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

Рис. 124. Диаграмма состояния си­ стемы Mg—Zr:

по данным Д. Шоума и Н. Бер­ нетта

Zr,%(am)

О 0,05 0,10 0J5 0,20 t°C

2К(Мд-1г)*2ъ

h t

0,1 0J5 0,9 1,3 1,7 Zr, % (по массе)

В твердом состоянии максимальная растворимость циркония достигает 4,52% ори 620°С, снижаясь практи­ чески до нуля при 450°С (см. рис. І24,а).

По данным Меллора, растворимость (Р) циркония в магнии следующая:

В жидком состоянии

По Шоуму и Бернетту, которые построили диаг­ рамму с содержанием >1,3% Zr, линия ликвидус пе­ ресекается с перитектикой в точке, соответствующей содержанию 0,58% Zr при 654°С, а растворимость его в жидком магнии при 791°С достигает 0,65% (см. рис. 124, в).

4. ДЕМПФИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ Mg— Zr

На базе системы Mg — Zr создан ряд сплавов, пред­

Однако это обнаруженное свойство магниевых сплавов еще не давало достаточных оснований выделять их в качественно новую группу материалов. Высокие демп­ фирующие свойства чистого магния не могли быть ис­ пользованы при решении инженерных задач, поскольку он не технологичен и обладает низкими механическими свойствами. Поиски в направлении создания магниевого сплава, обладающего оптимальным сочетанием механи­ ческих и демпфирующих свойств, привели к обнаруже­ нию высоких демпфирующих свойств у сплава магния с цирконием, который будучи введен в магний даже в ма­ лых количествах, как отмечалось выше, значительно улучшает механические и технологические свойства и при этом сохраняет на высоком уровне демпфирующие свойства чистого машия.

В одном из первых сообщений [198] о высокой демп­ фирующей способности магниевых сплавов описан маг­ ниевый литейный сплав марки K1X1-F, содержащий 0,6% Zr и имеющий высокие демпфирующие свойства. При этом отмечаются хорошие литейные качества спла­ ва, мелкозернистость его структуры, достаточно высокие предел текучести и пластичность, достаточная коррози­ онная стойкость и хорошая свариваемость. Кроме того,

отмечается практическая выгода использования свойства высокого внутреннего трения (демпфирования) перед демпфированием за счет изменения конструкции; упоми­ нается об экспериментальных работах по использованию сплава K1X1-F, проводимых фирмой Белл Телефоун Лэборэтери.

Несколько позднее появилось сообщение о сплаве марки К1А с аналогичными свойствами, но состав сплава при этом не приводился. Демпфирующие свойства сплава К1А несколько уступают чистому магнию, но значительно превосходят чугун и магниевый сплав EZ33A [199].

В другой работе [200] среди литейных магниевых сплавов описан сплав марки K1A-F и отмечены его вы­ сокие демпфирующие свойства при удовлетворительных механических свойствах. Предел прочности сплава дос­

данные о свойствах магниевых сплавов, содержащих до

ствах сплавов Mg + Zr различного химического состава, способы отливки, демпфирующие свойства при изгибных колебаниях консольно закрепленного образца, влияние термической и механической обработок на их демпфиру­ ющие свойства.

В табл. 2 приведены механические свойства магний — циркониевого сплава К 1X1 (0,6% Zr), отлитого в землю и в кокиль, в сравнении со свойствами чистого магния, отлитого в землю [200].

В іработе [218] описан новый литейный сплав на базе магния с 0,6% Zr для космической техники. Отмечено высокое демпфирование, присущее этому сплаву.

Указывается, что предварительное нагружение констпукции или, в простейшем случае, образца до опреде­ ленного уровня еще больше увеличивает демпфирующую способность сплава. Если напряжение в конструкции, возникающее в результате предварительного нагруже­ ния, превышает этот условный уровень, то демпфирую­ щая способность снижается до одной четвертой ее зна­ чения до нагружения.

Изучение демпфирующих свойств магния и его спла­ вов показало, что наибольшими демпфирующими свой­ ствами обладает чистый магний после литья [48]. Леги­ рование магния цирконием незначительно влияет на

магнии 0,6% циркония (сплав К1X1 ), при этом несколь­ ко снижаются демпфирующие свойства магния, хотя они и остаются достаточно высокими в сравнении со сплава­

талей ракеты Найк-Геркулес на 25—40% для отливок в землю из сплава К1X1 в сравнении со сплавом системы Mg — Al — Zn AZ81A [48].

Высокая демпфирующая способность магниевых сплавов была еще раз подтверждена в работе [55], в которой приведена демпфирующая способность более тридцати магниевых, алюминиевых сплавов, бронз и не­ которых других сплавов (ем. табл. 26—28). Предлага­ ется приведенные сплавы в зависимости от степени демп­ фирования разделить на III группы [7, 55].

серый чугун;

II группа — сплавы с демпфирующей способностью

некоторые чугуны и некоторые нормализованные и нержавеющие стали.

III группа — сплавы с демпфирующей способностью <1% , т. е. низкодемпфирующие сплавы. К этой группе сплавов относятся аустенитные и другие сплавы.

Данная классификация представлена графически на рис. 125Демпфирующая способность каждого сплава определена при напряжении, равном одной десятой его предела текучести.

Следует особо отметить высокую демпфирующую спо­ собность чистого магния в литом состоянии по сравне-

Т а б л и ц а 26

одной десятой от значения предела текучести о0,2. Удельная демпфирую­

щая способность определяется как процент энергии колебания, рассеянной образцом за один цикл колебаний.

Демпфирующая способность деформированного магния и его сплавов

Т а б л и ц а 28

Демпфирующая способность некоторых сплавов

нию с чистым алюминием и рядом сплавов на основе алюми'ния. При напряжении, равном 5 Мн/м2 (0,5 кГ/мм2), величина логарифмического декремента упру­ гих колебаний ô, как меры внутреннего трения и демп­ фирующих свойств, достигла у Mg 25—27%, в то время как у чистого А1 не превышала 1,5—2,0% (рис. 126).

Рис. 126. Демпфирующие свойства при изгибных ко­ лебаниях алюминия (/) и магния (2)

Рис. 127. Виброграммы затухающих колебаний сплавов:

а — алюминиевого АЛ19 (термическая обработка Т5); б —магниевого с 0,5 % Zr

5. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ ТРЕТЬИМ ЭЛЕМЕНТОМ НА ДЕМПФИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ M g —Zr И ЧИСТОГО МАГНИЯ

Магнийобразует твердые растворы с рядом метал­ лов. Как известно, основным фактором, определяющим взаимную растворимость магния с другими металлами, является соотношение атомных объемов растворителя (т. е. магния) и растворимого: элементы одинаковой ва­ лентности с близкими атомными объемами (разность до 15%) и одинаковыми кристаллическими решетками должны иметь неограниченную растворимость в твердом состоянии.

Различие валентностей металлов также является ограничивающим фактором при образовании твердых растворов, причем компонент с более высокой валентно­ стью лучше растворяется в компоненте с низшей валент­

ностью, чем наоборот.

Из одновалентных щелочных металлов только литий имеет благоприятный объемный фактор по отношению к

ртуть. Кадмий >к тому же имеет одинаковую валентность и плотноупакованную гексагональную решетку, которая отличается от решетки магния отношением осей: 1,885 против 1,6237 [186], поэтому магний и кадмий имеют неограниченную взаимную растворимость в твердом состоянии.

Ртуть имеет ограниченную растворимость в магнии благодаря ромбоэдрической структуре. Кальций, имею­ щий менее благоприятный объемный фактор, ограни­ ченно растворяется в магнии.

Остальные двухвалентные металлы — цинк и берил­ лий имеют неблагоприятное соотношение атомных объ­ емов. Цинк растворяется в твердом магнии в весьма ограниченном количестве [около 3,3% (ат)] и образует интерметаллидное соединение.

Редкоземельные элементы, иттрий, скандий ограничен­ но растворимы в твердом магнии. Предел растворимости алюминия при высокой температуре 11,5% (ат.), но с по­ нижением температуры он уменьшается. Кривые раство-