СПЛАВ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2008 года по МПК C22C23/04 

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 1,5Nd 2,0Zr 0,6Mg 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 2,5Th 1,0Zr 0,7Mg 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 2,6-3,0Zr 0,6Zn 0,6Mg 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 6,8-9,0Zr 0,7-1,0Cd 0,01-1,0РЗМ 0,02-0,6Nb 0,01-0,2Ti 0,0025-0,005Примеси не более 0,05Mg 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.%:

Zn6,0-10,0Zr0,6-1,2Nb0,01-0,8РЗМ0,7-2,5Gd0,02-2,6MgОстальное

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 1Состав сплаваХимический состав, мас.%ZnZrNbРЗМGdCdTiMgпредлагаемый16,00,60,010,70,02--Остальное28,00,80,22,01,8---''-310,01,20,82,52,6---''-прототип7,50,70,050,1-0,50,003-''-

Таблица 2Состав сплаваРежим термической обработкиРабочая температура, °CМеханические свойствапри 20°Спри 250°СДлительная прочность Предел прочности σ_в, МПаПредел текучести σ_0,2, МПаОтносительное удлинение δ, %Предел прочности σ_в, МПаПредел текучести σ_0,2, МПапредлагаемый1T62503252259,523514275,02T62503302309,224515076,53T62503472329,025015577,0        прототипT61503202208,510290         

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.

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

Zn6,0-10,0Zr0,6-1,2Nb0,01-0,8РЗМ0,7-2,5Gd0,02-2,6Mgостальное.