Система Mg—Zn—Zr

24.01.2017

Несмотря на практическую важность диаграммы состояния Mg—Zn—Zr, к сожалению, она была изучена недостаточно. Трудности, которые встречаются при исследовании двойной системы Mg—Zr, характерны и для тройной, кроме того, при изучении этой системы, как будет показано ниже, имеются еще и дополнительные трудности. Истинную картину фазовых равновесий в тройной системе создать трудно, однако проведенные исследования позволили получить некоторое представление об этой системе (рис. 81).
Система Mg—Zn—Zr

Необходимо отметить следующее: а) в больших плавках сплавов системы Mg—Zn—Zr, содержащих не менее 3% цинка, при охлаждении могут выделяться частицы интерметаллида Zn—Zr; эти выделения растворяются при повторном нагреве; б) как уже отмечалось выше, частицы интерметаллида Zn Zr не претерпевают перитектической реакции и не приводят к измельчению зерна
Изучение совместного влияния цинка и циркония на механические свойства Mg—Zn—Zr сплавов в литом состоянии было выполнено Хилдебрандом, Мейером и Леонтисом, а в деформированном состоянии Доаном и Анселом и Зауэрвальдом.
На рис. 82 показано влияние цинка на механические свойства сплавов, отлитых в земляную форму: в исходном состоянии, состаренном из литого состояния (Т5) и после полной термической обработки (Т6). Кривая изменения относительного удлинения для состояния Т5 построена на основании результатов исследования Хилдебранда. Эти данные относятся к сплавам с высоким содержанием циркония.
Система Mg—Zn—Zr

На рис. 83 показано влияние цинка и температуры старения на механические свойства магниевых сплавов, насыщенных цирконием, в литом состоянии. Как следует из рис 83. при содержании цинка более 6% прочностные свойства в литом состоянии резко падают, причем наиболее существенно уменьшается предел прочности. Относительное удлинение значительно понижается по мере повышения содержания цинка в сплаве. Сплавы, содержащие 6% или более цинка, характеризуются увеличением микропористости, причем влияние микропористости на механические свойства сплавов заметно более у образцов ДТД, чем у образцов ASTM, которые имеют не только меньшее сечение, но и лучшее питание при литье.
Старение сплавов непосредственно после литья (Т5) существенно увеличивает прочностные свойства Mg—Zn—Zr сплавов, но в сплавах, содержащих более 5% цинка, наибольшее повышение прочности происходит после полной термической обработки, что впервые было обнаружено Мейером и Мартинсоном.
Система Mg—Zn—Zr

На рис. 84, 85 показано влияние температуры старения на механические свойства литого в землю и кокиль сплава Z5Z, содержащего 4,5% цинка. Максимальные свойства были получены в результате длительного старения при умеренных температурах, в течение 1000 ч при 100°С Даже старение при комнатной температуре дает заметное увеличение прочностных характеристик.
Результаты, полученные Мейером, могут быть использованы для иллюстрации влияния содержания циркония, находящегося в твердом растворе, на величину зерна и механические свойства магниевого сплава, содержащего 6% цинка (рис. 86). Если содержание циркония в сплаве является низким, например 0,4—0,5%, то полная термическая обработка дает возможность получить механические свойства, приближающиеся к свойствам сплава, содержащего максимальное количество циркония, после термической обработки по режиму Т5, как было показано Хилдебрандом для сплава Z5Z.
Система Mg—Zn—Zr

Микроструктура Mg—Zn—Zr сплавов имеет некоторые интересные особенности. Ликвационные зоны, обогащенные цирконием, так же, как и в двойных Mg—Zr сплавах, присутствуют в форме концентрических окружностей. Дендритная ликвация цинка наблюдается вокруг границ зерен. При содержании цинка около 3% в сплаве начинают появляться частицы Mg—Zn интерметаллида. В присутствии циркония Mg—Zn интерметаллиды встречаются при меньшем содержании цинка. По границам зерен наблюдаются темные частицы твердого раствора цинка в цирконии.
Если содержание циркония в сплаве низкое, например 0,4—0,5%, то структура является крупнозернистой. Выделения, содержащие цирконий, имеют форму звезд или шестилепестковых цветков. Зоны, обогащенные цинком, ограничены границами зерен и распространяются внутрь к центру зерен.
В процессе термической обработки могут образовываться, по крайней мере, два типа выделений (рис. 87). Фишер и Вайтхид на примере исследования сплава, содержащего 8% цинка, установили следующее:
а) ориентированные выделения в областях, богатых цинком, огрубляются при 250° С и растворяются при температурах порядка 300° С;
б) мелкодисперсные выделения начинают появляться около границ областей, обогащенных цинком, и распространяются внутрь их, а также в зонах, обогащенных цирконием. Этот процесс начинается при температурах около 300° С. Повышенная температура стимулирует развитие этого процесса, а в дальнейшем вызывает огрубление выделений.
Начиная с температуры 300° С наблюдается растворение β-фазы (Mg—Zn соединение). В интервале температур 350—400° С происходит диффузия цинка в матрицу (рис. 88). Частицы выделений огрубляются и концентрируются в основном в областях, обогащенных цирконием. При температуре 500° С ускоренный распад имеет место в ликвационных зонах. Однако некоторое количество β-фазы остается нерастворенным даже после термической обработки в течение двух дней при температуре 550° С.
Система Mg—Zn—Zr

Микроструктурные исследования показывают, что увеличение прочности сплава, содержащего 4,5% цинка (см. рис. 82—85), после старения при умеренных температурах вызвано присутствием субмикроскопических выделений, которые укрупняются при повышении температуры старения. Эти выделения становятся видимыми в световой микроскоп при термической обработке при температурах около 300° С. При этих же температурах старения наблюдается понижение прочностных свойств сплавов. После термической обработки при температуре 400° С происходит значительное огрубление частиц выделений и прочностные свойства при комнатной температуре резко падают, в то время как относительное удлинение возрастает.