Физика микротекучести магниевых сплавов с титаном

Abstract

Размягчающий эффект зернограничного скольжения (ЗГС) в ГПУ α-Mg поликристаллической матрице магниевых сплавов возникает в области температур и напряжений, соответствующих режимам эксплуатации автомобильного транспорта. Более того, распад пересыщенного α-Mg твердого раствора сопровождается появлением нестабильной в условиях ползучести микроструктуры. Эти два основных эффекта в значительной степени снижают сопротивление микротекучести и полезную длительную прочность Mg—Al—Mn- и Mg—Al—Zn-систем магниевых сплавов. По данным о внутреннем трении введение Са подавляет ЗГС, способствуя зернограничному упрочнению Mg—Al—Са-сплавов. Введение малых добавок Ti (0,1—0,2%) вызывает значительное твердорастворное упрочнение из-за эффективного торможения подвижных дислокаций атмосферами Коттрелла с энергией связи 0,27 эВ. Идея динамического самоупрочнения подтверждается также данными прецизионной рентгеновской дифрактометрии. Высокое сопротивление микротекучести и полезная длительная прочность новых экспериментальных сплавов системы Mg—Al—Са, Ti объясняются минимизацией эффектов возврата и разупрочнения при повышенных температурах за счет термической стабилизации фазового состава и концентрации твердого раствора. Термически активированная дислокационная релаксация, аккомодированная диффузией конкурирующих легирующих элементов (Al, Са, Ti), рассматривается как доминирующий (контролируемый скоростью) механизм микротекучести. Его активация существенно (на 150—200°С) повышает жаропрочность новых экспериментальных сплавов.

Ефект зерномежового ковзання (ЗМК), що викликає знеміцнення, в ГЩУ α-Mg полікристалічній матриці магнійових стопів виникає за температур і напружень, які відповідають режимам експлуатації автомобільного транспорту. Більш того, розпад перенасиченого твердого розчину супроводжується появою нестабільної в умовах плазучости мікроструктури. Ці два основних ефекти в значній мірі знижують опір мікроплинності і корисну довготривалу міцність Mg—Al—Mn- і Mg—Al—Zn-систем магнійових стопів. За даними про внутрішнє тертя додавання Са пригнічує ЗМК, що сприяє зерномежовому зміцненню Mg—Al—Са-стопів. Втілення малих добавок Тi (0,1—0,2%) викликає значне твердорозчинне зміцнення через ефективне гальмування рухомих дислокацій Коттрелловими атмосферами з енергією зв’язку у 0,27 еВ. Ідея динамічного самозміцнення підтверджується також даними прецизійної Рентґенової дифрактометрії. Великий опір мікроплинності і корисна довготривала міцність нових експериментальних стопів системи Mg—Al—Са, Ті пояснюються зведенням до мінімуму ефектів повернення та знеміцнення за рахунок термічної стабілізації фазового складу і концентрації твердого розчину. Термічно активована дислокаційна релаксація, яку акомодовано дифузією конкурувальних леґувальних елементів (Al, Са, Тi), розглядається як домінантний (контрольований швидкістю) механізм мікроплинности. Його активація суттєво (на 150—200°С) підвищує жароміцність нових експериментальних стопів.

Softening effect of grain-boundary sliding (GBS) in h.c.p. α-Mg polycrystals arises in the stress—temperature ranges of interest for automotive applications. Furthermore, decomposition of the oversaturated α-Mg solid solution is accompanied by apparition of a microstructure, which is unstable during a creep. These two main effects deteriorate most likely the microyield resistance and long-term strength of magnesium alloys of Mg—Al—Mn and Mg— Al—Zn systems. According to the data of internal-friction measurements, the introduction of Ca suppresses GBS that gives rise to the GB strengthening of the ternary Mg—Al—Ca system. An introduction of small additions of Ti (about 0.1—0.2%) causes significant solid-solution strengthening due to solute-atmosphere retardation of moving dislocations by the Cottrell mechanism with binding energy of about 0.27 eV. The idea of dynamical selfstrengthening of α-Mg matrix during the creep is also supported by precise xray diffractometry. As deduced, observed high microyield resistance and excellent long-term strength of the magnesium alloys of Mg—Al—Ca system containing inexpensive additions of Ti are due to minimizing recovery and softening effects at elevated temperatures at the expense of thermal phasecomposition and concentration stabilization of α-Mg solid solution. Thermally-activated dislocation relaxation accommodated by the diffusion of alloying elements (Al, Ca, Ti in their best combination) should be considered as dominant (rate-controlled) microyield mechanism, which provides creep strain rate of 10⁻⁹—10⁻¹⁰ s⁻¹. Its activation increases essentially (by 150—200°C) the heat resistivity of new experimental alloys.