Влияние легирующих элементов на структуру и свойства магния

24.01.2017

Алюминий. Легирование магния алюминием позволяет создать сплавы, которые упрочняются при закалке и старении. Добавки алюминия увеличивают прочность и модифицируют структуру магния в литом состоянии, особенно при перегреве сплава или введении углерода. Сплавы системы Mg—Al обнаруживают некоторую тенденцию к микропористости.
Марганец. При добавлении в магний марганца улучшаются коррозионные свойства, однако в литом состоянии прочность увеличивается незначительно. С давних пор известны деформируемые Mg—Mn сплавы средней прочности.
Цинк. Добавки цинка измельчают зерно и повышают прочность магния. Сплавы системы Mg—Zn упрочняются при термической обработке. Недостатком этих сплавов является склонность их к хрупкости и горячеломкости, если только в сплав дополнительно не введен цирконий для создания еще более мелкозернистой структуры. Сплавы обнаруживают некоторую тенденцию к микропористости.
Цирконий. Цирконий наиболее интенсивно измельчает зерно и увеличивает пластичность магния, однако прочность при этом возрастает несущественно. Mg—Zr сплавы являются основой высокопрочных магниевых сплавов. Деформируемые магниевые сплавы, содержащие цирконий, обладают способностью сопротивления росту зерна, а также не теряют своих свойств после отжига или горячей обработки давлением. Добавки циркония способствуют рафинированию магния от железа, алюминия, кремния и некоторых других примесей, позволяя получать сплавы высокой чистоты.
Редкоземельные металлы (РЗМ). Легирование магния редкоземельными элементами увеличивает сопротивление ползучести сплавов при повышенных температурах вплоть до 250° С Однако литейные магниевые сплавы, содержащие редкоземельные элементы, имеют низкие свойства при растяжении. Эти свойства могут быть существенно повышены при дополнительном легировании цирконием.
Редкоземельные элементы обладают ценным свойством — уменьшать микропористость и компенсировать повышенную хрупкость, вызванную присутствием цинка в некоторых магниевых сплавах, но сами по себе они не приводят к повышению пластичности. Неодим и празеодим обладают значительно большей растворимостью в магнии в твердом состоянии, чем церий и лантан.
Торий. Введение тория в магниевые сплавы увеличивает их сопротивление ползучести при испытаниях до температуры 350° С. Добавки тория к магниевым сплавам, содержащим цинк, подавляют образование микропористости и увеличивают пластичность.
Серебро. Легирование магния серебром дает возможность создать сплавы, упрочняемые при термической обработке. Диаграмма состояния Mg—Ag является диаграммой эвтектического типа и характеризуется значительной растворимостью серебра в магнии в твердом состоянии.
Введение серебра в магниевые сплавы имеет небольшое практическое использование. В случае же сплавов на основе магния, содержащих редкоземельные элементы, присутствие серебра существенно повышает способность этих сплавов к упрочнению в результате полной термической обработки.
Литий. Введение более 10% лития в магний значительно повышает его пластичность вследствие того, что гексагональная плотноупакованная структура магния превращается в объемно-центрированную кубическую структуру лития. Некоторые тройные и четверные ставы на основе системы Mg—Li обладают в исходном состоянии высокими прочностными свойствами, которые. к сожалению, не являются стабильными.
Кальций. Легирование магния кальцием способствует измельчению зерна, однако при этом увеличивается склонность к горячеломкости и ухудшается свариваемость. Добавка кальция к деформируемым сплавам на основе системы Mg—Al—Zn увеличивает пластичность сплавов, в связи с чем кальций иногда добавляют к ставу AZ31, а также к сплаву АМ503 для улучшения технотогичности при прокатке. Креме того, добавки кальция уменьшают окисляемость магниевых сплавов при плавке и литье.
Бериллий. Предел растворимости бериллия в магнии составляет всего несколько тысячных долей процента, но при этом бериллий оказывает существенное влияние на уменьшение окисляемости жидкого магния и его сплавов. Этот эффект, однако, сопровождается огрублением зерна в сплавах на основе систем Mg—Al и Mg—Zr.
Олово. Добавка олова в магний и его сплавы несколько повышает их прочностные характеристики за счет уменьшения пластичности. Сплав ТА54 состава Mg—5% Sn—3,5% Al—0,5% Mn используют для изготовления поковок.
Кадмий. Кадмий обладает неограниченной растворимостью в магнии в твердом состоянии, но при этом эффект увеличения прочности незначителен. Сплавы на основе системы Mg—Cd использовали только на первой стадии освоения магниевых сплавов.