МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В промышленности применяют магниевые сплавы на базе систем Mg – Al – Zn, Mg – Mn – Ce и др. Наиболее широко используются магниевые сплавы на базе системы Mg – Al – Zn с добавкой марганца, известные под собирательным названием электрон.

Как и алюминиевые, промышленные магниевые сплавы подразделяют на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые сплавы

Наиболее широко используемый литейный магниевый сплав МЛ5 содержит 8 % Al, 0,5 % Zn и 0,3 % Mn (рис. 16). Алюминий и цинк вводят для упрочнения сплава. Алюминий входит в раствор на основе Mg, а также образует с магнием g-фазу – интерметаллид Mg₁₇Al₁₂. Цинк в сплаве МЛ5 самостоятельной фазы не образует. Он частично входит в раствор базе Mg, а частично растворен в соединении Mg₁₇Al₁₂, замещая в нем атомы Mg м Al, без нарушения стехиометричности. Более точной формулой главной избыточной g-фазы в сплаве МЛ5 является (Mg,Zn)₁₇(Al,Zn)₁₂.

Рис. 16. Начальные области диаграмм состояния магния с Al, Zn и Mn

Марганец в сплаве МЛ5 частично входит в твердый раствор на базе Mg, а частично входит в состав алюминидов типа Al₈Mn₅ и AlMn. В алюминидах Mn растворена вся примесь железа. Таким образом, Mn предотвращает образование самостоятельных железосодержащих фаз, резко снижающих стойкость против коррозии магниевых сплавов.

В литом состоянии сплав МЛ5 содержит две главные структурные составляющие: первичные дендриты a-раствора Al, Zn и Mn в магнии и образовавшиеся из эвтектического расплава по границам зерен и между ветвями дендритов a-раствора кристаллы интерметаллида Mg₁₇Al₁₂ (эвтектика вырождена). Интерметаллид Mg₁₇Al₁₂ хорошо выделяется на светлом фоне раствора в виде четко очерченных светлых включений. При медленной кристаллизации в песчаной форме эти включения довольно крупные, извилистые и вытянуты по границам зерен. При быстрой кристаллизации в кокиле (металлической форме) они более мелкие и округлые. Вокруг включений интерметаллида эвтектического происхождения часто встречаются темные участки фазы, в которых при замедленном охлаждении в литейной форме, особенно в песчаной, успел произойти распад пересыщенного раствора с выделением интерметаллида Mg₁₇Al₁₂. Кроме основного интерметаллида Mg₁₇Al₁₂ в литом сплаве в небольшом количестве содержатся алюминиды Mn в виде четко очерченных сероватого цвета включений, неравномерно распределенных по телу и границам зерен раствора.

Сплав МЛ5 используют в состоянии после закалки с 420°С и реже после закалки со старением при 175°С, 16 ч или при 200°С, 8 ч. Благодаря высокой устойчивости переохлажденного твердого раствора против распада сплав МЛ5 можно закаливать с охлаждением на воздухе. При нагреве под закалку неравновесные избыточные фазы переходят в a-раствор, и после закалки сплав МЛ5 должен состоять из одной фазы – пересыщенного a-раствора всех легирующих элементов в магнии. После закалки в воде границы зерен раствора плохо выявляются, а после закалки на воздухе они протравливаются из-за того, что около них частично успевает пройти распад a-раствора с выделением второй фазы (Mg₁₇Al₁₂).

При старении сплава МЛ5 происходит распад пересыщенного a-раствора с выделением интерметаллида Mg₁₇Al₁₂. В сплавах типа «электрон» распад пересыщенного раствора при старении начинается по границам зерен. Приграничные области, внутри которых прошел распад, сильно травятся и под микроскопом при средних увеличениях выявляются в виде темных участков. Внутри этих участков выделения Mg₁₇Al₁₂ имеют пластинчатую форму, а a-фаза по своей концентрации близка к равновесной (a_P ), в то время как нераспавшиеся светлые участки исходного a-раствора по-прежнему сильно пересыщены легирующими элементами (a_П). С увеличением продолжительности старения темные участки охватывают все большую площадь шлифа и, при достаточно большом времени старения, светлые участки исходного a_П раствора исчезают. Следовательно, при сравнительно небольшом времени старения сплав МЛ5 содержит две структурные составляющие: a_П и (a_P +Mg₁₇Al₁₂ ).

Деформируемые магниевые сплавы

Сплав МА2-1 относится к группе сплавов на основе системы Mg – Al – Zn. Он содержит 4,5 % Al, 1,2 % Zn и 0,5 % Mn. Структура этого сплава в литом состоянии аналогична структуре сплава МЛ5, но отличается меньшим количеством Mg₁₇Al₁₂ из-за более низкого содержания Al в сплаве МА2-1. Сплав МА2-1 не подвергают закалке и старению. После горячей обработки давлением в состоянии поставки структура полуфабрикатов из сплава МА2-1 состоит из рекристаллизованных зерен a-раствора на базе Mg и остатков нерастворившихся при температуре горячей деформации частиц Mg₁₇Al₁₂ и алюминидов марганца.

Сплав МА8 разработан на базе системы Mg – Mn. Он содержит 1,8 % Mn и 0,3 % Ce. Mn входит в твердый раствор на основе магния, церий образует в сплаве соединение Mg₉Ce и частично растворен в Mg. В литом состоянии структура сплава состоит из малолегированного раствора на базе магния, граненых включений Mn и округлых включений Mg₉Ce, входящих в вырожденную эвтектику a+Mn+Mg₉Ce. Сплав МА8 термической обработкой не упрочняют. Листы из него подвергают только отжигу при 350°С, 30 мин. В отожженном состоянии – структура сплава состоит из рекристаллизованных зерен раствора на базе Mg, включений Mn и Mg₉Ce. Дисперсные включения Mg₉Ce способствуют получению мелкого зерна магниевого раствора, повышая прочность и пластичность. Сплав МА8 идет на изготовление листов и отличается повышенной пластичностью и свариваемостью.

Механические свойства отливок сплава МЛ5 в закаленном состоянии и отожженных листов из сплавов МА2-1 и МА8 соответственно равны: s_B, МПа, 220, 280 и 250 и d , %, 5, 12 и 16.

Порядок проведения работы

1. Просмотреть шлифы при увеличениях 200-300, определить структурные составляющие и в отчете схематично зарисовать структуру всех образцов.

2. Под каждой микроструктурой подписать марку сплава, указать химический состав, увеличение микроскопа и структурные составляющие.

3. Рядом с микроструктурами начертить соответствующие диаграммы состояния, необходимые для анализа структурных составляющих.

Лабораторная работа № 6