Сплавы магния: Магний и его сплавы

alexxlab | 08.01.1977 | 0 | Разное

Содержание

Магний и его сплавы

Магний имеет температуру плавления 650°. Удельный вес его 1,74 г/см³ — он самый легкий из всех применяемых в технике металлов.

Кристаллическая решетка магния гексагональная.

В литом состоянии предел прочности магния на разрыв составляет 10—13 кг/мм² при относительном удлинении 3—6%.

Магний обладает большой активностью при взаимодействии с кислородом и в виде порошка и тонкой ленты сгорает на воздухе при ослепительно белом пламени.

В чистом виде магний применяют в пиротехнике, при фотографии — для осветительных эффектов; наиболее широкое применение он получил для изготовления сверхлегких сплавов (электрон).

Металлический магний получается главным образом путем электролиза при температуре 750—770° безводного хлористого магния (MgCl₂). Одновременно с магнием при этом получается и газообразный хлор.

Магниевые сплавы

Магниевые сплавы характеризуются небольшим удельным весом (около 2,0 г/см³, т.е. они в 1½ раза легче алюминиевых сплавов).

Магниевые сплавы обладают отличной механической обрабатываемостью, допускающей высокие скорости резания, и сравнительно большой прочностью (δдо 27 кг/мм²).

Недостатки магниевых сплавов

Недостатками магниевых сплавов являются:

их легкая окисляемость и самовозгораемость при плавке, что вызывает необходимость плавки и разливки этих сплавов под слоем флюсов или в вакууме;
меньшая коррозионная стойкость и более низкие литейные свойства, чем у алюминиевых сплавов.

Эти недостатки устраняются добавкой в сплавы небольших количеств бериллия, нанесением защитных покрытий и улучшением технологии производства отливок.

Обозначение

Магниевые литейные сплавы согласно ГОСТ 2856—45 обозначаются марками МЛ1, МЛ3 и т.д. до МЛ6.

Марки, химический состав и примерное назначение некоторых литейных магниевых сплавов приведены в табл. 24.

Таблица 24

Магниевые деформируемые сплавы

Магниевые деформируемые сплавы обозначаются марками MA1, МА2 и т.д. до МА5.

По химическому составу эти сплавы незначительно отличаются от литейных.

Например, сплав МА5 содержит 7,8—9,2% алюминия, 0,2—0,8% цинка, 0,15—0,5% марганца; остальное — магний.

Эти сплавы применяют для:

штамповок,
реже — для листов,
реже — для ленты и профиля.

Деформация сплавов происходит в нагретом состоянии.

Сплав МА5 применяется для изготовления путем штамповки различных деталей, несущих повышенные нагрузки. Его окончательная термическая обработка заключается в закалке при температуре 410—425° с охлаждением на воздухе.

Поковки и штамповки после такой обработки имеют предел прочности σ_в

= 27 кг/мм², относительное удлинение 6 = 6% и твердость Нв — 56.

Детали из магниевых сплавов защищаются

от коррозии разнообразными лакокрасочными покрытиями, а также обработкой в окислительных средах.

Так, например, коррозионная стойкость магниевых сплавов в воде и во влажной атмосфере повышается в десятки раз после обработки их в растворах хромпика и азотной кислоты (хроматирование).

Суперлегкий магний | Наука НИТУ «МИСиС»

Инновационная технология НИТУ «МИСиС» обеспечит российский авиакосмос суперлегкими магниевыми деталями

Материаловеды НИТУ «МИСиС» разработали инновационный и экономичный способ производства, обеспечивающий получение уникальных магниевых сплавов для авиакосмической промышленности и машиностроения. Новый тип флюса (расплавленная солевая прослойка — обязательная составляющая технологии производства) позволяет получить легкий и прочный металл с повышенной коррозионной стойкостью и высокими механическими свойствами. Применение магниевых деталей способствует уменьшению массы самолета или автомобиля. В настоящее время промышленные испытания технологии уже проводятся на отечественных авиастроительных предприятиях: ОАО «Каменск-Уральский литейный завод», НПО «Сатурн», ОАО «Казанское Моторостроительное Производственное Объединение» и др.

Магний — очень легкий металл, его плотность меньше, чем у алюминия и титана: 1,73 грамма на кубический сантиметр по сравнению с 4,5 и 2,7 грамма на кубический сантиметр соответственно. Для авиации и космоса, где борьба за каждый поднятый килограмм идет на тонны топлива. Однако низкая коррозионная стойкость магниевых сплавов российского производства не позволяет применять их в авиации, ракето- и автомобилестроении. Это отрицательно сказывается на конкурентоспособности российской техники на мировом рынке.

Характерной особенностью магниевых сплавов является высокая химическая активность в расплавленном состоянии, что делает невозможным их плавку на воздухе без специальных защитных мер, исключающих контакт поверхности расплава с воздухом.

Поэтому еще на начальном этапе развития магниевой промышленности разработали такие меры: на поверхность расплава наносят специальную легкоплавкую соль — флюс, которая растекается и предохраняет металл от окисления и возгорания. На плавку, рафинирование и вспомогательные операции при производстве тонны магниевого сплава требуется в среднем 300 килограммов флюса.

Еще одна проблема заключается в том, что высококачественный магниевый сплав должен быть свободным от примесей, особенно хлоридов. Иначе коррозионная стойкость металла резко снизится, а его механические свойства ухудшатся, то есть сплав окажется непригодным в такой требовательной к качеству отрасли, как авиакосмическая.

«Мы решили задачу путем введения 30% хлорида кальция в состав флюса на основе уральского минерала карналлита, получив флюс с высоким очищающим эффектом, — рассказал руководитель проекта,
ведущий инженер Центра инжиниринга промышленных технологий НИТУ „МИСиС“ Антон Наливайко, -Улучшенный состав и способ изготовления обеспечивают хорошую растекаемость, длительный период с момента нанесения флюса до появления первых очагов возгорания на поверхности расплавленного металла и, что самое главное, полное отсутствие брака по солевым включениям. В итоге технология гарантирует повышение коррозионной стойкости магниевых отливок, уменьшение потерь легирующих компонентов и, как следствие, стабильный химический состав сплавов».

Применение созданной в НИТУ «МИСиС» под руководством профессора кафедры цветных металлов и золота Вадима Тарасова совместно с индустриальным партнером ООО «ОК СТРОЙБИС» технологии производства магния поможет исключить образование содержащих токсичный барий шлаков, улучшить качество производимого сплава, повысить его конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках и в конечном счете увеличить объем импортозамещения в авиакосмическом и автомобильном секторах российской промышленности.

Применение инновации в промышленных масштабах позволит снизить стоимость магниевого литья на 20-30% и одновременно повысить его коррозионную стойкость. Следовательно, будут устранены две главные причины ограниченного использования подобных сплавов в российской авиакосмической отрасли.

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЯ

Магний (Mg) впервые обнаружен в 1828 г. в соединениях, найденных вблизи греческого города Магнезий. В природе он встречается только в связанном состоянии и относится к числу наиболее распространенных металлов. На долю магниевых соединений приходится более 12% от общего количества известных минералов. Так же, как и алюминий, магний обладает высокими значениями теплоемкости, скрытой теплоты плавления, электропроводности и невысокой температурой плавления. Важнейшим свойством машин является малая плотность.

Магний обладает большой химической активностью по отношению к кислороду. В виде порошка или ленты магний легко загорается на воздухе, давая яркое ослепительное пламя. В атмосферных условиях он имеет удовлетворительную коррозионную стойкость, однако в присутствии влаги быстро корродирует. Магний реагирует с водой, образуя осадок гидроокиси. Он значительно корродирует в морской воде к 3%-ном растворе хлористого натрия. Сильно действуют на магний разбавленные минеральные кислоты (кроме плавиковой), а также большинство органических кислот.

Магний устойчив против воздействия растворов едких щелочей, фтористых солей, плавиковой кислоты, а также по отношению к спиртам (за исключением метилового), керосину, бензину, фреону и минеральным маслам. Он является энергичным восстановителем и вытесняет менее активные металлы из их соединений.

Магний отлично обрабатывается резанием, но механические и литейные свойства его невысоки, что исключает применение его в качестве конструкционного материала.

Со многими металлами магний образует сплавы, которые обладают более высокими по сравнению с чистым магнием механическими свойствами и коррозионной стойкостью, что значительно расширяет область применения магния.

Легкие магниевые сплавы используют в качестве конструкционного материала для различных частей самолетов, а также железнодорожного и автомобильного транспорта. Детали из магниевых сплавов, полученные литьем под давлением, применяют в производстве оптических и точных приборов. Магниевый порошок служит высококалорийным топливом в ракетной технике, в химической промышленности его используют для обезвоживания органических веществ и для синтеза сложных органических веществ.

Магний применяют также в качестве раскислителя в производстве стали и цветного литья, для получения трудновосстановимых металлов и их сплавов, для модифицирования чугуна, в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных изделий и конструкций. Ниже приводятся физические и механические свойства магния:

Атомная масса	24,32
Плотность при 20°С, г/см3	1,74
Температура, °С:
плавления	650
кипения	1107
Удельная теплоемкость, кал/г	0,25
Теплопроводность кал/(см·сек·град)	0,37
Скрытая теплота плавления, кал/г	70
Коэффициент линейного расширения, 1 /град	25,5*10-6
Удельное электросопротивление, ом-мм2/м	0,047
Временное сопротивление при растяжении магния, кГ/мм2
литого	8,5-13
деформированного	25
отожженного	18
Предел текучести , кГ/мм2,
Литого магния	2,1
Деформированного магния	18,9
Отожженного магния	9,8
Относительное удлинение магния, %:
литого	3-6
Деформированного	8-10
отожженного	15-17
Предел упругости магния, кГ/мм2:	1,2
Модуль упругости, кГ/мм2	4360
Модуль сдвига, кГ/мм2	1700
Предел усталости отожженного магния базе 50*10⁷ циклов, кГ/мм2	6,3
Твердость НВ магния, кГ/мм2
литого	25-30
Деформированного	50
отожженного	40

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

В качестве основных легирующих элементов сплавы па магниевой основе содержат алюминий и цинк, которые значительно улучшают механические свойства магния.

Марганец повышает коррозионную стойкость магниевых сплавов и способствует измельчению зерна, поэтому он присутствует во многих магниевых сплавах, а в сплаве Мл2 является основным легирующим элементом. Введение в магниевые сплавы титана и селена (до 0,5%) повышает пластичность сплавов и способствует измельчению зерна. Бериллий, в небольших количествах, создает окисную пленку и предохраняет его от дальнейшего окисления.

Примеси калия, натрия, никеля, меди, железа в магниевых сплавах относятся к числу вредных примесей.

Растворимость элементов, образующих с магнием сплавы, изменяется с изменением температуры. Это позволяет применять к магниевым сплавам упрочняющую термическую обработку.

Магниевые сплавы разделяют на литейные, предназначенные для производства отливок, и деформируемые.

В зависимости от механических свойств литейные сплавы можно условно разделить на три группы: средней прочности, высокопрочные и жаропрочные.

Сплавы средней прочности имеют временное сопротивление не менее 16 кГ/мм2. К ним относятся сплавы магния с алюминием и цинком типа Мл3. Сплавы этой группы не упрочняются термической обработкой. Для снятия внутренних напряжений детали сложной формы из указанных сплавов подвергают отжигу при 325°С. Сплавы средней прочности обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Для повышения коррозионной стойкости детали из этих сплавов подвергают оксидированию.

Наибольшее применение из этой группы сплавов имеет сплав Мл6, в котором сочетаются высокие механические и технологические свойства. Из этого сплава изготовляют детали летательных аппаратов, детали колес, детали управления и крыла самолета, корпусы агрегатов, маслопомпы; в автомобильной промышленности — отливки картера двигателя, коробки передач, детали автомобильных колес; в тракторной промышленностикорпусы коробок передачи т. д.

Сплав Мл4 превосходит сплав Мл5 по коррозионной стойкости. Однако он обладает ограниченной свариваемостью, повышенной склонностью к образованию горячих трещин и микрорыхлоты в отливках, а также пониженной герметичностью и поэтому имеет ограниченное применение. Применяют сплав Мл4 главным образом для протекторной защиты в судостроении. Для отливок рекомендуется использовать песчаные формы. Для литья в кокиль и под давлением этот сплав не пригоден. Из высокопрочных сплавов машин с алюминием и цинком сплав Мл6 имеет самое высокое временное сопротивление. Пластичность сплава при комнатной температуре низкая.

Сплав Мл6, так же как и сплав Мл5, обладает хорошими литейными свойствами и применяется для получения сложных крупногабаритных отливок.

Сплав Мл12 при высоком пределе текучести обладает более высокой пластичностью по сравнению со сплавами Мл5 и Мл6. Это позволяет использовать его в условиях статических и знакопеременных нагрузок. По сравнению со сплавом Мл6 он имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин при литье тонкостенных деталей.

Сплав Мл15 по пластичности при комнатной температуре занимает промежуточное положение между сплавами Мл12 и Мл6. Сплав Мл 15, легированный лантаном, превосходит сплав Мл 12 по пределам ползучести и длительной прочности и является самым жаропрочным из всех магниевых литейных сплавов высокой прочности. По литейным свойствам сплав Мл1б также превосходит сплав Мл12, отливки из него характеризуются высокой пластичностью.

Технологические свойства сплавов Мл 12 и Мл 15 зависят от содержания в них циркония. Наилучшие свойства достигаются при содержании циркония 0,8%. Магниевые жаропрочные литейные сплавы предназначаются для отливки деталей, работающих при 250—350°С и кратковременно при 350— 400°С. К этой группе сплавов относятся сплавы магния с РЗМ и Zr.

Магниевые литейные коррозионностойкие сплавы по коррозионной стойкости превосходят сплав Мл5. К ним относятся сплавы Мл4пч, Мл5пч, Мл2, а также сплавы магния с цирконием. Повышение коррозионной стойкости деталей из сплавов Мл4пч и Млбпч по сравнению со сплавами Мл4 и Мл6 достигается ограничением содержания вредных примесей и применением при литье бесхлоридных флюсов вместо хлористых флюсов. При этом получают отливки, практически свободные от включений хлористых флюсов, образующих с влагой, концентрированные растворы хлористых солей, разрушающих магниевые сплавы.

Сплавы Мл4пч и Мл5пч применяют для изготовления высоконагруженных деталей, длительно работающих в тяжелых условиях, в том числе в атмосферных условиях повышенной влажности.

Сплав Мл2 способен противостоять действию концентрированных растворов едкого натра при температурах до 120°С и растворов соды. Негашеная известь, известковые растворы и бетон разрушают отливки из сплава Мл2 очень медленно. Применение сплава Мл2 ограничивается из-за его низких (механических и технологических свойств. Применяют этот сплав для изготовления малонагруженных деталей простой конфигурации — баков, бензо-масляной арматуры, а также деталей, работающих в щелочной среде.

Магниевые деформируемые сплавы. Эти сплавы подвергаются прокатке, прессованию, ковке и штамповке. К ним относятся сплавы, легированные алюминием, цинком, марганцем, цирконием, редкоземельными элементами, торием и другими металлами. Их применяют для изготовления деталей механической обработкой, сваркой и клепкой, объемной и листовой штамповкой. Из них делают прессованные прутки, полосы, профили и трубы, катаные плиты и листы, поковки и штамповки.

Сплавы магния с марганцем, содержащие марганца в пределах 1,3—2,5%, отличаются наиболее высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и высокой пластичностью. По механическим свойствам они относятся к сплавам низкой прочности с временным сопротивлением 17—23 кГ/мм2. Из этих сплавов изготовляют листы толщиной 0,8—10 мм, прессованные прутки диаметром до 130 мм, прессованные профили, поковки и штамповки.

Магниевые деформируемые сплавы с марганцем и небольшой добавкой церия (МА8), а также спла(в магния с алюминием, цинком и марганцем (МА2) относятся к группе сплавов средней прочности (временное сопротивление 23—26 кГ/мм2). Они обладают хорошей технологической пластичностью в нагартованном состоянии, достаточной для изготовления из них листов и всех других видов деформируемых полуфабрикатов, а также удовлетворительной общей коррозионной стойкостью. Сплав МА8 не подвержен коррозии .под напряжением, а сплав МА2 имеет незначительную склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Для защиты сплавов этой группы от коррозии применяют покрытия неорганическими пленками и лакокрасочные покрытия.

Сплавы средней прочности термической обработкой не упрочняются. Они удовлетворительно свариваются аргонодуговой и контактной электросваркой. Детали из сплава МА2 могут работать при темпераiypax до 150°С, а из сплава МА8 — до 200—250°С.

Сплавы магниевые деформируемые с временным сопротивлением 26—40 кГ/мм2 образуют группу высокопрочных сплавов. В эту группу входят сплавы MA2-1, МА5, МА14. Из сплава МА2-1 изготовляют все виды деформируемых полуфабрикатов, а из остальных сплавов — прессованные изделия и штамповки.

Общая коррозионная стойкость магниевых деформируемых сплавов высокой прочности удовлетворительная. Однако при эксплуатации детали из этих сплавов необходимо защищать неорганическими пленками и лакокрасочными покрытиями. Они обладают различной склонностью к коррозии под напряжением.

Сплав МА5 рекомендуется применять для деталей, работающих при длительно растягивающих напряжениях, не превышающих 60% предела текучести при растяжении.

Сплав MA2-1 термической обработкой не упрочняется. Сплавы МА14 и МАБ подвергают закалке на воздухе или в горячей воде и искусственному старению.

Наибольшее применение из деформируемых магниевых сплавов высокой прочности получили сплавы МА14 и МА2-1.

Сплавы типа МА2-1 применяют для обшивки, изготовления перегородок и шпангоутов, а также в виде труб и профилей для сварных конструкций и деталей, выполняемых объемной штамповкой. Из них можно изготовлять кузовы, бензобаки, приборные щитки и другие детали спортивных автомобилей.

Сплав МА14 применяют для несвариваемых крупногабаритных нагруженных деталей, не имеющих тонких сечений.

Сплавы MA1, МА2, МА2-4, МАБ и МА14 пригодны для работы при температурах до 150°С, а сплав МА8—при температурах до 200°С.

не должно быть не менее 99,9%, а примесей— не более 0,1%, в том числе 0,04% Fe; 0,01% Si; 0,001% Ni; 0,005% Сu; 0,02% Al; 0,04% Μn; 0,005% Cl.

Магний поставляют в .виде чушек массой 8,0±1,0 кг или в виде слитков. Поверхность чушек магния должна быть без наплывов, неслитин, флюсовых включений и продуктов горения магния. В срезе чушек не должно быть флюсовых включений общей площадью более 4 мм2, а также других посторонних включений.

Магниевые сплавы: особенности производства и применение

Запросить цену

Задать вопрос

ООО «Орион-Спецсплав-Гатчина» реализует магниевые сплавы, производство которых осуществлено в соответствии с ГОСТ 2581-78. Реальные характеристики продукции гарантированно соответствуют заявленным. Данный материал востребован при изготовлении фасонных деталей, а также при отливке крупногабаритных заготовок.

Магниевые сплавы отличает малая плотность, а наряду с тем высокие механические свойства. Это позволяет использовать их с целью уменьшения веса различных машин, например двигателей мотоциклов, отбойных молотов и т. д.

Применение магниевых сплавов

Зачастую магниевые сплавы используют для создания деталей автомобильных колес, а также самолетов. Это связано с тем, что такой материал способен противостоять ударным нагрузкам. Помимо этого, он эффективно поглощает энергию и имеет низкую упругость.

Таким образом, данный материал, благодаря своим характеристикам, является незаменимым компонентом в области авиастроения, ракетной техники, а также в сфере производства машин и транспорта.

Магниевые сплавы: производство и особенности

В настоящее время магниевые сплавы изготавливают по двум методикам: одноступенчатой и комбинированной. В первом случае разливку металла в формы осуществляют непосредственно из специальной печи. Процесс производят с использованием ковша или плавильного тигля. Комбинированная технология изготовления магниевого сплава подразумевает применение отражательных или индукционных печей, имеющих большую емкость.

Специалисты нашей компании имеют значительный опыт работы. При изготовлении магниевых сплавов они в точности соблюдают технологию и выдерживают определенное содержание добавок и компонентов, что позволяет получить продукт с оптимальными характеристиками. Более того, на каждом этапе производства осуществляется контроль качества.

Mg	Al	Zn	Mn	Zr	Nd	Be	Al	Si	Fe	Ni	Cu
ММ2	Основа	–	–	1,5-2,2	–	–	–	0,04	0,07	0,05	0,004	0,03	0,2
МА8Ц	»	7,5-8,7	0,3-0,8	0,2-0,5	–	–	–	–	0,1	0,02	0,004	0,05	0,18
МА8Цэ	»	7,5-8,7	0,3-1,5	0,2-0,5	–	–	–	–	0,5	0,028	0,01	0,35	0,9
МА8Цч	»	7,5-8,7	0,3-0,8	0,2-0,5	–	–	–	–	0,04	0,005	0,001	0,01	0,06
МА8ЦБч	»	7,5-8,7	0,3-0,8	0,2-0,5	–	–	0,001-0,002	–	0,04	0,005	0,001	0,01	0,06
МА10Ц1	»	9,0-10,0	0,7-1,2	0,2-0,5	–	–	–	–	0,15	0,05	0,005	0,05	0,26
МЦр1Н3	»	–	–	–	0,4-1,1	2,6-3,2	–	0,02	0,02	0,01	0,004	0,01	0,07

Сплавы магниевые литейные, ГОСТ 2856-79

Mg	Al	Mn	Zn	Zr	Cd	In	Сумма РЗМ	La	Nd	Y
МЛ3	Основа	2,5-3,5	0,15-0,5	0,5-1,5	–	–	–					0,5
МЛ4		5,0-7,0	0,15-0,5	2,0-3,0	–	–	–					0,5
МЛ4п.ч.		5,0-7,0	0,15-0,5	2,0-3,0	–	–	–					0,13
МЛ3		7,5-9,0	0,15-0,5	0,2-0,8	–	–	–					0,5
МЛ5 п.ч.		7,5-9,0	0,15-0,5	0,2-0,8	–	–	–					0,13
МЛ5 о.н.		7,5-9,0	0,15-0,5	0,2-0,8	–	–	–					0,7
МЛ6		9,0-10,2	0,1-0,5	0,5-1,2	–	–	–					0,5
МЛ8 (Мл12-1)		–	–	5,5-6,6	0,7-1,1	0,2-0,8	–					0,2
МЛ9(ВМл2)		–	–	–	0,4-1,0	–	0,2-0,8			1,9-2,6		0,35
МЛ 10		–	–	0,1-0,7	0,4-1,0	–	–			2,2-2,8		0,2
МЛ11		–	–	0,2-0,7	0,4-1,0	–	–	2,5-4,0				0,2
МЛ12		–	–	4,0-5,0	0,6-1,1	–	–					0,2
МЛ15		–	–	4,0-5,0	0,7-1,1	–	–		0,6-1,2			0,2
МЛ19		–	–	0,1-0,6	0,4-1,0	–	–			1,6-2,3	1,4-2,2	0,25

Лигатуры магний-неодим, ТУ 48-4-271-91

Mg	Nd	Сумма лантана, церия, празеодима	Fe	Cu	Ni	Si	Al
МН	Основа	20-35	2	0,15	0,10	0,01	0,05	0,05

В ООО «Орион-Спецсплав-Гатчина» вы можете приобрести магниевый сплав на оптимальных условиях:

мы предлагаем вниманию клиентов широкий ассортимент продукции. В случае необходимости менеджеры сориентируют по каталогу, а также помогут подобрать подходящий материал;
возможна быстрая доставка магниевого сплава по адресу, удобному для клиента. Сроки и цена обсуждаются индивидуально;
мы успешно сотрудничаем с предприятиями, работающими в области металлургии и машиностроения. Возможна отгрузка продукции практически в любом объеме;
мы всегда соблюдаем договорные обязательства;
цена магниевого сплава доступна, так как наша компания является производителем.

Закономерности влияния различных редкоземельных металлов в магниевых сплавах на их прочностные свойства | Рохлин

Аннотация

По результатам опубликованных исследований указываются основные закономерности по влиянию на свойства магниевых сплавов как легких конструкционных материалов различных редкоземельных металлов. Отмечается, что свойства магниевых сплавов с редкоземельными металлами в значительной степени определяются растворимостью их в твердом магнии, которая последовательно изменяется с увеличением атомного номера этих элементов и склонности к упрочнению при распаде магниевого твердого раствора. Сообщается о возможности улучшения свойств магниевых сплавов при легировании различными редкоземельными металлами в определенном их соотношении и приводятся примеры новых сплавов подобного типа.

Проведенные в последние годы исследования показали, что легирование магниевых сплавов с использованием редкоземельных металлов (РЗМ) позволяет существенно повысить их прочностные свойства. При этом влияние на магний РЗМ различно [1][2][3]. Редкоземельные металлы располагаются в IIIB группе периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Отметим, что 15 металлов из них с атомными номерами от 57 до 71 находятся в одной ячейке системы, составляя так называемый ряд лантана. РЗМ по ряду свойств делятся на две группы: цериевую с атомными номерами от 57 (лантан) до 63 (европий) и иттриевую с атомными номерами от 64 (гадолиний) до 71 (лютеций). Иттриевая группа включает в себя также скандий (№ 21) и иттрий (№ 39).

Эффективное упрочнение магния при легировании его РЗМ в основном определяется их растворимостью в твердом магнии, которая уменьшается с понижением температуры. В результате этого путем применения термической обработки, включающей в себя нагрев до высокой температуры с последующей закалкой, получают пересыщенный твердый раствор на основе магния, который затем распадается при старении (низкотемпературном отжиге), значительно повышая прочностные характеристики сплава. Чем выше концентрация пересыщенного твердого раствора, тем выше, хотя и до определенных пределов, происходит упрочнение сплава за счет его распада. Различное влияние отдельных РЗМ на прочность магниевых сплавов обусловлено различной растворимостью их в твердом магнии, причем в широких пределах.

На рисунке 1 приведены типичные части диаграмм состояния бинарных сплавов магния с РЗМ в областях, примыкающих к магнию, на которых видно изменение растворимости РЗМ в твердом магнии с температурой и различие в растворимости РЗМ в двух системах бинарных магниевых сплавов, с неодимом и гадолинием.

Рис. 1. Диаграммы состояния бинарных сплавов систем Mg-Nd и Mg-Gd со стороны магния [4]: а – Mg-Nd, б – Mg-Gd

На рисунке 2 показано изменение растворимости РЗМ в твердом магнии в зависимости от их атомного номера. Показаны максимальные значения растворимости и растворимости при различных температурах. В пределах ряда лантана с атомными номерами от 57 до 71 значения растворимости последовательно увеличиваются с двумя исключениями для европия и иттербия с аномально низкими значениями растворимости по сравнению с их соседями. При переходе от РЗМ цериевой группы к металлам иттриевой группы растворимость их в твердом магнии возрастает особенно резко. Значения растворимости иттрия в твердом магнии являются промежуточными между растворимостями в нем РЗМ каждой из групп для всех температур.

Различное влияние отдельных РЗМ на магний проявляется также в кинетике распада пересыщенного магниевого твердого раствора при старении и сопровождающего распад упрочнения сплавов. Об этом свидетельствуют представленные на рисунке 3 результаты измерения твердости бинарных сплавов с различными РЗМ с увеличением времени изотермического старения. Содержание РЗМ было близким к максимальной растворимости их в твердом магнии. Кривые изменения твердости в связи с большой разницей в значениях представлены раздельно для иттриевой группы (а) и цериевой группы (б).

Из представленных данных видно, что эффект упрочнения при старении сплавов магния с металлами иттриевой группы значительно больше, чем эффект упрочнения при старении сплавов магния с металлами цериевой группы. Это можно объяснить большей растворимостью в твердом магнии металлов иттриевой группы, по сравнению с металлами цериевой группы. Среди сплавов с РЗМ цериевой группы максимум упрочнения при старении последовательно возрастает с увеличением атомного номера металла и несколько смещается в сторону увеличения продолжительности старения. При этом заметное упрочнение наблюдается уже при небольших выдержках.

Изменение твердости сплавов магния с РЗМ иттриевой группы с увеличением времени старения имеет другой характер, но одинаковый для всех металлов. Вначале наблюдается инкубационный период упрочнения с незначительным повышением твердости, и только затем следует резкое возрастание твердости и достижение ее максимума. С увеличением атомного номера РЗМ ряда лантана распад магниевого твердого раствора замедляется и максимум твердости смещается в сторону больших выдержек при старении. При этом при наибольшей выдержке 400 ч в случае сплава магния с эрбием он полностью не достигается, а в сплаве с туллием он не наблюдается вообще.

Максимальное упрочнение при старении с увеличением атомного номера РЗМ иттриевой группы ряда лантана имеет тенденцию к снижению. Поведение при старении сплава магния с иттрием близко к поведению сплава с гольмием. Сравнение по упрочнению при старении сплавов магния с различными РЗМ показывает, что в случае иттриевой группы достигается наибольшее упрочнение, но при этом требуется большее время старения. Это отчетливо видно при сравнении крайних в группах сплавов систем Mg-Sm и Mg-Gd. Наибольшее упрочнение при старении достигается в сплавах магния с Gd, Tb, Dy и Y.

Эффект упрочнения, достигаемый при старении сплавов магния с РЗМ иттри- евой группы, зависит от температур старения, уменьшаясь с повышением температуры. Это можно видеть на рисунке 4 в случае сплава магния с диспрозием. В сплавах магния с РЗМ цериевой группы зависимость упрочнения при старении от температуры незначительна.

Таким образом, сплавы с РЗМ цериевой и иттриевой группы имеют преимущества и недостатки, если сравнивать их друг с другом по свойствам. В сплавах с металлами цериевой группы достигаются меньшие прочностные свойства, но для достижения максимального упрочнения у них требуется меньшее время старения. В сплавах же с металлами иттриевой группы может достигаться большее упрочнение, но после более длительных выдержках при старении и при большем содержании дорогих редкоземельных металлов. В ряде случаев оказывается целесообразным использовать для легирования магния совместно РЗМ обеих групп. Взаимодействие совместно двух РЗМ с магнием характеризует примыкающая к магнию часть изотермического сечения одной из диаграмм состояния сплавов подобного типа, представленная на рисунке 5.

Рис. 5. Изотермическое сечение диаграммы состояния Mg-Sm-Dy при 500 °С [6]

Представленная на рисунке 5 часть диаграммы состояния Mg-Sm-Dy показывает, что в равновесии с магниевым твердым раствором находятся только две фазы, являющиеся соединениями магния с каждым из редкоземельных металлов, в которых в значительном количестве растворен другой редкоземельный металл. При этом растворение в соединении одного из редкоземельных металлов в другом происходит путем замены атомов первого. Следует также отметить выпуклость границы области магниевого твердого раствора на диаграмме состояния, указывающую на то, что совместная растворимость обоих РЗМ в магниевом твердом растворе больше, чем сумма растворимостей каждого из них при тех же соотношениях.

Опыт проведения исследований сплавов магния с РЗМ показывает, что во многих случаях целесообразно использовать некоторые из них совместно с тем, чтобы получить наилучшие свойства, и также с экономической точки зрения. При этом могут в составе сплава присутствовать как РЗМ различных групп, так и одной и той же группы.

В Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ РАН) совместно с ВИАМ и ВИЛС был разработан деформируемый магниевый сплав марки ИМВ7-1 с двумя редкоземельными металлами: иттрием и гадолинием, отличающийся высокими прочностными свойствами при близких к комнатной и повышенных температурах. Характерные свойства этого сплава с составом Mg-4,7%Y-4,6%Gd-0,3%Zr представлены в таблице 1. Как можно видеть, наиболее высокие прочностные свойства этого сплава при комнатной температуре достигаются после старения 200 °С, 64 ч. непосредственно после горячего прессования с пределом прочности 435 МПа и относительным удлинением 4,9 %. При температуре испытаний 250 °С на этом сплаве получили значения предела прочности 336 МПа при относительном удлинении 16 % [7].

Таблица 1

Механические свойства горячепрессованной плиты сплава ИМВ7-1 при комнатной температуре.

Продольное направление [7]

Состояние	Предел прочности, МПа	Предел текучести, МПа	Удлинение, %
Горячее прессование	332	231	21,4
Старение, 225 °С, 24 ч	377	287	4,9
Старение, 200 °С, 24 ч	399	316	6,4
Старение, 200 °С, 64 ч	435	388	4,9

В таблице 2 приведены типичные свойства литых сплавов системы Mg-Y-Gd-Zr при содержании легирующих элементов, близком к их содержанию в деформируемом сплаве ИМВ7-1. Как и в случае деформируемого сплава ИМВ-7-1, наиболее высокие прочностные свойства литых сплавов системы Mg-Y- Gd-Zr были достигнуты после упрочняющего старения. Именно эти значения прочностных свойств литых сплавов приведены в таблице 2. Можно видеть, что прочностные свойства литых сплавов существенно ниже, чем у деформированного магниевого сплава ИМВ7-1. Однако по сравнению с литейными магниевыми сплавами без редкоземельных металлов, такими как широко применяемые при близких к комнатной температуре стандартные сплавы МЛ5 и МЛ12, они близки по пределу прочности и превосходят по пределу текучести. При температуре 250 °С сплав с иттрием и гадолинием превосходит стандартный жаропрочный магниевый сплав МЛ10 с неодимом по пределу прочности и близок по пределу текучести. Для указанных стандартных литейных магниевых сплавов в состаренном состоянии приводятся следующие значения прочностных свойств при испытаниях на растяжение при комнатной температуре: для МЛ5 σ_β – 255 МПа, σ₀₂ – 120 МПа и для МЛ12 σ_β – 250 МПа, σ₀₂ – 150 МПа, а при 250 °С для сплава МЛ10 σ_β – 165 МПа, σ₀₂ – 130 МПа [8].

Таблица 2

Механические свойства литых сплавов системы Mg-Y-Gd-Zr

Состав сплава, %	Состояние	Температура испытаний, °С	σ_Ε, МПа	σ₀₂, МПа	δ, %
Mg-3,0Y-4,6Gd-0,35Zr	Гомогениз. 515 °С, 6 ч	20	217	135	21,1
Mg-3,2Y-4,6Gd-0,27Zr	Гомогениз. 515 °С, 6 ч, старение 200 °С, 32 ч.	20	247	164	10,2
Mg-3,0Y-5,2Gd-0,35Zr	Гомогениз. 515 °С, 6 ч, старение 200 ^оС, 24 ч	250	193	136	27,2

Сплавы системы Mg-Y-Gd-Zr показывают высокие прочностные свойства только в состаренном состоянии. При этом режим старения, обеспечивающий наиболее высокие прочностные свойства, предусматривает довольно продолжительное время старения при относительно низкой температуре – 200 °С. Повышение температуры старения выше 200 °С с целью ускорить распад магниевого твердого раствора ускоряет его. Однако при этом максимальное упрочнение снижается. Это является особенностью сплавов магния с РЗМ иттриевой группы, к которой принадлежат как иттрий, так и гадолиний.

В ИМЕТ РАН были проведены исследования, которые показали, что распад магниевого твердого раствора в сплавах системы Mg-Y-Gd-Z типа сплава ИМВ7-1 можно ускорить, используя дополнительное легирование одним из металлов цериевой группы – самарием. Один из результатов таких исследований представлен на рисунке 6, где приведены кривые изменения твердости при изотермическом старении литых сплавов системы Mg- Y-Gd-Zr типа ИМВ7-1 как без добавки, так и с добавкой самария. Представленные кривые изменения твердости показывают, что добавка самария ускоряет упрочнение за счет распада магниевого твердого раствора и при этом повышается также максимальная твердость, достигаемая в состаренном состоянии сплавов.

Заключение

При легировании магния редкоземельными металлами (РЗМ) четко проявляются закономерности их влияния на прочностные свойства сплавов в зависимости от их положения в периодической системе Д.И. Менделеева.
Растворимость РЗМ в твердом магнии последовательно увеличивается в широких пределах с увеличением их атомного номера, хотя и с некоторыми исключениями (в случае европия и иттербия).
Увеличение растворимости РЗМ в твердом магнии способствует повышению прочностных свойств, но только в определенных пределах. Наиболее высокие прочностные свойства в двойных сплавах магния с РЗМ удалось получить в случае трех первых элементов иттри- евой группы ряда лантана: Gd, Tb, Dy, а также Y
Сходство в превращениях при распаде пересыщенного твердого раствора в сплавах магния с РЗМ открывает возможность допускать их использование в определенных пределах совместно, обеспечивая тем самым снижение стоимости сплавов, а также улучшение тех или иных их свойств.

1. Yang Z., Li J. P., Zhang J. X., et al. Review on research and development of magnesium alloys // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2008. Vol. 21. No. 5. P. 313-328.

2. Mordike B. L., Ebert T. Magnesium Properties-applications-potential // Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 302. Р. 37-45.

3. Корнышева И. С., Волкова Е. Ф., Гончаренко Е. С. и др. Перспективы применения магниевых и литейных алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2012. С.212-222.

4. Rokhlin L. L. Magnesium Alloys Containing Rare Earth Metals. London and New York: Taylor and Francis, 2003. 245 p.

5. Рохлин Л. Л. Исследоване распада пересыщенного твердого раствора в сплавах магния с диспрозием // Физика металлов и металловедение. 1983. Т. 55. № 4. С. 733-738.

6. Lukyanova E. A., Rokhlin L. L., Dobatkina T. V, et al. Investigation of the Mg-rich part of the Mg-Dy-Sm phase diagram // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2016. No. 37. P. 664-671.

7. Рохлин Л. Л., Добаткина Т. В., Никитина Н. И. и др. Исследование свойств высокопрочного магниевого сплава системы Mg-Y-Gd-Zr // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 12. С. 15-18.

8. Конструкционные материалы. Справочник / Под ред. Б. Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. 688 с.

9. Лукьянова Е. А., Рохлин Л. Л., Добаткина Т. В. и др. Влияние самария на структуру и свойства сплава ИМВ7-1 системы Mg-Y-Gd-Zr //Металлы. 2018. № 1. C. 58-63.

Томские ученые улучшают свойства алюминия и магния с помощью алмазов

Ученые лаборатории нанотехнологий металлургии Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают способы получения магниевых и алюминиевых сплавов с улучшенными свойствами для промышленности.

«Сплавы алюминия и магния широко применяются в промышленности — например, в самолетах очень много сплавов алюминия, — говорит сотрудник лаборатории Илья Жуков. — Мы используем оригинальные неметаллические частицы — оксид алюминия, алмаз и другие тугоплавкие соединения — и методы их введения в расплав. На выходе получаем материал, свойства которого улучшены в полтора-два раза. Такие сплавы нужны для авиастроения, автомобилестроения, космической отрасли, судостроения, а также в медицине, спорте и на других рынках».

Один из проектов томских ученых, посвященный упрочнению магниевых сплавов, поддерживает Фонд содействия инновациям. Магний в полтора раза легче алюминия и перспективен для использования в промышленности, но из-за сложности и опасности технологий работают с ним мало. Исследователи ТГУ уже получили несколько патентов на свои разработки в этом направлении и успешно сотрудничают с партнерами из Германии и других европейских стран.

«Второй проект — это так называемый морской алюминий, содержащий 5-6 процентов магния. Такие сплавы отличаются стойкостью к коррозии и используются в судостроении, где сейчас требуется уменьшать массу судна. Мировой тренд в решении этой задачи — легирование скандием, но это дорого. Мы добавляем неметаллические наночастицы в алюминиево-магниевый сплав и повышаем свойства материала без особого удорожания», — рассказал Илья Жуков.

Исследования по разработке технологий улучшения свойств морского алюминия выполняются в рамках госзадания Министерство науки и образования и направления MariNet Национальной технологической инициативы.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы первыми быть в курсе новостей венчурного рынка и технологий!

Российские инженеры усовершенствовали технологию литья из магния – Наука

Магний вдвое легче алюминия и даже титана, что делает его интересным с точки зрения использования в автомобилестроении, авиации и космонавтике, где борьба идет за каждый грамм веса. Однако магний намного активнее двух других металлов, а действующие в России производства позволяют получать сплавы только с высоким содержанием хлоридов и, как следствие, с весьма низкой коррозионной стойкостью. Это ограничивает их применение в отечественной технике, снижая ее конкурентоспособность на мировом рынке.

Однако Антону Наливайко и его коллегам из МИСиС удалось усовершенствовать технологию производства магниевых сплавов для получения высококачественных и устойчивых изделий. Обычно в расплавленном состоянии магниевые сплавы проявляют такую активность, что на воздухе могут просто загореться. Поэтому поверхность расплава покрывают легкоплавкой солью — флюсом, который растекается по ней и предохраняет от контакта с кислородом. На производство тонны сплава его требуется около 300 кг.

Инженеры МИСиС опробовали флюс нового состава, на основе минерала карналлита (гидратированный хлорид калия и магния) с добавлением до 30% хлорида кальция. «Улучшенный состав и способ изготовления обеспечивают хорошую растекаемость, длительный период с момента нанесения флюса до появления первых очагов возгорания на поверхности расплавленного металла и, что самое главное, полное отсутствие брака по солевым включениям, — подчеркивает Антон Наливайко. — В итоге технология гарантирует повышение коррозионной стойкости магниевых отливок, уменьшение потерь легирующих компонентов и, как следствие, стабильный химический состав сплавов».

По оценке авторов, применение инновационной технологии в промышленных масштабах позволит на 20—30 процентов снизить стоимость литья и повысить качество готовых продуктов из сплавов магния.

О работе говорится в сообщении пресс-службы МИСиС.

Ранее в МИСиС придумали, как повысить урожайность с помощью нанопорошка.

Магниевые сплавы: типы, свойства и применение

Магниевые сплавы хорошо известны как самые легкие конструкционные сплавы [1]. Они сделаны из магния, самого легкого конструкционного металла, смешанного с другими металлическими элементами для улучшения физических свойств. Эти элементы включают марганец, алюминий, цинк, кремний, медь, цирконий и редкоземельные металлы [2].

Некоторые из благоприятных свойств магния включают низкий удельный вес и высокое отношение прочности к весу.В результате этот материал пригоден для различных применений в автомобильной, аэрокосмической, промышленной, электронной, биомедицинской и коммерческой сферах.

Здесь вы можете узнать о различных типах магниевых сплавов и их обозначениях, физических свойствах магниевых сплавов и областях применения, в которых используются магниевые сплавы.

Типы и обозначение

Магниевые сплавы можно разделить на две группы: литые сплавы и деформируемые сплавы.

Литые сплавы в основном производятся путем заливки расплавленного жидкого металла в форму, в которой он затвердевает до необходимой формы.Обычные литые сплавы магния состоят из различных количеств – но не более 10% – алюминия, марганца и цинка в качестве основных легирующих элементов. В последнее время также используются другие легирующие элементы, в основном для повышения сопротивления ползучести, такие как цирконий и редкоземельные металлы. Кроме того, механические свойства литых сплавов улучшаются за счет термической обработки.

Деформируемые сплавы , с другой стороны, представляют собой сплавы, подвергнутые механической обработке, такой как операции ковки, экструзии и прокатки, для достижения желаемой формы.Алюминий, марганец и цинк также являются основными легирующими элементами. Деформируемые сплавы магния подразделяются на термически обрабатываемые и нетермообрабатываемые.

Чтобы понять состав сплавов, были созданы системы обозначений, показывающие легирующие элементы и их относительную информацию. Одной из наиболее широко используемых систем обозначений является стандартная система обозначений сплавов ASTM. Он состоит из четырех частей, описанных в следующем примере [3]:

Магниевый сплав: AZ91E-T6

Первая часть (AZ): обозначает два основных легирующих элемента (алюминий, цинк)
Вторая часть (91): обозначает процентное содержание основных легирующих элементов (9% и 1% соответственно)
Третья часть (E): различает сплавы, имеющие одинаковое количество основных легирующих элементов (пятый стандартизированный сплав с указанным выше процентным содержанием).
Четвертая часть (T6): обозначает состояние сплава (закалки)

Итак, в системе обозначений ASTM магниевые сплавы названы и сгруппированы по их основным легирующим элементам.В таблице 1 приведены основные легирующие элементы и их относительные обозначения.

Основной легирующий элемент	Обозначение ASTM
Марганец	м
Алюминий-марганец	AM
Алюминий-цинк-марганец	AZ
Цирконий	К
Цинк-цирконий	ZK
Цинк-цирконий-редкоземельный металл	ZE
Редкоземельный металл-цирконий	EZ
Цинк-медно-марганец	ZC
Алюминий-кремний-марганец	AS

Физические свойства

Магниевые сплавы представляют интерес в первую очередь из-за их высокого отношения прочности к весу, исключительной обрабатываемости и низкой стоимости.Они имеют низкий удельный вес 1,74 г / см ³ и относительно низкий модуль Юнга (42 ГПа) по сравнению с другими распространенными сплавами, такими как алюминий или стальные сплавы [4]. Однако они страдают хрупкостью и плохой формуемостью при комнатной температуре [4]. Их формуемость увеличивается с повышением температуры, но это требует больших затрат энергии. Кроме того, исследования показали, что формуемость может быть улучшена за счет прочности за счет ослабления базовой текстуры сплавов Mg [1].

На рисунке 1 показана обратная зависимость между индексом Эриксена (IE) – мерой пластичности листового металла – и пределом текучести различных сплавов Mg при комнатной температуре.Это показывает, что по мере увеличения предела текучести значение IE уменьшается, демонстрируя, таким образом, плохую формуемость сплавов Mg при комнатной температуре.

^{Рис. 1 Предел текучести и формуемость при растяжении, представленная значением индекса Эриксена (IE) при комнатной температуре для листов из различных сплавов Mg. Более высокие значения IE означают, что сплавы демонстрируют лучшую формуемость. Получено из исх. [4]}

Магниевые сплавы являются третьим по популярности материалом для литья цветных металлов.Физические свойства сплавов меняются в зависимости от их химического состава. Добавление разных легирующих элементов приведет к получению разных свойств в разных условиях.

Алюминий улучшает прочность, твердость и пластичность, облегчая процесс литья.
Цинк повышает прочность при комнатной температуре, текучесть при литье и устойчивость к коррозии.
Марганец повышает стойкость сплавов AM и AZ к коррозии в соленой воде за счет образования интерметаллических соединений с железоподобными металлами, которые удаляются во время плавления.
Редкоземельные металлы помогают повысить прочность и сопротивление высокотемпературной ползучести и коррозии, а также уменьшить пористость и растрескивание сварных швов.
Цирконий является сильным измельчителем зерна при добавлении в сплавы, содержащие цинк и редкоземельные металлы.
Бериллий помогает уменьшить окисление поверхности во время литья и сварки.
Кальций увеличивает измельчение зерна, что помогает контролировать металлургию сплава [4].

Приложения

Магниевые сплавы охватывают широкий спектр применений, от автомобильных и аэрокосмических приложений до электронных и биомедицинских применений.

Применение в строительстве

Автомобильные, аэрокосмические, промышленные и коммерческие приложения являются примерами структурных приложений. Преимущество магниевых сплавов, используемых в таких применениях, заключается в их легком весе, высоком отношении прочности к весу, высоком отношении жесткости к весу, литейных качествах, обрабатываемости и отличном демпфировании [4].

Automotive : кронштейны опоры тормозов и сцепления, корпус трансмиссии
Aerospace : шасси, винты вертолетов, кожухи коробки передач
Промышленное : высокоскоростное рабочее оборудование, такое как текстильные машины
Коммерческий : чемоданы, ручные инструменты, корпуса компьютеров, лестницы

Электронные приложения

Электронные приложения включают в себя электронную упаковку, держатели жестких дисков, корпуса для сотовых телефонов и портативных мультимедийных устройств.Вместо пластмасс используются магниевые сплавы из-за их легкого веса, прочности и долговечности. Они также относительно лучше отводят тепло и защищают от электромагнитных и радиочастотных помех [5].

Применение в медицине

В портативном медицинском оборудовании и инвалидных колясках, для которых требуются легкие материалы, хорошо используются магниевые сплавы. Кроме того, сердечно-сосудистые стенты и ортопедические устройства являются потенциальным применением некоторых сплавов магния из-за его биосовместимости и биоабсорбируемости [4].

[1] Trang, T. T. T. et al. (2018) Разработка высокопрочного и формуемого магниевого сплава, Nature Communications 9 , 2522

[2] Национальный исследовательский совет. (1975) Свойства магния и магниевых сплавов. В Тенденции использования магния . (стр. 37-42). Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press

[3] ASM International. (2017) Введение в магниевые сплавы. В К. Моосбруггере (ред.), Технические свойства магниевых сплавов .(стр. 1-10). Новинка, штат Огайо: ASM International

[4] Вудхед Паблишинг. (2010) Обзор. В П.К. Маллик (ред.) Материалы, дизайн и производство легких транспортных средств . (стр. 1-32). Вудхед Паблишинг

[5] (без даты) Применение магния. Международный магний Получено с https://www.intlmag.org/page/mg_applications_ima

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Магниевые сплавы в качестве материалов для имплантатов – принципы расчета свойств сплавов Mg-RE

DOI: 10.1016 / j.actbio.2009.09.010. Epub 2009 27 сентября. N Hort ¹, И Хуанг, Д. Фехнер, М. Штёрмер, К. Блавер, Ф. Витте, К. Фогт, Х. Дрюкер, Р. Виллюмейт, К. Ю. Кайнер, Ф. Фейерабенд

Принадлежности Расширять

Принадлежность

¹ Исследовательский центр GKSS, Институт исследования материалов, Max-Planck-Str 1, D-21502 Geesthacht, Германия[email protected]

Элемент в буфере обмена

N Hort et al. Acta Biomater. 2010 май.

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.1016 / j.actbio.2009.09.010. Epub 2009 27 сентября.

Авторы

N Hort ¹, И Хуанг, Д. Фехнер, М. Штёрмер, К. Блавер, Ф. Витте, К. Фогт, Х. Дрюкер, Р. Виллюмейт, К. Ю. Кайнер, Ф. Фейерабенд

Принадлежность

¹ Исследовательский центр GKSS, Институт исследования материалов, Max-Planck-Str 1, D-21502 Geesthacht, Германия[email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

В последние годы магниевые сплавы вызывают все больший интерес из-за их потенциала в качестве материалов для имплантатов.Этот интерес основан на том факте, что магний и его сплавы разлагаются во время их службы в организме человека. Более того, магниевые сплавы обладают профилем свойств, очень близким или даже похожим на профиль человеческой кости. Химический состав приводит к появлению микроструктуры и признаков деградации. Кроме того, весь производственный процесс влияет на морфологию микроструктуры после обработки. Поэтому состав и способ производства должны быть тщательно выбраны с учетом требований области применения.В этой статье обсуждается влияние состава и термообработки на микроструктуру, механические свойства и коррозионное поведение литых сплавов Mg-Gd. Даны рекомендации по проектированию будущих разрушаемых материалов для имплантатов на основе магния.

Процитировано

32 артикулов

Распространение трещин в экструдированном и термообработанном сплаве Mg-Dy-Nd-Zn-Zr, объясненное влиянием структур LPSO и их микро- и нанотвердости.
Майер П., Клаузиус Б., Рихтер А., Биттнер Б., Хорт Н., Мензе Р.Майер П. и др. Материалы (Базель). 1 июля 2021 г .; 14 (13): 3686. DOI: 10.3390 / ma14133686. Материалы (Базель). 2021 г. PMID: 34279254 Бесплатная статья PMC.
Оценка коррозии чистого магния, покрытого фторированием в 0,1 М фторидном электролите.
Дай Ц.Ю., Гао X, Чжай Ц., Цзя Ц., Чжао BC, Ши Х, Гао Ц., Цай Х, Ли ES, Цзян Х. Б. Dai CY, et al. Сканирование. 2021 13 мая; 2021: 5574946.DOI: 10,1155 / 2021/5574946. Электронная коллекция 2021 г. Сканирование. 2021 г. PMID: 34055130 Бесплатная статья PMC.
Склерометрические, механические и износостойкие свойства магниевого сплава Mg-Y-Nd после глубокой криогенной обработки в сочетании с термической обработкой.
Барыльски А., Аниолек К., Дерч Г., Купка М., Матула И., Каптач С. Barylski A, et al. Материалы (Базель). 2021 4 марта; 14 (5): 1218.DOI: 10.3390 / ma14051218. Материалы (Базель). 2021 г. PMID: 33806686 Бесплатная статья PMC.
Характеристики сплава Mg-Zn-Ca-Gd после механического легирования.
Леш С., Храпкович Б., Каролус М., Голомбек К. Lesz S, et al. Материалы (Базель). 2021 5 января; 14 (1): 226. DOI: 10.3390 / ma14010226. Материалы (Базель). 2021 г. PMID: 33466438 Бесплатная статья PMC.
Характеристики поверхности и коррозионная стойкость биомедицинского сплава AZ31 Mg, обработанного микродуговым фторированием.
Sun L, Zhao BC, Wang T, Cui JY, Zhang S, Li F, Zhang Q, Cai H, Jiang HB, Lee ES. Sun L и др. Сканирование. 2020 27 октября; 2020: 5936789. DOI: 10.1155 / 2020/5936789. Электронная коллекция 2020. Сканирование. 2020. PMID: 33193944 Бесплатная статья PMC.

Условия MeSH

Испытания материалов / методы *
Микроскопия, Электронная, Сканирующая

LinkOut – дополнительные ресурсы

Источники полных текстов
Другие источники литературы
Разное

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Новый магниевый сплав демонстрирует исключительную коррозионную стойкость | Research

Ученые из Германии создали сплав с исключительно низкой скоростью коррозии – даже ниже, чем магний сверхвысокой чистоты – который, по их словам, приближается к нержавеющему магнию, путем легирования чистого магния крошечным количеством кальция.

Благодаря малому весу, высокой прочности, распространенности в земной коре и отличным электрохимическим свойствам магний широко используется в автомобильной, аэрокосмической, электронной, биомедицинской и энергетической отраслях. В частности, вес магния делает его привлекательным с экологической точки зрения – он значительно легче алюминия, поэтому замена алюминия на нержавеющий магний в автомобилях и самолетах может снизить расход топлива и выбросы углекислого газа. Однако использование магния в промышленных масштабах ограничено, поскольку он корродирует в водной среде.

Показать в полноэкранном режиме

«Наши магниево-кальциевые сплавы были приготовлены с помощью обычных процессов литья», – объясняет Мин Денг из Центра материалов и прибрежных исследований им. Гельмгольца в Гестахте. «Чистый магний и чистый кальций плавили при высоких температурах в стальном тигле. Затем расплав разливали в стальную изложницу. После охлаждения до комнатной температуры сплавы были готовы к использованию ».

Благодаря использованию небольшого количества кальция новый сплав сохраняет свойства чистого магния.Однако он может противостоять коррозии, поскольку кальций снижает кинетику катодного восстановления воды, позволяет образовывать защитную поверхностную пленку и стабилизирует примеси (такие как железо и кремний) внутри сплава.

Покрытие или легирование магния такими элементами, как литий, алюминий или мышьяк, является обычным способом сдерживания коррозии. «По сравнению с существующими легирующими [композициями] добавление кальция расширяет практическое применение магниевых сплавов в качестве материала имплантата, поскольку кальций безвреден для человеческого организма.Предыдущие попытки разработать высококоррозийные магниевые сплавы всегда включали деликатные и сложные процессы », – объясняет Линьцянь Ван, другой член команды Гельмгольца. «Для сравнения: процесс обработки [нашего] магниево-кальциевого сплава с [его] превосходными характеристиками довольно прост, экологичен и экономичен».

Сплав может иметь «биомедицинское применение, например, каркасы и имплантаты, потому что он, по-видимому, значительно снижает образование пузырьков водорода, [которые] обычны в существующих материалах магниевых имплантатов, [и] не ожидается, что образующиеся продукты коррозии будут токсичен », – комментирует Полина Волович, изучающая коррозию в Chimie ParisTech во Франции.«Применение в водных батареях также [возможно]».

«Практические применения нержавеющего магния многочисленны и разнообразны. Конечно, на ум приходит портативная электроника, но как удивительный материал, мир – это устрица из магния », – добавляет Ник Бирбилис, специализирующийся на устойчивости материалов и коррозии в Австралийском национальном университете. «Сталь появилась раньше небоскребов, поэтому давайте посмотрим, что принесет нам магний».

Руководство по выбору магния и магниевых сплавов: типы, характеристики, применение

Магний и магниевые сплавы – это цветные металлы с низкой плотностью, хорошей пластичностью, средней прочностью и хорошей коррозионной стойкостью.

Чистый магний – Магний – это серебристо-белый легкий металл, который является относительно прочным и тускнеет при контакте с воздухом. В то время как его трудно гореть в твердой форме, он очень летуч в стружках или полосах и имеет способность гореть в азоте, диоксиде углерода и воде.

Магниевые сплавы и материалы – Сплавы на основе магния часто обозначаются двумя буквами, за которыми следуют две цифры. Буквы обозначают добавки легирующих металлов, а числа соответствуют массовым процентам каждого металла (соответственно) в соединении.Их можно разделить на две основные категории сплавов: литейные сплавы и деформируемые сплавы.

Литейные сплавы – это сплавы, изготовленные методами литья под давлением, непрерывного литья в форму и литья в песчаные формы. Механические свойства (особенно пластичность) литейных сплавов ниже, чем у деформируемых сплавов. Литые магниевые сплавы, особенно магниево-алюминиевые сплавы, используются в производстве деталей самолетов и автомобилей из-за их низкой плотности и легкого веса.

Деформируемые сплавы – это сплавы, которые были обработаны или кованы для придания определенной формы.Пластичность магниевых сплавов в холодном состоянии низкая, поэтому эти сплавы обрабатываются при высоких температурах. Обычно они сочетаются с марганцем, алюминием, цинком или цирконием для различных целей. В производстве используются фюзеляжи самолетов и шасси для вертолетов, корпуса компьютеров и велосипедные рамы.

Технические характеристики

Выбор металлических сплавов требует анализа требуемых размеров и технических характеристик. Размеры, которые следует учитывать, включают:

Наружный диаметр (OD)
Внутренний диаметр (ID)
Общая длина
Общая толщина

Другие важные характеристики (в зависимости от области применения) включают форму продукта, предел прочности, предел текучести, точку плавления, проводимость, коррозионную стойкость, пластичность и пластичность.Эти свойства различаются в зависимости от метода формования и состава сплава.

Приложения

Магний и магниевые сплавы используются там, где требуется легкий вес, низкая плотность, термостойкость и хорошая или отличная коррозионная стойкость. Он наиболее широко известен своим использованием в аэрокосмической промышленности, но также может применяться в велосипедах, автомобильной промышленности (особенно в автоспорте), электронике, атомной промышленности, фотографии со вспышкой, ракетах, спортивных товарах и инструментах.

Изображение предоставлено:

Mind42

Повышенная коррозионная стойкость магниевого сплава в имитационном растворе пор бетона за счет гидротермальной обработки

В данном исследовании в качестве строительных материалов рассматриваются магниевые сплавы из-за их естественной устойчивости к коррозии в щелочном растворе пор бетона. Но нападение ионов хлора часто препятствует нанесению большинства металлов. Следовательно, необходимо провести предварительную оценку коррозии и попытаться найти эффективный способ противостоять атаке ионов хлора в растворе пор бетона.В нашем исследовании гидротермальная обработка проводится для модификации Mg-9,3 мас. % Al-сплава. После обработки в растворе NaOH в течение 10 ч сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) выявила, что на сплаве Mg образуется слой плотного покрытия толщиной около 5 мкм мкм. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и рентгеновская дифракция (XRD) объединены для анализа покрытия, и тем самым подтверждается, что покрытие в основном состоит из Mg (OH). ₂.Как и ожидалось, испытание на погружение и испытание на электрохимическую коррозию показывают, что магниевый сплав с покрытием имеет лучшую коррозионную стойкость, чем сплав без покрытия, в имитирующем пористом растворе бетона с хлорид-ионами и без них. Таким образом, это указывает на то, что гидротермальная обработка является возможным методом повышения коррозионной стойкости сплавов Mg, используемых в строительстве, с точки зрения науки о коррозии.

1. Введение

Быстрая коррозия в водных растворах всегда затрудняет применение магниевых сплавов в автомобильной, аэрокосмической, электронной промышленности и биомедицине [1–6].В настоящее время предлагается концепция облегченных конструкций и оборудования для преодоления дефицита энергии и ресурсов в развитии нашего общества [7–9]. Таким образом, магниевые сплавы как один из самых легких конструкционных материалов по-прежнему очень перспективны в отраслях промышленности будущего. Бетон – один из самых важных строительных материалов в гражданском строительстве, и обычно его всегда укрепляют стальными стержнями для улучшения его низкой прочности на растяжение [10]. Хотя сталь имеет много преимуществ по сравнению с другими металлами, всегда ожидается, что с учетом соображений экономии энергии будет более легкий арматурный стержень для полной или частичной замены стальных стержней.Бамбук имеет гораздо меньшую плотность, чем сталь, что в последние годы уже применялось в гражданском строительстве. Но нападение насекомых и грибков, сморщивание и опухание – большие недостатки [11, 12]. Алюминиевые сплавы также рассматриваются как альтернатива стали в железобетоне из-за их низкой плотности и некоррозионных характеристик, но их естественное оксидное покрытие станет нестабильным в кислой или щелочной среде, в результате чего стержни из алюминиевого сплава будут подвержены коррозии в щелочной среде бетонных конструкций. [13].Плотность магния составляет всего две трети от алюминия и одну четверть от плотности железа, а удельная прочность магния выше, чем у железа или алюминия [14]. Очевидно, что можно попытаться выбрать магниевые сплавы для арматурных стержней в некоторых несущих конструкциях с низкой нагрузкой в соответствии с правилом усиления железобетона. Кроме того, диаграмма Mg-H ₂ O показывает, что магний обладает хорошим иммунитетом в щелочной водной среде [15, 16]. Таким образом, можно предсказать, что магний и его сплавы могут выжить в щелочных растворах пор бетона.Кроме того, магний – один из самых распространенных элементов в земной коре и океанах [17, 18]. Поэтому представляется важным провести предварительное исследование коррозионного поведения магниевых сплавов в строительной среде.

Хорошо известно, что хлоридная коррозия арматурной стали является одним из наиболее распространенных явлений повреждения железобетонных конструкций, особенно в прибрежной морской среде [19, 20]. Таким образом, следует внимательно рассмотреть вопрос о предложении магниевых сплавов для этих новых применений в строительстве.В настоящее время легирование и обработка поверхности являются двумя основными способами повышения коррозионной стойкости магниевых сплавов, причем последний более экономичен [14, 21]. Обычно поверхностный барьерный слой может изолировать сыпучие материалы от внешней среды, чтобы избежать коррозии. Однако магний является очень активным металлом в гальванической цепи, вызывая гальваническую коррозию, когда он находится в электрическом контакте со многими другими проводящими материалами в том же электролите [22, 23]. Согласно теории гальванической коррозии, если в этих электропроводящих покрытиях возникают такие дефекты, как поры и трещины, гальваническая коррозия произойдет, когда электролит достигнет границы раздела между покрытием и подложкой через эти дефекты [22, 23].В общем, изоляционные материалы являются фаворитом в покрытиях на сплавах Mg с точки зрения защиты от коррозии.

В последние годы были предприняты попытки гидротермальной обработки для получения покрытий Mg (OH) ₂ или слоистых двойных гидроксидов (LDH) на сплавах Mg для улучшения коррозионной стойкости в растворах хлорида натрия [24–27]. В нашем исследовании этот метод был выбран для обработки поверхности сплавов Mg-Al, а коррозионное поведение после обработки было исследовано в смоделированных растворах пор бетона с хлорид-ионами.

2. Материалы и методы

В литом состоянии Mg-9.3 вес. % сплавов использовались в качестве материалов подложки в этом исследовании, и образцы были разрезаны на части. Образцы механически шлифовали наждачной бумагой № 1200, а затем полировали пастой Al ₂ O ₃. Затем их промывали ультразвуком в этаноле в течение 5 мин и сушили перед гидротермальной обработкой. Каждый образец помещали на дно автоклава с тефлоновым покрытием объемом 25 мл, в котором было 10 мл 1 М раствора NaOH.После герметизации автоклавов их нагревали до 120 ° C в течение 10 ч в печи. Наконец, образцы были извлечены, промыты по очереди деионизированной водой и этанолом, а затем высушены естественным путем на воздухе при комнатной температуре.

Сканирующий электронный микроскоп с автоэмиссией (FESEM, MAIA 3 GMU, TESCAN, Чехия) был использован для наблюдения микроструктуры сплава, морфологии поверхности и морфологии поперечного сечения обработанных образцов. Энергодисперсионный рентгеновский спектрометр (EDS, Oxford Instruments, UK) использовали для анализа распределения элементов в обработанных образцах.Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS, PHI-5000 Versa Probe III, ULVAC-PHI, Япония) также была проведена для определения химического состава образцов после обработки поверхности. Рентгеновская дифракция (XRD, D8 ADVANCE, Bruker, Германия) была проведена для характеристики фазового состава обработанных и необработанных образцов. Здесь угол падения 1 ° был принят в эксперименте XRD для обработанного образца.

Насыщенный раствор Ca (OH) ₂ использовался для моделирования раствора пор бетона в этом исследовании, а для исследования влияния хлорид-ионов на коррозионную стойкость насыщенный раствор Ca (OH) ₂ был использован. дополнительно разбавить на 3.5 мас.% Раствора NaCl с объемным соотношением 1: 1. Испытания на электрохимическую коррозию проводились на электрохимической станции CHI660E, и образец с площадью поверхности подвергался воздействию 200 мл имитирующего порового раствора бетона. Здесь потенциал относился к насыщенному каломельному электроду (SCE), а противоэлектрод представлял собой лист платины. После погружения в течение 30 минут были получены спектры электрохимического импеданса (EIS) от 100 кГц до 100 мГц с синусоидальным возмущающим сигналом 5 мВ при потенциале холостого хода.Кривые потенциодинамической поляризации после испытания EIS были записаны от -1,8 В до 0 В при скорости сканирования 1,0 мВ · с ^-1. Все электрохимические измерения повторяли трижды для обеспечения воспроизводимости. Кроме того, было проведено испытание на погружение для дальнейшей оценки коррозионного поведения в моделированном растворе пор бетона. После погружения на 24 ч образцы вынимали, промывали водой и этанолом и сушили естественным образом на воздухе. Затем морфология их поверхности наблюдалась с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

3. Результаты и обсуждение

Mg-9.3 мас. % сплава состоит из матрицы Mg и второй фазы, и на Рисунке 1 показана его микроструктура. На рис. 2 показаны макромасштабные и микромасштабные морфологии поверхности обработанного образца. Вставка на рис. 2 (а) показывает разницу во внешнем виде между необработанными и обработанными сплавами Mg. Отмечено, что поверхность образца после обработки становится коричневой, что означает, что гидротермальный процесс уже изменил поверхность сплава Mg.Как показано на Рисунке 2 (а), поверхность кажется гладкой, когда она наблюдается с помощью СЭМ при меньшем увеличении. Интересно, что далее при большем увеличении обнаруживается, что гидротермально модифицированная поверхность покрыта микролитами, что ясно показано на Рисунке 2 (b). На рис. 3 показано поперечное сечение обработанного образца. Слой плотного покрытия ясно показан на рисунке 3 (а), толщина которого составляет около 5 мкм мкм. На рисунках 3 (b) –3 (d) приведены элементные карты EDS соответствующего участка в поперечном сечении.Комбинируя изображение, полученное с помощью SEM, и его элементные карты EDS, установлено, что покрытие в основном состоит из элементов O и Mg.

На рис. 4 представлены обзорные спектры XPS верхней части гидротермального покрытия. Из спектров видно, что он в основном состоит из элементов Mg и O, что согласуется с результатом анализа EDS. Согласно спектрам можно дополнительно получить, что атомное отношение O к Mg составляет около 2,58. Здесь присутствие кислорода на металлах и сплавах может быть связано с окислением поверхности и неизбежным присутствием посторонних загрязнений [28, 29].На рис. 5 представлена диаграмма рентгеновской дифракции гидротермально обработанного сплава Mg, а диаграмма необработанного образца представлена здесь для справки. На кривой необработанного образца наблюдаются пики, соответствующие матрице Mg и второй фазе (Al ₁₂ Mg ₁₇). Таким образом, сравнением можно легко подтвердить, что покрытие в основном состоит из Mg (OH) ₂.

На рис. 6 показаны графики Найквиста для образцов в различных растворах, а на вставке – увеличенные кривые для образцов, погруженных в растворы, содержащие Cl ^–.Основываясь на теории EIS, сопротивление поляризации может быть получено по следующей формуле:. Здесь – сопротивление поляризации, обозначает импеданс при нулевой частоте и представляет сопротивление раствора [30]. Чтобы выполнить быструю оценку коррозионной стойкости, принят упрощенный способ, в котором сопротивление на самой низкой частоте в нашем исследовании используется для замены поляризационного сопротивления. Как показано на рисунке 6, можно обнаружить, что коррозионная стойкость насыщенного раствора Ca (OH) ₂ выше, чем у раствора Ca (OH) ₂, разбавленного в 3 раза.5 мас.% Раствор NaCl. После гидротермальной обработки коррозионная стойкость обоих типов испытательных растворов значительно улучшилась. На рис. 7 представлены поляризационные кривые образцов в их соответствующих растворах. Потенциал коррозии и плотность тока коррозии получены из катодной экстраполяции тафелевской области, и их данные показаны в таблице 1. Для сплава Mg без покрытия он имеет более высокую плотность тока коррозии в смоделированном растворе пор бетона с Cl ^–, чем что в моделированном растворе пористого бетона без Cl ^–.Известно, что более высокая плотность тока коррозии означает меньшую коррозионную стойкость. После нанесения покрытия коррозионная стойкость сплава Mg была значительно улучшена либо в растворе с Cl ^–, либо в растворе без Cl ^–. В растворе с Cl ^– коррозионная стойкость сплава с покрытием близка к коррозионной стойкости сплава без покрытия в моделированном растворе пор бетона без Cl ^–. Кроме того, по сравнению с образцом без покрытия, образец с покрытием не имеет явного переходного потенциала в исследуемой области анодной поляризации в растворе с Cl ^–.В целом, результаты показывают, что гидротермальное покрытие на магниевом сплаве имеет защитный эффект, что проявляется в более низкой плотности тока коррозии и более высоком переходном потенциале.

без покрытия / [Ca (OH) ₂ (Sat.)]
с покрытием / [Ca (OH) ₂ (Sat.)]
Без покрытия / [Ca (OH) ₂ (насыщ.) + 3,5 мас.% NaCl]
с покрытием / [Ca (OH) ₂ ( Нас.) + 3,5 мас.% NaCl]
На рис. 24 ч. Как упоминалось выше, раствор готовится из смеси насыщенного раствора Ca (OH) _{, 2,} и 3.5 вес. % Раствора NaCl с объемным соотношением 1: 1. Из изображений SEM можно ясно видеть, что поверхность образца без покрытия корродирована, тогда как поверхность образца с покрытием все еще остается нетронутой даже при наблюдении с большим увеличением. Очевидно, что результат испытания на погружение соответствует результатам испытания на электрохимическую коррозию, что указывает на то, что гидротермальное покрытие может хорошо защитить подложку из сплава Mg в Cl ^–, содержащую моделированные растворы пор бетона.
Магниевые сплавы рассматриваются в качестве строительных материалов в этом исследовании, а коррозионная стойкость в смоделированных растворах пористости бетона была предварительно исследована. Насколько нам известно, было проведено несколько исследований коррозионного поведения магниевых сплавов в смоделированных растворах пористого бетона. Как и ожидалось, сплавы Mg, использованные в этом исследовании, обладают хорошей коррозионной стойкостью в растворах с моделированием пор бетона из-за щелочности растворов. Но когда хлорид-ионы добавляются в смоделированные растворы с порами бетона, коррозионные свойства Mg-сплавов значительно изменяются.К счастью, гидротермальный процесс может создать слой плотного покрытия на сплавах Mg для замедления атаки хлорид-ионов. Известно, что дефекты в большей или меньшей степени будут образовываться в покрытиях на стадии подготовки или эксплуатации покрытия, и возникновение гальванической коррозии будет фатальным для системы покрытие / подложка, если покрытие является электропроводящим. Здесь гидротермальное покрытие в основном состоит из Mg (OH) ₂, и по сравнению с другими металлическими или проводящими керамическими покрытиями оно может эффективно предотвращать гальваническую коррозию.Кроме того, гидротермальный раствор, использованный в этом исследовании, очень прост, что делает его легкой и экономичной технологией для применения магниевых сплавов в строительстве.
4. Заключение
В этом исследовании слой плотного покрытия успешно приготовлен на Mg-9,3 мас. % Al методом гидротермальной обработки. СЭМ показывает, что покрытие имеет толщину около 5 мкм, мкм, а верх покрытия покрыт микроскопическими листами. По результатам XRD, EDS и XPS установлено, что покрытие в основном состоит из Mg (OH) ₂.Благодаря компактной микроструктуре гидротермального покрытия коррозионная стойкость сплава Mg после гидротермальной обработки значительно улучшается в моделированном пористом растворе бетона с добавлением и без добавления хлорид-ионов. Таким образом, этот простой метод обеспечивает реальный способ улучшить коррозионную стойкость магниевых сплавов для строительной техники в будущем.
Доступность данных
Ответ: Да. Комментарий: данные, использованные в этом исследовании, можно получить у соответствующего автора по запросу.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Благодарности Китайские ученые и исследовательский грант специально назначенного профессора из Цзянсу.
пластичный магний, прокатка, сплавы, редкоземельные элементы, иттрий, эрбий, Y, литье, прокатка, гибка, формовка листов
“t8”
Щелкните ссылку выше, чтобы увидеть это облако слов в WordItOut. Вы также можете просмотреть его на этом веб-сайте, если вы включить JavaScript (см. настройки вашего веб-браузера).
Магниевые сплавы , как один из самых легких коммерчески используемых конструкционных материалов , являются традиционно используется в приложениях самолетов и космических кораблей .Магниевые сплавы также обладают высокой удельной прочностью и упругой жесткостью, хорошей обрабатываемостью и отличной демпфирующей способностью.
Современные тенденции к снижению энергопотребления приводят к попыткам минимизировать как общий вес, так и вес движущихся частей транспортных средств. Поэтому в последнее время с возрастающей скоростью рассматриваются деформируемые магниевые сплавы в автомобильной промышленности, которые могут значительно снизить вес транспортных средств. Магниевые сплавы также используются для изготовления корпуса многих портативных электронных устройств, таких как сотовые телефоны или ноутбуки, не только из-за легкости материала, но и из-за простоты переработки и хорошего электромагнитного экранирования. возможности.Они заменяют отливки коваными изделиями, в том числе прецизионными поковками сложной формы.
Сплавы Mg делятся на составы , содержащие и не содержащие алюминия, .
Наиболее часто используемые сплавы – это сплавы на основе системы Mg-Al, такие как Mg-Al-Zn (называемый AZ) и Mg-Al-Mn (серия AM). Их слабое сопротивление ползучести связано с появлением легкоплавкой фазы Mg17Al12, что делает такие материалы непригодными для применений при температуре выше 120 ° C.Mg-Al-RE (серия AE), Mg-Al-Ca-Sr (серия AXJ) и Mg-Al-Sr (AJ серии) обладают лучшим сопротивлением ползучести, поскольку их микроструктура характеризуется наличием на границах зерен вторых фаз из системы Al-RE, Al-Sr или Al-Ca, которые представляют собой стабильные соединения. с относительно высокой температурой плавления. Максимальная рабочая температура этих сплавов не превышает 180 ° C.
Основными системами для магниевых сплавов без алюминия являются Zr-содержащие сплавы, такие как Mg-Zn-Zr (серия ZK), Mg-Nd-Y-Zr (серия WE), Mg-Ag-Nd-Zr (серия QE). , Mg-Gd-Nd-Zr (Электрон 21), Mg-Zn-RE-Zr (серия ZE), Mg-Th-Zr.Эти сплавы предназначены в основном для гравитационного литья, а их максимальная рабочая температура приближается к 300 ° C. Среди этих сплавов ZRE1 магниевый сплав демонстрирует хорошие свойства ползучести до 200 ° C. Это сплав, содержащий цинк, редкоземельные металлы и цирконий. Цинк обычно используется в сочетании с алюминием, цирконием, редкоземельными элементами или торий для получения дисперсионно-твердеющих магниевых сплавов с хорошей прочностью. Цинк также помогает преодолеть вредное коррозионное воздействие железа. и примеси никеля, которые могут присутствовать в магниевом сплаве.Редкоземельные металлы добавляются либо в виде «мишметаллического соединения», чтобы снизить затраты на синтез.
Добавки редкоземельных элементов значительно улучшают пластичность и повышают прочность при повышенных температурах. Они также уменьшают образование трещин и пористость сварных швов, поскольку сужают зону замерзания. ассортимент сплавов. Цирконий оказывает эффект измельчения зерна на магниевые сплавы. Сплав Elektron ZRE1 демонстрирует отличные литейные характеристики, при этом компоненты герметичны и поддаются сварке.

Основными классами сплавов Mg являются
• Литейные сплавы Mg-Al
• Литейные сплавы Mg-Al-Zn
• Литейные сплавы Mg-Zn и Mg-Zn-Cu
• Mg-Zn- Zr и Mg-RE-Zn-Zr литейный сплав
• Жаропрочные литейные сплавы Mg
• Кованые Mg-сплавы
Буквенный код
Легирующий элемент
А
Алюминий
В
висмут
С
Медь
D
Кадмий
E
Редкая земля
Ф
Утюг
G
Магний
H
Торий
К
Цирконий
л
Литий
м
Марганец
N
Никель
-П
Свинец
квартал
Серебро
R
Хром
S
Кремний
т
Олово
Вт
Иттрий
Я
Сурьма
Z
цинк
Mordike et al.
Легирующий элемент
Поведение при плавке и литье
Механические и технологические свойства
Коррозионные свойства Произведено заводом-изготовителем
Ag
Улучшает опоры при растяжении и ползучести при повышенных температурах.В наличии редкоземельные элементы.
Вредное влияние на коррозионное поведение
Al
Улучшает литье, склонность к микропористости
Отвердитель на твердом растворе, дисперсионное твердение при низких температурах.
Незначительное влияние
Be
Значительно снижает окисление поверхности расплава при очень низких концентрациях, приводит к крупнозернистости.
Ca
Эффективное измельчение зерна, небольшое подавление окисления расплавленного металла.
Улучшает свойства ползучести.
Вредное влияние на коррозионное поведение
Cu
Система с легко образующимися металлическими стеклами, улучшает литье.
Вредное влияние на коррозионное поведение, необходимо ограничение.
Fe
Магний практически не реагирует с тиглями из мягкой стали
Вредное влияние на коррозионное поведение, необходимо ограничение.
Ли
Повышает испаряемость и характеристики горения, плавится только в защищенных и герметичных печах.
Твердый раствор отвердителя при температуре окружающей среды, снижает плотность, повышает пластичность.
Сильно снижает коррозионные свойства, необходимо покрытие для защиты от влаги.
млн
Контроль содержания Fe путем осаждения соединения Fe-Mn, очистка осадков.
Увеличивает сопротивление ползучести.
Улучшает коррозионные свойства за счет эффекта контроля железа.
Ni
Система с легко формируемыми металлическими стеклами.
Вредное влияние на коррозионное поведение, ограничение необходимо.
Редкая земля
Улучшить литье, уменьшить микропористость.
Твердый раствор и дисперсионное твердение при комнатной и повышенной температуре; улучшить свойства растяжения и ползучести при повышенных температурах.
Si
Снижает литейные качества, образует стабильные силицидные соединения со многими другими легирующими элементами, совместим с Al, Zn и Ag, слабым измельчителем зерна.
Улучшает свойства ползучести.
Чт
Подавляет микропористость.
Улучшает свойства растяжения и ползучести при повышенных температурах, улучшает пластичность, является наиболее эффективным легирующим элементом.
Я
Элемент измельчения зерна
Улучшает свойства растяжения и ползучести при повышенных температурах.
Zn
Повышает текучесть расплава, слабый измельчитель зерна, склонность к микроскопии.
Осадочное твердение, улучшает прочность при температуре окружающей среды, склонность к хрупкости и жаропрочности, если не рафинирован Zr.
Zr
Самый эффективный измельчитель зерна, несовместимый с Si, Al и Mn, удаляет Fe, Al и Si из расплава.
Немного улучшает растяжимость при температуре окружающей среды.
Сплав
Характеристики
AZ63
Хорошая прочность и пластичность при комнатной температуре
AZ81
Прочные герметичные отливки с 0.0015 Be, используется для литья под давлением
AZ91
Сплав общего назначения для песка и литья под давлением
AM50
Литье под высоким давлением
AM20
Хорошая пластичность и ударная вязкость
AS41
Хорошая ползучесть до 150ºC
AS21
Хорошая ползучесть до 150ºC
AE42
Хорошая ползучесть до 150ºC
ZK51
Отливки в песчаные формы, хорошая прочность и пластичность при комнатной температуре
ZK61
Как для ZK51
ZE41
Отливки в песчаные формы, хорошая прочность при комнатной температуре, улучшенная литье
ZC63
Герметичные отливки, хорошая устойчивость к повышенным температурам, свариваемые
EZ33
Хорошая литье, герметичность, свариваемость, устойчивость к ползучести до 250ºF
HK31
Отливки в песчаные формы, хорошая литье, свариваемость, сопротивление ползучести до 350ºC
Гц32
Как для HK31
QE22
Герметичность и сварка, высокий предел текучести до 250ºC
Qh31
Герметичность, свариваемость, хорошее сопротивление ползучести и предел текучести до 300 ° C
WE54
Высокая прочность при комнатной и повышенных температурах
WE43
Хорошая коррозионная стойкость, свариваемость
M1
Сплав низкой и средней прочности, свариваемый, устойчивый к коррозии
AZ31
Сплав средней прочности, свариваемый, хорошая формуемость
AZ61
Сплав высокопрочный, свариваемый
AZ80
Высокопрочный сплав
ZM21
Сплав средней прочности, хорошая формуемость, хорошая демпфирующая способность
ZK30
Сплавы высокопрочные
ZK60
Хорошая формуемость
ZMC711
Высокопрочный сплав
HK31
Высокое сопротивление ползучести до 350ºC, свариваемый
HM21
Высокое сопротивление ползучести до 350 ° C, кратковременное воздействие до 425 ° C, свариваемый
WE43
Сопротивление ползучести при высоких температурах
WE54
Сопротивление ползучести при высоких температурах
LA141
Сверхлегкий
Деформируемые магниевые сплавы
Деформация поликристаллов ограничена из-за структуры HCP.
Проскальзывание происходит в основном на
1) За счет скольжения в базисных плоскостях {1000} в направлении <1120>.
2) Сплетение по пирамидальным плоскостям {1012}.
При T> 250 ° C скольжение может происходить также по пирамидальной и призматической плоскостям.
Важные самолеты планирования
Ab initio расчеты становятся все более полезными для инженеров, заинтересованных в разработке новых сплавов, поскольку эти расчеты позволяют точно предсказать основные свойства материала. только зная атомный состав материала.В этой статье упругие постоянные монокристаллов 11 ОЦК сплавов Mg – Li рассчитаны с использованием теории функционала плотности (DFT) и сравниваются с имеющиеся экспериментальные данные. На основе свойств, определенных методом DFT, рассчитываются технические параметры, такие как отношение модуля объемной упругости к модулю сдвига (B / G) и отношение модуля Юнга к массовой плотности (Y / q)
. Анализ B / G и Y / q показывает, что ОЦК сплавы Mg – Li с 30–50 ат.% Li обладают наибольшим потенциалом в качестве легких структурных материал. По сравнению с сплавами Al – Li с ГЦК-сплавами, сплавы Mg – Li с ГЦК-решеткой имеют более низкое отношение B / G, но сравнимое отношение Y / q.Карта Эшби, содержащая Y / q и B / G, показывает, что невозможно увеличить оба Y / q и B / G, изменяя только состав бинарного сплава.
Коллективная зернистая механика в сплавах Mg и Mg – редкоземельные элементы
Ф. Ван, С. Сандлёбес, М. Диль, Л. Шарма, Ф. Ротерс, Д. Раабе
Acta Materialia 80 (2014) 77-93
Коллективная зернистая механика в сплавах Mg и Mg – редкоземельные элементы
Acta Materialia 2014 Sandlobes Mg Red e […]
PDF-документ [1.1 MB] Ф. Ван, С. Сандлёбес, М. Диль, Л. Шарма, Ф. Ротерс, Д. Раабе Acta Materialia 80 (2014) 77-93 Коллективная зернистая механика в сплавах Mg и Mg с редкоземельными элементами
Магний имеет низкую массовую плотность 1,74 г / см3 и является самым легким конструкционным металлом [1]. Магний и его сплавы привлекли большое внимание к потенциальному использованию в автомобильные приложения [2]. Однако применение деформируемых магниевых сплавов
ограничено его плохой формуемостью при температурах окружающей среды, вызванной сильной текстурой базального типа, развивающейся во время обработки, и отсутствием доступной деформации. механизмы [3].
Основными режимами деформации при комнатной температуре в магниевых и магниевых сплавах являются базисное скольжение и двойникование при растяжении f1012g. Оба легко активировать и критически решены. значения напряжения сдвига (CRSS) в несколько МПа согласно экспериментам на монокристаллах [4]. Преобладание базального дислокационного скольжения создает текстуру волокна, в которой базисные плоскости близко выровнен с направлением потока первичного материала, ограничивая вклад системы базального скольжения в дальнейшую деформацию [5,6].Помимо скольжения небазальных дислокаций, двойникование может компенсировать деформацию вдоль оси c кристалла, обеспечивая дополнительные степени свободы, соответствующие требованиям для пяти независимых систем сдвига в классическом В смысле Тейлора – Бишопа – Хилла [7,8]. Однако ранее с помощью совместного экспериментального моделирования микромеханического анализа масштаба зерна [9] было обнаружено, что если критерий Тейлора – Бишопа – Хилла не везде выполняется в масштабе зерен, коллективная деформация кластеров зерен в некоторых случаях может обеспечить достаточное число степеней свободы сдвига
для совместимой поликристаллической деформации [10].Из-за ограниченности доступных систем деформации, пластических неоднородностей и Локализация деформации в виде полос сдвига [11] происходит при деформации Mg при комнатной температуре [12–18]. Механизмы
, связанные с образованием полос сдвига в сплавах Mg, не совсем понятны [12–18]; некоторые исследования предполагают 101 1 двойникование при сжатии [12,14], двойное двойникование [14,18], растяжение двойникование [13] или вращательная рекристаллизация
[17] как возможные механизмы образования полос сдвига.Полосы сдвига в Mg – это мезоскопический процесс деформации «кластер зерен», при котором зерна внутри полосы сдвига подвергаются воздействию впоследствии переориентируйте в направлении макроскопического сдвига
, то есть «смягчите» область сдвига относительно дальнейшего проскальзывания базальных дислокаций во время продолжающейся деформации [15,17,18].
Точно так же хорошо известно, что двойники появляются также в зернах, не ориентированных подходящим образом для двойникования. Это аномальное двойникование или, более конкретно, нешмидское поведение двойникования было наблюдается в листах проката и прессованных сплавах Mg, т.е.грамм. Ссылка [19–23]. Под нешмидским поведением выбора варианта близнеца мы имеем в виду тот факт, что микромеханический, то есть локальный Напряженное состояние может сильно отличаться от состояния макроскопической нагрузки. Однако следует отметить, что термин «нешмидское поведение» иногда также относится к эффекту гидростатического воздействия. компоненты тензора на пластическом течении: это определение здесь не используется.
По-видимому, локальная микроструктура играет важную роль в активации и топологии двойников, помимо зависимости от кристаллографической ориентации или размера зерна, от которых многие исследования были сосредоточены раньше, e.грамм. Ссылка [23,24]. Границы зерен являются важными местами зарождения двойников, поскольку они являются источниками дефектов и пиками напряжений. Взаимодействие между двойникованием и границами зерен было исследовано в поликристаллических гексагональных плотноупакованных (ГПУ) Mg и ГПУ Ti [12,25,26]. Обнаружено, что зарождение двойников происходит не только контролируется законом Шмида, то есть вариант близнеца с более низким фактором Шмида может зародить
вместо ожидаемого варианта близнеца с высоким фактором Шмида.
Эволюция микроструктуры чистого Mg и двух сплавов Mg – редкоземельные элементы (Mg – 3 мас.% Dy и Mg – 3 мас.% Er) исследовали во время испытаний на сжатие на месте с помощью дифракции обратного рассеяния электронов и электронно-канализационная контрастная визуализация. Локализация деформации и образование полосы сдвига на ранней стадии («полоса перед сдвигом») наблюдались в чистом Mg при деформации сжатия ниже 5%. инженерное напряжение. В экспериментах наблюдались скопления перколяционных зерен с преобладающим базальным скольжением как предвестником образования полос сдвига. Это коллективное поведение сдвига между зернами и кластерами
было проанализировано более подробно с использованием моделирования пластичности кристаллов, что выявило перколяцию интенсивной активности базального скольжения через границы зерен как механизм инициирования полосы сдвига.Для активированных двойников были выполнены анализ плоских следов, расчет фактора Шмида и анализ передачи деформации на границах зерен. Кажется что многие близнецы с активированным натяжением демонстрируют ярко выраженное нешмидское поведение. Двойникование, по-видимому, представляет собой процесс приспособления к локальной деформации, а не ответ на макроскопическую деформацию.
В то время как другие металлические сплавы имеют системы скольжения с множественными дислокациями, что обеспечивает их хорошо известную пластичность, гексагональная решетка магния предлагает недостаточные режимы деформации, делая его изначально хрупким.Мы разработали квантово-механическую карту сокровищ, которая отображает комбинации твердых растворов с электронными связями, структурой и объемные дескрипторы для сходства с пластичными магниево-редкоземельными сплавами. Используя это понимание, мы синтезировали удивительно простой, компактный, недорогой и совместимый с отраслью новый сплав, который более чем в 4 раза пластичнее и на 40% прочнее чистого магния. Сплав содержит 1 вес.% Алюминия и 0,1 вес.% Кальция, два недорогих элемента, которые совместимы. с ограничениями вторичной переработки.
Магниевый сплав, не содержащий редкоземельных элементов, с улучшенной собственной пластичностью. Зависимая от ориентации деформация за счет скольжения и двойникования в магнии во время вдавливания монокристалла
К. Замбальди, К. Зендер и Д. Раабе
Зависимая от ориентации деформация за счет скольжения и двойникования в магнии при индентировании монокристалла
Acta Materialia 91 (2015) 267-288
Acta Materialia 91 (2015) 267 Магний […]
PDF-документ [2,1 MB] К. Замбальди, К. Зендер и Д. Раабе Деформация, зависящая от ориентации, за счет скольжения и двойникования в магнии во время вдавливания монокристалла Acta Materialia 91 (2015) 267-288
Мы представляем зависимую от ориентации реакцию на вдавливание чистого магния во время индентирования отдельных зерен. Использовались конический индентор и максимальные нагрузки от 50 до 900 мН.Топографии отпечатков были получены с помощью конфокальной микроскопии. Микроструктуры отпечатков также были исследованы с помощью ориентационной микроскопии обратного рассеяния электронов. Ярко выраженная активация Вокруг оттисков наблюдались специфические двойниковые системы. Полученные данные были скомпилированы в представление обратной полюсной фигуры микроструктуры отпечатка и топографии после Замбальди и Раабе, Acta Mater. (2010). Трехмерное моделирование деформации вдавливания пластичностью кристаллов методом конечных элементов подтверждает интерпретацию зависимой от ориентации скользящие и двойные узоры вокруг вмятин.Обсуждается соответствие между активацией наблюдаемых и моделируемых вариантов двойникования в отношении условий зарождения и роста. удлинителей близнецов. Кроме того, совместимость деформаций двойникования с наложенной деформацией обсуждается на основе модели вдавливания с расширяющейся полостью. Ориентация зависимая реакция
магния во время индентирования сравнивается с литературными данными для индентирования альфа-титана и бериллия. Даны рекомендации, как использовать характерную природу. наблюдаемых рисунков индентирования для быстрой оценки относительной активности механизмов деформации и их критических касательных напряжений во время разработки сплава.
Сплавы магний-иттрий демонстрируют значительно улучшенную пластичность при комнатной температуре по сравнению с чистым Mg. Мы изучаем это интересное явление теоретически на атомном уровне. с использованием методов квантово-механического (так называемого ab initio) и атомистического моделирования. В частности, мы рассчитали обобщенные энергии дефектов упаковки для пяти систем скольжения в как элементарный магний (Mg), так и сплавы Mg – Y с использованием (i) теории функционала плотности
и (ii) набора потенциалов метода встроенного атома (EAM).Эти расчеты
предсказывают, что добавление иттрия приводит к снижению энергии дефектов нестабильной упаковки
базальных систем скольжения. В частности, в случае дефекта упаковки I2
предсказанное уменьшение энергии дефекта упаковки из-за атомов Y было подтверждено экспериментальными измерениями
. Мы находим аналогичное уменьшение для стабильной энергии дефекта упаковки {11¯22} <11 ¯23> небазальная система скольжения. С другой стороны, другие энергии вдоль этого конкретного профиля гамма-поверхности увеличивается с добавлением Y.Параллельно с квантово-механическими расчетами мы также разработали новый потенциал EAM Mg – Y и тщательно протестировал его работоспособность. Сравнение квантово-механических и атомистических результатов показывает, что новый потенциал подходит для будущих крупномасштабных атомистических симуляций.
Обобщенные профили энергии разрушения упаковки, рассчитанные для сплавов Mg и Mg – Y как функция смещения кристалла вдоль направления <11-20> в базисной плоскости.Новый физический журнал 15 (2013) 043020 Микрофотографии дефекта упаковки I2 в темнопольном электронном микроскопе в слабом луче при различных двухлучевых условиях. Новый физический журнал 15 (2013) 043020 Полосы сдвига, микроструктура и механические свойства в сплавах Mg и Mg-Y
MSF.690.202.pdf
PDF-Dokument [989.3 KB]
Сплавы на основе магния очень привлекательны для применения в конструкциях благодаря своей малой массе. плотность, высокая удельная прочность, хорошие литейные качества и возможность вторичной переработки.Однако шире Коммерческое применение листовых Mg-сплавов затруднено из-за их плохой формуемости при комнатной температуре, которая вызвана выраженным базальным скольжением и сильной кристаллографической текстурой базального типа. Это было Однако было обнаружено, что легирование Y и / или некоторых редкоземельных элементов, таких как Ce, может иметь очень положительное влияние на механический отклик конструкционных сплавов Mg. Среди этих эффектов – текстура. ослабление и повышение пластичности при комнатной температуре.
Было проведено множество феноменологических исследований влияния добавки редкоземельных элементов на формирование текстуры Mg.В то время как чистый Mg и листы из обычного сплава Mg обычно имеют прочную базовую текстуру, сплавы Mg с редкоземельными элементами имеют более слабая текстура базального типа, которая характеризуется расширением базальных полюсов в направлении прокатки листа, что приводит к так называемой текстуре r-типа (RD). Экструзия Mg- сплавы с редкоземельными элементами приводят к образованию слабой текстуры волокна <11-21>, которую также называют как компонент текстуры редкоземельного элемента. Эффект ослабления текстуры был объяснен закреплением границ зерен на выделениях Mg-редкоземельных элементов и локальным поворотом решетки вокруг выделений.Кроме того, было показано, что зародыши рекристаллизации на полосах локальной деформации в Mg-Y и Сплавы Mg-редкоземельные элементы имеют более случайную ориентацию, чем сплавы, образованные более удаленными от местных полосы деформации. Talal et al. изучили роль добавки РЗЭ на текстуру и деформационное поведение сплавов Mg и пришли к выводу, что Экспериментальные результаты показывают, что, скорее всего, были активны больше механизмов деформации, чем просто базальное скольжение и двойникование при растяжении. В других исследованиях сообщалось о более интенсивной активности сжатия / вторичного двойникования и скольжения небазальных дислокаций в редких случаях. землесодержащие сплавы по сравнению с обычными сплавами Mg и образование однородно распределенной деформации или сдвига группы.
Ни одно из ранних исследований не рассматривало лежащие в основе механизмы пластичности, вызванные редкоземельными элементами, которые до конца не изучены. В частности, происхождение полезного Y и редкоземельного твердого вещества влияние раствора на дуктилизацию Mg остается нерешенным.
Атомистические исследования с использованием вычислений теории функционала плотности (DFT) и молекулярной динамики (MD) с целью выяснение влияния растворенных веществ на механический отклик сплавов Mg были выполнены для базальных дислокаций и базальных SF. Я ₂.Результаты DFT использовались в качестве входных параметров для модели упрочнения твердого раствора Флейшера. Эти результаты показывают, что растворенные вещества, увеличивающие I ₂ SFE, приводят к улучшению вероятность поперечного скольжения базальных дислокаций по призматическим плоскостям и, как следствие, повышение пластичности.
Пластичные магниевые сплавы: Sandloebes et al. / Acta Materialia 70 (2014) 92 Пластичные магниевые сплавы Повышение пластичности сплавов Mg с помощью твердого раствора: моделирование, синтез и механические свойства из первых принципов.
Собственная энергия дефекта упаковки I1 (I1 SFE) служит параметром конструкции сплава для повышения пластичности сплавов Mg.С учетом этого эффекта мы провели квантово-механические расчеты для Mg15X soli
Пластичность Mg редкоземельных сплавов ab ini […]
PDF-Dokument [4.6 MB]
Магниевые сплавы являются привлекательными конструкционными материалами из-за их низкой плотности, высокой удельной прочности и хорошей пригодности для вторичной переработки. Однако из-за гексагональной кристаллической структуры Mg и Из-за связанной с этим кристаллографической анизотропии доступен только ограниченный набор систем скольжения, что приводит к плохой пластичности при комнатной температуре.В последнее время сплавы Mg-Y-Zn и Mg-Zn-RE, содержащие Сообщается, что структуры
, упорядоченные с длительным штабелированием (LPSO), обладают как высокой прочностью, так и хорошей ударной вязкостью. Сообщается, что эти отличные механические характеристики связаны с наличием структур LPSO, однако, лежащие в основе механизмы сопутствующего увеличения силы и стойкости до конца не изучены. Структуры LPSO химически и структурно упорядочены, где RE / Y и Zn атомы занимают позиции Mg на соседних плоскостях {0001}.Они имеют общую базальную плоскость {0001} Mg, но располагаются по оси c, что приводит к периодам наложения, таким как 10H, 14H, 18R и 24R. Для чистого Mg и большинства сплавов магния, базальное скольжение дислокаций {0001} 1120 и двойникование {1012} 1011 являются двумя преобладающими механизмами деформации при комнатной температуре. температура. Однако для структур LPSO было показано, что двойникование сильно ингибируется из-за длительной периодичности стэкинга и упорядочения атомов RE и Zn. Вместо этого Сообщалось о формировании полос излома во время деформации
зерен LPSO, которые вместе с базисным дислокационным скольжением эффективно переносят деформации в структурах LPSO при комнатной температуре.Предыдущие исследования также предполагают только ограниченная активность небазального скольжения, которая наблюдалась только в областях с высокими локальными концентрациями напряжений, например, рядом с полосами перегиба во время деформации при комнатной температуре Зерна LPSO.
Как правило, активация деформационных систем сильно зависит от кристаллографической текстуры и направления нагрузки. Таким образом, данное исследование направлено на изучение активных механизмы деформации в структурах LPSO при комнатной температуре в условиях, когда как базальное скольжение, так и образование полос излома ограничены.С этой целью мы исследовали комнату температурная деформация при растяжении экструдированного сплава Mg97Y2Zn1 (ат.%), который был деформирован растягивающей нагрузкой параллельно базисным плоскостям, следовательно, ограничивая активацию
базального скольжения и образования полос излома. С помощью комбинированного анализа следов проскальзывания, дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) мы наблюдали удивительное преобладание небазального скольжения в структурах LPSO.
Исследование деформации Mg97Y2Zn1 (ат.%) сплав с фазой длиннопериодной упаковки (LPSO). Сплав состоит из матрицы a-Mg с LPSO пластинчатой формы выделяет зерна междендритной фазы LPSO (структуры 18R) толщиной 3–5 нм. Междендритная фаза LPSO деформируется либо изгибом в сочетании с базальным скольжение или базальное скольжение и образование дислокационных стенок. Матрица Mg деформируется базальным скольжением и пирамидальным скольжением. Двойникование в матрице a-Mg не наблюдалось. при деформации при комнатной температуре.Несоответствие модулей упругости между матрицей a-Mg и пластинами LPSO, как предполагается, является основным источником активации небазальных дислокаций.
Пластичные магниевые сплавы по фазам LPSO: Acta Materialia 82 (2015) 414: механизмы деформации сплава Mg – Y – Zn с длиннопериодной упорядоченной структурой О механизмах деформации сплава Mg – Y – Zn при комнатной температуре с упорядоченными структурами с длинным периодом
Исследование с помощью просвечивающей электронной микроскопии деформации сплава Mg97Y2Zn1 (ат.%) сплав с фазой длиннопериодной упаковки (LPSO). Сплав состоит из матрицы a-Mg с пластинчатыми выделениями LPSO толщиной 3–5 нм и междендритных зерен фазы LPSO (структуры 18R). Междендритная фаза LPSO деформируется либо изгибом в сочетании с базальным скольжением, либо за счет базального скольжения и образования дислокационных стенок. Матрица Mg деформируется базальным скольжением и пирамидальным скольжением. Двойникование в матрице a-Mg при деформации при комнатной температуре не наблюдалось. Несоответствие модулей упругости между матрицей a-Mg и пластинами LPSO, как предполагается, является основным источником активации небазальных дислокаций.Комбинация мягкой матрицы a-Mg, усиленной LPSO.
Acta Mater 2014 Магний LPSO комнатная температура […]
PDF-документ [1.1 MB] Acta Materialia 82 (2015) 414: механизмы деформации сплава Mg – Y – Zn с длиннопериодной упорядоченной структурой .

Буквенный код	Легирующий элемент
А	Алюминий
В	висмут
С	Медь
D	Кадмий
E	Редкая земля
Ф	Утюг
G	Магний
H	Торий
К	Цирконий
л	Литий
м	Марганец
N	Никель
-П	Свинец
квартал	Серебро
R	Хром
S	Кремний
т	Олово
Вт	Иттрий
Я	Сурьма
Z	цинк

Легирующий элемент	Поведение при плавке и литье	Механические и технологические свойства	Коррозионные свойства Произведено заводом-изготовителем
Ag		Улучшает опоры при растяжении и ползучести при повышенных температурах.В наличии редкоземельные элементы.	Вредное влияние на коррозионное поведение
Al	Улучшает литье, склонность к микропористости	Отвердитель на твердом растворе, дисперсионное твердение при низких температурах.	Незначительное влияние
Be	Значительно снижает окисление поверхности расплава при очень низких концентрациях, приводит к крупнозернистости.
Ca	Эффективное измельчение зерна, небольшое подавление окисления расплавленного металла.	Улучшает свойства ползучести.	Вредное влияние на коррозионное поведение
Cu	Система с легко образующимися металлическими стеклами, улучшает литье.		Вредное влияние на коррозионное поведение, необходимо ограничение.
Fe	Магний практически не реагирует с тиглями из мягкой стали		Вредное влияние на коррозионное поведение, необходимо ограничение.
Ли	Повышает испаряемость и характеристики горения, плавится только в защищенных и герметичных печах.	Твердый раствор отвердителя при температуре окружающей среды, снижает плотность, повышает пластичность.	Сильно снижает коррозионные свойства, необходимо покрытие для защиты от влаги.
млн	Контроль содержания Fe путем осаждения соединения Fe-Mn, очистка осадков.	Увеличивает сопротивление ползучести.	Улучшает коррозионные свойства за счет эффекта контроля железа.
Ni	Система с легко формируемыми металлическими стеклами.		Вредное влияние на коррозионное поведение, ограничение необходимо.

Редкая земля	Улучшить литье, уменьшить микропористость.	Твердый раствор и дисперсионное твердение при комнатной и повышенной температуре; улучшить свойства растяжения и ползучести при повышенных температурах.
Si	Снижает литейные качества, образует стабильные силицидные соединения со многими другими легирующими элементами, совместим с Al, Zn и Ag, слабым измельчителем зерна.	Улучшает свойства ползучести.
Чт	Подавляет микропористость.	Улучшает свойства растяжения и ползучести при повышенных температурах, улучшает пластичность, является наиболее эффективным легирующим элементом.
Я	Элемент измельчения зерна	Улучшает свойства растяжения и ползучести при повышенных температурах.
Zn	Повышает текучесть расплава, слабый измельчитель зерна, склонность к микроскопии.	Осадочное твердение, улучшает прочность при температуре окружающей среды, склонность к хрупкости и жаропрочности, если не рафинирован Zr.
Zr	Самый эффективный измельчитель зерна, несовместимый с Si, Al и Mn, удаляет Fe, Al и Si из расплава.	Немного улучшает растяжимость при температуре окружающей среды.

Сплав	Характеристики
AZ63	Хорошая прочность и пластичность при комнатной температуре
AZ81	Прочные герметичные отливки с 0.0015 Be, используется для литья под давлением
AZ91	Сплав общего назначения для песка и литья под давлением
AM50	Литье под высоким давлением
AM20	Хорошая пластичность и ударная вязкость
AS41	Хорошая ползучесть до 150ºC
AS21	Хорошая ползучесть до 150ºC
AE42	Хорошая ползучесть до 150ºC
ZK51	Отливки в песчаные формы, хорошая прочность и пластичность при комнатной температуре
ZK61	Как для ZK51
ZE41	Отливки в песчаные формы, хорошая прочность при комнатной температуре, улучшенная литье
ZC63	Герметичные отливки, хорошая устойчивость к повышенным температурам, свариваемые
EZ33	Хорошая литье, герметичность, свариваемость, устойчивость к ползучести до 250ºF
HK31	Отливки в песчаные формы, хорошая литье, свариваемость, сопротивление ползучести до 350ºC
Гц32	Как для HK31
QE22	Герметичность и сварка, высокий предел текучести до 250ºC
Qh31	Герметичность, свариваемость, хорошее сопротивление ползучести и предел текучести до 300 ° C
WE54	Высокая прочность при комнатной и повышенных температурах
WE43	Хорошая коррозионная стойкость, свариваемость
M1	Сплав низкой и средней прочности, свариваемый, устойчивый к коррозии
AZ31	Сплав средней прочности, свариваемый, хорошая формуемость
AZ61	Сплав высокопрочный, свариваемый

AZ80	Высокопрочный сплав
ZM21	Сплав средней прочности, хорошая формуемость, хорошая демпфирующая способность
ZK30	Сплавы высокопрочные
ZK60	Хорошая формуемость
ZMC711	Высокопрочный сплав
HK31	Высокое сопротивление ползучести до 350ºC, свариваемый
HM21	Высокое сопротивление ползучести до 350 ° C, кратковременное воздействие до 425 ° C, свариваемый
WE43	Сопротивление ползучести при высоких температурах
WE54	Сопротивление ползучести при высоких температурах
LA141	Сверхлегкий