легированный, но болев пластичный сплав этой же группы AZ55. По мнению иностранных специалистов, сплав AZ88 более пригоден для изготовления тонкостенных отливок, чем сплав AZ91. По коррозионной стойкости сплав AZ88 сравним со сплавом AZ91B. Общие особенности группы сплавов с высоким содержанием Zn: повышенная жидкотекучесть и связанная с этим пониженная температура литья; удовлетворительное сопротивление горячему растрескиванию; малая чувствительность коррозионной стойкости к содержанию вредных примесей, например меди; способность к упрочнению за счет старения из литого состояния (режим Tl: 150—175° С, 24 ч).

К недостаткам этих сплавов относится их склонность прилипать к форме.

Сплав K1X1-K1A используется в США для панелей приборов в ракетах. Сплав имеет невысокую прочность, но отличается повышенной пластичностью. Его трудно лить под давлением. По этой причине сплав K1X1-K1A не включен в стандарт ASTM В94—58(71) на отливки, получаемые литьем под давлением.

Сплав AS41 относится к группе теплопрочных. Имеет повышенное сопротивление ползучести при температуре 175° С, хорошие литейные свойства, обладает высокой прочностью и пластичностью при комнатной температуре. Используется фирмой «Фольксваген» для деталей двигателей внутреннего сгорания. Опытный сплав ZA124 по сопротивлению ползучести находится на уровне сплава AS41, но превосходит последний по литейным свойствам (жидкотекучести) и коррозионной стойкости.

Еще более высоким сопротивлением ползучести обладают опытные сплавы AS21X1 и HM11. Однако по литейным свойствам эти сплавы существенно уступают сплаву AS41 и еще больше сплавам AZ91 и ZA124.

О сопротивлении ползучести некоторых высокопрочных и теплопрочных сплавов можно судить по величине остаточной деформации, которая при испытании образцов в течение 100 ч при t = 175° С и о = 3,5 кгс/мм2 составляет, %: для сплава AZ91 — 3, AZ81 — 2,5, АМ60 — 1,5, AS41 и ZA124 — 0,5, AS21X1 — 0,02—0,15. Ползучесть известного отечественного сплава MЛ7-1 при этих же условиях равна 0,2%.

Что касается усталостной прочности, то она колеблется для сплавов MЛ5, AZ91, AZ81, АМ60 и AS41 в пределах 5—7 кгс/мм2 (гладкие образцы, база — 5*10в6 циклов). Твердость по Бринеллю для этих сплавов составляет 55—90 кгс/мм2. Типичное значение ударной вязкости для сплава AZ91 равно 0,7 кг*м/см2.

Между характеристиками механических свойств магниевых сплавов, отлитых под давлением, наблюдаются следующие соотношения: ов/ансж = 1—1,5; прочность при изгибе примерно равна прочности при растяжении; тср = 0,5 ов; прочность при кручении для квадратных сечений равна 1,2 ов, а для круглых — 0,7 ов; предел усталости равен (1/4—1/5) ов. Механически обработанные отливки имеют предел усталости на 20% выше необработанных. Ho при этом следует иметь в виду, что в результате снятия наружной корки снижается предел прочности на растяжение.

Из рассмотрения данных табл. 2 следует, что механические свойства (ов, о0,2 и b) сплавов MЛ5 и AZ91, отлитых под давлением, в литом состоянии находятся на уровне свойств этих сплавов, отлитых в землю и обработанных термически по режиму Т6. То же самое следует сказать об усталостной прочности. Что касается предела пропорциональности, то он примерно в 2 раза выше для сплавов, отлитых под давлением.

Высокие значения прочностных характеристик сплавов, отлитых под давлением (для тонкостенных отливок), объясняются мелким зерном и высокой степенью дисперсности первичных выделений фазы Mg17Al12. Известно, что величина зерна особенно сильно влияет на такие характеристики, как о0,2 и оп.ц. Имея в виду отмеченные выше особенности механических свойств сплавов MJI5 и AZ91, отливки под давлением из этих сплавов целесообразно применять там, где решающее значение имеют ав и ап.ц, а не b, т. е. в тех конструкциях, где хорошо зарекомендовали себя детали из этих сплавов, отлитые в землю или кокиль и подвергнутые термической обработке по режиму Т6.

Имеющийся опыт свидетельствует о том, что подавляющее число магниевых сплавов для литья под давлением, имеющих удовлетворительные литейные свойства, созданы на основе системы Mg—Al. Сплавы, не содержащие Al, имеют низкие литейные свойства.

Алюминий как легирующий элемент оказывает благотворное влияние на свойства магниевых сплавов в условиях литья под давлением. С увеличением содержания алюминия растет прочность сплава и повышаются его литейные свойства. При этом жидкотекучесть увеличивается, а горячеломкость снижается.

Диаграмма Цикеля — Веллера (см. рисунок) устанавливает связь между составом бинарных сплавов Mg—Al и их склонностью к образованию горячих трещин и микропористости. Из этой диаграммы следует, что при содержании в сплаве ~10% Al величина эффективной части интервала кристаллизации приближается к нулевому значению и сплав теряет склонность к образованию горячих трещин. Важную роль в предотвращении горячего растрескивания играет и происходящее при этом увеличение в структуре сплава эвтектики.