Системы Mg—РЗМ

Наиболее ранняя работа по изучению сплавов магния с редкоземельными металлами была проведена с мишметаллом, богатым церием, хотя большинство недавно созданных сплавов содержат редкоземельный металл в чистом виде. Двойные сплавы систем Mg—РЗМ представляют небольшой практический интерес, если только сплав дополнительно не легирован цирконием.
Диаграммы состояния систем Mg—Ce, Mg—La и Mg—Рr приведены на рис. 70—72.

Несмотря на некоторое рафинирующее действие добавок цериевого мишметалла на структуру магния, механические свойства при нормальных температурах сплавов, отлитых в земляную форму, изменяются незначительно. Так, Мэрфи и Пэйн приводят данные о сплаве Mg — 3% РЗМ, термообработанном 8 ч при 570° С (на 20° С ниже эвтектической температуры): σв = 9,2 кГ/мм2; σ0,1= 5,4 кГ/мм2; δ = 1%.
Леонтис, изучавший влияние редкоземельных металлов на механические свойства сплавов, отлитых в землю, показал, что по влиянию на свойства сплавов при комнатной и повышенных температурах, а также по способности сплавов Mg—РЗМ к термической обработке редкоземельные металлы можно расположить в следующем порядке: лантан, церий, мишметалл, дидимиум. В том же порядке увеличивается и их растворимость в твердом магнии (рис. 73, 74 и табл 22).

Сопротивление ползучести магния и его сплавов при повышенных температурах, так же как и прочностные свойства, увеличивается при легировании их редкоземельными металлами, причем наибольший эффект наблюдается в сплавах, содержащих неодим (рис. 75). Различное влияние неодима и лантана на свойства магния было известно уже в конце тридцатых годов и объяснялось различной степенью упрочнения границ зерна сеткой интерметаллидов Mg—РЗМ.

Присутствие в магнии редкоземельных элементов в количестве нескольких процентов вызывает образование более или менее непрерывной сетки вырожденной эвтектики по границам зерен и между ветвями дендритов. Легирование магния церием и лантаном способствует образованию более типичной эвтектики, чем при легировании смесью редкоземельных металлов (рис. 76).
В результате термической обработки на твердый раствор сетка эвтектики разрушается на отдельные участки, в связи с чем твердый раствор на основе магния становится непрерывной фазой. Термическая обработка при температуре выше 250° С вызывает ориентацию выделений в теле зерна.
Мэрфи и Пэйн в работе сообщают, что при введении циркония в сплавы систем Mg—РЗМ измельчается зерно и улучшаются прочностные свойства в литом состоянии при комнатной температуре. Прочностные свойства этих сплавов при повышенных температурах, в особенности сопротивление ползучести, остаются на высоком уровне вплоть до температуры 250° С. Результатом этого исследования явилось создание литейного сплава ZREl (Mg—2,75% РЗМ—2,25% Zn—0,7% Zr).
Меллор изучал механизм повышения сопротивления ползучести магния при легировании его добавками редкоземельных металлов и установил следующее:
а) сопротивление ползучести при температуре 200° С исследованных литейных сплавов систем Mg—PSM существенно уменьшается в результате обработки давлением, однако сопротивление ползучести может быть полностью восстановлено после высокотемпературной термической обработки на однородный твердый раствор с последующим старением при температуре 200° С;
б) старение при температуре более 250° С приводит к уменьшению сопротивления ползучести, что соответствует появлению в структуре сплавов кристаллографически ориентированных выделений, распределенных по всему зерну.

На основании этих выводов можно считать, что повышенное сопротивление ползучести в этих сплавах обусловлено не присутствием сетки интерметаллидов по границам зерен, а предпочтительной ориентацией субмикроскопических выделений, образующихся в объемах зерен при оптимальных температурах старения.
Это дополнительно подтверждено результатами электронно-микроскопических исследований и работой Леонтиса, изучавшего влияние различных редкоземельных металлов на структуру и свойства магния. Было обнаружено, что сопротивление ползучести сплавов при температуре 200° С увеличивается с ростом величины растворимости редкоземельных металлов в магнии в твердом состоянии.
Робертс пришел к заключению, что выделения, которые обусловливают повышенное сопротивление ползучести магние вых сплавов, содержащих редкоземельные металлы, наблюдаются прежде всего по границам зерен. Мелкодисперсные выделения на границах зерен подавляют обычную миграцию границ зерен, имеющую место в процессе ползучести чистого магния Пирсол и Робертс обнаружили ориентационную связь между частицами выделений и матрицей.