Магниевые сплавы, содержащие литий

24.01.2017

На рис. 113 приведена диаграмма состояния системы Mg—Li. Для сплавов этой системы характерны две большие области твердых растворов: один — на основе гексагональной структуры магния, другой — на основе о. ц. к. структуры лития.
Диаграммы состояния тройных сплавов, содержащих алюминий или цинк, были построены Левинсоном и Макферсоном для системы Mg—Li—Al и Вейнбергом, Левинсоном и Poстокером для системы Mg—Li—Zn. Результаты их исследований приведены на рис. 114—115.
Магниевые сплавы, содержащие литий
Магниевые сплавы, содержащие литий

Примеры микроструктурного исследования двойных и тройных сплавов приведены в работах, там же указаны составы травителей.
Использование лития для легирования магния и его сплавов имеет исключительно важное значение. Достаточно только 10% легирующего элемента, чтобы изменить гексагональную решетку магния на объемноцентрированную кубическую решетку лития Сплавы Mg—Li на основе β-фазы могут деформироваться вхолодную. Другим преимуществом этих сплавов является повышенное значение отношения предела текучести при сжатии к пределу текучести при растяжении и увеличение модуля упругости при сжатии. Обладая низкой плотностью (1,35—1,65 г/см3), эти сплавы имеют высокое сопротивление изгибу. Однако до сих пор эти преимущества в достаточной степени не реализованы на практике.
Указанные выше потенциальные преимущества Mg—Li сплавов были обнаружены целым рядом исследователей в середине сороковых годов. Интенсивная работа была проведена Институтом им. Бателла и фирмой Dow в США, а не сколько позднее и в Англии фирмой Stone and Co. В Институте им. Бателла была выполнена классическая работа, в результате которой установлено следующее.
1. Содержание Na в деформируемых сплавах не должно превышать 0,01%, иначе резко упадет пластичность (это обстоятельство вынуждает применять при изготовлении сплавов металлический литий высокой чистоты в сочетании с плавкой в инертной атмосфере или с использованием флюса, приготовленного из чистых солей LiCl и LiF).
2. Двойные Mg—Li сплавы обладают высокой технологической пластичностью.
3. Сплавы могут быть упрочнены в результате дополнительного легирования цинком, кадмием, алюминием или серебром, что позволяет получить высокие механические свойства, превышающие соответствующие свойства известных до сих пор магниевых сплавов. Например, один из этих сплавов имеет σн = 31,5 кГ/мм2; δ = 8% в литом состоянии.
4. Высокопрочные Mg—Li сплавы, имеющие о. ц. к. структуру, обладают склонностью к перестариванию при незначительном повышении температуры.
5. Склонность сплавов к перестариванию обусловлена переходом метастабильной фазы состава MgLi2X (где X—Al, Zn, Cd или Ag) в стабильную фазу.
6. Сплавы, имеющие высокую прочность, характеризуются чувствительностью к коррозии под напряжением.
Обнаружено, что при воздействии даже сравнительно невысоких напряжений при нормальных температурах Mg—Li сплавы как на основе о. ц. к., так и на основе гексагональной структуры склонны к ползучести.
В течение пятидесятых годов в Англии и США было выполнено подробное исследование механизма перестаривания и выяснена возможность повышения стабильности сплавов. Однако реальный положительный успех достигнут не был. И в настоящее время практически можно получить высокопрочные сплавы, которые не стабильны, или стабильные сплавы, которые не обладают повышенной прочностью. Однако добавки кремния в литейные Mg—Li сплавы могут отчасти улучшить это положение.
Другим недостатком Mg—Li сплавов по сравнению со стандартными магниевыми сплавами является повышенная склонность к коррозии, когда они находятся в контакте с другими металлами. В то же время коррозионная стойкость их во влажной атмосфере и соленой воде является вполне приемлемой.
Литейные Mg—Li сплавы имеют также ряд недостатков. Так, максимальное содержание натрия в них не должно превышать 0,002%, иначе наблюдается охрупчивание. Сплавы Mg—Li реагируют с земляной формой, если только не используются специальные ингибиторы. Однако возможно фа сонное литье сплавов в графитовые и металлические формы.
Кларк и Стеркей показали, что высокие прочностные свойства Mg—Li сплавов, в частности сплавов, содержащих цинк, вызваны присутствием в сплаве переходной фазы MgLi2Zn, которая когерентна с матрицей. Фаза в дальнейшем превращается в равновесную фазу LiZn, прочность при этом уменьшается. Величина несоответствия между параметрами решеток переходной фазы и p-твердого раствора равна 5%. что, несомненно, и является основной причиной упрочнения этих сплавов на первой стадии старения. Большое несоответствие параметров решеток упрочняющей фазы и матрицы, а также «подвижность» атомов в кристаллической решетке, доказательством которого является низкое сопротивление ползучести, вызывают спонтанное перестаривание сплавов при сравнительно низких температурах.
В литературе существует некоторое разногласие относительно растворимости циркония в Mg—Li сплавах. Демайн и Фоулер показали, что растворимость циркония в жидком сплаве падает с увеличением содержания лития, уменьшаясь до нуля при содержании лития 6% (рис. 116).
Отсюда становится ясным, что цирконий растворим в Mg—Li сплавах только в гексагональной a-фазе. Следовательно, возможность получения сплавов на основе о. ц. к. β-фазы, содержащих цирконий, практически исключена.
Магниевые сплавы, содержащие литий