сплав на основе магния и изделие, выполненное из него

Формула изобретения

1. Сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, ниобий, редкоземельные металлы (РЗМ), отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Zn	6,0-10,0
Zr	0,6-1,2
Nb	0,01-0,8
РЗМ	0,7-2,5
Gd	0,02-2,6
Mg	остальное.

2. Изделие из сплава на основе магния, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочных сплавов на основе магния, предназначенных для изготовления нагруженных деталей агрегатов, работающих при температуре 250°С длительно, используемых в авиационной и космической технике.

Известен сплав на основе магния, имеющий следующий химический состав, в мас.%:

Ag	1,5
Nd	2,0
Zr	0,6
Mg	Остальное

(ASTM Standard Specification for Magnesium Alloy Forgings, B94-91).

Из известного сплава изготавливают агрегаты самолетов и вертолетов, работающих при температурах до 150°С.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются недостаточно высокие механические свойства ( _B=240 МПа) и наличие в составе дорогостоящего элемента - серебра.

Известен также сплав на основе магния, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Ag	2,5
Th	1,0
Zr	0,7
Mg	Остальное

(ASTM Standard Specification for Magnesium Alloy Castings, B94-91).

Из известного сплава изготавливают конструкционные элементы самолетов и вертолетов, работающих при температурах до 150°С.

Недостатками сплава являются недостаточно высокие механические свойства ( _B=270 МПа) и наличие в составе радиоактивного элемента - тория.

Недостатком изделий, выполненных из этого сплава, является повышенная склонность к образованию оксидных плен на рабочих поверхностях.

Известен сплав следующего химического состава, мас.%:

Nd	2,6-3,0
Zr	0,6
Zn	0,6
Mg	Остальное

(ГОСТ 2856-79 «Сплавы магниевые литейные. Технические требования»).

Этот сплав используется для изготовления деталей корпусов редукторов, насосов и вентиляторов, маслоагрегатов, двигателей.

Недостатком сплава являются невысокие механические свойства.

Недостатком изделий из этого сплава является наличие микрорыхлот, что приводит к снижению выхода годного и необходимости проведения дополнительных операций по герметизации.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%:

Zn	6,8-9,0
Zr	0,7-1,0
Cd	0,01-1,0
РЗМ	0,02-0,6
Nb	0,01-0,2
Ti	0,0025-0,005
Примеси не более	0,05
Mg	Остальное

(патент РФ №2230814).

Из сплава-прототипа могут изготавливаться нагруженные корпусные детали, а также балки, кронштейны, качалки, работающие при температуре до 150°С.

Недостатком сплава-прототипа является наличие недостаточно высоких механических свойств при повышенных температурах.

Недостатком изделий из сплава-прототипа является недостаточно высокая температура эксплуатации (не более 150°С).

Технической задачей изобретения является создание сплава на основе магния и изделия, полученного из него, с повышенными механическими свойствами при комнатной и повышенных (до 250°С) температурах.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, ниобий и редкоземельные металлы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний при следующих соотношениях компонентов, в мас.%:

Zn	6,0-10,0
Zr	0,6-1,2
Nb	0,01-0,8
РЗМ	0,7-2,5
Gd	0,02-2,6
Mg	Остальное

и изделие, выполненное из этого сплава.

При введении гадолиния в сплав на основе магния при содержании и соотношении других компонентов в заявленных пределах повышаются механические свойства при температурах до 250°С. Повышение механических свойств при введении гадолиния и увеличении содержания редкоземельных металлов связано с упрочнением твердого раствора и образованием фаз, тормозящих диффузионные и сдвиговые процессы при повышенных температурах.

Пример осуществления

В тигельную печь загружают магний, после его расплавления в расплав вводят составляющие сплава. Цирконий и ниобий вводят в сплав из лигатур магний-цирконий и магний-ниобий. Редкоземельные металлы и гадолиний вводят в последнюю очередь. Далее выполняются технологические операции, необходимые в процессе приготовления сплава. Приготовленный таким образом расплав разливают по формам, химический состав предлагаемого сплава и сплава-прототипа представлен в таблице 1.

Механические свойства образцов исследовали в термообработанном состоянии по режиму Т6. Коррозионную стойкость определяли в литом состоянии в 3% растворе NaCl по количеству выделившегося водорода. Сравнительные свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа представлены в таблице 2.

Коррозионная стойкость сплава находится на уровне прототипа и составляет 4,0 см ³/см² водорода за 48 часов.

Из таблицы 2 видно, что механические свойства предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом при температуре 20°С выше по пределу прочности на 2-8%, по пределу текучести на 2-5%, по относительному удлинению на 6-10%; при температуре 250°С выше по пределу прочности в 2-2,5 раза, по пределу текучести в 1,6-1,7 раза, по пределу длительной прочности в 3-3,9 раза.

Таким образом, применение предлагаемого сплава на основе магния позволит получать изделия с повышенными механическими свойствами в интервале температур 20-250°С. Применение предлагаемого сплава в нагруженных деталях, таких как кронштейны, балки, корпусы опор, редукторов, насосов и маслоагрегатов, повысит их надежность и ресурс.

Таблица 1
Состав сплава		Химический состав, мас.%
		Zn	Zr	Nb	РЗМ	Gd	Cd	Ti	Mg
предлагаемый	1	6,0	0,6	0,01	0,7	0,02	-	-	Остальное
	2	8,0	0,8	0,2	2,0	1,8	-	-	-''-
	3	10,0	1,2	0,8	2,5	2,6	-	-	-''-
прототип		7,5	0,7	0,05	0,1	-	0,5	0,003	-''-

Таблица 2
Состав сплава		Режим термической обработки	Рабочая температура, °C	Механические свойства
				при 20°С			при 250°С		Длительная прочность
				Предел прочности в, МПа	Предел текучести 0,2, МПа	Относительное удлинение , %	Предел прочности в, МПа	Предел текучести 0,2, МПа
предлагаемый	1	T6	250	325	225	9,5	235	142	75,0
	2	T6	250	330	230	9,2	245	150	76,5
	3	T6	250	347	232	9,0	250	155	77,0
прототип		T6	150	320	220	8,5	102	90