книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

В этом случае распад твердого раствора не имеет та­ кой резкой локализации. Применение многократных на­ гревов (закалок) и деформации, необходимых при изго­ товлении тонкой ленты, обеспечило более высокую сте­ пень однородности микроструктуры.

Г л а в а V.

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ ВЫСОКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ

р = 1,834 — 2,647ІО“ 4Г,

где р —плотность, кг/м3, Т — температура, °К. Коэффициент линейного термического расширения

магния в интервале от 20 до 650°С равен 29,5-10-6, что хорошо согласуется с данными, полученными различны­ ми методами.

в табл. 21 и 22, указывает на значительную зависимость механических свойств магния от чистоты, а также от ме­ тода обработки и температуры испытания.

Величина модуля нормальной упругости (Е ) чистого магния составляет 28700 Мн/м2 (2870 кГ/мм2), модуля сдвига 18900 Мн/м2 (1890 кГ/мм2)\ у магния промышлен­ ной чистоты величина модуля Е колеблется в пределах 39250—44100 Мн/м2 (4000—4500 кГ/мм2).

2. СПЛАВЫ МАГНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Легирование магния рядом металлов позволило соз­ дать большое число промышленных сплавов, нашедших широкое применение ів различных отраслях отечествен­ ной техники и за рубежом.

Подробные данные о двух- и трехкомпонентных сис­ темах магния с другими элементами и о принципах леги­ рования сплавов приведены в монографиях и справоч­ никах [125, 185—189].

Основное преимущество магния и его сплавов с ин­ женерной точки зрения заключается в его малой плот­ ности при достаточно высокой удельной прочности. По удельной прочности отливки магниевых сплавов анало­ гичны стальным и превосходят отливки из алюминиевых сплавов [190], что хорошо видно из данных табл. 23.

Учитывая достаточно высокую удельную прочность магниевых сплавов, можно в результате сравнительно небольшого увеличения размеров отливок значительно повысить их несущую способность и надежность.

Магниевые сплавы способны воспринимать большие ударные нагрузки, чем алюминиевые сплавы, что связа­ но с малым модулем упругости, так как работа упругой деформации обратно пропорциональна значению модуля. Наконец, очень важно, что магниевые сплавы хорошо поглощают вибрацию. Их удельная вибрационная проч­ ность с учетом демпфирующей способности почти в 100 раз больше, чем у дюралюминия, в 20 раз больше, чем у стали [191]. Удельная жесткость при изгибе и круче­ нии у магниевых сплавов превышает эти характеристики алюминиевых сплавов на 90%, а стали — на 50%.

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются обычным режущим инструментом (в десять раз быстрее, чем сталь, и в два раза быстрее, чем алюминий). Их можно отли-

Сравнительные механические свойства магниевых и других промышленных сплавов после термической обработки

Механические свой­ ства

вать в землю, в кокиль, под давлением, способами неп­ рерывного и полунепрерывного литья, с направленной кристаллизацией. Из магниевых сплавов можно полу­ чать тонкостенные отливки массой в десятки грамм и сложные крупногабаритные отливки в сотни килограм­ мов.

Магниевые сплавы отличаются легкостью отделочных операций (шлифовки, полировки), хорошо свариваются дуговой и газовой сваркой, паяются.

Для защиты магниевых сплавов от коррозии в раз­ личных атмосферных условиях разработаны надежные системы лакокрасочных покрытий, позволяющие приме­ нять магниевые сплавы для деталей изделий, работаю­ щих в самых жестких условиях.

объясняется образованием в расплаве при охлаждении большого числа мелких кристалликов циркония, служа­ щих при затвердевании жидкой фазы центрами кристал­ лизации.

Кристаллическая структура циркония подобна струк­ туре магния — плотноупакованная гексагональная с рас­ стоянием атомов в базисной плоскости 3,222-ІО-10 м (3,222/сХ) [у магния 3,203-ІО-10 м (3,203 кХ]. Таким об­ разом, атомная структура кристалликов циркония благо­ приятствует образованию зародышей магния.

Работы по легированию магния цирконием были проведены Зауэрвальдом. Результаты исследований Зауэрвальда были опубликованы впоследствии предприя­ тием Биттерфельд (бывшее И. Г. Фарбен индустри акциенгезельшафт), а также в работе [194].

Введение в магний до 0,4% Zr влияет благоприятно на механические свойства металла в результате получе­ ния плотной 'мелкозернистой структуры. Отлитые таким образом детали, по данным Зауэрвальда, обладают вы­ сокой пластичностью и прочностью на сжатие, высоким пределом текучести и ударной вязкостью порядка 0,85 кг-м/см2 (вместо 0,5—0,6 кг-м/см2 для чистого магния).

Твердость бинарных сплавов Mg — Zr находится в пределах 16,5—17,5 НВ, относительное сужение достига­ ет 50%■ Благодаря такой высокой пластичности слитки сплавов Mg — Zr оказывается возможным прокатывать с большим обжатием и в результате сплав приобретает особенно мелкозернистую структуру.

Легирование магния цирконием придает отливкам равномерную твердость и прочность. В структуре спла­ вов отсутствуют микроскопические усадочные раковины, создающие неплотности и ослабляющие отливку, дейст­ вуя в качестве «надрезов». Отливки из сплава Mg — Zr отличаются высокой герметичностью; они непроницаемы для жидкостей и газов.

Легирование магния цирконием улучшает также его коррозионную стойкость. Это объясняется рафинирую­ щим действием циркония. Так, по данным Зауэрваль-

да, сплав Mg — Zr марки ZA совершенно нечувствителен к коррозии под напряжением. Выводы о рафинирующем действии циркония были убедительно подтверждены ре­ зультатами, полученными Ф. А. Бориным и Е. С. Соллертинской [195], которые экспериментально показали зависимость содержания в сплаве железа, попавшего в расплав в результате растворения стенок тигля, от кон­ центрации циркония. Достаточно ввести примерно 0,1% Zr, чтобы содержание железа в сплаве снизилось до ты­ сячных долей процента. Это объясняется способностью циркония выделять железо из расплава в виде интерметаллидов. В табл. 25 приведена зависимость содержания

железа в сплаве в донной чушке от содержания цирко­ ния. В контрольной плавке 8, где нет циркония, содер­ жание железа на порядок больше.

По тем же данным [195], увеличение содержания цир­ кония >0,2% не оказывается на количестве железа в расплаве, однако коррозионная стойкость сплава про­ должает улучшаться. Авторы связывают это с возмож­ ностью образования прочных окионых пленок, защища­ ющих металл от коррозии.

увеличением содержания до 0,4% Zr повышается проч­ ность и пластичность литых и прессованных сплавов си­ стемы Mg — Zr.

У прессованных сплавов Mg — Zr: ав = 280 Мя/м2 (28 кГ/мм2) и Стт = 250 Мн/м2 (25 кГ/мм2) при 6=47% и 4=25% .

Результаты исследования жаропрочности этих спла­ вов представлены на рис. 123. Увеличение жаропрочно­ сти при повышении содержания циркония в сплаве про­

сом дисперсионного твердения.

О растворимости циркония в магнии существуют раз­ личные представления. Это нашло отражение в диаграм­ мах состояния Данной системы, построенных разными ис­ следованиями. Наиболее обстоятельное описание систе­

мы Mg — Zr дано в работе [196]. Полная диаграмма со­

стояния Mg — Zr еще не разработана; достаточно под­ робно исследована лишь ее часть со стороны магния до 10% Zr, в которой наблюдается превращение перптектпческого типа. Именно эта область концентраций пред­ ставляет наибольший практический интерес.

В соответствии с диаграммой состояния при 9О0°С растворимость циркония в матнии составляет 0,67%, (по массе) или 0,18% (ат.), а при 675°С—0,51% (по массе) или 0,14% (ат.).

По данным Зибеля, растворимость (Р) циркония в магнии в жидком состоянии в зависимости от температу­ ры изменяется следующим образом:

ные, ссылаясь на то, что Зибель не предпринимал ника­ ких мер по .предотвращению уменьшения концентрации химически активного циркония в расплаве в результате образования соединений с примесями. При этом, естест­ венно, уменьшалось количество циркония, действительно растворенного в магнии.

Данные Новотного о растворимости циркония в маг­ нии в твердом состоянии достаточно хорошо согласуются с диаграммой равновесия, приведенной на рис. 124.

Результаты других исследований подтверждают об­ щий вид диаграммы равновесия, построенной по данным исследователей Меллора, Зауэрвальда, Шоума и Бер­ нетта.

В соответствии с диаграммой состояния Mg — Zr при температуре, близкой ,к точке плавления магния, в сплавах с малой концентрацией циркония протекает перитектическая реакция. Перитектическая линия и ли­ ния ликвидус пересекаются примерно при 0,26% Zr. В магниевом углу диаграммы располагается область а- твердого раствора. Растворимость циркония в а-твердом растворе при 500°С составляет приблизительно 0,8%, а при 400°С она снижается до 0,1 %.

Диаграмма состояния M g—'Zr исследована Зауэрвальдом в пределах 0—5% Zr [197]. При температуре, несколько превышающей точку плавления магния, линия ликвидуса пересекается с пѳритектической линией при содержании в твердом растворе около 0,8% Zr.