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

римости трехвалентных металлов в магнии представле­

ны на рис. 129.

С рядом элементов четвертой подгруппы (рис. 130) магний образует устойчивые химические соединения сле­ дующего типа Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, Mg,2Pb и другие.

Приведенные примеры взаимодействия металлов с магнием показывают, что электроположительные свой­ ства этого металла, приводящие к образованию химиче­

Рассмотрим влияние легирования магния некоторы­ ми элементами на демпфирующие и частично механиче­ ские свойства этого металла. Подобную задачу ставили перед собой М. Е. Дриц, Л. Л. Рохлин и В. В. Шередин [202—206], изучая двойные системы Mg—Cd, Mg—Л!,

Mg—Mn, Mg—Ni, Mg—Si, Mg—Zr, Mg — мишметалл, Mg—La, Mg—Na, Mg—Ca.

Демпфирующие свойства, которые характеризова­ лись величиной логарифмического декремента колеба­ ний, определяли при крутильных колебаниях с частотой примерно 30 гц и начальной амплитуде, соответствую­ щей относительной деформации 3,3-10~4.

Данные этих исследований представлены на рис. 131. Легирование магния цирконием или никелем незначи­ тельно влияет на величину логарифмического декремен­ та упругих колебаний образца.

'При введении никеля (0,2%) наблюдается некоторое увеличение декремента колебаний. Все остальные эле­ менты снижают величину логарифмического декремента в различной степени, зависящей также от их концентра­ ции в сплаве. Наиболее резкое падение декремента на­ блюдается при введении в магний кадмия, алюминия, неодима, кальция и мишметалла.

Лантан также значительно снижает эту характе­ ристику магния при введении его в количестве 0,1—0,2%, но затем величина логарифмического декремента сохра­ няет довольно высокое значение — около 0,08. Кремний и марганец по мере увеличения их концентрации непре­ рывно понижают величину логарифмического декре­ мента, сохраняя ее, однако, в исследованном интервале концентраций на уровне около 0,1.

Сопоставление зависимостей величины логарифми­ ческого декремента от концентрации легирующего эле­ мента (см. рис. 131) с диаграммами состояния соответ­ ствующих двойных систем показывает, что значительное снижение логарифмического декремента колебаний про­ исходит в области образования твердых растворов. Если диаграмма состояния указывает на возможность образования вторых фаз, декремент колебаний снижает­

ся более плавно. Исключение составляет система Mg — Cd.

Авторами работ [202—'206] подтверждено, что при разработке новых литейных сплавов на основе магния перспективным является введение циркония, который незначительно понижая демпфирующие свойства Mg, в то же время в результате измельчения зерна повышает прочностные свойства сплава и улучшает его технологи­ ческие свойства. Легирование магния никелем не имеет

практического смысла, так как некоторое увеличение демпфирующих свойств сплава не сопровождается улуч­ шением прочности и снижает к тому же коррозионную стойкость. Отмечено, что большее упрочнение (например, в системах Mg — Al и Mg — Nd) приводит также к боль­ шему снижению демпфирующих свойств, и, наоборот, при меньшем упрочнении (например, в системах Mg — Mn и

Рис. 132. Зависимость декремента колебаний, твердости и

удельного электросопротивления от температуры старения сплавов:

а — Mg + 3,7% Nd; б — Mg + ' 10,5% Al

Mg — Si) сплавы сохраняют более высокие демпфирую­ щие свойства.

Распад пересыщенного твердого раствора в резуль­ тате термической обработки, изученный на примере маг­ ниевых сплавов состава Mg+10,5% Al и Mg+3,7% Nd после закалки и закалки с последующим старением в интервале 150—'300оС, изменяет демпфирующие свойства сплавов, что связано с выделением второй фазы. Мини­ мум на кривой зависимости логарифмического декре­ мента колебаний от температуры старения совпадает с максимумом на кривой твердости (рис. 132). При повы­ шенных температурах старения твердость снижается, а демпфирующая способность растет,что связано главным образом с выделением частиц второй фазы.

Некоторое увеличение электросопротивления у сплава Mg+10,5% Al при старении выше 250°С указывает так­ же на возможное растворение в магниевом твердом ра­ створе частиц выделившейся ранее фазы. Таким образом выделение из твердого раствора второй фазы снижает

приведенных данных следует, что цинк и кальций резко снижают логарифмический декремент колебаний (макси­ мальная амплитуда составляла 3,3-ІО-4) сплавов M g+ +0,5% Zr, тогда как марганец, иттрий, барий и медь (до 1%) в этих сплавах не оказывают влияние. Другие эле­ менты плавно снижают величину логарифмического де­ кремента по мере увеличения их содержания в сплаве. Введение в сплав до 2,0% Cd не изменяет величину лога­ рифмического декремента, однако большее количество кадмия снижает эту характеристику. Введение в сплав лития также снижает величину логарифмического декре­ мента. Авторы также изучали демпфирующие свойства и более сложных литейных сплавов магния на основе двойной системы Mg—Zr. Они установили, что при сов­ местном легировании магния с 0,5% Zr несколькими компонентами предпочтение по величине демпфирования следует отдать следующим составам: 0,3% Zn и 0,1% Мп; 0,3% Zn и 1% Cd; 0,3% Zn.H 0,05% Y; 0,5% Cd и 0,05—0,30% Zn; 0,5% Cd и 0,05—0,1% Y; 0,1% Zn и 0,02% Nd.

В работах М. Е. Дрица и др. также изучались механи­ ческие свойства сплавов, обладающих достаточно высо­ ким демпфированием. Так, двойной сплав M g+Zr имеет

Дополнительное легирование двойного сплава Mg — Zr барием (до 0,82%), медью (до 1,75%) и марганцем (до 0,15%) не повышает прочностных свойств сплава. Добавка лантана (4,36%) повышает предел текучести сплава до 140 Мн/м2 (14 кГ/мм2) при сохранении пре­ дела прочности на исходном уровне, тогда как относи­ тельное удлинение при этом снижается. Небольшие до­

сплава M g+Zr. Введение в сплав небольших количеств неодима, лантана, марганца, иттрия (0,01—0,1%) не влияет на прочность.

В сплавах с кадмием (0,4 4- 2,0%) удается достичь

предела прочности около 180 Мн/м2 (18 кГ/мм2) при пределе текучести порядка 80 Мн/м2 (8 кГ/мм2). Леги­ рование иттрием (0,05—0,15%) сплава Mg—Zr повы­

= 17 -г 22%. Сплав Mg — Zr, содержащий 0,1 4- 0,3% Zn;

0=164-36%. Логарифмический декремент колебаний по­ следних двух сплавов сохраняется на довольно высоком уровне и составляет 0,1—0,35. М. Е. Дриц, Л. Л. Рохлин, В. В. Шередин разработали и исследовали магниевый литейный сплав марки МЦИ1, обладающий технически ценным сочетанием механических, демпфирующих и ли­ тейных свойств. Состав сплава МЦИ следующий (%): 0,4—0,7 Zr; 0,1—0,3 Zn; 0,4—0,75 Cd; 0,01 Ni; 0,10 Cu; 0,08 Fe; 0,20 Si; 0,10 Ca. Механические и демпфирую­ щие свойства этого сплава приведены в табл. 29, 31 и на рис. 134. Сплав МЦИ обладает также хорошими тех­

!М. Е. Дриц, Л. Л. Рохлин, В. В. Шередин. Авт. овид.

№273436.— «Бюл. изобр. и тов. знаков», 1970, № 20, е. 10.

ния соответствуют содержанию 33 и 66 (ат.) % Cd. Не­ большие максимумы наблюдаются также при 15 и 85% Mg. Минимумы «а кривой соответствуют 25, 50 и 75%• Нетрудно заметить, что наименьшие значения демпфи­ рования (или внутреннего трения) наблюдаются при образовании в сплаве соединений MgCd3; MgCd и MgaCd.

6. ПРИРОДА ВЫСОКИХ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ МАГНИЯ и ЕГО СПЛАВОВ

Высокие демпфирующие свойства магния и некото­ рых его сплавов, приближающиеся к демпфирующим свойствам пластических масс, позволяют выделить маг­ ниевые сплавы в особую группу конструкционных мате­ риалов. Эти свойства объясняются особенностями меха­ низма деформации магния.

Известно, что физические свойства монокристалла магния имеют значительную анизотропию. Так, модуль нормальной упругости монокристалла магния [186] в направлении гексагональной оси .равен 51300 Мн/м2 (5130 кГ/мм2), в направлении под углом 53°4б' к гекса­ гональной оси он равен 43700 Мн/м2 (4370 кГ/мм2), а в плоскости базиса 45700 Мн/м2 (4570 кГ/мм2). Таким об­ разом, максимальная разница в значениях модулей в различных направлениях монокристалла магния состав­ ляет 17%. Так же значительна анизотропия электричес­ кого сопротивления, термического коэффициента расши­ рения в обоих главных направлениях, т.э.д.е. по отно­ шению к меди и т. д.

При пластическом деформировании монокристалла магния при 20°С сдвиг происходит по плоскости базиса (0001), т. е. по плоскости с наиболее плотным располо­ жением атомов, и в направлении диагональной оси [1120] [186].

Начальное напряжение скольжения в плоскости бази­ са весьма незначительно и зависит от температуры, умень­ шаясь при ее повышении. В табл. 30 приведены значения критической величины скалывающего напряжения моно­ кристалла магния.

При повышении температуры до 225°С скольжение в магнии может произойти по новым плоскостям. Поэтому

пластичность магния с повышением температуры возра-