Сплав на основе магния и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть применены магниевые сплавы в качестве легкого высокотехнологичного конструкционного материала при изготовлении тонкостенных изделий сложной конфигурации. Технической задачей изобретения является повышение технологической пластичности и прочностных свойств сплава и возможность изготовления из него тонкостенных деталей сложной конфигурации. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%: Zn 1,0-1,5, Zr 0,15-0,30, Сe 0,05-0,10, не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm 0,10-0,15, Mg - остальное, и изделие, выполненное из него. Применение предлагаемого сплава позволит снизить себестоимость изделий, повысить коэффициент использования металла, улучшить эксплуатационную надежность и увеличить ресурс изделий. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть применены магниевые сплавы в качестве легкого высокотехнологичного конструкционного материала.

Известен сплав на основе магния марки МА8 следующего химического состава, мас.%: Мn - 1,3-2,2 Се - 0,15-0,35 Mg - Остальное [1] Сплав применяется в конструкциях авиационных дверей, кресел, деталях оформления салона пассажирских самолетов.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе магния марки МА20 следующего химического состава, мас.%: Zn - 1,0-1,5 Zr - 0,05-0,12 Се - 0,15-0,25 Mg - Остальное [2] Из этого сплава изготавливают конструкционные детали несилового набора планера: облицовочные панели, панели интерьера салона самолета и т.д.

Основными недостатками известных сплавов являются: невысокий уровень технологической пластичности и прочностных свойств. Из известных сплавов невозможно изготовить тонкостенные изделия сложной конфигурации.

Технической задачей изобретения является повышение технологической пластичности и прочностных свойств сплава и возможность изготовления из него тонкостенных деталей сложной конфигурации.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, церий и дополнительно содержащий не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,15-0,30
Се - 0,05-0,10
Не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm - 0,10-0,15
Mg - Остальное
и изделие, выполненное из него.

Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления несиловых тонкостенных изделий сложной конфигурации для планера пассажирских самолетов, таких как: панели обслуживания, подлокотники кресел, окантовка пилотской кабины, декоративные панно и т.д.

Такие изделия с развитой поверхностью получают методом сверхпластической формовки (СПФ). Сплавы, пригодные для СПФ, должны обладать мелкозернистой структурой.

Из литературных данных следует, что повышение содержания циркония в магниевом сплаве при горячей деформации может вызывать появление так называемых "прожилок", состоящих из α-Zr [3]. Это приводит к ухудшению технологических и механических свойств деформированного полуфабриката. В предлагаемом сплаве предусмотрено наряду с повышением содержания циркония снижение количества церия (до 0,05-0,10 мас.%) и введение не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm в определенных соотношениях.

Наличие этих редкоземельных металлов (РЗМ) способствует образованию в структуре предлагаемого сплава интерметаллидов типа Mg₉X, где Х - РЗМ.

Авторами установлено, что введение в определенных соотношениях РЗМ инициирует в сплаве процесс образования мелкодисперсных цинк-циркониевых соединений вместо нежелательной фазы α-Zr. Морфология и характер распределения этих фаз в структуре предлагаемого сплава таковы, что рост зерна в процессе горячей деформации блокируется. Мелкозернистая равноосная структура с хаотически равномерно распределенными мелкодисперсными вторичными фазами существенно улучшает и технологические, и прочностные свойства сплава.

На чертеже показана микроструктура листов толщиной 1,5 мм: а) - предлагаемого сплава; б) - сплава - прототипа.

Сплав был отлит в газовом горне с применением флюса ВИ-2. Масса плавки составляла 15 кг. После механической обработки плоские слитки толщиной 38-40 мм были отгомогенизированы и прокатаны на листы толщиной 1,7-2,0 мм на стане Дуо по известной технологии.

Методом пневмоформовки на прессе усилием 750 тс из листовых заготовок были получены тонкостенные модельные изделия сложной конфигурации. Изучены их свойства.

В результате испытаний на растяжение стандартных образцов предлагаемого сплава и сплава прототипа при варьировании скоростей деформации от 1,3•10^-1 до 1,5•10^-4 с^-1 и в интервале температур 250-450^oС установлены оптимальные технологические параметры деформации. Рассчитаны основные критерии оценки способности сплавов к СПФ: коэффициент скоростной чувствительности m и величина относительного удлинения δ при оптимальной температуре деформации (таблица). В таблице приведены химические составы предлагаемого сплава (с граничными и средним содержанием компонентов) и сплава - прототипа, а также их механические и технологические свойства.

Анализ результатов испытаний механических и технологических свойств, представленных в таблице, свидетельствует о преимуществах предлагаемого сплава. Предлагаемый сплав превосходит сплав - прототип по всем рассмотренным свойствам:
- по пределу прочности на 10-14,5%,
- по пределу текучести на 28,7-34,7%,
- по коэффициенту скоростной чувствительности m на 38-45%,
- по относительному удлинению при оптимальных параметрах деформации в 1,16-1,3 раза.

Применение нового сплава позволяет получать изделия стойким сечением и сложной геометрией с максимальной точностью и высокими механическими свойствами.

Применение предлагаемого сплава позволит снизить себестоимость изделий, повысить коэффициент использования металла, улучшить эксплуатационную надежность и увеличить ресурс изделий.

Источники информации
1. Справочник "Магниевые сплавы", том 1 "Металловедение магния и его сплавов. Области применения". Под ред. М.Б. Альтмана, М.Е. Дрица, М.А. Тимоновой и др., М., Металлургия, 1978 г., с. 103.

2. ГОСТ 14957-76, с.3.

3. Е. Ф. Эмли "Основы технологии производства и обработки магниевых сплавов". М., Металлургия, 1972 г., с. 154.

Формула изобретения

1. Сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,15-0,30
Се - 0,05-0,10
Не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm - 0,10-0,15
Mg - Остальное
2. Изделие из сплава на основе магния, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,15-0,30
Се - 0,05-0,10
не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm - 0,10-0,15
Mg - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2