Кафедра технологии литейных процессов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» ОБ ИЗМЕНЕНИИ МОРФОЛОГИИ ЭВТЕКТИКИ В СПЛАВАХ СИСТЕМЫ Mg-Al-Ca В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООБРАБОТКИ Никитина Анна Андреевна, аспирант Колтыгин Андрей Вадимович, доцент, к.т.н. Актуальность 1. Наилучшими литейными свойствами среди магниевых сплавов обладают сплавы системы Mg-Al-Zn, такие как МЛ5. Они обладают плохим сопротивлением ползучести при повышенных температурах вследствие размягчения γ-Mg17Al12 фазы по границам зерен; 2. В последние годы значительные усилия прикладываются учеными для повышения сопротивления ползучести сплавов системы Mg-Al. В настоящее время ведется большое количество разработок сплавов на основе системы Mg-Al-РЗМ. 3. Поведение кальция в магниевых сплавов схоже с РЗМ, и система Mg-Al-Ca привлекает большое количество ученых; 4. Эвтектика в сплавах системы Mg–Al–Ca может быть представлена четырьмя фазами Лавеса: Mg2Ca (C14, MgZn2 структура типа MgZn2), Al2Ca (C15, структура типа Cu2Mg), (Al,Mg)2Ca (C36, структура типа MgNi2) и Al2(Mg,Ca) (C36, структура типа MgNi2). 5. Наиболее термически-стабильной фазой из них является Al2Ca с которой в системе Mg-Al-Са существует квазибинарный разрез MgAl2Ca 2 Цель работы: Разработка литейного магниевого сплава предназначенного для использования при повышенных температурах и технологии изготовления из него фасонных отливок. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: 1. Изучение фазового состава системы Mg-Al-Ca и многокомпонентных систем Mg-Al-Ca-X и выбор составов, потенциально подходящих в качестве литейного сплава; 2. Изучение механических и литейных свойств сплавов системы Mg-Al-Ca-X и выбор сплава/группы сплавов для последующего детального исследования; 3. Детальное исследование сплава(ов) выбранного состава и его сравнение с ближайшими промышленными аналогами; 4. Изучение влияния технологических параметров на структуру, механические свойства и выбор оптимальных параметров технологического процесса получения фасонных отливок; 5. Опытное опробование разработанного сплава. 3 Материалы и методика экспериментов Шихтовые материалы: магний Мг90, алюминий А7Е, лигатура Mg-28,8%Ca, лигатура Al-10%Mn Плавка: печь сопротивления, температура заливки 740 С Изучение механических свойств: литые образцы ГОСТ 1497-84, универсальная испытательная машина Zwick/Roell Z250. Скорость испытаний: 4 мм/мин. Изучение литейных свойств: песчаная форма на жидкотекучесть ГОСТ 16438-70, проба на горячеломкость "Лира". Термообработка: отжиг в печи SNOL 8,2/1100 в защитной атмосфере SO2, закалка на воздухе. Травление: раствор 4% HNO3 в спирте, 2 минуты Изучение микроструктуры: Металлографические исследования проводились с использованием электронный сканирующий микроскоп TESCAN VEGA 3 SBH. Контроль химического состава сплава: оптический эмиссионный спектрометр ARL 4460. 4 Изучение сплавов системы Mg-Al-Ca-Mn, находящихся на квазибинарном разрезе Mg-Al2Ca 1. Были выбраны два состава : б Температура, °С Температура, °С a Mg-5%Al-2.3%Ca-0.5%Mn (С1) и Mg-7%Al-4%Ca-0.5%Mn (С2) Mn, масс. % Mn, масс. % Политермические разрезы системы Mg-Al-Ca-Mn Mg-5%Al-2.3%Ca-(0-1)%Mn (a) и Mg-7%Al-4%Ca-(0-1)%Mn (б). 5 Изучение сплавов системы Mg-Al-Ca-Mn, находящихся на квазибинарном разрезе Mg-Al2Ca (продолжение) Результаты механических испытаний сплавов С1 и С2 Типичная микроструктура сплава находящегося на квазибинарном разрезе Mg-Al2Ca τотжига, ч 20 30 Сплав С1 С2 С1 С2 Rp 0,2, MПa 77 76 78 76 Rm, MПa 143 152 150 146 Пластичность, % 2,8 3,7 3,1 3,2 1. Жидкотекучесть по спиральной пробе составила 475 мм для сплава С1, 550 мм для сплава С2. 2. Показатель горячеломкости по пробе «лира» составил 100 мм для обоих сплавов 6 Влияние термообработки на морфологию эвтектических выделений сплавов системы Al-Si-Mg отжиг, 538 °С Литое состояние 0,5 ч 1,5 ч 4ч 10 ч Al-7%Si Al-7%Si мод. Al-13%Si Al-13%Si мод. Источник: D.A. Lados, D. ApeSolution Treatment Effects on Microstructure and Mechanical Properties of Al-(1 to 13 Pct)Si-Mg. – Cast Alloys Metallurgical and Materials Transactions BProcess Metallurgy and Materials Processing Science, 42(1), 171-180 7 Схема изменения морфологии эвтектических выделений в процессе отжига Исходное состояние – Фрагментирование - Компактирование 8 Влияние термообработки на морфологию эвтектики сплавов системы Mg-Al-Ca Cплав 1 (Mg - 4,52% Al - 2,05% Ca - 0,48% Mn), отжиг, 490 °С литое состояние 20 ч 30 ч 50 ч 100 ч литое состояние 20 ч 30 ч 50 ч 100 ч Сплав 2 (Mg - 6,31% Al - 3,67% Ca - 0,32% Mn), отжиг, 500 °С 9 Выводы 1. Сплав состава Mg–7%Al–4%Ca–0,5%Mn может быть использован в качестве модельного для дальнейшей разработки 2. Исследованы свойства литейного сплава состава Mg–6,3%Al– 3,7%Ca–0,3%Mn. Сплав обладает малой склонностью к горячеломкости, жидкотекучестью 550 миллиметров, пределом прочности после ТО по режиму Т4 150 MПa и относительным удлинением 3%. 3. В процессе термообработки сплавов системы Mg-Al-Ca-Mn происходит изменение формы эвтектических включений с пластинчатой на компактную, в пределе - шаровидную. Данный процесс достаточно длителен и требует больших затрат времени и энергии. 4. При разработке промышленного сплава на основе системы MgAl-Ca-Mn и технологии получения отливок из него необходимо применение дополнительных мероприятий, связанных с необходимостью измельчения выделений интерметаллической фазы в эвтектике с целью облагораживания ее формы и снижения времени термической обработки сплава. 10