RU2753660C1 - Fireproof high-strength cast magnesium alloy - Google Patents
Fireproof high-strength cast magnesium alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753660C1 RU2753660C1 RU2020136001A RU2020136001A RU2753660C1 RU 2753660 C1 RU2753660 C1 RU 2753660C1 RU 2020136001 A RU2020136001 A RU 2020136001A RU 2020136001 A RU2020136001 A RU 2020136001A RU 2753660 C1 RU2753660 C1 RU 2753660C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- magnesium
- zinc
- yttrium
- strength
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
- C22C23/04—Alloys based on magnesium with zinc or cadmium as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
- C22C23/06—Alloys based on magnesium with a rare earth metal as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе магния, предназначенным для изготовления отливок деталей внутреннего набора планера, кронштейнов, корпусов приборов, корпусов опор, а также деталей агрегатов и двигателей, работающих при повышенных температурах 150-250°С.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to casting alloys based on magnesium, intended for the manufacture of castings of parts of the internal set of the airframe, brackets, instrument cases, support bodies, as well as parts of units and engines operating at elevated temperatures of 150-250 ° C.
Известен серийный высокопрочный сплав на основе магния марки МЛ5 следующего химического состава, мас.%:Known serial high-strength alloy based on magnesium grade ML5 of the following chemical composition, wt.%:
(ГОСТ 2856-79.)(GOST 2856-79.)
Недостатком сплава является низкий предел прочности 235 МПа при комнатной температуре и низкий предел длительной прочности 44 МПа при температуре 250°С, что не соответствует требованиям, предъявляемым к ресурсу и надежности летательных аппаратов нового поколения.The disadvantage of the alloy is the low ultimate strength of 235 MPa at room temperature and the low long-term strength of 44 MPa at a temperature of 250 ° C, which does not meet the requirements for the service life and reliability of new-generation aircraft.
Известен литейный огнестойкий сплав на основе магния для работы при повышенных температурах следующего химического состава, мас.%:Known for casting fire-resistant alloy based on magnesium for operation at elevated temperatures of the following chemical composition, wt.%:
(CN 109881068 А, 14.06.2019.)(CN 109881068 A, 06/14/2019.)
Сплав имеет высокую температуру воспламенения около 800°С, но при этом недостаточно высокий предел кратковременной прочности при комнатной температуре (около 280 МПа). Из-за наличия в своем составе высокого содержания редкоземельных металлов (РЗМ) и серебра себестоимость сплава будет высокой по сравнению со сплавами-аналогичного назначения по применению.The alloy has a high ignition temperature of about 800 ° C, but at the same time, the short-term strength limit at room temperature is not high enough (about 280 MPa). Due to the presence in its composition of a high content of rare earth metals (REM) and silver, the cost of the alloy will be high in comparison with alloys of a similar purpose in application.
Известен пожаробезопасный высокопрочный сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%:Known fireproof high-strength alloy based on magnesium of the following chemical composition, wt.%:
причем сумма иттрия и неодима составляет не менее 0,05,and the sum of yttrium and neodymium is not less than 0.05,
(WO 2011117628 А1, 29.09.2011.)(WO 2011117628 A1, 29.09.2011.)
Сплав имеет высокие прочностные характеристики, но ввиду высокого содержания РЗМ, в частности эрбия, плотность которого составляет 9 г/см3, имеет высокую удельную плотность. Также высокое содержание эрбия значительно удорожает сплав и, соответственно, ограничивает его применение.The alloy has high strength characteristics, but due to the high content of rare earth metals, in particular erbium, the density of which is 9 g / cm 3 , has a high specific density. Also, the high content of erbium significantly increases the cost of the alloy and, accordingly, limits its use.
Известен пожаробезопасный высокопрочный сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%:Known fireproof high-strength alloy based on magnesium of the following chemical composition, wt.%:
(CN 109852858 А, 07.06.2019.)(CN 109852858 A, 06/07/2019.)
Недостатком указанного сплава является сложная технология изготовления с использованием предварительно подготовленного сплава магний-эрбий и последующего его переплавления, а также использование нескольких модифицирующих лигатур на основе Al-Ti-B и Al-Ti, которые способствуют образованию грубой неоднородной структуры сплава, что негативно влияет на механические свойства.The disadvantage of this alloy is a complex manufacturing technology using a previously prepared magnesium-erbium alloy and its subsequent remelting, as well as the use of several modifying master alloys based on Al-Ti-B and Al-Ti, which contribute to the formation of a rough heterogeneous alloy structure, which negatively affects mechanical properties.
Наиболее близким аналогом является сплав следующего химического состава, мас.%:The closest analogue is an alloy of the following chemical composition, wt%:
(RU 2425903 С1, 10.08.2011.)(RU 2425903 C1, 08/10/2011.)
Недостатком сплава-прототипа является низкое содержание РЗМ, что не способствует повышению предела длительной прочности при повышенных температурах (σв при 250°С составляет 45 МПа) и температуры воспламенения. Сплав-прототип ввиду большого содержания легкоплавкого элемента цинка не предназначен для эксплуатации при повышенных температурах порядка 150-250°С.The disadvantage of the prototype alloy is the low content of REM, which is not conducive to limit creep strength at elevated temperatures (σ at 250 ° C at 45 MPa), and the ignition temperature. Due to the high content of the low-melting element zinc, the prototype alloy is not intended for operation at elevated temperatures of the order of 150-250 ° C.
Таким образом, известные литейные магниевые сплавы не обладают комплексом свойств, сочетающих в себе высокий предел длительной и кратковременной прочности, температурой воспламенения более 700°С и низкой плотностью по сравнению с алюминиевыми сплавами.Thus, the known cast magnesium alloys do not possess a set of properties that combine a high limit of long-term and short-term strength, an ignition temperature of more than 700 ° C, and a low density in comparison with aluminum alloys.
Задачей предложенного изобретения является разработка структурно-стабильного пожаробезопасного высокопрочного литейного магниевого сплава с улучшенными физико-механическими характеристиками.The objective of the proposed invention is the development of a structurally stable fireproof high-strength casting magnesium alloy with improved physical and mechanical characteristics.
Техническим результатом является повышение температуры воспламенения, длительной прочности при температурах 200-250°С при сохранении высоких значений предела кратковременной прочности и плотности.The technical result is an increase in the ignition temperature, long-term strength at temperatures of 200-250 ° C while maintaining high values of the short-term strength and density.
Технический результат достигается за счет того, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, неодим, гадолиний, при этом он дополнительно содержит иттрий, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: скандий и церий, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: кадмий и кальций, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved due to the fact that the proposed alloy based on magnesium containing zinc, zirconium, neodymium, gadolinium, while it additionally contains yttrium, at least one element selected from the group: scandium and cerium, at least one an element selected from the group: cadmium and calcium, with the following ratio of components, wt%:
Предпочтительное соотношение концентраций иттрия к цинку составляет 1,8-2,2.The preferred concentration ratio of yttrium to zinc is 1.8-2.2.
Сплав может дополнительно содержать бериллий в количестве 0,01-0,09 мас.%.The alloy may additionally contain beryllium in an amount of 0.01-0.09 wt%.
По результатам исследований установлено, что комплексное легирование сплава редкоземельными элементами - церием и/или скандием, неодимом и гадолинием совместно с иттрием при повышенных до указанных значений концентраций церия, неодима и гадолиния обеспечивает гетерогенную структуру сплава, состоящую из твердого раствора легирующих элементов в магнии и избыточных вторых фаз, представляющих собой химические соединения легирующих элементов между собой или с магнием.According to the research results, it was found that the complex alloying of the alloy with rare earth elements - cerium and / or scandium, neodymium and gadolinium together with yttrium at elevated concentrations of cerium, neodymium and gadolinium to the indicated values provides a heterogeneous alloy structure consisting of a solid solution of alloying elements in magnesium and excess second phases, which are chemical compounds of alloying elements with each other or with magnesium.
Образование термостабильных дисперсных частиц интерметаллидов (ZnZr3, (Gd0,5 Nd0,5) Zn, Mg24Y5; Mg5Gd, ZnY, Mg6Ce и др.), образующихся после старения закаленного состояния сплава, затрудняет пластическую деформацию при повышенных температурах, благодаря чему обеспечивается высокая жаропрочность сплава - повышение длительной прочности при температурах 200-250°С до 110-120 МПа и температуры воспламенения магниевого сплава не менее чем на 100°С по сравнению с серийными сплавами без указанных РЗМ, для которых она составляет не более 650-700°С.The formation of thermally stable dispersed particles of intermetallic compounds (ZnZr 3 , (Gd 0.5 Nd 0.5 ) Zn, Mg 24 Y 5; Mg 5 Gd, ZnY, Mg 6 Ce, etc.), formed after aging of the quenched state of the alloy, complicates plastic deformation at elevated temperatures, due to which a high heat resistance of the alloy is ensured - an increase in long-term strength at temperatures of 200-250 ° C to 110-120 MPa and the ignition temperature of a magnesium alloy by at least 100 ° C compared to serial alloys without the specified REM, for which it is no more than 650-700 ° C.
Известно, что жаропрочные сплавы с низким содержанием цинка имеют низкий предел кратковременной прочности при комнатной температуре. Однако в предлагаемом сплаве дополнительное упрочнение твердого раствора указанными выше редкоземельными элементами в регламентированном количестве приводит к его повышению.It is known that high-temperature alloys with a low zinc content have a low short-term strength at room temperature. However, in the proposed alloy, additional hardening of the solid solution with the above-mentioned rare-earth elements in a regulated amount leads to its increase.
Легирование РЗМ в количестве не более 11,1 мас.% не приводит к увеличению плотности сплава выше значений плотности сплава-прототипа (1950 кг/м3).Alloying with rare earth metals in an amount of not more than 11.1 wt.% Does not lead to an increase in the density of the alloy above the density of the prototype alloy (1950 kg / m 3 ).
Кадмий и/или кальций увеличивают кратковременную прочность за счет упрочнения твердого раствора путем неограниченной растворимости в магнии и снижают окисляемость расплава во время выплавки за счет образования оксидной пленки на поверхности расплава.Cadmium and / or calcium increase short-term strength by strengthening the solid solution through unlimited solubility in magnesium and reduce the oxidizability of the melt during smelting due to the formation of an oxide film on the surface of the melt.
Предпочтительное соотношение концентраций иттрия к цинку, составляющее 1,8-2,2, способствует образованию термостабильных дисперсных частиц интерметаллида ZnY, дополнительно повышающих кратковременную прочность и жаропрочность сплава.The preferred concentration ratio of yttrium to zinc, 1.8-2.2, promotes the formation of thermostable dispersed particles of the ZnY intermetallic compound, which further increase the short-term strength and heat resistance of the alloy.
Дополнительное модифицирование предлагаемого сплава бериллием в количестве 0,01-0,09 мас.% существенно уменьшает окисляемость жидкого сплава, что приводит к образованию его гетерогенной структуры без неметаллических включений и, соответственно, способствует стабильности механических свойств.Additional modification of the proposed alloy with beryllium in the amount of 0.01-0.09 wt.% Significantly reduces the oxidizability of the liquid alloy, which leads to the formation of its heterogeneous structure without non-metallic inclusions and, accordingly, contributes to the stability of mechanical properties.
Примеры осуществленияExamples of implementation
В плавильной печи ПТ-0,16 с газовым обогревом была проведена выплавка предлагаемого сплава и сплава, взятого за прототип. Масса каждой плавки составляла не менее 10 кг. Часть приготовленного расплава заливали в кокиль, из полученных слитков вытачивали образцы для проведения испытаний на длительную прочность и горючесть. Другую часть расплава заливали в формы из холодно-твердеющей смеси, отдельно отлитые образцы использовали для определения механических свойств сплавов при комнатной температуре.In the smelting furnace PT-0.16 with gas heating, the proposed alloy and the alloy taken as a prototype were smelted. The weight of each melt was at least 10 kg. Part of the prepared melt was poured into a chill mold, and samples were turned from the obtained ingots for testing for long-term strength and combustibility. Another part of the melt was poured into molds from a cold-hardening mixture; separately cast samples were used to determine the mechanical properties of alloys at room temperature.
Составы образцов сплава приведены в таблице 1.The compositions of the alloy samples are shown in Table 1.
Механические свойства сплава при комнатной температуре (t=20°С) исследовали в соответствии с ГОСТ 1497, предел длительной прочности исследовали в соответствии с ГОСТ 10145-81. Огневые испытания проводили в соответствии с авиационными правилами АП-25.The mechanical properties of the alloy at room temperature (t = 20 ° C) were investigated in accordance with GOST 1497, the ultimate strength was investigated in accordance with GOST 10145-81. Fire tests were carried out in accordance with the AP-25 aviation regulations.
Определение механических свойств проводили на 5 образцах каждого состава.Determination of mechanical properties was carried out on 5 samples of each composition.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.The test results are shown in Table 2.
Полученные результаты подтверждают преимущества предлагаемого сплава. По значениям длительной прочности при температуре 250°С предлагаемый сплав в 2,9 и более раз превосходит сплав-прототип, по температуре воспламенения - не менее чем на 100°С. Кратковременная прочность при комнатной температуре и плотность при этом сохраняются на уровне сплава-прототипа.The results obtained confirm the advantages of the proposed alloy. In terms of long-term strength at a temperature of 250 ° C, the proposed alloy is 2.9 and more times superior to the prototype alloy, in terms of ignition temperature - not less than 100 ° C. Short-term strength at room temperature and density remain at the level of the prototype alloy.
Образцы сплавов по примерам №№3, 6, 9, 12, в которых содержание иттрия превосходит содержание цинка в 1,8-2,2 раза, обладают более высокими значениями длительной и кратковременной прочности.Samples of alloys according to examples No. 3, 6, 9, 12, in which the content of yttrium exceeds the content of zinc by 1.8-2.2 times, have higher values of long-term and short-term strength.
Образцы сплавов по примерам №№1,5,12, в которых в строго регламентированных количествах присутствует бериллий, обладают более стабильными прочностными характеристиками (разброс значений кратковременной прочности по пяти образцам одинакового состава не превышает 5 МПа).Samples of alloys according to examples No. 1,5,12, in which beryllium is present in strictly regulated quantities, have more stable strength characteristics (the range of short-term strength values for five samples of the same composition does not exceed 5 MPa).
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020136001A RU2753660C1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Fireproof high-strength cast magnesium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020136001A RU2753660C1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Fireproof high-strength cast magnesium alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2753660C1 true RU2753660C1 (en) | 2021-08-19 |
Family
ID=77349030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020136001A RU2753660C1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Fireproof high-strength cast magnesium alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2753660C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2781338C1 (en) * | 2021-09-07 | 2022-10-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ) | Fire-resistant magnesium casting alloy |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2293784C1 (en) * | 2005-07-13 | 2007-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Magnesium-based alloy and an article made therefrom |
RU2425903C1 (en) * | 2010-09-08 | 2011-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Alloy on base of magnesium |
WO2011117628A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Magnesium Elektron Limited | Magnesium alloys containing heavy rare earths |
RU2687359C1 (en) * | 2018-11-23 | 2019-05-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Magnesium casting alloy |
CN110438380A (en) * | 2019-08-13 | 2019-11-12 | 中南大学 | A kind of heat-proof combustion-resistant magnesium alloy and its deformation heat treatment method |
-
2020
- 2020-11-02 RU RU2020136001A patent/RU2753660C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2293784C1 (en) * | 2005-07-13 | 2007-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Magnesium-based alloy and an article made therefrom |
WO2011117628A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Magnesium Elektron Limited | Magnesium alloys containing heavy rare earths |
RU2425903C1 (en) * | 2010-09-08 | 2011-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Alloy on base of magnesium |
RU2687359C1 (en) * | 2018-11-23 | 2019-05-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Magnesium casting alloy |
CN110438380A (en) * | 2019-08-13 | 2019-11-12 | 中南大学 | A kind of heat-proof combustion-resistant magnesium alloy and its deformation heat treatment method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2781338C1 (en) * | 2021-09-07 | 2022-10-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ) | Fire-resistant magnesium casting alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1866452B1 (en) | Magnesium alloy | |
CN109881063B (en) | High-strength, high-toughness and high-modulus die-casting magnesium alloy and preparation method thereof | |
US20070240796A1 (en) | Cast Aluminium Alloy | |
JP5327515B2 (en) | Magnesium alloys for casting and magnesium alloy castings | |
WO2006125278A1 (en) | Hpdc magnesium alloy | |
JPH0372695B2 (en) | ||
CZ20014563A3 (en) | Alloy based on magnesium and exhibiting increased corrosion resistance | |
WO2009039581A1 (en) | Permanent mould cast magnesium alloy | |
US11713500B2 (en) | Advanced cast aluminum alloys for automotive engine application with superior high-temperature properties | |
JP2002327231A (en) | Cast article of heat-resistant magnesium alloy, and manufacturing method therefor | |
JP2004162090A (en) | Heat resistant magnesium alloy | |
US4173469A (en) | Magnesium alloys | |
RU2753660C1 (en) | Fireproof high-strength cast magnesium alloy | |
US20120070331A1 (en) | Magnesium alloy and method for making the same | |
CN109852856B (en) | High-strength, high-toughness and high-modulus metal mold gravity casting magnesium alloy and preparation method thereof | |
CN110029255B (en) | High-strength, high-toughness and high-modulus sand-type gravity casting magnesium alloy and preparation method thereof | |
RU2687359C1 (en) | Magnesium casting alloy | |
KR20070084246A (en) | Aluminium-based alloy and moulded part consisting of said alloy | |
RU2415193C1 (en) | Cast alloy on base of aluminium | |
US4149882A (en) | Magnesium alloys | |
JP2001059125A (en) | Heat resistant magnesium alloy | |
CN107974600B (en) | Gadolinium-rich magnesium alloy and preparation method thereof | |
CN109182865A (en) | A kind of high strength rare earth-magnesium alloy materials and preparation method thereof | |
CN101148724A (en) | Aluminum-free heat-resistant die-casting rare earth magnesium alloy | |
EP0341354B1 (en) | Magnesium alloy |