Влияние атмосферы и длительности нагрева на фазовый

ВИАМ/1980-198029
Влияние атмосферы и длительности нагрева
на фазовый состав и структуру сплава МА14
М.В. Чухров
И.И. Гурьев
Г.И. Морозова
А.Е. Ансютина
З.Н. Хрисанова
Январь 1980
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья подготовлена для опубликования в журнале «Технология
легких сплавов», № 6, 1980 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
Влияние атмосферы и длительности нагрева
на фазовый состав и структуру сплава МА14 *
М.В. Чухров, И.И. Гурьев, Г.И. Морозова,
А.Е. Ансютина, З.Н. Хрисанова
Известно, что некоторые металлические сплавы, один из компонентов
которых обладает высоким химическим сродством к водороду, хорошо
абсорбируют водород. Насыщение магниевых сплавов водородом приводит к
изменению их физико-химических и механических свойств в результате
взаимодействия водорода со структурными дефектами сплава или его
легирующим
компонентом.
При
этом
могут
наблюдаться
фазовые
превращения.
Нами изучена возможность насыщения водородом при нагреве сплава
Mg–5,5%Zn–0,1÷0,9%Zr.
Образцы
подвергали
нагреву
различной
длительности при 450°С в атмосфере сернистого ангидрида и водорода.
Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что увеличение содержания
циркония в сплаве с 0,1 до 0,7% уменьшает содержание водорода в исходном
сплаве с 8,0 до 2,0 см3/100 г. Отжиг в атмосфере сернистого ангидрида
сохраняет эту разницу вплоть до выдержки 100 ч. Отжиг в атмосфере
водорода при выдержке в течение 1 ч и более длительного времени приводит
к тому, что слиток с высоким содержанием циркония насыщается водородом
сильнее, очевидно, за счет образования гидридов водорода. При отжиге в
атмосфере
сернистого
ангидрида
насыщение
сплава
водородом
незначительно.
В настоящей работе рассматриваются также изменения фазового состава
промышленного сплава МА14 системы Mg–Zn–Zr в зависимости от его
газонасыщенности.
*
В проведении экспериментальных работ принимала участие И.П. Ибрагимова.
Таблица 1.
Длительность
нагрева, ч
Исходное
состояние
0,1
1
10
50
100
Влияние содержания циркония и условий нагрева
на насыщение сплава Mg–5,5%Zn–0,1÷0,7%Zr (слиток)
водородом (в см3/100 г)
Содержание циркония, %
0,1
0,7
0,1
0,7
атмосфера сернистого ангидрида
атмосфера водорода
8,0
2,0
–
–
Насыщение
9,0
9,3
14,0
14,8
15,7
2,4
2,4
4,0
4,8
4,1
водородом
16,0
19,0
34,0
36,0
–
проводили
3,8
32,0
49,0
68,0
–
нагревом
(отжигом)
горячепрессованных образцов в атмосфере водорода при 450°С в течение 0,1;
1; 5; 10; 24 и 50 ч. Параллельно нагревали контрольные образцы в атмосфере
сернистого ангидрида. В образцах, обработанных по указанным режимам,
определяли содержание водорода*, механические свойства и фазовый состав.
Для
исследования
электрохимического
фазового
изолирования
состава
фаз
с
применяли
их
метод
последующим
рентгеноструктурным и химическим анализами [1].
Из приведенных в табл. 2 данных следует, что степень насыщения
водородом зависит от содержания циркония в сплаве МА14 и от
длительности выдержки при нагреве.
Известно, что в исходном состоянии сплава присутствуют фазы Zn 2 Zr 3
или Zr 2 Zn и гексагональная фаза Лавеса Zn 2 Zr, образование которой в
сплавах системы Mg–Zn–Zr стимулируется нагревом при температурах выше
400°С [2].
*
Определение водорода проведено В.А. Данилкиным.
Таблица 2.
Содержание Zr,
% вес.
0,3
0,3
0,9
0,9
0,3
0,3
0,9
0,9
Зависимость насыщения водородом от содержания циркония
и условий нагрева прутка из сплава МА14
Среда нагрева
Длительность
Содержание Н 2 ,
нагрева, ч
см3/100 г
Н2
1
8,0
Н2
50
41,0
H2
1
6,0
Н2
50
80,0
SO 2
1
9,3
SO 2
50
14,8
SO 2
1
4,0
SO 2
50
4,8
Выдержка в атмосфере водорода в течение 1 ч не вызывает образования
гидридов ни при содержании 0,3, ни при 0,9% Zr. Гидриды циркония
образуются после 5-часового нагрева и сохраняют свою стабильность при
более длительных выдержках (рис. 1).
Рисунок 1. Влияние содержания циркония и времени
выдержки при 450°С на фазовый состав сплава МА14:
а – в атмосфере сернистого ангидрида; б – в атмосфере водорода
Образование гидридов и увеличение длительности нагрева до 50 ч
сопровождается растворением фазы Лавеса, которая полностью исчезает при
50-часовом нагреве в атмосфере водорода (см. рис. 1). Цирконий оказывается
связанным на 85–90% в ε-гидрид. При длительных нагревах в атмосфере
сернистого ангидрида фаза Лавеса сохраняет относительную стабильность, и
в этом случае практически весь цирконий связан с цирконидами цинка.
Образцы
сплава,
насыщенного
водородом,
имеют
более
высокие
механические свойства, чем образцы того же сплава, выдержанного в
атмосфере SO 2 (табл. 3). Очевидно, выделившиеся дисперсные частицы
гидрида
циркония
способствуют
торможению
явлений
пластической
деформации, оказывают некоторое упрочняющее действие.
Таблица 3.
Влияние 10-часового нагрева в атмосфере SО 2 и Н 2
на фазовый состав и механические свойства сплава МА14
Атмосфера Содержание Zr в Содержание
Цирконид
σв,
σ 0,2 ,
δ, %
2
2
нагрева
сплаве, % вес.
цирконида,
кгс/мм кгс/мм
% мас.*
SO 2
0,36
0,14
Zn 2 Zr 3
28,3
20,2
16,0
0,35
Zn 2 Zr
SO 2
0,80
0,31
Zn 2 Zr 3
28,8
18,3
19,5
1,43
Zn 2 Zr
Н2
0,41
0,60
ε–ZrH 2 , Zr 2 Zn
30,5
25,0
12,5
Не обнаружен He обнаружен
Н2
0,97
1,15
ε–ZrH 2
31,5
25,3
14,0
0,28
Zn 2 Zr
* По сумме элементов Zn и Zr без учета содержания примесей.
На рис. 2 изображена микроструктура прессованных образцов после
10-часовой выдержки при 450°С в атмосфере сернистого ангидрида и
водорода с различным содержанием циркония (0,3 и 0,9%).
Сравнение приведенных структур показывает зависимость величины
зерна прессованного материала не только от содержания циркония, но и от
атмосферы нагрева. Размер зерна уменьшается с увеличением содержания
циркония (см. рис. 2, а, б). Гидриды циркония, очевидно, оказывают
тормозящее действие на рост зерна при отжиге.
a
б
Рисунок 2. Влияние содержания циркония и атмосферы нагрева
на структуру прессованного материала: а – в атмосфере сернистого ангидрида;
б – в атмосфере водорода; слева – при содержании циркония 0,3%;
справа – при содержании циркония 0,9%
Список литературы:
1. Морозова Г.И., Ибрагимова И.П., Лашко Н.Ф. – Заводская лаборатория, 1978, №4,
с. 402–405.
2. Морозова Г.И., Тихонова В.В., Лашко Н.Ф. – МиТОМ, 1978, №8, с. 52–54.