книги / Сварка магниевых сплавов

онных трещин при сварке. Как показывают экспериментальные данные, 'более 0,05% Са резко повышает склонность сплава к •образованию трещин [15].

Церий, аналогично кальцию, полностью растворяется только в жидком 'магнии (рис. 7) и образует с ним металлическое со­ единение (MggCe, расположенное по границам зерен. Церий так

состояния Mg—Zr со стороны магния имеет в общем такой же вид, как и диаграмма А1—Zr. Однако предельная растворимость циркония в магнии (0,8%) существенно больше, чем в алюми­ нии (0,28%). По-видимому, этим объясняется отсутствие замет­ ного эффекта модифицирования сварных швов магниевых спла­ вов при наличии циркония в основном и присадочном металлах. ■Сплавы с цирконием весьма перспективны. Введение циркония в количестве 0,6—0,85% (не менее 0,5%) вызывает резкое из­ мельчение зерна и повышение механических свойств (рис. 9) [1].

Благородное влияние циркония установлено также и при введении его в сплавы Mg—Zn, что позволяет рассчитывать на возможность широкого применения тройных сплавов Mg—Zn— Zr. Прямое сплавление магния с цирконием невозможно из-за

носится к эвтектическому типу (рис. 10). Основой сплава систе­ мы Mg—Nd являются упрочненные кристаллы магниевого твер­ дого раствора, по границам которых располагается еще более прочная эвтектическая смесь мягких кристаллов того же твердо­ го раствора и кристаллитов металлического соединения. Сплавы с такой структурой при достаточно высокой температуре плав­ ления эвтектики имеют большую прочность при повышенных

И

С большим интервалом кристаллизации сплавов системы Mg—Nd связана их повышенная склонность к образованию кристаллизационных трещин при сварке.

Торий так же, как и неодим, повышает теплопрочность маг­ ния, легируя твердый раствор и образуя тугоплавкие соедине­ ния с магнием, блокирующие сдвиги по границам зерен при по­ вышенных температурах. Диаграмма состояния магния с то­ рием имеет аналогичное строение с диаграммой Mg—Nd, но у тория больше растворимость в твердом магнии. Магниевые сплавы с торием обладают хорошей свариваемостью, особенно сплавы, содержащие цинк [15, 17, 18]. Следует отметить повы­ шенную токсичность магниевых сплавов, содержащих торий, что объясняется радиоактивностью последнего. Токсичность этих •сплавов, в особенности при литье, является серьезным препят­ ствием к широкому внедрению их в промышленность.

Празеодим и лантан, как и все редкоземельные металлы, благоприятно влияют на свойства магния и его сплавов. Рас­ творимость их в твердом магнии незначительная. Образуемые

ими эвтектики и входящие в их состав соединения достаточно тугоплавкие (рис. 12 и 13) и, по-видимому, не могут вызвать существенного увеличения склонности к образованию трещин при сварке.

Никель положительно влияет на теплостойкость магния, особенно его сплавов, содержащих неодим или церий с марган­ цем. Никель способствует существенному повышению длитель­ ной прочности сплавов, а также приводит к некоторому повы­ шению прочностных характеристик (сгв и 00,2) в случае кратко­ временных испытаний при повышенных температурах (рис. 14).

13

Однако общая коррозионная стойкость сплавов, содержащих свыше 0,25% Ni, резко ухудшается. Поэтому содержание нике­ ля в сплавах ограничено 0,25%.

Рис. 14. Зависимость механических свойств от состава сплавов;.

Никель при обычной' температуре практически нерастворим вплоть до температуры эвтектики (рис. 15). Наличие эвтектики

Рис. 15. Часть диаграммы соРис. 16. Часть диаграммы состояния систояния системы никель— магстемы серебро — магний

ний

(7пл=508°С) в значительных количествах может привести к увеличению склонности сплава к образованию торячих трещит при сварке.

14

Серебро в количестве до 4% 'существенно повышает предел: текучести магниевых сплавов 'как при комнатной, так и при повышенной температуре вплоть до 300° С {13]. Длительная, прочность в результате введения серебра снижается. Как сле­ дует из диаграммы состояния магний — серебро (рис. 16), рас­

стичность. Но основное его назначе­ ние сводится к измельчению зерен при литье и сварке, хотя этот

эффект проявляется в магнии в меньшей степени, чем в алюминий.Дйтан, введенный в избыточном количестве, образует хруп­ кие интерметаллические фазы, снижающие пластичность сплава» и затрудняющие обработку давлением.

Бериллий в малых количествах (0,01—0,003%) добавляют в магниевые сплавы с целью создания окисной пленки на жид­ ком магнии для -предохранения его от окисления. Бериллий, введенный в эти сплавы даже в малых количествах, одновре­ менно вызывает укрупнение зерен, не приводящее к заметному снижению пластичности при последующей горячей деформациислитка.

Кроме основных компонентов, вводимых в сплавы для по­ вышения их механических и технологических свойств, в маг­ ниевых сплавах имеются и вредные, иногда неконтролируемые примеси, неблагоприятно влияющие на кристаллизацию сплавов и их .коррозионную стойкость. К числу последних относятся же­ лезо, медь, кремний.

. Железо очень мало растворимо в магнии. Сплавы Mg—Fe

15

ле имеют практического значения, так как железо не упрочняет твердого раствора, а образующая в них фаза Mg^Fe, выделяю­ щаяся в виде больших скоплений по границам зерен, сильно снижает пластичность. К тому же железо понижает корро­ зионную стойкость магниевых сплавов. В деформируемых маг­ ниевых сплавах содержание железа не допускается более

0,05%.

Медь также нерастворима в магнии и снижает коррозион­ ную стойкость магниевых сплавов, хотя и в меньшей степени, чем железо. Допустимое содержание меди в магниевых спла­ вах до 0,05%.

Кремний е магнии всегда находится в виде силицида магния Mg2Si, небольшое' количество которого резко снижает проч­ ность и коррозионную стойкость магниевых сплавов. В дефор­ мируемых магниевых сплавах содержание кремния не должно превышать 0,3%.

Естественно, что механические и другие свойства более слож­ ных сплавов не могут быть однозначно предсказаны на основа­ нии рассмотрения свойств двойных сплавов.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В зависимости от температурных условий работы современ­ ные магниевые сплавы можно условно разделить на три группы. К первой группе относятся сплавы, предназначенные для рабо­ ты при 'комнатной температуре или при температурах, не пре­ вышающих 150° С. Эти сплавы получили название высокопроч­ ных. Они обладают высокими свойствами при комнатной тем­

сплавов относятся сплавы на основе систем Mg—А1—Zn—Мп; Mg—Zn—Zr; Mg—Ag—Cd—Al—Mn.

Ко второй группе относятся сплавы, предназначенные для работы при 200—250° С, а к третьей группе — при 300° С и вы­ ше. Сплавы этих групп называются жаропрочными. К числу сплавов, предназначенных для 'работы при температурах 200—

.-250° С, относятся сплавы на основе системы Mg—Мп—А1—Са, а также сплавы, содержащие в качестве легирующих элементов редкоземельные металлы. Магниевые сплавы, предназначенные для работы при температурах 300° С и выше, содержат в каче­ стве основной легирующей добавки торий или неодим. К ним

.относятся сплавы систем: Mg—Th—Zr; Mg—Th—Mn; Mg—Nd— Mn—Ni.

Из применяемых в качестве упрочняющих добавок редко­ земельных элементов (лантана, церия, празеодима, неодима) наиболее высокие механические свойства при повышенных тем­ пературах достигаются при введении в магниевые сплавы не*

56

одима. Сплавы магния с неодимом еще мало изучены, и имеют­ ся основания предполагать, что скрытые ‘в 'них возможности использованы еще не 'полностью.

Хотя номенклатура сплавов продолжает -непрерывно попол­ няться, можно на уже освоенных сплавах получить большое разнообразие свойств при комнатной и повышенных темпера­ турах (табл. 2—8).

Основную группу составляют сплавы, не упрочняемые термо­ обработкой. Главное различие между механическими свойства­ ми сплавов, упрочняемых и не упрочняемых термообработкой, состоит в том, что первые обладают -более высокой прочностью при удовлетворительной пластичности, тогда как вторые — вы­ сокой пластичностью и умеренной прочностью. По технологиче­ ским свойствам сплавы этих двух трупп также существенно раз­ личаются. Неупрочняемые сплавы проще в технологическом отношении, и производство их полуфабрикатов легче, чем тер­ мически упрочняемых сплавов. Для термически упрочняемых сплавов применяются различные виды и режимы термообработ­ ки. Отличительной особенностью твердых растворов на магние­ вой основе является замедленность в них процессов диффузии; это вызывает необходимость некоторого усложнения термообра-

Таблица 3

Химический состав1 деформируемых магниевых сплавов в %

1 Остальное магний.

18

Таблица 5

Области применения и свойствадеформируемых магниевых сплавов

ботки, а именно при температурах закалки « старения, прихо­ дится значительно увеличивать время -выдержки то сравнению с обработкой алюминиевых сплавов. Наоборот, скорость охлаж­ дения по этой же причине существенной роли не играет, так как распад твердых растворов происходит значительно медленнее. Поэтому для магниевых сплавов возможно применение воздуш­ ной закалки.

Таблица 6

Химический состав деформируемых магниевых сплавов, применяемых в США

20