Сплав на основе магния и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочных сплавов на основе магния, предназначенных для изготовления нагруженных деталей агрегатов, работающих при температуре 250°С длительно, используемых в авиационной и космической технике. Для повышения механических свойств при комнатной и повышенных до 250°С температурах предложен сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%: Zn 6,0-10,0, Zr 0,6-1,2, Nb 0,01-0,8, РЗМ 0,7-2,5, Gd 0,02-2,6, Mg остальное, и изделие, выполненное из этого сплава. Применение предлагаемого сплава в нагруженных деталях, таких как кронштейны, балки, корпусы опор, редукторов, насосов и маслоагрегатов, повысит их надежность и ресурс. 2 н. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочных сплавов на основе магния, предназначенных для изготовления нагруженных деталей агрегатов, работающих при температуре 250°С длительно, используемых в авиационной и космической технике.

Известен сплав на основе магния, имеющий следующий химический состав, в мас.%:

Ag	1,5
Nd	2,0
Zr	0,6
Mg	Остальное

(ASTM Standard Specification for Magnesium Alloy Forgings, B94-91).

Из известного сплава изготавливают агрегаты самолетов и вертолетов, работающих при температурах до 150°С.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются недостаточно высокие механические свойства (σ_B=240 МПа) и наличие в составе дорогостоящего элемента - серебра.

Известен также сплав на основе магния, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Ag	2,5
Th	1,0
Zr	0,7
Mg	Остальное

(ASTM Standard Specification for Magnesium Alloy Castings, B94-91).

Из известного сплава изготавливают конструкционные элементы самолетов и вертолетов, работающих при температурах до 150°С.

Недостатками сплава являются недостаточно высокие механические свойства (σ_B=270 МПа) и наличие в составе радиоактивного элемента - тория.

Недостатком изделий, выполненных из этого сплава, является повышенная склонность к образованию оксидных плен на рабочих поверхностях.

Известен сплав следующего химического состава, мас.%:

Nd	2,6-3,0
Zr	0,6
Zn	0,6
Mg	Остальное

(ГОСТ 2856-79 «Сплавы магниевые литейные. Технические требования»).

Этот сплав используется для изготовления деталей корпусов редукторов, насосов и вентиляторов, маслоагрегатов, двигателей.

Недостатком сплава являются невысокие механические свойства.

Недостатком изделий из этого сплава является наличие микрорыхлот, что приводит к снижению выхода годного и необходимости проведения дополнительных операций по герметизации.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%:

Zn	6,8-9,0
Zr	0,7-1,0
Cd	0,01-1,0
РЗМ	0,02-0,6
Nb	0,01-0,2
Ti	0,0025-0,005
Примеси не более	0,05
Mg	Остальное

(патент РФ №2230814).

Из сплава-прототипа могут изготавливаться нагруженные корпусные детали, а также балки, кронштейны, качалки, работающие при температуре до 150°С.

Недостатком сплава-прототипа является наличие недостаточно высоких механических свойств при повышенных температурах.

Недостатком изделий из сплава-прототипа является недостаточно высокая температура эксплуатации (не более 150°С).

Технической задачей изобретения является создание сплава на основе магния и изделия, полученного из него, с повышенными механическими свойствами при комнатной и повышенных (до 250°С) температурах.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, ниобий и редкоземельные металлы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний при следующих соотношениях компонентов, в мас.%:

Zn	6,0-10,0
Zr	0,6-1,2
Nb	0,01-0,8
РЗМ	0,7-2,5
Gd	0,02-2,6
Mg	Остальное

и изделие, выполненное из этого сплава.

При введении гадолиния в сплав на основе магния при содержании и соотношении других компонентов в заявленных пределах повышаются механические свойства при температурах до 250°С. Повышение механических свойств при введении гадолиния и увеличении содержания редкоземельных металлов связано с упрочнением твердого раствора и образованием фаз, тормозящих диффузионные и сдвиговые процессы при повышенных температурах.

Пример осуществления

В тигельную печь загружают магний, после его расплавления в расплав вводят составляющие сплава. Цирконий и ниобий вводят в сплав из лигатур магний-цирконий и магний-ниобий. Редкоземельные металлы и гадолиний вводят в последнюю очередь. Далее выполняются технологические операции, необходимые в процессе приготовления сплава. Приготовленный таким образом расплав разливают по формам, химический состав предлагаемого сплава и сплава-прототипа представлен в таблице 1.

Механические свойства образцов исследовали в термообработанном состоянии по режиму Т6. Коррозионную стойкость определяли в литом состоянии в 3% растворе NaCl по количеству выделившегося водорода. Сравнительные свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа представлены в таблице 2.

Коррозионная стойкость сплава находится на уровне прототипа и составляет 4,0 см³/см² водорода за 48 часов.

Из таблицы 2 видно, что механические свойства предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом при температуре 20°С выше по пределу прочности на 2-8%, по пределу текучести на 2-5%, по относительному удлинению на 6-10%; при температуре 250°С выше по пределу прочности в 2-2,5 раза, по пределу текучести в 1,6-1,7 раза, по пределу длительной прочности в 3-3,9 раза.

Таким образом, применение предлагаемого сплава на основе магния позволит получать изделия с повышенными механическими свойствами в интервале температур 20-250°С. Применение предлагаемого сплава в нагруженных деталях, таких как кронштейны, балки, корпусы опор, редукторов, насосов и маслоагрегатов, повысит их надежность и ресурс.

Таблица 1
Состав сплава	Химический состав, мас.%
Zn	Zr	Nb	РЗМ	Gd	Cd	Ti	Mg
предлагаемый	1	6,0	0,6	0,01	0,7	0,02	-	-	Остальное
	2	8,0	0,8	0,2	2,0	1,8	-	-	-''-
3	10,0	1,2	0,8	2,5	2,6	-	-	-''-
прототип	7,5	0,7	0,05	0,1	-	0,5	0,003	-''-

Таблица 2
Состав сплава	Режим термической обработки	Рабочая температура, °C	Механические свойства
			при 20°С	при 250°С	Длительная прочность
Предел прочности σв, МПа	Предел текучести σ0,2, МПа	Относительное удлинение δ, %	Предел прочности σв, МПа	Предел текучести σ0,2, МПа
предлагаемый	1	T6	250	325	225	9,5	235	142	75,0
	2	T6	250	330	230	9,2	245	150	76,5
3	T6	250	347	232	9,0	250	155	77,0
прототип	T6	150	320	220	8,5	102	90

1. Сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, ниобий, редкоземельные металлы (РЗМ), отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Zn	6,0-10,0
Zr	0,6-1,2
Nb	0,01-0,8
РЗМ	0,7-2,5
Gd	0,02-2,6
Mg	остальное.

2. Изделие из сплава на основе магния, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1