Системы Mg—РЗМ—Zr

В настоящее время ни температура солидуса, ни максимальная растворимость редкоземельных металлов в Mg—Zr сплавах в твердом состоянии не определены.
Влияние редкоземельных металлов и циркония на механические свойства сплавов систем Mg—РЗМ—Zr было изучено Мэрфи и Пэйном, которые показали, что очень низкие механические свойства Mg—РЗМ сплавов в литом состоянии могут быть повышены до уровня свойств промышленных магниевых сплавов в результате измельчения зерна добавками циркония (рис. 89). Относительное удлинение быстро падает с увеличением содержания цериевого мишметалл а в сплаве Mg—0,6% Zr (рис. 90) и приемлемое сочетание свойств возможно при содержании в сплаве около 3% редкоземельного металла. Эта композиция послужила основой первого литейного сплава MCZ, предназначенного для службы при повышенных температурах. Однако этот сплав впоследствии был заменен четверным сплавом ZREl (Mg — 2,75% РЗМ — 2,25% Zn — 0,7% Zr), который в отличие от сплава MCZ дополнительно легировали цинком.

В США первый жаропрочный литейный сплав ЕКЗО имел низкое содержание циркония (Mg — 3% РЗМ — 0,25% Zr). Этот сплав для увеличения механических свойств при комнатной температуре необходимо было подвергать высокотемпературной термической обработке на твердый раствор при температуре 565° С. Однако сплав ЕКЗО в дальнейшем был также вытеснен сплавом ZREl (EZ33).
Английская работа, в которой исследовалось влияние неодима на свойства Mg—Zr сплавов, и американские работы Лeонтиса по двойным сплавам системы Mg—РЗМ и Леонтиса и Фейсела, подробно изучавших совместное влияние циркония и редкоземельных металлов на свойства магниевых сплавов при комнатной и повышенных температурах после полной термической обработки (Т6) (рис. 91—95), позволили сделать некоторые интересные выводы:
1) механические свойства при комнатной температуре сплава Mg — 3% РЗМ — Zr растут с повышением содержания циркония, однако прочность при температуре 315° С не увеличивается;
2) при легировании Mg—Zr сплавов мишметаллом, богатым дидимиумом, механические свойства и сопротивление ползучести при всех температурах испытания были получены существенно более высокими, чем при легировании цериевым мишметаллом;
3) при легировании сплава Mg—Zr мишметаллом, обогащенным дидимиумом, максимальный предел прочности наблюдается у сплава, содержащего 3% РЗМ;
4) относительное удлинение сплавов резко падает с увеличением содержания РЗМ при испытаниях, по крайней мере, до температуры 200° С.

В работе Нельсона были обобщены жаропрочные свойства литейного сплава ЕК31 (Mg — 3% дидимиума — 0,7% Zr). Влияние добавок серебра на свойства этого сплава будет рассмотрено ниже.
Микроструктура сплавов системы Mg—РЗМ—Zr характеризуется присутствием сетки интерметаллидов, так же как и в случае двойных Mg—РЗМ сплавов, а также ликвационных областей, обогащенных цирконием, как у Mg—Zr сплавов.
При полном модифицировании структуры сплавов междендритные выделения β-фазы подавляются и металлическое соединение образуется в основном в составе эвтектики.
Как и в случае двойных Mg—РЗМ сплавов в процессе термической обработки на одородный твердый раствор, интерметаллиды собираются в виде обособленных участков, способствуя этим образованию непрерывной матрицы. Термическая обработка при температурах выше температур службы сплавов приводит к образованию видимых ориентированных выделений как в двойных Mg—РЗМ сплавах, так и в четверных сплавах, содержащих цирконий и цинк (рис. 96).

Прочностные свойства сплавов системы Mg — дидимиум — Zr при комнатной температуре по сравнению со сплавами, содержащими другие РЗМ, должны быть выше в связи с повышенной растворимостью дидимиума в магнии. Однако когда в сплаве после термической обработки на однородный твердый раствор остается избыток β-фазы, то преимущество от повышенной растворимости дидимиума в магнии по отношению к прочности естественно уменьшается, а сплав с 6% дидимиума в состоянии Т6 при комнатной температуре имеет то же значение предела прочности, что и сплавы, легированные другими РЗМ.