[1]Изобретение относится к области металлургии, а именно: к литейным сплавам на основе магния, предназначенным для изготовления литых корпусов отсеков различного назначения, маслоагрегатов, вентиляторов, кронштейнов, приборов, корпусов опор и других деталей, работающих при повышенных температурах 150-250°C.
[2]Известен литейный сплав на основе магния для работы при повышенных температурах следующего химического состава, мас. %:
[3]| Nd | 2,2-2,6 |
| Zr | 0,4-0,1 |
| Zn | 0,1-0,7 |
| Mg | остальное |
[4](ГОСТ 2856-79 "Сплавы магниевые литейные").
[5]Недостатком сплава является низкий предел прочности σB=235 МПа, что не соответствует требованиям, предъявляемым к ресурсу и надежности летательных аппаратов нового поколения.
[6]Известен литейный сплав на основе магния следующего химического состава, мас. %:
[7]| Nd | 1,6-2,3 |
| Y | 1,4-2,2 |
| Zr | 0,4-1,0 |
| Zn | 0,1-0,6 |
| Mg | остальное |
[8](ГОСТ 2856-79 "Сплавы магниевые литейные").
[9]Недостатком сплава является его низкие механические свойства. При температуре 20°C предел прочности σB равен 220 МПа, а предел текучести σ0,2=120 МПа.
[10]Известен литейный магниевый сплав на основе магния для работы при повышенных температурах следующего химического состава, мас %:
[11]| Но | 8-12 |
| Nd | 3-6 |
| Zn | 0,4-1,0 |
| Zr | 0,4-0,6 |
| примеси Ni, Cu, Fe, Si, Al | менее 0,05 |
| Mg | остальное |
[12](CN 2011174120 A, 10.08.2011).
[13]Недостатком известного сплава является его высокая стоимость из-за наличия одного из самых дорогих легирующих элементов - гольмия. Кроме того, при выплавке сплава возможно образование пленистых включений, которые не позволяют получить отливки высокого качества.
[14]Известен сплав на основе магния следующего химического состава, мас. %:
[15]| Zn | 8,0-8,5 |
| Zr | 0,7-0,9 |
| Cd | 0,1-0,2 |
| Ag | 2,5-3,0 |
| В | 0,1-0,15 |
| Mg | остальное |
[16](RU 2355802 C1, 20.05.2009).
[17]Известный сплав имеет высокие механические свойства при температуре t=20°C, но разупрочняется при повышении температуры до 180-250°C. Указанный недостаток не позволяет использовать его в изделиях, эксплуатирующихся при повышенных температурах. Недостатком известного сплава является наличие в нем серебра в качестве упрочняющей легирующей добавки. Указанная добавка требует строгой отчетности при выплавке и механической обработке сплава.
[18]Наиболее близким аналогом является сплав следующего химического состава, мас. %:
[19]| Zn | 8,0-10,0 |
| Zr | 0,7-1,0 |
| Cd | 0,01-2,0 |
| В | 0,001-0,10 |
| In | 0,5-2,5 |
| по крайней мере, один РЗМ из группы Nd, Се, Pr, La, | |
| Dy, Er, Gd | 0,01-0,3 |
| Mg | остальное |
[20](RU 2425903 C1, 10.08.2011).
[21]Недостатком сплава-прототипа являются низкие значения жаропрочных характеристик при повышенных температурах. Так, длительная прочность сплава за 100 часов при 250°C составляет σ100250=40−45 МПа
. Предел ползучести при 150°C за 100 часов составляет σ0,2100250=83 МПа
.
[22]Техническим результатом является повышение жаропрочности и ударной вязкости сплава на основе магния.
[23]Для достижения технического результата предложен Сплав на основе магния, включающий цинк, цирконий, кадмий и, по крайней мере, два редкоземельных металла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит иттербий, а редкоземельные металлы выбираются из группы: неодим, иттрий, гадолиний и диспрозий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
[24]| Zn | 0,3-1,0 |
| Zr | 0,4-0,8 |
| Cd | 0,001-0,8 |
| Yb | 0,001-0,4 |
| по крайней мере, два редкоземельных металла, | |
| выбранных из группы: Nd, Y, Gd, Dy | 3,0-10,5 |
| Mg | остальное |
[25]Экспериментально установлено, что легирование предложенного сплава, по крайней мере, двумя редкоземельными металлами, выбранными из группы: Nd, Y, Gd, Dy, а также дополнительное легирование иттербием при заявленном соотношении компонентов повышает жаропрочные характеристики, а именно: предел длительной прочности σ100250
до 100-110 МПа, предел ползучести σ0,2 100250
до 60 МПа и ударную вязкость KCU до 45-50 кДж/м2 при сохранении высокого предела прочности при комнатной температуре (σB20=270−280 МПа
).
[26]Совместное легирование, по крайней мере двумя редкоземельными металлами, выбранными из группы неодимом, иттрием, гадолинием и диспрозием, позволяет усилить эффект их влияния на структуру и прочностные характеристики сплава за счет увеличения растворимости и образования значительной области α-твердых растворов. Высокая температура плавления у РЗМ, большая стабильность сложнолегированного твердого раствора, увеличение электронной концентрации при введении в магниевый сплав трехвалентных редкоземельных металлов повышает силы межатомной связи. Дополнительное легирование иттербием усиливает дисперсность интерметаллических соединений, образующихся в предложенном сплаве, таких как (MgZn)12Nd, Mg6Gd, Mg[Y,Gd,Dy,Yb], Mg24Y5, которые при термической обработке переходят в а-твердый раствор, упрочняя его и обеспечивая создания гетерофазной тонкой структуры, за счет чего достигается высокая жаропрочность сплава.
[27]Примеры осуществления.
[28]Предлагаемый сплав и сплав-прототип приготавливали в одинаковых условиях. В тигель газового горна загружали магний, после его расплавления вводили расчетные компоненты сплава. Затем выполняли технологические операции, необходимые для приготовления сплава. Плавку вели с применением флюса ВИ2. Масса каждой плавки составляла 8 кг. Из приготовленного сплава заливали слитки в кокиль диаметром 20 мм для вытачивания из них образцов и проведения испытаний жаропрочности и ударной вязкости, также заливали отдельно отлитые образцы диаметром 12 мм для определения механических свойств сплавов при комнатной температуре. Сравнительные механические свойства сплавов при комнатной температуре (t=20°C) исследовали в соответствии с ГОСТ 1497, жаропрочные характеристики сплавов - пределы длительной прочности и ползучести исследовали в соответствии с ГОСТ 10145-81 и 3248-81. Ударную вязкость KCU исследовали в соответствии с ГОСТ 9454-78.
[29]В табл. 1 представлены составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа и их свойства.
[30]Полученные результаты подтверждают преимущества предлагаемого сплава. По значениям длительной прочности за 100 часов при t=250°C предлагаемый сплав в 2 и более раз превосходит сплав-прототип; по значениям ударной вязкости - на 45-50%. Предлагаемый жаропрочный литейный магниевый сплав может быть использован в узлах двигателей и агрегатов, для корпусных деталей насосов, вентиляторов, опор, маслоагрегатов, для работы изделий в интервале температур 20-250°C. Использование сплава позволит повысить весовую эффективность на 15-20%, эксплуатационную надежность и долговечность деталей авиакосмических изделий, а также двигателей наземного базирования в газоперекачивающих установках.
[31]
