Метки: Цвет.мет.
Редкоземельные металлы Редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы (РЗМ) – исторически сложившееся название химических элементов, редко встречающихся в земной коре. К ним относятся лантан и лантаноиды, а также Y (иттрий) и Sc (скандий). Обычно в рудных месторождениях присутствуют вместе и производятся металлургической промышленностью в виде так называемого мишметалла с переменным составом.

Легирующие элементы не должны утяжелять магниевые сплавы, так как их главное преимущество перед алюминиевыми – малая плотность. Изза высокой плотности из числа возможных основных легирующих элементов должны быть исключены: Tl (11,87), Pb (11,3), Bi (9,8).

Магниевые сплавы имеют массовое применение, поэтому необходимо учитывать и стоимость добавок. По этой причине из числа основных легирующих элементов нужно исключить такие, как (Sc, Y, Ga, Ag, In) и все лантаноиды. Литий, хоть и является дорогим металлом, может быть полезен как добавка к сверхлегким сплавам.

Таким образом, ряд основных легирующих добавок для конструкционных магниевых сплавов выглядит так: Cd, Li, Al, Mn, Zn.

Из числа вспомогательных добавок, после исключения дорогостоящих, остаются Ca и Zr. Можно использовать ниобий и другие РЗМ в количествах, которые оставят сплав в ряду экономически целесообразных. Кстати, эти элементы по стоимости относятся к разряду   «дешевеющих».   По   мере   совершенствования   технологиии расширения объемов добычи они становятся дешевле. Таким образом, для магниевых сплавов можно использовать в качестве вспомогательных легирующих элементов Ca, Zr, Nd, Gd и другие РЗМ. Изучению диаграмм состояния РЗМ с магнием сейчас уделяется повышенное внимание.

Вредные примеси в магниевых сплавах определяются из условия Ср ? 0,001 и Кр < 0,05. Особо вредными для магниевых сплавов должны быть K, Sr, Ba, Ni, Cu, Si, Sb. Нежелательны Н и О, но изза малой растворимости кислорода и малого значения коэффициента перенасыщения водорода их влияние проявляется в меньшей степени, чем в других сплавах.

При выборе легирующего комплекса следует учитывать взаимодействие элементов не только с основой (в данном случае с магнием), но и между собой. Сведения о взаимной растворимости возможных легирующих элементов приведены в табл. 14.

Таблица 14

Взаимные растворимости основных легирующих элементов для магния

 

Растворитель

Растворимость элементов, ат. %

Cd                   Al                  Mn

Zn

Mg Cd Al Mn Zn

100 100 0,14 0,001 1,3

11,6

0,1

100

35

2,4

2,46 1

0,9 100 0,6

2,4 5 16 1,4 100

Наиболее благоприятной для комплексного легирования является комбинация элементов: Al + Zn + Mn, а наибольшие возможности для совместного ввода с другими элементами дают Al и Mn. Менее благоприятны в этом отношении Zn и Cd. При совместном вводе в сплав может измениться и поведение элемента в магнии. Так, при введении с Аl кремний может превратиться из вредной примеси во вспомогательную легирующую добавку. Эффект от совместного введения добавок может быть более весомым, чем сумма эффектов от введения каждой добавки по отдельности.

Проведенный отбор легирующих элементов справедлив только для конструкционных сплавов, от которых требуются высокие механические свойства. Если задача синтеза состоит в разработке сплавов с другими свойствами, то в качестве критериев отбора элементов надо будет выбирать другие параметры. Например при разработке жаропрочных сплавов необходимо руководствоваться соотношением температур превращения и плавления основы сплава по шкале Кельвина. Это отношение должно быть больше единицы. Желательно выбирать элементы, удовлетворяющие и требованию повышения прочности. У элементов, которые могут быть использованы в магниевых сплавах, эти соотношения имеют следующие значения:

 

Zr

Mn

La

Ce

Th

Nd

Ni

Al 0,768

Zn

Cd

1,005

1,002

0,958

0,930

0,926

0,891

0,844

0,668

0,642

Отсюда следует, что нецелесообразно использовать Cd, Al, Ni. Хороших результатов следует ожидать от применения Zr, Mn, La, Ce, Th и Nd.

Проведенный анализ практически полностью совпадает с эмпирическими данными. В составы сплавов, применяемых в промышленности в настоящее время, входят именно те элементы, которые найдены в результате проведенного анализа. Разработка новых магниевых сплавов ведется в направлении использования циркония и РЗМ.

  • Читать все новости