Ограничение роста зерна в твердом состоянии

24.01.2017

Кроме проблем получения мелкого зерна в отливках, вероятен рост зерна при термообработке, проводимой для получения твердого раствора с целью облегчения измерений величины зерна и при горячей обработке давлением некоторых сплавов. Практически применение термообработанных сплавов Mg—Al в одном случае дало вводящие в заблуждение результаты, так как измельчение зерна затемнялось последующим ростом при термообработке. Таким образом, термообработку некоторых сплавов следует применять с осторожностью.
Рост зерна в литейных сплавах является практически проблемой только для мало распространенного сплава AZ 92 (Mg—9 % Аl—2%Zn—0,25%Мп). Это явление изучали Баск, Питерс, Эллиот и Джинджерич. Для его возникновения требуется несколько условий:
а) при содержании марганца, превышающем 0,1%, содержание алюминия должно быть не меньше 8% (в отсутствие марганца рост зерна может происходить при значительно меньшем содержании алюминия);
б) содержание марганца, не превышающее 0,2%;
в) сильное охлаждение, вызывающее, вероятно, внутренние напряжения;
г) почти полное завершение растворения β-фазы:
д) сплав должен быть мелкозернистым.
Явление роста зерна можно подавить, контролируя в сплавах содержание марганца, применяя защитные обмазки кокилей и ступенчатую термообработку с промежуточными стадиями охлаждения.
Для снижения роста зерна двойной деформируемый сплав АМ503 (Mg—1,5%.Mn) был первоначально разработан с относительно высоким содержанием марганца,
С точки зрения сопротивления коррозии содержание марганца, превышающее 0,5%, не дает каких-либо преимуществ. При этом может происходить значительный рост зерна при повышенных температурах после деформации со снижением механических свойств. Это явление наблюдается в сплаве с марганцем (Mg—0,7% Mn), используемым для топливных элементов в некоторых типах ядерных реакторов. Поэтому в некоторых случаях, несмотря на возрастающую абсорбцию нейтронов, вызываемую повышенным содержанием марганца, для снижения роста зерна оказалось желательным применять нормальный сплав АМ503 с 1,5% Mn. В высокотемпературных деформируемых сплавах системы Mg—Th—Mn низкое содержание марганца может привести к чрезмерному росту зерна при отжиге.
Сравнивая опыт работы со сплавами систем Mg—Al и Mg—Mn, можно заметить в каждом случае, что рост зерна подавляется при содержании марганца, близком к насыщению.
При обработке Mg—Zr сплавов характерные участки дендритной ликвации, богатые цирконием, вытягиваются в более твердые иглы, которые заметно снижают последующий рост зерна при повышенных температурах. В связи с этим они относительно хорошо сохраняют свойства при комнатной температуре, во время горячей обработки или отжига.
При очень высоких температурах, например температурах, создающихся в ядерных установках, тенденция к иглообразованию пропадает.