Материал: Фазовые равновесия и структурообразование сплавов на основе алюминия и магния для авиационной промышленности. Жиляков Д.Г., Горожанкина О.В

1.4.2. Сплав системы Al – Cu – Mg

Диаграмма состояния этой системы (рис. 26) показывает, что наряду с двойными фазами Al3Mg2 (β) и Аl2Cu(θ) в равновесии с твердым раствором α могут находиться две тройные фазы S и Т.

За перитектическим превращением при высоком содержании меди образуется близко к квазибинарному сечение Al-S (температура эвтектики 518 °С) и частичная эвтектическая область Al – S – Al2Cu (температура эвтектики 507 °С). Богатая магнием фаза Т (Al6Mg4Cu) возникает на основе фазы S в результате перитектической четырехфазной реакции при температуре 467 °С.

При температуре 450°С происходит последующая перитектическая четырехфазная реакция, по которой фаза Т превращается в β.

Рис. 26. Диаграмма системы Al – Cu – Mg [15]

41

1.4.3.Сплав системы Al – Zn – Mg

Впостроении алюминиевого угла системы участвуют

двойные фазы Al3Mg2, MgZn2 и тройная фаза Т, отвечающая среднему химическому составу Al2Mg3Zn3 (рис. 27).

Сечения Al-MgZn2 и Al-Т остаются квазибинарными (температура эвтектики 447 °С). В частичной области Al-T-Zn при температуре 475 °С имеет место перитектическая четырехфазная реакция, по которой фаза Т превращается в фазу

MgZn2.

В дальнейшем при прохождении четырехфазной реакции при температуре 365 °С из фазы MgZn2 при высоком содержании цинка образуется фаза MgZn5, которая вместе с алюминием и цинком кристаллизуется по эвтектической реакции при температуре 343 °С.

Рис. 27. Изотермический разрез части диаграммы состояния системы Al – Mg – Zn при 25 °С [15]

42

1.4.4. Сплав системы Al-Cu-Si

Диаграмма состояния сплава показывает, что алюминий образует с кремнием и фазой Аl2Cu простую тройную эвтектическую частичную систему (температура эвтектики 525 °С). Совместное присутствие меди и кремния не влияет на взаимную растворимость их в α-твердом растворе.

В сплавах на основе алюминия легирование основными компонентами предусматривается таким образом, чтобы их суммарное содержание находилось ниже максимальной растворимости. Исключение составляет кремний, который благодаря благоприятным механическим свойствам эвтектики используется в эвтектической и заэвтектической концентрациях.

Примеси и добавки могут видоизменить диаграмму состояния лишь незначительно. Эти элементы чаще всего слабо растворяются в твердом растворе и образуют гетерогенные выделения в структуре.

Вследствие неполного выравнивания концентрации внутри первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора во время его затвердевания, в структуре могут появиться эвтектические участки при концентрации ниже максимальной растворимости, особенно в литом состоянии. Они располагаются по границам первичных зерен и препятствуют обрабатываемости.

Поскольку легирующие добавки растворяются в твердом растворе, гетерогенные структурные составляющие могут быть устранены длительным нагреванием при высоких температурах (гомогенизации) диффузионным путем. При горячем деформировании хрупкие выделения по границам зерен механически разрушаются и распределяются в структуре в строчечном режиме. Этот процесс характерен при превращении литой структуры в деформированную.

43

2. МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

2.1. Свойства магния

Магний – металл светло-серого цвета. Обладает очень малой плотностью (1,74 г/см3). Температура плавления магния 651 °С, кипения – 1107 °С. Кристаллическая решетка гексагональная плотноупакованная (а = 0,3103 нм, с = 0,5200 нм, с/а = 1,62354). Электропроводность составляет 38,6% от электропроводности меди. Технический магний выпускают трех ма-

рок МГ90 (99,90 % Mg), МГ95 (99,95 % Mg), МГ96 (99,96 %

Mg) [16].

На воздухе магний покрывается защитной оксидной пленкой. Стружка или порошок магния горят ярким белым пламенем, поэтому первоначально магний применялся лишь при фотографировании, а затем в пиротехнике, химической промышленности.

Стандартный электродный потенциал магния относительно водорода равен 2,4 В, поэтому магний вытесняет большинство металлов из водных растворов солей. Из кипящей воды магний медленно восстанавливает водород. Магний и сплавы, содержащие более 85% этого металла, можно по токсикологическим свойствам рассматривать вместе.

В промышленности их токсичность считается малой, хотя дымы оксида магния, как и некоторых других металлов, могут вызывать литейную лихорадку. При литье магния и сплавов с большим содержанием магния применяют фторидные флюсы и содержащие серу ингибиторы для отделения расплавленного металла от воздуха слоем диоксида серы. Это предохраняет металл от возгорания во время литья, однако дымы фторидов и диоксида серы могут представлять еще большую опасность. Самая главная опасность при обращении с магнием заключается в его возгорании. Мелкие частицы металла, образующиеся при шлифовке, полировке или обработ-

44

ке, могут легко воспламениться от случайной искры или пламени, причем они горят при температуре 1250 °С.

Магний получают двумя основными способами: термическим восстановлением оксида магния и непрерывным электролизом хлористого магния.

Термический метод основан на первичном обжиге магнезита при температуре 700 – 800 °С, восстановлении оксида магния углеродом или кремнием и последующей конденсации из газовой фазы.

Во втором методе морскую воду или воду соленых озер смешивают с известковым молоком, которое осаждает хлористый магний. После фильтрации и обезвоживания хлористый магний направляют на электролиз, в процессе которого он разлагается на магний и хлор. Расплавленный магний собирают вакуум-ковшом с поверхности ванн, рафинируют путем промывки флюсами и жидким четыреххлористым титаном. В результате этого содержание вредной примеси железа, снижающего коррозионную стойкость магния, уменьшается в десятки раз. Применяют также рафинирование жидкого магния хлоридами марганца и циркония.

ВРоссии имеются два предприятия, производящие магний. АО «Соликамский магниевый завод», производство магния и его сплавов до 20 тыс. т/год. АО «АВИСМА», производство магния до 17 тыс. т/год. На производстве полуфабрикатов из магниевых деформируемых сплавов специализирован завод в г. Каменск-Уральский, Свердловской области.

ВКазахстане имеется «Усть-Каменогорский титаномагниевый завод».

ВЯпонии крупный металлургический концерн «Kobe Steel Ltd.» на заводе в г. Нагоя выпускает фасонные отливки и поковки из магниевых сплавов для автомобильной и авиационной промышленности.

Французский алюминиевый концерн «Pechiney» на заводе в г. Монтрей имеет цех по прессованию изделий из магния

иего сплавов, выпускающий, в частности, прутки из сплавов

45