4.3.6.Литейные сплавы

Титановые сплавы имеют хорошие литейные свойства вследствие узкого интервала кристаллизации: низкая линейная усадка (менее 1 %), высокая жидкотекучесть, плотность отливок. Трудности при литье заключаются во взаимодействии сплавов со всеми известными формовочными материалами, а также с газами. В связи с этим их отливают в вакууме или нейтральном газе (аргоне).

Для фасонного литья применяют титан и его сплавы, которые по составу почти не отличаются от деформируемых аналогов: ВТ5Л, ВТ14Л, ВТ6Л и др. (буква «Л» означает – литейный сплав).

Наиболее широко используют α - сплав ВТ5Л. Отливки этого сплава имеют удовлетворительные пластичность, ударную вязкость, предел выносливости. Он предназначен для длительной работы при температуре до 400ºС.

Сплав ВТ9Л, как и его деформируемый полуфабрикат ВТ9, применяется как жаропрочный, при этом рабочая температура для литых деталей выше, чем для деформируемых, и составляет 550ºС.

4.4. Магниевые сплавы

Магний – щелочноземельный металл светло-серого цвета, второй группы периодической системы Д.И.Менделеева. Среди промышленных металлов он обладает наименьшей плотностью (1,74 Мг/м³) и в 1,5 раза легче алюминия. Магний имеет гексагональную кристаллическую решетку и плавится при температуре 651ºС. Магний имеет низкий модуль упругости Е = 45 ГПа и обладает невысокой прочностью и пластичностью: σ_в ≈ 100 МПа, δ ≈ 7 % в литом состоянии и σ_в ≈ 180 МПа, δ ≈ 15 % после деформации и отжига.

Чистый магний относится к металлам с высокой химической активностью и легко окисляется. Оксидная пленка MgO сохраняет защитные свойства лишь до 450ºС, при дальнейшем повышении температуры скорость окисления быстро возрастает, а при 623ºС магний воспламеняется на воздухе. Влажная магниевая пыль может воспламеняться при 360ºС.

Вследствие низких значений механических свойств технический магний как конструкционный материал не применяется, в технике используют магниевые сплавы.

Свойства магния значительно улучшаются при легировании. Достоинствами магниевых сплавов являются: низкая плотность; высокая удельная прочность; высокая демпфирующая способность; хорошая обрабатываемость резанием.

К основным недостаткам магниевых сплавов относятся: низкий модуль упругости Е = 45 ГПа; невысокая коррозионная стойкость; технологические трудности при литье, связанные с активностью магния; необходимость нагрева при обработке давлением.

Основными легирующими элементами в магниевых сплавах являются:

– алюминий и цинк, вызывающие твердорастворное упрочнение;

– марганец, способствующий повышению коррозионной стойкости;

– цирконий и церий, оказывающие эффективное модифицирующее действие на структуру;

– неодим и торий, повышающие жаропрочность;

– литий, значительно уменьшающий плотность.

Растворимость легирующих элементов в магниевых сплавах уменьшается при понижении температуры, что позволяет применять упрочняющую термическую обработку, состоящую из закалки с последующим старением. Низкая скорость диффузии легирующих элементов в магниевом твердом растворе облегчает фиксацию пересыщенного твердого раствора и затрудняет его распад при старении, поэтому закалку обычно проводят на воздухе и применяют только искусственное старение при сравнительно высоких температурах (до 200 – 250ºС) и более длительных выдержках (16 - 24 ч).

Прочностные свойства магниевых сплавов существенно повышаются при термомеханической обработке, состоящей в пластической деформации закаленного сплава перед старением.

По способу производства полуфабрикатов и изделий магниевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные, которые соответственно маркируют буквами МА и МЛ с указанием условного номера сплава. Деформируемые магниевые сплавы по химическому и фазовому составу совпадают с литейными, но отличаются меньшими допусками по содержанию примесей. Магниевые сплавы принадлежат к следующим основным системам легирования: Mg – Al – Zn – Mn; Mg – Zn – Zr; Mg – Nd – Zr, Mg – Li.

Магниевые сплавы широко применяются в авиастроении, автомобильной промышленности, ракетной технике, приборостроении. Из них изготавливают корпуса приборов, ракет, обтекателей, топливных баков, картеры, коробки передач, маслопомпы, диски колес и т.д.

Сплавы системы Mg – Al – Zn – Mn. Наиболее распространенным деформируемым сплавом является высокотехнологичный МА2-1, отличающийся высокой пластичностью, хорошей свариваемостью, высокой коррозионной стойкостью. Детали простой формы можно штамповать даже в холодном состоянии. Сплав не упрочняется термической обработкой и поставляется в отожженном, полунагартованном или горячекатаном состоянии.

К наиболее распространенным литейным сплавам данной системы легирования относятся MЛ5, МЛ6, обладающие хорошей жидкотекучестью, малой линейной усадкой, что позволяет изготавливать из них сложные ответственные отливки.

Сплавы системы Mg – Zn – Zr. Высокопрочные сплавы МА14, МА19 менее технологичны, чем деформируемые сплавы первой группы: деформируются в горячем состоянии, и если сплав МА 19 можно сваривать только контактной сваркой, то сплав МА14 не используется в сварных конструкциях. После упрочняющей термической обработки сплавы МА14 и МА19 имеют значения временного сопротивления – 350 и 400 МПа соответственно.

Наилучшим литейным сплавом данной системы легирования является МЛ12, отличающийся высокой прочностью (σ_в = 230 МПа), коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами.

Сплавы системы Mg – Nd – Zr относятся к группе жаропрочных за счет легирования неодимом. Неодим образует упрочняющую фазу Mg₉Nd, не склонную к коагуляции при температуре эксплуатации. Сплавы МА12, МЛ9, МЛ19 имеют рабочие температуры соответственно до 200, 250 и 300ºС.

Сплавы системы Mg – Li. Сплавы МА18, МА21называют сверхлегкими: их плотность составляет 1,3-1,6 Мг/м³. Присутствие лития обеспечивает также высокую удельную жесткость сплавов, по значениям которой они превосходят даже сталь и титан. Магний - литиевые сплавы высокотехнологичны, потому что в отличие от всех других магниевых сплавов в их структуре присутствует β – твердый раствор на основе лития с ОЦК решеткой. Листовая штамповка, гибка, вытяжка сплава М18 могут производиться в холодном состоянии. Эти сплавы хорошо свариваются и имеют удовлетворительную коррозионную стойкость.