Литейные магниевые сплавы. Способы литья, механические и физические свойства, химический состав, особенности и области применения, режимы термической обработки.

Способы фасонного литья магниевых сплавов и принятое в стандартах России и их обозначение

В песчаные формы (в землю) - 3

По выплавляемым моделям - В

В кокиль (постоянные металлические формы) - К

В гипсовые формы - Г

В оболочковые формы - О

Под давлением - Д

Почти все литейные магниевые сплавы (кроме МЛЗ) являются термоупрочняемыми закалкой (Т4) или закалкой и искусственным старением (Тб). В табл. 8 приведены марки литейных магниевых сплавов по стандартам России, США, Великобритании и Японии с указанием их соответствия; в табл. 9 -10 — механические и основные физические свойства отечественных сплавов; в табл. 11 —химический состав и механические свойства магниевых литейных сплавов.

Предел текучести при сжатии литейных сплавов практически равен их пределу текучести при растяжении. Модуль упругости при растяжении (Е) литейных сплавов обычно находится в пределах 4,2-4,4х10⁴ МПа. Химический состав, термическая обработка и технология получения отливок незначительно меняют модуль упругости. Модуль сдвига литейных сплавов составляет 1,5-1,6x10⁴ МПа. Коэффициент Пуассона литейных сплавов равен 0,31-0,35. Сплавы MЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ19 предназначены для длительной эксплуатации при температуре 200-300°С и кратковременной — при температуре 300-400°С.

При низких температурах модуль упругости, пределы текучести и прочности литейных сплавов увеличиваются на 10—30%, относительное удлинение снижается в 1,1-1,3 раза.

Типичные значения ударной вязкости литейных сплавов составляют 0,5-0,7 кгс-м/см².

Отношение предела усталости к пределу прочности литейных сплавов равно 0,35-0,5, то есть обычно предел усталости равен 50-90 МПа на базе 20x10⁶ циклов. Причем нижнее значение предела усталости характерно для образцов с надрезом, а верхнее значение — для гладких образцов.

Отношение предела прочности при срезе к пределу прочности при растяжении составляет 0,6- 0,8 для литейных сплавов, таким образом предел прочности при срезе равен 130-180 МПа.

Предел текучести при сдвиге литейных сплавов составляет 0,5-0,7 от предела текучести при растяжении.

Однозначной связи между прочностью и твердостью магниевых сплавов не существует. Твердость по Бринеллю магниевых сплавов — 350-900 МПа.

Табл. 9. Механические свойства литейных сплавов после длительных нагревов (1000 ч) при температуре 250°С|

Марка сплава	Состояние поставки	Предел прочности, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %
МЛ9	Тб	115	-	20
МЛ10*'	Тб	165	120	16
МЛ11	Тб	95	50	-
*⁾ Температура испытания 200°С.

Табл. 10. Физические свойства отечественных литейных магниевых сплавов

Марка сплава	Физические свойства
	Плотность	Коэффициент термического линейного расширения в интервале температур, °С		Коэффициент теплопроводности при температуре, °С		Удельная теплоемкость при температуре, °С		Удельное электросопротивление при температуре, °С
	г/смЗ	20	100	20	100	100	200	20	100
	г/смЗ	10⁶ град^-1		Вт/м*град		КДж/кг*град		10⁴Ом*см
МЛ4 МЛ4 п.ч.	1,83	26,4		65	71	1,05	-	-	-
МА5 МЛ5 п.ч. НЛ5 о.н.	1,81	26,8		65	71	1,05	-	-	13,4
МЛб	1.81	26,1		61	67	1,05	-	-	-
МЛ8	1,82	26,6		123	125	1.05	-	-	-
МЛ9	1,76	27,7		117	117		-	7,26	.
МЛ10	1,78	27.7		ИЗ	113	0,96	1,05	8,44	.
МЛН	1,80	21,9		105	109	1,05	-	7,3	.
МЛ12	1.81	26,2		134	130	1,05	-	-	-
МЛ 15	1,83	25.9		138	134	0.92	-	-	-
МЛ19	1.79	27,7		88	-	1,13	-	7,5

Табл. 11. Химический состав и механические свойства литейных магниевых сплавов

Сплавы магниевые литейные			Содержание, %, не более									Способ	Состояние поставки	Механические свойства
														Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел	Относительное удлинение, %
															текучести,

Страна	Стандарт	Марка	Al	Zn	Мп	Zr	РЗМ или др. элементы	Fe	Si	Ni	Прочие				МПа


1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Россия	ГОСТ 2856	МЛЗ	2,5-3,5	0,50-1,5	0,15-0,50	-	.	0,06	0,25	0,01	0,1	3		157		6
Россия	ГОСТ 285	МЛ4	5,0-7,0	2.0-3,5	0,15-0,50	-	-	0,06	0,25	0,01	0,1	3		157		3
												3	T4	216		5
												3	T6	226		2
США	ASTM	AZ63A	5,3-6,7	2,5-3,5	0,15 min				0,3	0,01	0.30	3, К	F	179	76	4
	1380											3, К	T4	234	76	7
												3, К	T5	179	83	2
												3, К	Тб	234	110	3
Япония	JIS	MCI	5,3-6,7	2,5-3,5	0,15-0,60				0,3	0,01		к	F	177	69	4
	Н5203											3, к	Т4	235	69	7
												3, к	Т5	177	78	2
												3, к	Тб	235	108	3
Россия	ГОСТ	МЛ4 п.ч.	5,0-7,0	2,0-3,5	0.15-0,50	-	.	0,007	0,08	0,002		3	Т4	216		5
	2856											3	Тб	226		2
Россия	ГОСТ	МЛ5	7,5-9_t0	0,20-0,80	0,15-0,50			0,06	0,25	0,01	0,1	3,0,к		147	.	2
	2856											3,0,к	Т2	147	-	2
												3,0,к	Т4	226	83	5
												3,0,к	Тб	226	-	2
												д	.	172	108	1
США	ASTM	AZ81A	7,0-8,1	0,40-1.0	0,13 min	-	-	-	0,3	0,01	0,3	3. к	Т4	234	76	7
	В80	AZ91C	8,1-9,3	0,40-1.0	0,13 min				0.30	0,01	0,3	з,к	F	158	76	.
												3, к	Т4	234	76	7
												3, к	Т5	158	83	2
												3, к	Тб	234	110	3
Великобритаия	BS 2970	MAG1	7,5-8,5	0,30-1.0	0,15-0,40			0,05	0,3	0,01	.	3	М *)	140	85*)	2
												3	Т8	200	80*	6
												к	М *)	185	1 85*)	4
												к	ТВ	230	80*)	10
Япония	JIS	МС2	8,1-9,3	0,40-1,0	0,13 0,50				0,3	0,01		3, к	F	157	69
	Н5203											3, к	Т4	235	69	7
									I			3, к	Т5	157	78	2
												3, к	Тб	235	108	3
Россия	ГОСТ	МЛ5 п.ч.	7,5-9,0	0,20-0,80	0,15-0,50			0,007	0,08	0,001		3,0,В,Г	Т2	147	8	2
	2856											3,0,В,Г	Т4	147	3	2
												3,0,В,Г	Тб	226		5
												3,0,В,Г		226		2
Великоритания	BS 2970	MAG2	7,5-9.0	0,30-1.0	0,15-0,70			0,003	0,01	0.001		3	М ) ТВ М ) ТВ	140	85 * 80 * 85 * 80*	2
												3		200		6
												к		185		4
												к		230		10
Россия	ГОСТ 2856	МЛ5 о.н.	7,5-9,0	0.20-0.80	0,15-0,50			0,08	0,35	0.01	0,1	здк	Т4	147	-	2
												3,0,к	Тб	216		5
												3,0,к		226		2
Великобритания	BS 2970	MAG7	7,5-9,5	0,30-1,5	0,15-0,80			0,05	0.40	0,02		3	М ) ТВ TF М ) ТВ TF	125 ) 185 ) 185 *) 170 215 215	85 * 80* 110* 85 80 110	4
												3				2
												3				4
												к
												к
												к
Россия	ГОСТ 2856	МЛ6	9,0-10,2	0,60-1,2	0,10-0.50			0,06	0,25	0.01	0,1	3, к 3. к 3, к 3, к	Т4	147	108	1
													Тб	216	137	4
													Т61	216	37	1
														226		1
Великобритания	BS 2970	MAG3	9,0-10,5	0,30-1,0	0.15-0.40			0,05	0,3	0.01		3	М ) ТВ TF М) ТВ TF	125	95 * 85* 130* 100* 85* 130*	4
												3		200		2
												3		200		2
												к		170		2
												к		215
												к		215
Россия	ГОСТ 2850	МЛ8	0,02	5,5-6.6	-	0,70-1,1	Cd 0,20-0,80	0,01	0,03	0,005	0,12	3.0, к,в,г	ТБ	264	166	4

												3.0, к,в.г	Т61	275	176	4
Япония	JIS Н5203	МС7	-	5,5-6,5	-	0,60-1,0	'	-	-	0,01	-	3	Т5	265	177	5

												3	Тб	265	177	5
Россия	ГОСТ 2856	МЛ9	0,02	0,15	Jn 0,20-0,80	0,40-1,0	Nd 1,9-2,6	0,01	0,03	0,005	0,1	3.0,к,в.г	Тб	226	108	4
Россия	ГОСТ 2856	МЛ10	0,02	0.10-0,70		0,40-1,0	Nd 2,2-2,8	0,01	0,03	0,005	0,12	здк,в.г 3,0,к,в.г	Тб	226	137	3

													Т61	235	137	3
Россия	ГОСТ 2856	МЛ11	0,02	0,20-0,70		0,40-1,0	РЗМ 2,5-4,0	0,02	0,03	0,005	0,12	здк.в.г	Т2	117	83
												3.0, к,в.г	Т4	117	98
												здк.в.г	Тб	137		3.0
												3.0, к,в.г		137		2.0
Россия	ГОСТ 2856	МЛ 12	0,02	4,0-5,0	-	0,60-1,1	-	0,01	0,03	0,005	0,12	3.0,к,в.г здк,в.г	Т1	196	88	6

														226	127	5
США	ASTM В80	ZK51A	-	3,6-5,5		0,50-1,0	-	-	-	0,01	0,3	з,к	Т5	234	138	5
Великобритания	BS 2970	MAG4	-	3,5-5,5	-	0,40-1,0	-	-	-	0,005	-	3	ТЕ	230	145	5
												к	ТЕ	245	145	7
Япония	JIS Н5203	МС6	-	3,6-5,5	.	0,50-1.0	-	-	-	0,01	.	3	Т5	235	137	5
Россия	ГОСТ 2850	МЛ 15	0,02	4,0-5,0	-	0,70-1,1	La 0,60-1,2	0,01	0,03	0,035	0,12	З.О.К.В.Г	Т1	206	127	3
Россия	ГОСТ 2856	МЛ 19	0,03	0,10-0,60	-	0,40-1,0	Nd 1.8-2.3; Y l,4-2,2	0,01	0,03	0,005	0,14	3.K	Тб	216	118	3
США	ASTM В80	AZ92A	8,3-9,7	1,6-2,4	0,10 min				0,3	0,01	0,3	3,K	F	158	76	6

												3,K	Т4	234	76	1

												3,K	Т5	158	83

												3,K	Тб	234	124
Япония	JIS Н5203	МСЗ	8,3-9.7	1.6-2,4	0,10-0,50				0,3	0,01		3,K	F	157	69	6
												3,K	Т4	235	69
												3,K	Т5	157	78
												3,K	Тб	235	127
США	ASTM В80	АИ100А	9,3-10,7	0,30 пах	0,10 min	-	-	-	0,3	0,01	0,3	3, к	Тб	241	117	-
Япония	JIS Н5203	МС5	9,3-9,7	0,30 щах	0,10-0.50				0,3	0,01		к	F	137	69	6
												к	Т4	235	69	2
												к	Тб	235	108
США	ASTM В80	EZ33A	-	2,0-3,1	-	0,50-1.0	P3M 2,5-4,0	-	-	0,01	0,3	3, к	Т5	138	90	2
Великобритания	BS 2970	MAG6	~	0,80-3,0		0,40-1,0	P3M 2,5-4,0	-	-	0,005	-	3	ТЕ	140	95 ) 110)	3
							P3M 2,5-4,0					к	ТЕ	155		3
Япония	JIS Н5203	МС8	-	2,0-3,1	.	0,50-1.0	P3M 2,5-4,0	-	-	0,01	-	. 3	TS	137	98	2
США	ASTM В80	ZE41A	-	3,5-5,0	.	0,40-1,0	P3M 0,75-1,75	-	-	0,01	0,3	3, к	TS	200	133	02.май
Великобритания	BS 2970	MAG5	-	3,5-5,0	-	0.40-1,0	P3M 0,75-1,75	-	-	0,005	-	3	ТЕ	200	135	3
												к	ТЕ	215	135	4
США	ASTM В80	HZ32A	.	1,7-2,5	.	0,50-1,0	Th 2,5-4,0	-	-	0,01	0,3	3, к	Т5	186	89	4
Великобритания	BS 2970	MAG8	.	1.7-2,5	0,15	0,40-1,0	Th 2,5-4,0	0,01	0,01	0,005	-	3, к	ТЕ	185	85	5
США	ASTH В80	ZH62A		5,2-6,2	-	0,50-1,0	Th 1,4-2,2	-	-	0.01	0,3	3, к	Т5	241	152	5
Великобритания	BS 2970	MAG9	.	5,0-6,0	0,15	0.40-1,0	P3M 0,20 Th 1,5-2,3	0,01	0,01	0,005	-	3, к	ТЕ	255	155	5
США	ASTM В80	К1А		-	.	0,40-1,0	- •'	-	-	0,01	0,3	3, к	F	165	41	14
США	ASTM В80	QE22A	.	.	Ag 2,0-3,0	0,40-1,0	Di 1 8-2,5	-	.	0.01	0,3	3, к	Тб	241	172	2
США	ASTM В 80	QE21A	.	0.20 щах	.	0,40-1,0	Th 0,60-1,6 Di 0.60-1.5	-	-	0,01	0,3	3, к	Тб	241	186	2
США	ASTM В80	ZE63A	.	5,5-6,0	.	0,40-1,0	P3M 2,1-3,0	-	-	0,01	0,3	3, к	Тб	276	186	5
США	ASTM В80	ZK61A	_	5,5-6,5	_	0,60-1,0	/	.	-	0,01	0,3	3, к	Тб	276	179	5
США	ASTM В80	НК31А	-	0,30 шах	-	0,40-1,0	Th 2,5-4,0	-	-	0,01	0,3	З, к	Тб	186	89	4

* Только для информации Примечания:

1. Механические свойства определяются на отдельно отлитых образцах.

2. Расшифровка обозначений способов литья (комментарий к разделу 4В) и режимов термической обработки (табл. 4В.3,4В.4).

Основные особенности и области применения российских и зарубежных магниевых литейных
сплавов приведены ниже:

Марка сплава	Основные особенности и области применения
МЛ3	Применяется очень редко в связи с низкими прочностными свойствами
МЛ4	Для литья в землю (3) и оболочковые формы(О). Обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью.
МЛ4 п.ч.	Детали корпусов и систем управления самолетов, подвергающиеся статическим и динамическим нагрузкам. Корпуса приборов и переносных инструментов.
AZ63A	Вращающиеся детали (бобины) для текстильной промышленности, корпуса переносных инструментов, приборов.
МЛ1	Высокая прочность и хорошие пластичность и вязкость. Литейные свойства удовлетворительные. Отливки простой формы и небольших размеров
МЛ5	Удовлетворительная коррозионная стойкость
МЛ5 п.н.	Повышенная (в 5-10 раз) коррозионная стойкость по сравнению с МЛ5
МЛЗ о.н.	Пониженная коррозионная стойкость по сравнению с МЛ5. Малая склонность к образованию горячих трещин. Детали всех методов фасонного литья (3,К,0,И.Г,Д), в том числе сложной формы. Нагруженные детали, приборы, в т.ч. тормозные барабаны
AZ91C	Отливки с высокой прочностью, твердостью и хорошей пластичностью. Используется вместо сплава AZ63A, если не требуется высокая коррозионная стойкость
МЛб	Хорошие литейные свойства и удовлетворительная герметичность при изготовлении отливок методами литья 3, К, Д. Пониженная пластичность. Высоко- и средненагруженные детали - различные корпуса, детали приборов, аппаратуры. Целесообразно применять дня деталей, требующих повышенного предела текучести
MAG3	Основной английский литейный сплав. Хорошие литейные свойства. Отливки герметичны. Применяется для литья под давлением (Д)
МЛ8	Высокие и однородные механические свойства при изготовлении отливок методами литья 3. К, 0. Микрорыхлота снижает свойства отливок в значительно меньшей степени, чем в случае сплава МЛ5. Литейные свойства удовлетворительные. Герметичность повышенная в сравнении с МЛ5 Высоконагруженные детали (кронштейны, фермы, детали управления, детали приборов, агрегатов и др.), в основном, простой конфигурации. Может заменять в конструкциях литейные и деформируемые алюминиевые сплавы АЛ9, АЛ4, АК4, АК6)
МЛ9	Детали с толщиной стенки 6 мм выдерживают пневмодавление более 15 МПа. Детали, работающие длительно при температуре до 250-300°С и кратковременно - 350-400°С
МЛ10	Хорошие литейные свойства (3,К). Рекомендуется для отливок сложной формы. Герметичность повышенная - отливки с толщиной стенки более 5 им выдерживают пневмодавление до 25-30 МПа. Механические свойства отливок по сечению однородные, близкие к свойствам отдельно отлитых образцов. Детали характеризуются высокой стабильностью размеров, высокими значениями длительной прочности и сопротивления ползучести. Нагруженные детали, работающие длительно при температурах до 250°С, кратковременно - до 350°С
МЛ11	Детали двигателей, работающие при нагреве до 250-300°С. а также детали, от которых требуется повышенная герметичность. Недостаток сплава - пониженные прочностные свойства при комнатной температуре
МЛ12	Фасонные отливки сравнительно простой конструкции почти всеми методами литья - 3,К,0,В,Г. Литейные свойства удовлетворительные. Отливчи обладают высокими и однородными механическими свойствами. Герметичность повышенная по сравнению со сплавом МЛ5. Детали (колеса, реборды и др.), длительно работающие при температурах до 200°С и кратковременно - до 250°С. Сплав обладает хорошими характеристиками усталостной прочности
MAG4	Детали двигателей и самолетов
МЛ 15	- Герметичность отливок повышенная. Детали с толщиной стенки 3 мм выдерживают гидростатическое давление более 15 МПа и пневмодавление более 10 МПа. Механические свойства по всему сечению отливок однородные. Сплав рекомендуется для изготовления отливок методами литья 3,К,Г,В, в том числе отливок сложной формы. Нагруженные детали, длительно работающие при температурах до 200°С, кратковременно - до 350°С. Нагруженные детали двигателей
Е233А MAG8	Сплав работает при температурах 150-260°С. Корпуса двигателей
МС8	Применяется как материал с высокой герметичностью для работы при повышенных температурах
ZE41A	Многоцелевое применение, где требуются литейные свойства, хорошие усталостные свойства и сопротивление ползучести. Отливки имеют хорошую герметичность и однородность свойств. Применяется до температуры 160°С
HZ32A	Используется для деталей авиационных двигателей при температурах до 343°С. Обладает высокой жаропрочностью.
К1А	Пониженная прочность, но хорошие демпфирующие характеристики
ОЕ22А	Высокопрочный сплав для работы при температурах до 316°С
OE21A	Применяется в деталях, где требуется высокий предел текучести при температурах до 250°С
ZE63A	Хорошие литейные свойства, высокая прочность, хорошая пластичность и высокое сопротивление усталостным нагрузкам, не имеет тенденции к микропористости. Упрочняется при термообработке в среде водорода
ZK61A	Самая высокая удельная прочность в сочетании с хорошей пластичностью. Барабаны авиационных колес.

Табл. 16. Режимы термической обработки отечественных литейных магниевых сплавов

Марка сплава	Состояние поставки	Закалка		Искусственное старение		Отжиг
	Состояние поставки	Температура, °С	Время выдержки, ч	Температура, °С	Время выдержки, ч	Температура, °С	Время выдержки, ч
МЛ4	Т4	380±5	8-16	-	-	-	-
МЛ4 п.ч.	Тб *)	380±5	8-16	175±5	16	-	-
МЛ5	Т2	-	-	-	-	350±5	2-3
МЛ5 п.ч.	Т4	415±5	8-16	-	-	-	-
МЛ5 о.н.	Тб	415±5	8-16	175±5	16	-	-
МЛб	Т4	360±5 410±5	3 21-29	-	-	—	—
	Тб Т61**)	360+5 410±5	3 21-29	190±5	4-8	-	—
МЛ8	Тб Т61.	490±5	5	165±5	24
МЛ9	Гб	540±5	8-12	200±5	6-12	-	-
МЛ10	Тб	540±5	8-12	205±5	12-18	-	-
	Т61	545±5	4-8	205±5	8-12	-	-
млн	Т2	-	-	-	-	325±5	3-5
	Т4	570±5	4-6	-	-	-	-
	Тб	570±5	4-6	200±5	12-16	-	-
МЛ 12	Т1	-	-	300±5	4-6	-	—
МЛ 15	Т1	-	-	300±5	2-6	-	-
МЛ 19	Тб	570±5	4-6	200±5	12-16	-	-
* Тб - закалка, обдувка сжатым воздухом. ** Т61 - закалка, вода 90“С ± 10°С