Система Mg—Th—Zn—Zr

24.01.2017

Подобно сплавам системы Mg—РЗМ—Zn—Zr литейные сплавы на основе системы Mg—Th—Zn—Zr обладают высокими прочностными свойствами при комнатной температуре (высокое содержание в сплаве цинка и низкое содержание тория) и при повышенных температурах (низкое содержание цинка и высокое содержание тория).
Мало что известно о фазовых равновесиях в этой системе. Вероятно, диаграмма состояния имеет крутую поверхность ликвидуса. Кроме того, есть сведения о том, что интерметаллическое соединение может быть отделено при фильтровании или каком-либо другом способе отделения частиц при литье сплава TZ6 (Mg—5,5% Zn—1,8% Th—0,7% Zr).
В микроструктуре сплавов наблюдаются границы зерен двух фаз, присутствие которых, по-видимому, определяется соотношением Th/Zn и скоростью охлаждения.
В настоящее время в литературе не опубликовано систематических работ по влиянию цинка и тория на механические свойства литейных Mg—Th—Zn—Zr сплавов. Как и в случае сплавов с РЗМ, здесь также наблюдаются две группы сплавов (рис. 100). Сплавы типа А характеризуются повышенным сопротивлением ползучести при высоких температурах и удовлетворительными механическими свойствами при комнатной температуре. Сплавы типа В обладают высокой прочностью при комнатной температуре.
На рис. 101 показано влияние добавок тория на прочность сплавов, отлитых в земляную форму. Легирование сплавов торием позволяет повысить пластичность по сравнению с магниевыми сплавами, содержащими редкоземельные элементы (табл. 23)
Система Mg—Th—Zn—Zr

Изменение механических свойств сплавов, содержащих цинк в интервале 3—6%, в зависимости от соотношения Th/Zn показано на рис. 102
В сплавах типа В с высоким содержанием цинка (при соотношении Th/Zn≤0,5) в микроструктуре наблюдается голубоватая фаза извилистой формы, аналогичная металлическому соединению. выделяющемуся в сплавах ZRE и RZ5. В то время как в сплавах с низким содержанием цинка при соотношении Th/Zn≥1,4 появляется коричневая фаза в виде игл, в сплавах типа А с соотношением Th/Zn в интервале приблизительно от 0,5 до 1,4 присутствуют обе фазы.
Система Mg—Th—Zn—Zr

Повышенное сопротивление ползучести характерно для сплавов типа А, в структуре которых встречаются обе фазы, однако коричневая фаза преобладает (рис. 103, 104),
В структуре сплава TZ6, у которого соотношение Th/Zn значительно ниже 0,5, наблюдается только голубоватая фаза (рис. 105). Добавки тория уменьшают тенденцию к микропористости и улучшают свариваемость высокопрочных Mg—Zn—Zr сплавов.
Сплавы системы Mg— Th—Zn—Zr, обладающие средней прочностью при повышенных температурах, свободны от микропористости. Однако при литье магниевых сплавов, легированных торием, возникают трудности в результате попадания окисной пленки в отливку.
Рассматривая основные факторы, обусловливающие повышенное сопротивление ползучести сплава ZT1, необходимо помнить, что действие тория в магниевых сплавах подобно действию редкоземельных металлов.
Сопротивление ползучести тройного сплава Mg—Th—Zr остается на сравнительно высоком уровне приблизительно до температуры 350° С и видимые ориентированные выделения не обнаруживаются до тех пор, пока. He будет проведена термическая обработка при сравнительно высоких температурах В этом случае сопротивление ползучести сплавов уменьшается так же, как и после горячей обработки давлением. Повышенное сопротивление ползучести может быть восстановлено в результате термической обработки сплава на однородный твердый раствор и старения, например, при температуре 315° С.
Система Mg—Th—Zn—Zr

Следует отметить, что не всегда повышенное сопротивление ползучести может быть восстановлено в результате обработки на однородный твердый раствор, например в случае магниевых сплавов, содержащих большое количество цинка.
По аналогии с магниевыми сплавами, содержащими РЗМ, можно предположить, что важную роль в повышении сопротивления ползучести Mg—Th сплавов (в частности, сплав ZT1) играют выделения с предпочтительной ориентировкой.
Из сравнения свойств сплава ZT1 со свойствами аналогичного сплава, но не содержащего Zr, следует, что присутствие циркония в сплаве или его модифицирующее действие приводит к увеличению сопротивления ползучести. Это наблюдение является несколько необычным, так как принято считать, что сопротивление ползучести при повышенных температурах растет с укрупнением зерна.
Цинк несомненно влияет на повышение сопротивления ползучести сплава ZT1, как следует из рис. 106. Вайтхидом было найдено (рис. 107) оптимальное соотношение Th/Zn в магниевом сплаве, обеспечивающее повышенное сопротивление ползучести. Величина этого соотношения соответствует сплаву, в микроструктуре которого коричневая иглообразная фаза преобладает над голубой фазой.
Система Mg—Th—Zn—Zr

Ecти сплав, содержание тория и цинка в котором соответствует оптимальному соотношению, отливали в кокиль, то образование коричневой фазы подавлялось и сопротивление ползучести несколько уменьшалось. Это объясняется тем, что присутствие сетки интерметаллидов на границах зерен оказывает влияние на сопротивление ползучести, и таким образом иглообразная фаза (см. рис. 104) также может ограничивать скольжение на границах зерен, увеличивая тем самым сопротивление ползучести при повышенных температурах.
Упрочнение границ зерен в сплаве ZT1 в результате выделения частиц интерметаллидов Mg—Th и образования сетки интерметаллидов, вероятно, является причиной высоких механических свойств сплава при повышенных температурах. Если зависимость прочностных свойств от температуры испытания выразить графически, то для сплава ZT1 это будет прямая линия, в го время как для других литейных магниевых сплавов наблюдается отклонение от прямолинейной зависимости, причем это отклонение имеет место в интервале температур 200—250° С. При температурах испытания более 250° С границы зерен магниевых сплавов становятся менее прочными, чем само зерно (рис. 108).
Система Mg—Th—Zn—Zr