RU2437949C1 - Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture - Google Patents

Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture Download PDF

Info

Publication number
RU2437949C1
RU2437949C1 RU2010125560/02A RU2010125560A RU2437949C1 RU 2437949 C1 RU2437949 C1 RU 2437949C1 RU 2010125560/02 A RU2010125560/02 A RU 2010125560/02A RU 2010125560 A RU2010125560 A RU 2010125560A RU 2437949 C1 RU2437949 C1 RU 2437949C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnesium
particles
matrix alloy
alloy
matrix
Prior art date
Application number
RU2010125560/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Александровна Чернышова (RU)
Татьяна Александровна Чернышова
Лазарь Леонович Рохлин (RU)
Лазарь Леонович Рохлин
Максим Анатольевич Сазонов (RU)
Максим Анатольевич Сазонов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority to RU2010125560/02A priority Critical patent/RU2437949C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2437949C1 publication Critical patent/RU2437949C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: composite material consists of matrix alloy on base of magnesium and 5-10 wt % of strengthening particles of carbide of titanium, silicon or boron at contents of components in matrix alloy wt %: 0-12 Al, 0-4 Cu, 045 Zn, 0-1 Zr, to 3 Mn, to 10 REM, from 0.1 to 10 Ca, magnesium - the rest; structure of matrix alloy contains inter-metallide phases of composition (X)2Ca, where X - Mg or Al. The procedure consists in preparation of semi-finished product of matrix alloy, in placing it in a reactor over reinforcing particles of carbide of titanium, silicon or boron heated to 650-670°C, in melting matrix alloy and in mechanical mixing in air during 5-10 min.
EFFECT: raised quality of composite material, reduced cost and raised ecological safety of material manufacture.
4 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала на основе магниевого сплава, армированного дискретными упрочняющими частицами, и может быть использовано в автомобильной промышленности, авиации, ракетной и ядерной технике для получения конструкционного материала деталей, а также несущих и корпусных изделий с минимальной массой и улучшенными механическими характеристиками.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of a cast composite material based on a magnesium alloy reinforced with discrete reinforcing particles, and can be used in the automotive industry, aviation, rocket and nuclear technology to obtain structural material for parts, as well as bearing and case products with minimum weight and improved mechanical characteristics.

Как известно, магниевые сплавы характеризуются низкими прочностью, твердостью, износостойкостью, а также склонностью к возникновению задира при трении скольжения. Для устранения этих недостатков применяют армирование магниевых матриц частицами керамики. При равномерном распределении частиц в матрице композиционные материалы (КМ) на базе магниевых сплавов помимо высоких удельных значений прочности и жесткости, высокой твердости и износостойкости имеют высокие литейные свойства и легко подвергаются механической обработке.As you know, magnesium alloys are characterized by low strength, hardness, wear resistance, as well as a tendency to scratch during sliding friction. To eliminate these disadvantages, reinforcement of magnesium matrices with ceramic particles is used. With a uniform distribution of particles in the matrix, composite materials (CM) based on magnesium alloys, in addition to high specific values of strength and stiffness, high hardness and wear resistance, have high casting properties and are easily machined.

Основными способами изготовления дисперсно-упрочненных КМ с магниевой матрицей являются:The main methods for the manufacture of dispersion-strengthened CMs with a magnesium matrix are:

1) твердофазное совмещение порошковых компонентов - порошков матрицы и керамических частиц;1) solid-phase combination of powder components - matrix powders and ceramic particles;

2) жидкофазное совмещение компонентов при механическом замешивании керамических частиц в магниевые расплавы. Твердофазные способы порошковой металлургии не обеспечивают получения КМ со 100% плотностью и контролируемым качеством связи по границам матрица/наполнитель; кроме того, сопряжены с приобретением дорогостоящего оборудования, высокой стоимостью порошков из матричных сплавов, осуществлением сложных технологических процессов подготовки компонентов и компактирования, т.е. являются весьма затратными. Жидкофазные, или литейные, способы позволяют получить более качественные КМ (меньше пор, лучше межфазная связь) и являются более экономичными. Однако из-за сродства к кислороду и склонности к возгоранию магниевых расплавов жидкофазные способы также обладают рядом недостатков.2) liquid-phase combination of components during mechanical mixing of ceramic particles in magnesium melts. Solid-phase methods of powder metallurgy do not provide CM with a 100% density and controlled bond quality at the matrix / filler boundaries; in addition, they involve the acquisition of expensive equipment, the high cost of matrix alloy powders, the implementation of complex technological processes for the preparation of components and compaction, i.e. are very expensive. Liquid-phase, or foundry, methods make it possible to obtain higher-quality CMs (fewer pores, better interfacial coupling) and are more economical. However, due to the affinity for oxygen and the tendency to ignite magnesium melts, liquid-phase methods also have several disadvantages.

Так, известен способ получения литого магниевого КМ жидкофазной пропиткой без давления [Н.KANEDA and Т.СНОН. Fabrication of particulate reinforced magnesium composites by applying a spontaneous infiltration phenomenon. // J. Mater. Sci. №32 (1) (1997). P.47], включающий следующие этапы:So, there is a method of producing molten magnesium KM liquid-phase impregnation without pressure [N. KANEDA and T. CHON. Fabrication of particulate reinforced magnesium composites by applying a spontaneous infiltration phenomenon. // J. Mater. Sci. No. 32 (1) (1997). P.47], including the following steps:

а. Получение обработкой в мельнице смеси упрочнителя (частиц SiC) и реагента пропитки (SiO2);but. Preparation of a mixture of a hardener (SiC particles) and an impregnation reagent (SiO 2 ) in a mill;

б. Загрузку смеси порошков в тигель установки для пропитки и укладку поверх смеси порошков слитка из сплава магния; вакуумирование сборки;b. Loading a mixture of powders into a crucible of an impregnation plant and laying a magnesium alloy ingot over a mixture of powders; evacuation of the assembly;

в. Горячую пропитку смеси порошков расплавом в атмосфере чистого аргона при 700°С в течение 20 минут с последующим ступенчатым охлаждением.at. Hot impregnation of the powder mixture with a melt in a pure argon atmosphere at 700 ° C for 20 minutes, followed by stepwise cooling.

Присутствие реагента пропитки - аморфного оксида кремния - на поверхности частиц SiC может быть также обеспечено длительным окислением частиц на воздухе: 30 часов при температуре 1000°С [Т.EPICIER, F.BOSSELET and J.C.VIALA. Microstructure of interfaces between a magnesium matrix and preoxidized silicon carbide particles. // INTERFACE SCIENCE. №1 (1993). P.213]. Дальнейшая процедура совмещения таких частиц с расплавом требует еще более тщательной защиты от окисления и производится в запаянных ампулах, заполненных аргоном.The presence of an impregnation reagent — amorphous silicon oxide — on the surface of SiC particles can also be achieved by prolonged oxidation of the particles in air: 30 hours at 1000 ° C [T. EPICIER, F.BOSSELET and J.C. VIALA. Microstructure of interfaces between a magnesium matrix and preoxidized silicon carbide particles. // INTERFACE SCIENCE. No. 1 (1993). P.213]. The further procedure of combining such particles with the melt requires even more thorough protection against oxidation and is carried out in sealed ampoules filled with argon.

В этих способах не достигается однородность распределения в матрице упрочняющих керамических частиц из-за отсутствия перемешивания композиционного расплава.In these methods, a uniform distribution in the matrix of reinforcing ceramic particles is not achieved due to the lack of mixing of the composite melt.

Другой способ состоит в замешивании предварительно нагретых частиц TiC (до 20 об.%) или AIN (до 15 об.%) в расплав магния при температуре 700°С в атмосфере аргона [Suk-Won Urn, Т.Imai, Y.Nishida and D.Jiang. Superplacity of ceramic particulate reinforced magnesium alloy composites, fabricated by melt stirring method. Proc. of Eleventh Intern. Conf. of Соmр. Mater. (1997) P.486].Another method is to mix pre-heated particles of TiC (up to 20 vol.%) Or AIN (up to 15 vol.%) In a magnesium melt at a temperature of 700 ° C in argon atmosphere [Suk-Won Urn, T. Imai, Y. Nishida and D.Jiang. Superplacity of ceramic particulate reinforced magnesium alloy composites, fabricated by melt stirring method. Proc. of Eleventh Intern. Conf. of comp. Mater. (1997) P.486].

В этом способе при механическом перемешивании происходит газонасыщение расплава за счет газов, адсорбированных на частицах наполнителя, и защитного газа, что отрицательно сказывается на свойствах КМ.In this method, during mechanical stirring, the gas is saturated with the melt due to gases adsorbed on the filler particles and the protective gas, which negatively affects the properties of the CM.

Способ изготовления полуфабриката КМ в виде магниевого сплава с добавлением наноразмерных порошков TiC, Аl2О3, SiC или нанотрубок в количестве от 0,01 до 10% путем инжекции в расплав с использованием защитного газа (Аr, смесей Ar+N2 или N2+CO2) предложен в патенте США [US Patent № US 2010/0075064 А1, Method for making magnesium-based composite material; TSINGHUA UNIVERSITY, Beijing (CN); HON HAI Precision Industry CO., LTD., Tu-Cheng (TW) (Mar. 25, 2010)]. Для достижения равномерного распределения частиц в матрице расплав подвергают вибрационной обработке в защите газов N2 или смеси из N2+SF6.A method of manufacturing a semi-finished product KM in the form of a magnesium alloy with the addition of nanoscale powders TiC, Al 2 O 3 , SiC or nanotubes in an amount of from 0.01 to 10% by injection into the melt using protective gas (Ar, mixtures Ar + N 2 or N 2 + CO 2 ) is proposed in US patent [US Patent No. US 2010/0075064 A1, Method for making magnesium-based composite material; TSINGHUA UNIVERSITY, Beijing (CN); HON HAI Precision Industry CO., LTD., Tu-Cheng (TW) (Mar. 25, 2010)]. To achieve uniform distribution of particles in the matrix, the melt is subjected to vibration processing in the protection of gases N 2 or a mixture of N 2 + SF 6 .

В этом способе при газовой инжекции наполнителя в расплав происходит газонасыщение расплава за счет газов, адсорбированных на частицах наполнителя и защитного газа, что отрицательно сказывается на свойствах КМ.In this method, during gas injection of the filler into the melt, the melt is saturated with gas due to gases adsorbed on the particles of the filler and the protective gas, which negatively affects the properties of CM.

Известен способ изготовления КМ с магниевой матрицей, включающий введение механическим замешиванием частиц SiC в расплав сплава AZ91, нагретый в защитной атмосфере CO+SF6 до жидкотвердого состояния (590°С) [X.J.Wang, X.S.Нu, К.Wu, M.Y.Zheng, L.Zheng, Q.J.Zhai. The interfacial characteristics of SiCp/AZ91 magnesium matrix composites fabricated by stir casting. // J. Mater. Sci. №44 (2009). P.2759] или до температуры 700°С [A.Luo. Effect of matrix alloy composition on the interfacial phenomena and microstructure of cast Mg/SiCp composites. Proc. of Tenth Intern. Conf. of Comp. Mater., (1995) P.287].A known method of manufacturing CM with a magnesium matrix, including the introduction by mechanical mixing of SiC particles into the AZ91 alloy melt, heated in a protective atmosphere CO + SF 6 to a liquid-solid state (590 ° C) [XJWang, XSНu, К.Wu, MYZheng, L.Zheng, QJZhai. The interfacial characteristics of SiC p / AZ91 magnesium matrix composites fabricated by stir casting. // J. Mater. Sci. No. 44 (2009). P.2759] or up to a temperature of 700 ° C [A.Luo. Effect of matrix alloy composition on the interfacial phenomena and microstructure of cast Mg / SiC p composites. Proc. of Tenth Intern. Conf. of comp. Mater., (1995) P.287].

Как и в предыдущих примерах, способ требует тщательной защиты от окисления расплава, что затрудняет перемешивание и ухудшает однородность распределения частиц в матрице.As in the previous examples, the method requires careful protection from oxidation of the melt, which complicates mixing and worsens the uniformity of the distribution of particles in the matrix.

Известен способ защиты жидкого магниевого расплава, подготовленного для совмещения с преформой из коротких волокон Аl2О3, флюсом из порошка графита или смеси из борной кислоты и серы [S.JAYALAKSHMI, S.SESHAN, S.V.KAILAS, К.KUMAR and S.SRIVATSAN. Influence of processing and reinforcement on microstructure and impact behavior of magnesium alloy AM100. // Sâdhâna, Vol.29. №5 (2004). P.509]. В патенте РФ №2217512 [RU 2217512 С2, ФЛЮС ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ОТ ГОРЕНИЯ МАГНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ; Путина О.А., Путин А.А., Гулякин А.И., Нечаев Н.П., Рубель О.А., Лямин С.Г., Новиков С.М., Жуланов Н.К., Белкин Н.А., Темников В.В., Ремеслов М.Н.; ОАО "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" (05.02.2002)] предлагается применить для защиты Мg расплава флюс, содержащий хлорид магния, хлорид калия, фторид кальция, бромид натрия и фторборат калия. Однако защитный слой флюсов на поверхности расплава не обеспечивает 100% защиты магния от возгорания и десорбции газов с поверхности частиц наполнителя и препятствует введению частиц в расплав при механическом замешивании.A known method of protecting liquid magnesium melt prepared for combining with a preform of short fibers Al 2 O 3 , a flux of graphite powder or a mixture of boric acid and sulfur [S. JAYALAKSHMI, S. SESHAN, SVKAILAS, K. KUMAR and S. SRIVATSAN. Influence of processing and reinforcement on microstructure and impact behavior of magnesium alloy AM100. // Sâdhâna, Vol. 29. No. 5 (2004). P.509]. In the patent of the Russian Federation No. 2217512 [RU 2217512 C2, FLUX FOR REFINING AND PROTECTION AGAINST BURNING OF MAGNESIUM AND ITS ALLOYS; Putin O.A., Putin A.A., Gulyakin A.I., Nechaev N.P., Rubel O.A., Lyamin S.G., Novikov S.M., Zhulanov N.K., Belkin N .A., Temnikov V.V., Remeslov M.N .; OJSC "Russian Research and Design Institute of Titanium and Magnesium" (02/05/2002)] is proposed to use flux containing magnesium chloride, potassium chloride, calcium fluoride, sodium bromide and potassium fluoroborate to protect Mg melt. However, the protective layer of fluxes on the surface of the melt does not provide 100% protection of magnesium from ignition and desorption of gases from the surface of the filler particles and prevents the introduction of particles into the melt during mechanical mixing.

Таким образом, использование специальных технологических приемов и материалов для защиты расплавленного металла матрицы и десорбции газов с поверхности частиц наполнителей делает литейный процесс механического замешивания армирующих частиц в расплав трудно осуществимым.Thus, the use of special technological methods and materials for protecting molten matrix metal and gas desorption from the surface of filler particles makes the casting process of mechanical mixing of reinforcing particles into the melt difficult to implement.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ изготовления КМ с матрицей из магния и его сплавов [US Patent №84657065, Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles; Tsuguyasu Wada, Ann Arbor; George T.Eldis, Ypsilanti; Darryl L.Albright, Ann Arbor, all of Mich. Amax Inc., Greenwich, Conf. (Apr. 14, 1987)]. KM содержит в качестве упрочнителя короткие волокна или частицы карбида кремния или карбида титана в количестве до 24 об.% и до 5 об.% соответственно, которые вводят в магниевый расплав при механическом замешивании в течение времени, необходимого для равномерного распределения наполнителя в матрице. Для улучшения смачивания наполнителя в расплав магния или магниевого сплава вводят литий (металлический или в составе лигатуры) в количестве от 0,2 до 0,7 вес.%. Процесс замешивания наполнителя в расплав может быть осуществлен в атмосфере воздуха. Недостатком способа является трудность сохранения постоянной концентрации лития в Мg из-за быстрого испарения при температурах существования магниевого расплава.Closest to the proposed invention (prototype) is a method of manufacturing CM with a matrix of magnesium and its alloys [US Patent No. 84657065, Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles; Tsuguyasu Wada, Ann Arbor; George T. Eldis, Ypsilanti; Darryl L. Albright, Ann Arbor, all of Mich. Amax Inc., Greenwich, Conf. (Apr. 14, 1987)]. KM contains as a hardener short fibers or particles of silicon carbide or titanium carbide in an amount of up to 24 vol.% And up to 5 vol.%, Respectively, which are introduced into the magnesium melt by mechanical mixing for the time required for uniform distribution of the filler in the matrix. In order to improve the wetting of the filler, lithium (metallic or in the composition of the ligature) is introduced into the melt of magnesium or magnesium alloy in an amount of from 0.2 to 0.7 wt.%. The process of mixing the filler into the melt can be carried out in an atmosphere of air. The disadvantage of this method is the difficulty of maintaining a constant concentration of lithium in Mg due to the rapid evaporation at temperatures of the existence of a magnesium melt.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке состава и способа производства магниевых КМ, позволяющего исключить применение защитных сред из процесса совмещения упрочнителя и матрицы, добиться 100% усвоения дискретных частиц армирующего керамического наполнителя расплавом, равномерного распределения этих частиц в матрице, дополнительного упрочнения КМ. Техническим результатом является повышение качества КМ, снижение стоимости его изготовления, улучшение условий труда.The problem to which the present invention is directed, is to develop a composition and method for the production of magnesium CM, which eliminates the use of protective media from the process of combining the hardener and matrix, to achieve 100% assimilation of discrete particles of the reinforcing ceramic filler by the melt, uniform distribution of these particles in the matrix, additional hardening KM. The technical result is to increase the quality of the CM, reduce the cost of its manufacture, improve working conditions.

Технический результат достигается тем, что предложен литой композиционный материал на основе магниевого сплава, состоящий из матричного сплава на основе магния и армирующих дискретных частиц, отличающийся тем, что в качестве армирующих дискретных частиц он содержит карбид титана, кремния или бора в количестве от 5 до 10 мас.%, а матричный сплав на основе магния содержит кальций при следующем содержании компонентов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that a cast composite material based on a magnesium alloy is proposed, consisting of a matrix alloy based on magnesium and reinforcing discrete particles, characterized in that it contains titanium, silicon or boron carbide in an amount of 5 to 10 as reinforcing discrete particles wt.%, and the matrix alloy based on magnesium contains calcium in the following components, wt.%:

- алюминий от 0 до 12;- aluminum from 0 to 12;

- медь от 0 до 4;- copper from 0 to 4;

- цинк от 0 до 15;- zinc from 0 to 15;

- цирконий от 0 до 1;- zirconium from 0 to 1;

- марганец до 3;- manganese up to 3;

- РЗМ до 10;- REM up to 10;

- кальций от 0,1 до 10;- calcium from 0.1 to 10;

- магний - остальное,- magnesium - the rest,

причем матричный сплав содержит дискретные включения интерметаллидных фаз состава Х2Са, где Х - Мg или Аl.moreover, the matrix alloy contains discrete inclusions of intermetallic phases of the composition X 2 Ca, where X is Mg or Al.

Армирующие дискретные керамические частицы карбида титана, кремния или бора имеют средний размер до 40 мкм. Дискретные включения интерметаллидных фаз Х2Са, появляющиеся в магниевой матрице при введении кальция в количестве от 5 до 10 мас.%, имеют размер менее 10 мкм.Reinforcing discrete ceramic particles of titanium, silicon or boron carbide have an average size of up to 40 microns. Discrete inclusions of intermetallic phases X 2 Ca, appearing in the magnesium matrix with the introduction of calcium in an amount of 5 to 10 wt.%, Have a size of less than 10 microns.

Способ получения литого композиционного материала на основе магниевого сплава, включающий механическое перемешивание расплава матричного сплава на основе магния с армирующими дискретными частицами, отличается тем, что предварительно изготавливают полуфабрикат матричного сплава на основе магния со следующим содержанием компонентов, мас.%:The method of producing a cast composite material based on a magnesium alloy, comprising mechanically mixing a molten magnesium matrix alloy with reinforcing discrete particles, is characterized in that a semi-finished magnesium alloy matrix product is prefabricated with the following content of components, wt.%:

- алюминий от 0 до 12;- aluminum from 0 to 12;

- медь от 0 до 4;- copper from 0 to 4;

- цинк от 0 до 15;- zinc from 0 to 15;

- цирконий от 0 до 1;- zirconium from 0 to 1;

- марганец до 3;- manganese up to 3;

- РЗМ до 10;- REM up to 10;

- кальций от 0,1 до 10;- calcium from 0.1 to 10;

- магний - остальное.- magnesium - the rest.

Полуфабрикат размещают в реакторе поверх разогретых до 650-670°С армирующих дискретных частиц, в качестве которых используют карбид титана, кремния или бора в количестве от 5 до 10 мас.%. После расплавления матричного сплава осуществляют перемешивание на воздухе в течение 2-5 минут.The semi-finished product is placed in the reactor over reinforcing discrete particles heated to 650-670 ° C, which are used as titanium, silicon or boron carbide in an amount of from 5 to 10 wt.%. After melting the matrix alloy, stirring is carried out in air for 2-5 minutes.

Процесс изготовления КМ начинается с предварительной отливки полуфабриката из магниевого сплава, содержащего до от 0 до 12 мас.% алюминия, от 0 до 4 мас.% меди, от 0 до 15 мас.% цинка, от 0 до 1 мас.% циркония, до 3 мас.% марганца, до 10 мас.% РЗМ с добавлением от 0.1 до 10 мас.% кальция для снижения склонности к возгоранию при нагреве и обеспечения равномерного распределения частиц наполнителя в матрице за счет лучшей смачивающей способности и возможности интенсивного перемешивания расплава. Легирование кальцием осуществляют добавлением в полуфабрикат лигатуры (14,7 мас.% Са, Мg - остальное). Затем готовый полуфабрикат помещают в реактор поверх разогретых до температуры 650-670°С армирующих дискретных керамических частиц и нагревают. После расплавления матричного сплава осуществляют перемешивание в течение 2-5 мин и затем смесь разливают любым известным способом литья. Процедуру изготовления КМ проводят на воздухе без использования защитных сред.The process of manufacturing KM begins with the preliminary casting of a semi-finished product from a magnesium alloy containing from 0 to 12 wt.% Aluminum, from 0 to 4 wt.% Copper, from 0 to 15 wt.% Zinc, from 0 to 1 wt.% Zirconium, up to 3 wt.% manganese, up to 10 wt.% rare-earth metals with the addition of 0.1 to 10 wt.% calcium to reduce the tendency to ignite when heated and to ensure uniform distribution of filler particles in the matrix due to better wetting ability and the possibility of intensive mixing of the melt. Doping with calcium is carried out by adding ligatures to the semi-finished product (14.7 wt.% Ca, Mg - the rest). Then the finished semi-finished product is placed in the reactor over reinforcing discrete ceramic particles heated to a temperature of 650-670 ° C and heated. After the matrix alloy is melted, stirring is carried out for 2-5 minutes and then the mixture is poured by any known casting method. The manufacturing process of KM is carried out in air without the use of protective environments.

Минимальное содержание кальция экспериментально получено путем определения времени начала горения магниевого сплава на воздухе при нагреве до 650-670°С. Максимальное содержание кальция в матрице КМ из магниевых сплавов выбрано на основе данных о снижении прочности и пластичности Мg сплавов, легированных кальцием в количестве более 10 мас.% ( ~ 7 ат.%) [LING-LING SHI, JIANXU and EVAN MA. Мg-Al-Ca In-Situ composites with a refined eutectic structure and their compressive properties. // Metall. Mater. Trans. А №39А (2008). P.1225].The minimum calcium content was experimentally obtained by determining the start time of burning a magnesium alloy in air when heated to 650-670 ° C. The maximum calcium content in the KM matrix of magnesium alloys was selected on the basis of data on a decrease in the strength and ductility of Mg alloys doped with calcium in an amount of more than 10 wt.% (~ 7 at.%) [LING-LING SHI, JIANXU and EVAN MA. Mg-Al-Ca In-Situ composites with a refined eutectic structure and their compressive properties. // Metall. Mater. Trans. A No. 39A (2008). P.1225].

Введение в магниевую матрицу кальция приводит к уменьшению ячеисто-дендритного параметра, т.е. диспергированию структуры матрицы и ее упрочнению.The introduction of calcium into the magnesium matrix leads to a decrease in the cellular-dendritic parameter, i.e. dispersing the structure of the matrix and its hardening.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами:The invention can be illustrated by the following examples:

По вышеизложенной технологии были получены литые КМ:According to the above technology, cast KMs were obtained:

Пример 1. Литой КМ с матрицей из сплава Мг90 (в мас.%: Fe<0.04, Si<0.009, Mn<0.03, Ni<0.001, Аl<0.02, Cu<0.004, Na<0.01, PЗM 0,006, всего примесей <0,12, Мg - остальное) + 0.1 мас.% Са, армированной частицами карбида кремния α-SiC в количестве 10 мас.% при среднем размере 14 мкм; перемешивание при температуре расплава ~ 660°С в течение 3 мин.Example 1. Cast CM with a matrix made of Mg90 alloy (in wt%: Fe <0.04, Si <0.009, Mn <0.03, Ni <0.001, Al <0.02, Cu <0.004, Na <0.01, PZM 0.006, total impurities < 0.12, Mg - the rest) + 0.1 wt.% Ca, reinforced with particles of silicon carbide α-SiC in an amount of 10 wt.% With an average size of 14 microns; stirring at a melt temperature of ~ 660 ° C for 3 minutes

Пример 2. Литой КМ с матрицей из сплава типа AZ91 (Al - 9 мас.%, Zn - 1 мас.%, Mn<0.03 мас.%, PЗM<0.01 мас.%, Мg - остальное) + 0.5 мас.% Са, армированной частицами карбида кремния α-SiC в количестве 5 мас.% при среднем размере 40 мкм; перемешивание при температуре расплава ~ 660°С в течение 2 мин.Example 2. Cast KM with a matrix made of an alloy of type AZ91 (Al - 9 wt.%, Zn - 1 wt.%, Mn <0.03 wt.%, PZM <0.01 wt.%, Mg - the rest) + 0.5 wt.% Ca reinforced with particles of silicon carbide α-SiC in an amount of 5 wt.% with an average size of 40 microns; stirring at a melt temperature of ~ 660 ° C for 2 minutes

Пример 3. Литой КМ с матрицей из сплава типа AZ91 (Al - 9 мас.%, Zn - 1 мас.%, Мn<0.03 мас.%, PЗM<0.01 мас.%, Мg - остальное) + 0.5 мас.% Са, армированной частицами карбида кремния α-SiC в количестве 10 мас.% при среднем размере 14 мкм; перемешивание при температуре расплава ~ 660°С, в течение 5 минут.Example 3. Cast KM with a matrix made of an AZ91-type alloy (Al - 9 wt.%, Zn - 1 wt.%, Mn <0.03 wt.%, PZM <0.01 wt.%, Mg - the rest) + 0.5 wt.% Ca reinforced with particles of silicon carbide α-SiC in an amount of 10 wt.% with an average size of 14 microns; stirring at a melt temperature of ~ 660 ° C for 5 minutes.

Из полученных литых КМ были вырезаны образцы для исследования микроструктуры и механических свойств. На чертеже (а, б, в) показана микроструктура литых КМ из примеров 1, 2 и 3 соответственно. Видно равномерное распределение упрочняющих частиц наполнителя в объеме матрицы. Армирующие частицы наполнителя (карбида кремния, карбида титана) сохраняют скольную огранку, что свидетельствует об отсутствии интенсивного межфазного взаимодействия при совмещении.Samples for studying the microstructure and mechanical properties were cut from the obtained cast CMs. The drawing (a, b, c) shows the microstructure of cast KM from examples 1, 2 and 3, respectively. A uniform distribution of reinforcing filler particles in the matrix volume is seen. Reinforcing filler particles (silicon carbide, titanium carbide) retain cleavage, which indicates the absence of intense interfacial interaction when combined.

Добавление в сплав кальция свыше 5 мас.% приводит к появлению интерметаллидных фаз, обеспечивающих дополнительное упрочнение сплава. Состав интерметаллидных фаз (Х)2Са, где Х - Мg или Аl или другие металлические компоненты магниевого сплава.Adding more than 5 wt.% Calcium to the alloy leads to the appearance of intermetallic phases, which provide additional hardening of the alloy. The composition of the intermetallic phases (X) is 2 Ca, where X is Mg or Al or other metal components of the magnesium alloy.

Результаты по возгораемости представлены в табл.1. Видно, что увеличение массового содержания кальция в сплаве резко увеличивает сопротивление возгоранию магниевых сплавов в атмосфере воздуха, что позволяет получить равномерное распределение частиц наполнителя при интенсивном перемешивании.Flammability results are presented in table 1. It is seen that an increase in the mass content of calcium in the alloy sharply increases the resistance to ignition of magnesium alloys in the atmosphere of air, which makes it possible to obtain a uniform distribution of filler particles with vigorous stirring.

Образцы литых КМ цилиндрической формы (соотношение h/d - 2/3, где h - высота, d - диаметр цилиндра в мм) испытывали на сжатие (скорость деформации 1 мм/мин), определяли их прочность σ0,2СЖ и σВ.СЖ. Измерения твердости образцов НВ проводили на установке Wolpert Wilson TESTOR 930 (диаметр шара 2.5 мм, нагрузка 62.5 кгс, длительность нагружения 14 с). Механические свойства полученных КМ представлены в табл.2. Видно, что добавление в матричный сплав кальция даже в количестве 0.1 вес.% позволяет получить образцы КМ, армированные частицами SiC, перемешиванием расплава без применения защитных сред. Прирост прочности литых КМ, дополнительно легированных кальцием, по сравнению с базовыми сплавами составил: 95% при введении 10 мас.% SiC в сплав Мг90; 3,8% при введении 5 мас.% SiC в сплав AZ91; 28,5% при введении 10 мас.% SiC в сплав AZ91. Прирост твердости литых КМ по сравнению с базовыми сплавами составил соответственно: 62%, 74% и 65,6%.Samples of cast cylindrical CMs (h / d ratio - 2/3, where h is the height, d is the cylinder diameter in mm) were tested for compression (strain rate 1 mm / min), their strength was determined to be 0.2 SJ and σ B. SJ . Hardness measurements of HB samples were carried out on a Wolpert Wilson TESTOR 930 setup (ball diameter 2.5 mm, load 62.5 kgf, loading duration 14 s). The mechanical properties of the obtained CMs are presented in Table 2. It can be seen that the addition of calcium in the matrix alloy even in an amount of 0.1 wt.% Makes it possible to obtain CM samples reinforced with SiC particles by mixing the melt without the use of protective media. The strength gain of cast KM, additionally doped with calcium, compared with the base alloys was: 95% with the introduction of 10 wt.% SiC in Mg90 alloy; 3.8% with the introduction of 5 wt.% SiC in the alloy AZ91; 28.5% with the introduction of 10 wt.% SiC in the alloy AZ91. The increase in hardness of cast KM in comparison with base alloys was respectively: 62%, 74% and 65.6%.

Снижение стоимости КМ достигается за счет исключения использования в процессе производства КМ дорогостоящего оборудования для защиты поверхности нагретого матричного сплава от окисления, а отказ от применения вредных для человека защитных материалов ведет к улучшению условий труда. Сокращение времени введения упрочнителя и отказ от сложного защитного оборудования повышает энергоэффективность и экологичность процесса изготовления КМ.The reduction in the cost of CM is achieved by eliminating the use of expensive equipment in the manufacturing process of CM to protect the surface of a heated matrix alloy from oxidation, and the refusal to use protective materials harmful to humans leads to improved working conditions. Reducing the time for introducing the hardener and the rejection of sophisticated protective equipment increases the energy efficiency and environmental friendliness of the manufacturing process of CM.

Таблица 1Table 1 Содержание Са в сплаве, вес.%The content of Ca in the alloy, wt.% Возгораемость при 670°С, минFlammability at 670 ° C, min Введение частицParticle introduction Расплав без перемешиванияMelt without stirring Расплав при перемешиванииMelt with stirring 0.050.05 55 33 -- 0.10.1 1212 88 ++ 0.50.5 20twenty 15fifteen ++ 1one >20> 20 >20> 20 ++ Примечание: (-) - частицы ввести не удалось; (+) - частицы ввелись успешно.Note: (-) - particles could not be entered; (+) - particles were introduced successfully.

Таблица 2table 2 № приме-раExample No. МатериалMaterial σ0,2СЖ.,
МПа
σ 0.2 SG.,
MPa
σB.СЖ., МПаσ B. S.J., MPa Твердость, НВHardness, HB
1one Мг90+0.1 вес.% Са+10%SiCp Mg90 + 0.1 wt.% Ca + 10% SiC p 195195 228228 51,551.5 22 AZ91+0,5 вес.% Са+5%SiCp AZ91 + 0.5 wt.% Ca + 5% SiC p 273273 319319 108,8108.8 33 AZ91+0,5 вес.% Са+10%SiCp AZ91 + 0.5 wt.% Ca + 10% SiC p 338338 371371 103,5103.5 Мг90Mg90 100one hundred 130130 31,831.8 AZ91AZ91 263263 358358 62,562.5

Claims (4)

1. Литой композиционный материал на основе магниевого сплава, состоящий из матричного сплава на основе магния и армирующих дискретных частиц, отличающийся тем, что в качестве армирующих дискретных керамических частиц он содержит карбид титана, кремния или бора в количестве от 5 до 10 мас.%, а матричный сплав на основе магния содержит кальций при следующем содержании компонентов, мас.%:
алюминий от 0 до 12 медь от 0 до 4 цинк от 0 до 15 цирконий от 0 до 1 марганец до 3 РЗМ до 10 кальций от 0,1 до 10 магний остальное,

причем матричный сплав содержит дискретные включения интерметаллидных фаз состава Х2Са, где Х - Mg или Аl.
1. Cast composite material based on a magnesium alloy, consisting of a matrix alloy based on magnesium and reinforcing discrete particles, characterized in that as reinforcing discrete ceramic particles it contains titanium, silicon or boron carbide in an amount of from 5 to 10 wt.%, and the magnesium-based matrix alloy contains calcium in the following components, wt.%:
aluminum from 0 to 12 copper from 0 to 4 zinc from 0 to 15 zirconium from 0 to 1 manganese until 3 REM to 10 calcium from 0.1 to 10 magnesium rest,

moreover, the matrix alloy contains discrete inclusions of intermetallic phases of the composition X 2 Ca, where X is Mg or Al.
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что армирующие дискретные частицы карбида титана, кремния или бора имеют средний размер до 40 мкм.2. The material according to claim 1, characterized in that the reinforcing discrete particles of titanium carbide, silicon or boron have an average size of up to 40 microns. 3. Материал по п.1, отличающийся тем, что дискретные включения интерметаллидных фаз Х2Са имеют размер менее 10 мкм.3. The material according to claim 1, characterized in that the discrete inclusions of intermetallic phases X 2 Ca have a size of less than 10 microns. 4. Способ получения литого композиционного материала на основе магниевого сплава, включающий механическое перемешивание расплава матричного сплава на основе магния с армирующими дискретными частицами, отличающийся тем, что предварительно изготавливают полуфабрикат матричного сплава на основе магния со следующим содержанием компонентов, мас.%:
алюминий от 0 до 12 медь от 0 до 4 цинк от 0 до 15 цирконий от 0 до 1 марганец до 3 РЗМ до 10 кальций от 0,1 до 10 магний остальное,

размещают полуфабрикат в реакторе поверх разогретых до 650-670°С армирующих дискретных частиц, в качестве которых используют карбид титана, кремния или бора в количестве от 5 до 10 мас.%, а перемешивание осуществляют после расплавления матричного сплава на воздухе в течение 2-5 мин.
4. A method of obtaining a cast composite material based on a magnesium alloy, comprising mechanically mixing a melt of a magnesium-based matrix alloy with reinforcing discrete particles, characterized in that the prefabricated magnesium-based matrix alloy is prefabricated with the following components, wt.%:
aluminum from 0 to 12 copper from 0 to 4 zinc from 0 to 15 zirconium from 0 to 1 manganese until 3 REM to 10 calcium from 0.1 to 10 magnesium rest,

place the semi-finished product in the reactor over reinforcing discrete particles heated to 650-670 ° C, which use titanium, silicon or boron carbide in an amount of 5 to 10 wt.%, and stirring is carried out after the matrix alloy is melted in air for 2-5 min
RU2010125560/02A 2010-06-23 2010-06-23 Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture RU2437949C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125560/02A RU2437949C1 (en) 2010-06-23 2010-06-23 Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125560/02A RU2437949C1 (en) 2010-06-23 2010-06-23 Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2437949C1 true RU2437949C1 (en) 2011-12-27

Family

ID=45782853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010125560/02A RU2437949C1 (en) 2010-06-23 2010-06-23 Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2437949C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506337C1 (en) * 2012-11-13 2014-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Castable magnesium alloy
RU2621198C2 (en) * 2015-10-15 2017-06-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) Production method of reinforced nanocomposit material based on magnesium
RU2640700C2 (en) * 2012-06-26 2018-01-11 Биотроник Аг Magnesium alloy, method of its manufacture and use
RU2647951C2 (en) * 2012-06-26 2018-03-21 Биотроник Аг Magnesium alloy, method for production thereof and use thereof
US10344365B2 (en) 2012-06-26 2019-07-09 Biotronik Ag Magnesium-zinc-calcium alloy and method for producing implants containing the same
US10995398B2 (en) 2012-06-26 2021-05-04 Biotronik Ag Corrosion resistant stent

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГУРЬЕВ И.И. МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ. СПРАВОЧНИК. - М.: МЕТАЛЛУРГИЯ, 1978, т.2, с.39. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640700C2 (en) * 2012-06-26 2018-01-11 Биотроник Аг Magnesium alloy, method of its manufacture and use
RU2647951C2 (en) * 2012-06-26 2018-03-21 Биотроник Аг Magnesium alloy, method for production thereof and use thereof
US10344365B2 (en) 2012-06-26 2019-07-09 Biotronik Ag Magnesium-zinc-calcium alloy and method for producing implants containing the same
US10358709B2 (en) 2012-06-26 2019-07-23 Biotronik Ag Magnesium-zinc-calcium alloy, method for production thereof, and use thereof
US10895000B2 (en) 2012-06-26 2021-01-19 Biotronik Ag Magnesium alloy, method for the production thereof and use thereof
US10995398B2 (en) 2012-06-26 2021-05-04 Biotronik Ag Corrosion resistant stent
US11499214B2 (en) 2012-06-26 2022-11-15 Biotronik Ag Magnesium-zinc-calcium alloy and method for producing implants containing the same
RU2506337C1 (en) * 2012-11-13 2014-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Castable magnesium alloy
RU2621198C2 (en) * 2015-10-15 2017-06-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) Production method of reinforced nanocomposit material based on magnesium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2437949C1 (en) Cast composite material on base of magnesium alloy and procedure for its manufacture
JP5980212B2 (en) (4.0-6.0)% Al- (4.5-6.0)% Mo- (4.5-6.0)% V- (2.0-3.6)% Method for melting near β-type titanium alloy comprising Cr- (0.2-0.5)% Fe- (0.1-2.0)% Zr
Rivero et al. Compressive properties of Al-A206/SiC and Mg-AZ91/SiC syntactic foams
EP1554409B1 (en) Improved aluminum alloy-boron carbide composite material
CN100582278C (en) Heat resistant magnesium alloy and composite material containing heat resistant magnesium alloy and its preparation method
Chandio et al. Silicon carbide effect as reinforcement on aluminium metal matrix composite
KR101214939B1 (en) Grain refiner of magnesium alloys and method for grain refining, method for manufacturing of magnesium alloys using the same, and magnesium alloys prepared thereby
Rabiei et al. Processing and characterization of a new composite metal foam
CN109182802B (en) Preparation method of carbon material reinforced copper/aluminum-based composite material
CN108707790A (en) A kind of High Strength Cast Aluminum Alloy
RU2618038C2 (en) Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium
US5045278A (en) Dual processing of aluminum base metal matrix composites
JP2013518178A (en) Nanocomposites containing a particulate aluminum matrix and process for producing the same
Burke et al. Sintering fundamentals of magnesium powders
Gobalakrishnan et al. Mechanical properties of Al 6061/TiB2 in-situ formed metal matrix composites
RU2492261C1 (en) Cast composite alloy and method of its production
Chakravorty Development of ultra light magnesium-lithium alloys
Youseffi et al. PM processing of elemental and prealloyed 6061 aluminium alloy with and without common lubricants and sintering aids
CN112662909B (en) Carbide nanoparticle modified die-casting aluminum alloy and preparation method thereof
CA2359181A1 (en) Grain refining agent for cast aluminum products
RU2595084C1 (en) Method of producing heat-resistant alloy based on niobium matrix with intermetallic hardening
CN104532099A (en) Light intermetallic compound particle reinforced metal matrix composite
Novák et al. Effect of alloying elements on microstructure and properties of Fe-Al and Fe-Al-Si alloys produced by reactive sintering
RU2528598C1 (en) Production of modifier for aluminium alloys
JP4167317B2 (en) Method for producing metal / ceramic composite material for casting

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190624