МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

 

 

В промышленности применяют магниевые сплавы на базе систем Mg – Al – Zn, Mg – Mn – Ce и др. Наиболее широко используются магниевые сплавы на базе системы Mg – Al – Zn с добавкой марганца, известные под собирательным названием электрон.

Как и алюминиевые, промышленные магниевые сплавы подразделяют на литейные и деформируемые.

 

Литейные магниевые сплавы

Наиболее широко используемый литейный магниевый сплав МЛ5 содержит 8 % Al, 0,5 % Zn и 0,3 % Mn (рис. 16). Алюминий и цинк вводят для упрочнения сплава. Алюминий входит в раствор на основе Mg, а также образует с магнием g-фазу – интерметаллид Mg17Al12. Цинк в сплаве МЛ5 самостоятельной фазы не образует. Он частично входит в раствор базе Mg, а частично растворен в соединении Mg17Al12, замещая в нем атомы Mg м Al, без нарушения стехиометричности. Более точной формулой главной избыточной g-фазы в сплаве МЛ5 является (Mg,Zn)17(Al,Zn)12.

 

Рис. 16. Начальные области диаграмм состояния магния с Al, Zn и Mn

 

Марганец в сплаве МЛ5 частично входит в твердый раствор на базе Mg, а частично входит в состав алюминидов типа Al8Mn5 и AlMn. В алюминидах Mn растворена вся примесь железа. Таким образом, Mn предотвращает образование самостоятельных железосодержащих фаз, резко снижающих стойкость против коррозии магниевых сплавов.

В литом состоянии сплав МЛ5 содержит две главные структурные составляющие: первичные дендриты a-раствора Al, Zn и Mn в магнии и образовавшиеся из эвтектического расплава по границам зерен и между ветвями дендритов a-раствора кристаллы интерметаллида Mg17Al12 (эвтектика вырождена). Интерметаллид Mg17Al12 хорошо выделяется на светлом фоне раствора в виде четко очерченных светлых включений. При медленной кристаллизации в песчаной форме эти включения довольно крупные, извилистые и вытянуты по границам зерен. При быстрой кристаллизации в кокиле (металлической форме) они более мелкие и округлые. Вокруг включений интерметаллида эвтектического происхождения часто встречаются темные участки фазы, в которых при замедленном охлаждении в литейной форме, особенно в песчаной, успел произойти распад пересыщенного раствора с выделением интерметаллида Mg17Al12. Кроме основного интерметаллида Mg17Al12 в литом сплаве в небольшом количестве содержатся алюминиды Mn в виде четко очерченных сероватого цвета включений, неравномерно распределенных по телу и границам зерен раствора.

Сплав МЛ5 используют в состоянии после закалки с 420°С и реже после закалки со старением при 175°С, 16 ч или при 200°С, 8 ч. Благодаря высокой устойчивости переохлажденного твердого раствора против распада сплав МЛ5 можно закаливать с охлаждением на воздухе. При нагреве под закалку неравновесные избыточные фазы переходят в a-раствор, и после закалки сплав МЛ5 должен состоять из одной фазы – пересыщенного a-раствора всех легирующих элементов в магнии. После закалки в воде границы зерен раствора плохо выявляются, а после закалки на воздухе они протравливаются из-за того, что около них частично успевает пройти распад a-раствора с выделением второй фазы (Mg17Al12).

При старении сплава МЛ5 происходит распад пересыщенного a-раствора с выделением интерметаллида Mg17Al12. В сплавах типа «электрон» распад пересыщенного раствора при старении начинается по границам зерен. Приграничные области, внутри которых прошел распад, сильно травятся и под микроскопом при средних увеличениях выявляются в виде темных участков. Внутри этих участков выделения Mg17Al12 имеют пластинчатую форму, а a-фаза по своей концентрации близка к равновесной (aP ), в то время как нераспавшиеся светлые участки исходного a-раствора по-прежнему сильно пересыщены легирующими элементами (aП). С увеличением продолжительности старения темные участки охватывают все большую площадь шлифа и, при достаточно большом времени старения, светлые участки исходного aП раствора исчезают. Следовательно, при сравнительно небольшом времени старения сплав МЛ5 содержит две структурные составляющие: aП и (aP +Mg17Al12 ).