Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием
В работе представлены результаты исследования влияния изменения химического и фазового состава на упрочнение магниевого сплава при легировании галлием. Полученный экспериментальный слиток исследован методами рентгенофазового и спектрального анализа. Показано, что в результате легирования магниевого...
Saved in:
| Date: | 2017 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Series: | Современная электрометаллургия |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160312 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием / М.А. Хохлов, Ю.А. Хохлова, В.С. Синюк, Ю.А. Никитенко // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 35-38. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160312 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1603122025-02-23T17:59:56Z Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием Зміцнення магнієвого сплаву МЛ4 при легуванні галієм Hardening of magnesium alloy ML4 in alloying with gallium Хохлов, М.А. Хохлова, Ю.А. Синюк, В.С. Никитенко, Ю.А. Общие вопросы металлургии В работе представлены результаты исследования влияния изменения химического и фазового состава на упрочнение магниевого сплава при легировании галлием. Полученный экспериментальный слиток исследован методами рентгенофазового и спектрального анализа. Показано, что в результате легирования магниевого сплава галлием формируется интерметаллидная фаза Mg₅Ga₂. Механический тест методом микроиндентирования зафиксировал значительное повышение модуля Юнга от 42 до 73…110 ГПа и микротвердости от 1,2 до 2,0…4,5 ГПа. В роботі представлені результати дослідження впливу зміни хімічного і фазового складу на зміцнення магнієвого сплаву при легуванні галієм. Отриманий експериментальний злиток було досліджено методами рентгенофазового та спектрального аналізу. Показано, що внаслідок легування магнієвого сплаву галієм формується інтерметалідна фаза Mg₅Ga₂. Механічний тест методом мікроіндентувания зафіксував значне збільшення модуля Юнга від 42 до 73…110 ГПа та мікротвердості від 1,2 до 2,0…4,5 ГПа. The work presents the results of investigation of effect of changes in chemical and phase composition on hardening of magnesium alloy at its alloying with gallium. The produced experimental ingot was examined by the methods of X-ray phase and spectral analysis. It is shown that as a result of alloying of magnesium alloy with gallium the intermetallic phase Mg₅Ga₂ is formed. Mechanical testing by the method of microindenting showed a significant increase in Young modulus from 42 up to 73…110 GPa and microhardness from 1.2 up to 2.0…4.5 GPa. 2017 Article Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием / М.А. Хохлов, Ю.А. Хохлова, В.С. Синюк, Ю.А. Никитенко // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 35-38. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 DOI: doi.org/10.15407/sem2017.01.06 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160312 669.721.5 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Общие вопросы металлургии Общие вопросы металлургии |
| spellingShingle |
Общие вопросы металлургии Общие вопросы металлургии Хохлов, М.А. Хохлова, Ю.А. Синюк, В.С. Никитенко, Ю.А. Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием Современная электрометаллургия |
| description |
В работе представлены результаты исследования влияния изменения химического и фазового состава на упрочнение магниевого сплава при легировании галлием. Полученный экспериментальный слиток исследован методами рентгенофазового и спектрального анализа. Показано, что в результате легирования магниевого сплава галлием формируется интерметаллидная фаза Mg₅Ga₂. Механический тест методом микроиндентирования зафиксировал значительное повышение модуля Юнга от 42 до 73…110 ГПа и микротвердости от 1,2 до 2,0…4,5 ГПа. |
| format |
Article |
| author |
Хохлов, М.А. Хохлова, Ю.А. Синюк, В.С. Никитенко, Ю.А. |
| author_facet |
Хохлов, М.А. Хохлова, Ю.А. Синюк, В.С. Никитенко, Ю.А. |
| author_sort |
Хохлов, М.А. |
| title |
Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием |
| title_short |
Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием |
| title_full |
Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием |
| title_fullStr |
Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием |
| title_full_unstemmed |
Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием |
| title_sort |
упрочнение магниевого сплава мл4 при легировании галлием |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Общие вопросы металлургии |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160312 |
| citation_txt |
Упрочнение магниевого сплава МЛ4 при легировании галлием / М.А. Хохлов, Ю.А. Хохлова, В.С. Синюк, Ю.А. Никитенко // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 35-38. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT hohlovma upročneniemagnievogosplavaml4prilegirovaniigalliem AT hohlovaûa upročneniemagnievogosplavaml4prilegirovaniigalliem AT sinûkvs upročneniemagnievogosplavaml4prilegirovaniigalliem AT nikitenkoûa upročneniemagnievogosplavaml4prilegirovaniigalliem AT hohlovma zmícnennâmagníêvogosplavuml4prileguvannígalíêm AT hohlovaûa zmícnennâmagníêvogosplavuml4prileguvannígalíêm AT sinûkvs zmícnennâmagníêvogosplavuml4prileguvannígalíêm AT nikitenkoûa zmícnennâmagníêvogosplavuml4prileguvannígalíêm AT hohlovma hardeningofmagnesiumalloyml4inalloyingwithgallium AT hohlovaûa hardeningofmagnesiumalloyml4inalloyingwithgallium AT sinûkvs hardeningofmagnesiumalloyml4inalloyingwithgallium AT nikitenkoûa hardeningofmagnesiumalloyml4inalloyingwithgallium |
| first_indexed |
2025-11-24T06:38:31Z |
| last_indexed |
2025-11-24T06:38:31Z |
| _version_ |
1849652738877554688 |
| fulltext |
35ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ
УДК 669.721.5 https://doi.org/10.15407/sem2017.01.06
уПроЧНЕНИЕ МАГНИЕВоГо СПЛАВА МЛ4
ПрИ ЛЕГИроВАНИИ ГАЛЛИЕМ
М. А. Хохлов, Ю. А. Хохлова, В. С. Синюк, Ю. А. Никитенко
Институт электросварки им. Е. о. Патона НаН Украины.
03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
В работе представлены результаты исследования влияния изменения химического и фазового состава на
упрочнение магниевого сплава при легировании галлием. Полученный экспериментальный слиток исследо-
ван методами рентгенофазового и спектрального анализа. Показано, что в результате легирования магниевого
сплава галлием формируется интерметаллидная фаза Mg5Ga2. Механический тест методом микроиндентиро-
вания зафиксировал значительное повышение модуля Юнга от 42 до 73…110 ГПа и микротвердости от 1,2 до
2,0…4,5 ГПа. библиогр. 8, ил. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : индукционный переплав; магний; галлий; легирование; упрочнение; индентирование
При контакте поверхности магниевых сплавов
с галлием, который применяется в диффузион-
ной сварке как активатор адгезии соединяемых
поверхностей и последующей диффузии, на-
блюдается значительный эффект упрочнения
приконтактной зоны [1–5]. основываясь на
упрощенной схеме анализа такого легирова-
ния, рассмотрена бинарная система (рис. 1) хи-
мического взаимодействия Mg–Ga. определе-
ние химического состава диффузионной зоны
методом растровой электронной микроскопии
показало вероятность формирования интерме-
таллидных фаз MgGa, Mg2Ga, Mg5Ga2.
Целью данной работы является исследование
физико-химических причин упрочнения магние-
вого сплава при легировании галлием.
Для эксперимента были выбраны следу-
ющие материалы. Магниевый сплав марки
МЛ4 применяется для изготовления деталей
двигателей и других агрегатов, работающих
в условиях высокой коррозионной стойко-
сти, статических и динамических нагрузок.
Предельная рабочая температура: 150 °C —
длительная, 250 °C — кратковременная.
Удельная вибропрочность в 100 раз больше,
чем у алюминия. Сплав немагнитен, не ис-
крит при ударе и трении.
Химический состав сплава МЛ-4, мас. %:
88,4...92,85 Mg; 5...7 Al; < 0,06 Fe; < 0,25 Si;
0,15...0,5 Mn; < 0,01 Ni; < 0,1 Cu; < 0,002 Zr;
< 0,002 Be; 2,0...3,5 Zn, прочих 0,1 (всего, 5).
Технический галлий (99,9Ga−0,01Zn−
0,03Cu, мас. %) — мягкий хрупкий металл.
Температура плавления 29 °C и температура
кристаллизации 15 °С.
Переплав с введением лигатуры провели мето-
дом индукционного нагрева установкой ЛЗ-107 в
графитовом тигле, в проточной атмосфере арго-
на марки ВЧ. Пропорция переплава: магниевый
сплав МЛ4 — 140 г; галлий технический — 20 г.
охлаждение расплава вместе с тиглем происходи-
ло при комнатной температуре в среде аргона.
технические характеристики установки Лз-107
Ламповый преобразователь частоты . . . . . . . . . . . . . . ЛЗ-107
Мощность преобразователя частоты, кВт . . . . . . . . . . . . . 100
Частота тока на индукторе, кГц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Напряжение на индукторе, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ 70…75.
Фрактографические исследования, определе-
ние количественного элементного состава и по-
строение карт распределения элементов верхней
поверхности слитка (рис. 2), среза (рис. 3 и 5) и
© М. а. ХоХЛоВ, Ю. а. ХоХЛоВа, В. С. СИНЮК, Ю. а. НИКИТЕНКо, 2017
Рис. 1. Диаграмма состояния системы Ga–Mg
36 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ
поверхности излома (рис. 4) выполняли методом
сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)
и микрорентгеноспектрального анализа (РЭМ)
на базе аналитического комплекса, состоящего
из сканирующего электронного микроскопа JSM-
35CF фирмы JEOL (Япония) и спектрометра с дис-
персией по энергии рентгеновских квантов INCA
Energy-350, фирмы Oxford Instruments (Велико-
британия). В таблицах рисунков представлены
только основные химические элементы сплава —
Mg и Ga.
Срез образца показал наличие двух типов
структур: глобулярные «темные» зерна первичной
структуры (рис. 3, спектры 2 и 5) с температурой
кристаллизации 650 °С и межкристаллическая
«светлая» эвтектика вторичной структуры с нере-
гулярной морфологией (рис. 3, спектры 1, 3 и 4)
с температурой кристаллизации 450 °С. На рис. 5
видно, что «светлые» области микроструктуры
соответствуют областям с повышенным содержа-
нием Ga, который преимущественно расположен
по границам зерен первичной структуры. опреде-
ленный таким образом точный химический состав
легированного сплава, согласно бинарной диа-
грамме системы Mg–Ga, соответствует интерме-
таллидным фазам Mg2Ga и Mg5Ga2.
Исследование механических свойств маг-
ниевого сплава МЛ4 до и после легирования
проводили по стандартным методикам [6, 7]
Рис. 5. Распределение Mg (a), Ga (б) в микроструктуре слитка
на срезе (РЭМ)
Рис. 2. Распределение
химических элементов
на верхней части слитка
(СЭМ) Рис. 4. Распределение хи-
мических элементов на
изломе слитка (СЭМ)
Рис. 3. Распределение хи-
мических элементов на сре-
зе слитка (СЭМ)
37ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ
согласно ISO/FDIS 14577-1:2002; «Metallic
materials — Instrumented indentation test for hardness
and materials parameters» трехгранной алмазной
пирамидкой берковича [8] и с использованием
прибора «Микрон-гамма». Прибор позволяет с
высокой точностью определять микротвердость
(по Мейеру) и модуль упругости Юнга при авто-
матической регистрации перемещения индентора
берковича, в зависимости от приложенной к нему
нагрузки. Технические характеристики прибора:
максимальная нагрузка 500 г; погрешность по на-
грузке 0,001 г; погрешность по глубине внедрения
индентора 5 нм; максимальная глубина инденти-
рования 200 мкм. Результаты представлены в виде
диаграмм индентирования при нагрузке 20 г с ша-
гом 100 мкм. Подготовку образцов для инденти-
рования проводили в соответствии со стандартной
процедурой полировки легких сплавов до образо-
вания «зеркальной» поверхности и без травления.
Микромеханический тест зафиксировал зна-
чительное повышение твердости легированного
сплава до 2,0...4,5 ГПа при твердости базового спла-
ва 1,2 ГПа и повышение модуля упругости Юнга
от 42 до 73...110 ГПа. Эффект упрочнения пред-
ставлен диапазоном глубин меньшего внедрения
индентора в легированный сплав — 1,28...2,3 мкм
(рис. 6, б) при диапазоне 2,51...2,95 мкм для базо-
вого сплава (рис. 6, а).
Далее, для точной идентификации фазово-
го состава, способствующего упрочнению маг-
ниевого сплава, было проведено рентгенофазо-
вое исследование (рис. 7) в монохроматическом
CuKα-излучении на дифрактометре ДРоН-УМ1
с фокусировкой по брэггу–брентано. В качестве
монохроматора использовали монокристалл гра-
фита, установленный на дифрагированном пуч-
ке. Дифрактограммы снимали методом шагового
сканирования в интервале углов 2Θ 10...120°. Шаг
Рис. 6. Диаграммы индентирования сплава МЛ4 до легирования (а) и после (б)
Рис. 7. Дифрактограмма легированного галлием слитка магниевого сплава Mg–Zn–Ga–Al: ● — 32,5 % Mg5Ga2; ▲ — 67,5 %Mg
38 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ
сканирования составлял 0,05°, время экспозиции
в точке — 3...7 с.
анализ дифрактограммы показал присутствие
32,54 мас. % Mg5Ga2: a = 13,6935, b = 7,0220, c =
= 6,0284 и 67,5 мас. % Mg: a = 3,1941, c = 5,1879.
Таким образом, можно утверждать, что упроч-
нение сплава МЛ4 при легировании связано с об-
разованием фазы Mg5Ga2.
Выводы
1. В результате индукционного переплава в за-
щитной среде аргона стандартного магниевого
сплава МЛ4 с добавлением технического галлия в
качестве лигатуры получен слиток с химическим
составом, подобным составу диффузионной зоны
сварных швов, в которых галлий использовался
как активатор диффузионного соединения.
2. Химический и фазовый состав слитка был
исследован методами растровой электронной ми-
кроскопии и рентгенографии. Установлено, что
слиток состоит из 67,5 мас. % магниевой матрицы
и 32,5 мас. % фазы Mg5Ga2.
4. Механический тест зафиксировал интер-
металлидное упрочнение — повышение модуля
упругости Юнга от 42 до 73…110 ГПа и микрот-
вердости от 1,2 до 2,0…4,5 ГПа.
1. Khokhlov M., Ishchenko D., Khokhlova J. Peculiarities of
forming diffusion bimetallic joints of aluminum foam with
a monolithic magnesium alloy // Journal of Magnesium and
Alloy. — Elsevier. — 2016. — Vol. 4, Is. 4. — P. 326–329.
2. Microstructure transformation of diffusion zone in alumi-
num foam and monolithic magnesium alloy bimetallic joint /
M. Khokhlov et al. // Proceedings of the 5th International
Conference «Fracture mechanics of materials and structur-
al integrity». 24–27 June, 2014. — Lviv: Karpenko Physi-
co-Mechanical Institute NASU, Ukraine. — Р. 551–556.
3. Khokhlov M., Falchenko Yu., Khokhlova J. Microstructure
and properties of joints of aluminum foam with magnesium
alloys formed at up to 140 degrees Celsius // Junior Euromat
21–25 July 2014. — Lausanne, Switzerland. — Р. 31.
4. Khokhlov M. A., Falchenko Yu. V., Khokhlova J. A. Peculiari-
ties of forming diffusion bimetallic joints of aluminum foam
with a monolithic magnesium alloy // Proceedings of Cellmat,
22–24 Oct. 2014. — Dresden, Germany. — Р. 13.
5. Khokhlov M., Khokhlova J. Joining Al-foam with Monolith-
ic Mg Alloys at Low Temperatures Using Ga Interlayer //
9th International conference on porous metals and metallic
foams — Metfoam, 31 Aug. – 2 Sept. 2015. — Barcelona,
Spain. — Р. 79.
6. Kazuhisa Miyoshi. NASA/TM-2002-211497 Surface Char-
acterization Techniques: An Overview. —2002. — P. 12–22.
Режим доступа: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.
nasa.gov/20020070606.pdf.
7. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for deter-
mining the hardness and elastic modulus using load displace-
ment sensing indentation experiments // Journal Materials
Research. — 1992. — № 7. — P. 1564–1583.
8. Nano indenters from Micro Star Technologies. Revision 2.3.
P. 9. Режим доступа: http://www.microstartech.com/index/
NANOINDENTERS.pdf.
зМіцНЕННя МАГНіЄВоГо СПЛАВу МЛ4 ПрИ ЛЕГуВАННі ГАЛіЄМ
М. А. Хохлов, Ю. А. Хохлова, В. С. Синюк, Ю. о. Никитенко
Інститут електрозварювання ім. Є. о. Патона НаН України.
03680, г. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
В роботі представлені результати дослідження впливу зміни хімічного і фазового складу на зміцнення магнієво-
го сплаву при легуванні галієм. отриманий експериментальний злиток було досліджено методами рентгено-
фазового та спектрального аналізу. Показано, що внаслідок легування магнієвого сплаву галієм формується ін-
терметалідна фаза Mg5Ga2. Механічний тест методом мікроіндентувания зафіксував значне збільшення модуля
Юнга від 42 до 73…110 ГПа та мікротвердості від 1,2 до 2,0…4,5 ГПа. бібліогр. 8, іл. 7.
К л ю ч о в і с л о в а : індукційний переплав; магній; галій; легування; зміцнення; індентування
HARDENING OF MAGNESIUM ALLOY ML4 IN ALLOYING WITH GALLIUM
M.A. Khokhlov, Yu.A. Khokhlova, V.S. Sinyuk, Yu.A. Nikitenko
E.O. Paton Electric Welding Institute, NASU.
11 Kazimir Malevich Str., 03680, Kiev, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
The work presents the results of investigation of effect of changes in chemical and phase composition on hardening of
magnesium alloy at its alloying with gallium. The produced experimental ingot was examined by the methods of X-ray
phase and spectral analysis. It is shown that as a result of alloying of magnesium alloy with gallium the intermetallic
phase Mg5Ga2 is formed. Mechanical testing by the method of microindenting showed a significant increase in Young
modulus from 42 up to 73…110 GPa and microhardness from 1.2 up to 2.0…4.5 GPa. Ref. 8, Figures 7.
K e y w o r d s : induction remelting; magnesium; gallium; alloying; hardening; indenting
Поступила 04.11.2016
|