Редкоземельными металлами

Микролегирование стали редкоземельными элементами (РЭ) или выплавка с обработкой синтетическим шлаком оказывает благоприятное влияние на ее свойства. Присутствие РЭ обеспечивает получение сфероидальной формы неметаллических включений, а микролегирование церием повышает стойкость стали к растрескиванию в 3—5 раз.

Чувствительность к водородному охрупчиванию значительно зависит от качества стали. Поэтому часто наблюдается различная склонность к водородному охрупчиванию сталей, близких по химическому составу. Весьма важна форма неметаллических включений в стали, особенно сульфидов. При обычной выплавке стали сульфиды имеют пластинчатую форму, при дополнительной обработке синтетическим шлаком — округлую, эллипсообразную. Испытания трубной стали с одинаковым содержанием серы показали, что вредное влияние водорода на сталь с эллипсообразными сульфидами на 10-—40 % ниже, чем на сталь с пластинчатыми сульфидами. Значительно повышается стойкость стали к водородному охрупчиванию в растворах сероводорода при ее легировании редкоземельными элементами вследствие их влияния на облегчение молизации водорода, что затрудняет абсорбцию водорода металлом.

Пригодность стали к использованию в качестве материала пароперегревательных труб определяется ее жаростойкостью и стабильностью во времени при повышенных температурах, а также технологическими свойствами при изготовлении труб и пароперегревателей из них. В связи с перечисленными особенностями хромомарганцевые стали могут использоваться в качестве материала пароперегревателей при условии их дополнительного легирования (редкоземельными элементами либо молибденом, вольфрамом, бором) для удовлетворения перечисленных выше требований.

В результате комплексного исследования влияния легирования на стойкость сталей к растрескиванию в сероводородсодержащих электролитах предложен ряд низколегированных сталей, обладающих в данных средах повышенной стойкостью [28]. Кроме того, предложены' стали, легированные редкоземельными элементами, а также высоколегированные сплавы: Ni-AJ — сплав после горячей прокатки и старения, Ni-Cu-Fe — сплавы типа инконель после отжига или холодной обработки и ряд других. Есть основание считать, что редкоземельные элементы рафинируют сталь от металлоидов (кислород, водород), "вязывают мышьяк, серу'и фосфор в тугоплавкие соединения и вместе с тем снижают перенапряжение выделения водорода на металле, препятствуя водородной хрупкости [8].

Легирование алюминием, титаном, хромом, ванадием, а также микролегирование редкоземельными элементами увеличивает стойкость углеродистых сталей против растрескивания в щелочных средах. Аналогичный эффект наблюдается и при введении в стали незначительных количеств меди и молибдена [19]. Эффективным методом повышения стойкости углеродистых и низколегированных сталей в данных средах является также их рафинирование синтетическим известково-глиноземным шлаком. Легирование мартенситных сталей титаном способствует повышению стойкости к коррозионному растрескиванию сварных соединений [11]. .

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ — сплавы на основе магния; разделяются на литейные и деформируемые. Из литейных М. с. изготовляют литые детали, из деформируемых — прессованные и катаные полуфабрикаты, поковки и штамповки. Литейные и деформируемые М. с. пригодны для работы при криогенных, нормальных и повышенных темп-pax, наиболее жаропрочные из них — до 350—400°. В табл. 1 и 2 приведены химич. составы литейных и деформируемых М. с. В табл. 3 — марки и составы М. с., выпускаемых в чушках и предназначаемых для производства фасонного литья и слитков. М. с. легируют алюминием, цинком, марганцем, цирконием, редкоземельными элементами, то-

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ — магниевые сплавы, подвергающиеся прокатке, прессованию, ковке и штамповке. Из М. с. д. изготовляют прессованные прутки, полосы, профили и трубы, катаные плиты и листы, поковки и штамповки. В пром-сти применяются деформируемые сплавы магния, легированные алюминием, цинком, марганцем, цирконием, редкоземельными элементами, торием и нек-рыми др. металлами. Химич. сост. см. Магниевые сплавы. Детали и узлы различных конструкций из деформированных полуфабрикатов изготовляют ме-ханич. обработкой, сваркой и клепкой, объемной и листовой штамповкой. В зависимости от основных св-в и назначения М. с. д. можно разделить на 4 группы: 1) сплавы с повышенными пластичностью, коррозионной стойкостью, свариваемостью и невысокой прочностью (0(, = 17—23 кг/мм2); 2) сплавы средней прочности (0Ь=23— 26 кг/мм2) с хорошей пластичностью и свариваемостью; 3) высокопрочные сплавы (0^=26—40 кг/мм2) со средней и пониженной пластичностью; 4) жаропрочные сплавы, предназначаемые для работы при повыш. темп-рах.

К 1-й группе принадлежит сплав МА1 системы Mg—Мп, отличающийся наиболее высокой коррозионной стойкостью, лучшей свариваемостью и высокой пластичностью (см. Магниевые сплавы деформируемые невысокой прочности)', ко 2-й группе — малолегированные сплавы МА8 системы Mg—Мп с добавкой 0,2% Се, МА9 той же системы с добавками 0,5% А1 и 0,2% Са и среднелегиров. сплав МА2 системы Mg—Al—Zn—Мп. Сплавы 2-й группы имеют технологич. пластичность, достаточную для прокатки листов, удовлетворит, свариваемость и коррозионную стойкость и более высокие механич. св-ва по сравнению со сплавом МА1 (см. Магниевые сплавы деформируемые средней прочности). К 3-й группе относятся сплавы МА2-1, МАЗ иМА5 системы Mg— Al—Zn— Мп, сплав ВМ65-1 системы Mg— Zn— Zr и сплав MAIO системы Mg— Al—Cd—Ag— Мп. Сплавы этой группы, кроме МАЗ, упрочняются термич. обработкой и (за исключением ВМ65-1) имеют склонность к коррозии под напряжением, увеличивающуюся от сплава МАЗ к сплаву МАЮ (см. Магниевые сплавы деформируемые высокопрочные). К 4-й группе относятся сплавы, легированные редкоземельными элементами — ВМ17 системы Mg—Се—Ми и МАИ системы Mg—Nd—Мп—Ni, a также сплавы с торием МА13 и ВМД1 системы Mg—Th—Мп. Сплавы этой группы имеют хорошую пластичность при обработке давлением и свариваются аргонодуговой сваркой. Коррозионная стойкость сплавов с торием не ниже, чем сплава МА8,

Повышение хладностойкости литых сталей может быть достигнуто путем их микролегирования никелем, алюминием, титаном, ванадием и редкоземельными элементами. Наиболее экономично микролегирование алюминием. Проведенные работы показали, что микролегирование алюминием в количестве до 0,1% повышает пластичность и ударную вязкость сталей ЗОЛ, 35Л, 45Л и 50ХЛ. Введение алюминия в количестве 2 кг/т

Один из путей дальнейшего повышения жаропрочности аустенитной стали — это микролегирование бором и редкоземельными элементами (чаще всего церием). '

Изучение влияния комплексонов на распределение радионуклидов в клеточных компартментах клеток Nitellopsis obtusa показало, что в основном при действии ЭДТА, ДТПА и ОЭДФ снижается накопление М4Се в клеточной оболочке: в 120, 320 и 200 раз соответственно (рис. 10). В протоплазме и вакуоли изменение накопления М4Се было менее значительным (от 1,5 до 10 раз). Такое уменьшение адсорбции 44Се при действии комплексонов обусловлено, по-видимому, связыванием его в наружном растворе. Степень влияния комплексонов определяется устойчивостью их комплексонатов с Се (логарифмы константы устойчивости Се — ЭДТА — 15,8, Се — ДТПА — 20,5). По литературным данным [11] дифосфоновые кислоты (ОЭДФ) образуют более прочные комплексы с редкоземельными элементами, чем диуксусные кислоты.

Важную роль в процессе выплавки стали имеет степень ее раскисления, от которой зависит качество стали. По степени раскисления сталь делится на спокойную, полуспокойную и кипящую. В спокойной стали кремния содержится 0,12—0,35 %, в кипящей стали лишь следы (равно или менее 0,05 %), а в полуспокойной стали кремния содержится менее 0,17 %. Для уменьшения содержания в стали серы и неметаллических включений, оказывающих вредное влияние на свойства стали, применяют обработку жидкой стали редкоземельными металлами, а также бором, при этом содержание серы уменьшается в 2—5 раз, повышаются пластические свойства, в 1,5—2 раза растет ударная вязкость, смещается критическая температура хладоломкости в область более низких температур.

Из слитков (выплавленных в дуговой печи с нерасходуемым электродом в атмосфере тщательно очищенного аргона) электролитического, рафинированного в водороде хрома (общее содержание примесей внедрения не более 0,016%), легированного редкоземельными металлами, можно получить пластичную проволоку [1].

Описаны методы и аппаратура для изучения поверхностного натяжения и испарения металлических расплавов. Рассмотрены корреляции поверхностного-натяжения металлов с их объемными свойствами. Изложены результаты изучения плотности и поверхностного натяжения расплавов многочисленных бинарных металлических систем, рассматривается аппроксимация изотерм поверхностного натяжения различными уравнениями. Представлены данные экспериментальных ис--следований термодинамических свойств жидких бинарных сплавов железа и кобальта с оловом и золотом, никеля с оловом, золотом, германием, индием и медью, серебра с редкоземельными металлами (La, Ce, Pr, Nd, Cd) и иттрием. Освещена,

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ БИНАРНЫХ СИСТЕМ ГЕРМАНИЯ С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ

При взаимодействии германия с перечисленными редкоземельными металлами наблюдается непрерывная растворимость в жидком состоянии и незначительная взаимная растворимость — в твердом. Последняя объясняется отсутствием структурного и размерного соответствия компонентов. В областях, богатых редкоземельным металлом и германием, в рассматриваемых системах образуются эвтектики примерно при 10 и 85 ат.% Ge. В средней части систем образуются тугоплавкие соединения составов, отвечающих формулам R5Ge3, R5Ge4, RGe и R3Ge8 (RGe2_jt при х ~ 0,4). Высокие температуры плавления и большие значения микротвердости этих

Еременко В. Н., Буянов Ю. И., Баталии В. Г. Диаграммы состояния бинарных систем германия с редкоземельными металлами.......................191

Диаграммы состояния бинарных систем германия с редкоземельными металлами. В. Н. Е р е м е н к о, Ю. И. Буянов, В. Г. Баталии. Физическая (химия конденсированных фаз, сверхтвердых материалов и их границ раздела. «Наукова думка», К., 1975, с. 191—201.

Лит.: Портной К. И., Лебедев А. А., Магниевые сплавы. Справочник, М., 1952; Деформируемость цветных сплавов, отв. ред. С. И. Губкин, М.—Л., 1947; Савицкий Е. М., Пластические свойства магния и некоторых его сплавов, М.—Л., 1941; М и х е е в а В. И., Сплавы магния с алюминием и цинком, М —Л., 1946; Магниевые сплавы. Сб. статей, М , 1950; Афанасьев Я. Е.. Современные магниевые сплавы, в сб.: Легкие сплавы, М., 1958; Д р и ц М. Е. [и др.], Магниевые сплавы для работы при повышенных температурах, там же; Д риц М. Е., Магниевые сплавы и перспективы их использования в народном хозяйстве, М., 1959; Лебедева Т. В., Ковалев И. Г., Емельянова О. В., Деформируемые магниевые сплавы с редкоземельными металлами, в сб.: Редкие металлы и сплавы, М., 1960; Афанасьев Я. Е., Магниевые сплавы с редкими металлами, там же; Михеев И. М., Долгов В, В., Влияние редкоземельных и щелочноземельных металлов на механические свойства магниевых сплавов систем магний — марганец и магний — марганец — церий, там же; Казаков А. А., Ковалев И. Г., Колпашников А. И., Жаропрочный деформ. магн. сплав МА13, «ЦМ», 1960,

ные); 3) сплавы, пригодные для длит, работы при темп-pax до 250—350°. К этой группе относятся сплавы с редкоземельными металлами — неодимом или иттрием и сплавы с торием (МАИ, МА13 и ВМД1). К жаропрочным относятся сплавы 3-й группы. Сплав МАИ системы Mg—Nd— Mn—Ni имеет достаточно высокие пределы длит, прочности и ползучести при темп-рах до 250°, а также высокий предел прочности до 300°. Он применяется для длит, работы до 250° и кратковременной — до 300°. В основном из него изготовляются прессованные изделия и штамповки, можно также прокатывать листы и плиты. Сплавы МА13 и ВМД1 системы Mg—Th—Mn отличаются наиболее высокими пределами длит, прочности и ползучести при темп-рах 300—350°. Они могут длительно работать при температурах до 350° и кратковременно — до 400°. Осн. назначение сплава МА13 — изготовление листов и плит, сплава ВМД1 — прессованных полуфабрикатов и штамповок. Химия, сост. М.с.д.ж. приведен в табл. 1, механич. св-ва — в табл. 2—9. Физические с в-в а М. с. д. ж. Сплав МАИ: y=i,S г/см3; а=25,7-10-6 (20—100°), 28,7-10-6(20—200°), 30,4-Ю-6, (20—300°), 29,3-10-6(ЮО—200°); 30,1-Ю-6 (200—300°), 1/°С; Х=0,26 (25°), 0,27 (100°), 0,28 (300°), 0,28 (400°) кал/см-сек-°С; 6=0,0621 ом-ммг/м. Сплав МА13: у = = 1,78 г/см3; а=25,6-10-6 (20—100°), 26,6-Ю-6 (20—200°), 27,7-10-" (20—300°), 28,7-Ю-6 (20—400°), 27,7-1Q-6 (100—200°), 29,8• 10-6(200—300°), 31,6• 10-6(300—400°), 32,3-Ю-6 (400—500°) 1/°С; Х=0,29 (25°), 0,30 (100°), 0,31 (200°), 0,32(450°) кал/смх Хсек-°С; Q=0,061 ом-мм21м; с=0,25(100°).

К жаропрочным относятся сплавы МЛ9, МЛ10, МЛН, легиров. редкоземельными металлами, сплавы МЛ14 и ВМЛ1 с добавками тория и сплав ВМЛ2. Сплавы МЛ9 (0Й=20—24 кг/мм2; 002 = 14— 15 кг/мм2; 6=2—4%) и МЛ1Й (аь= = 22—25 кг/мм2; 00)2 = 12—14 кг/мм2; 6=4—6%), разработ. 'на основе системы Mg—Nd—Zr, применяются для высоко-нагруж. деталей, длительно работающих при темп-pax до 250° и кратковременно— до 350°. Эти сплавы по прочностным хар-кам при комнатной темп-ре не уступают наиболее высокопрочным магниевым сплавам МЛ12 и МЛ15, а при повышенных темп-pax значительно их превосходят как при кратковременных, так и при длит, испытаниях на ползучесть (ao"siii><> — = 9,0 кг/мм2 для МЛ10 и 4,5 кг/мм2 для сплава МЛ 15). При темп-pax до 300° сплав МЛ9 превосходит по пределу текучести все литейные магниевые сплавы, включая сплавы с торием, а также алюминиевые сплавы по уд. значениям пределов прочности и текучести при 250°, а начиная с 300° — по абс. значениям.

Для приготовления М. с. л. используют тигельные индукц. печи емкостью до 500 кг, тигельные печи с нефтяным, газовым или электрич. обогревом емкостью до 200—350 кг, отражат. печи емкостью до 1,5—2 т. Для предохранения от горения при плавке поверхность расплавл. металла защищают флюсами, состоящими из смеси хлористых и фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Наибольшее применение имеет хлористый универсальный флюс ВИ2 (95% флюса № 2 по АВТУ 109-48 и 5% фтористого кальция по ГОСТ 7167—54) и бесхлоридный флюс ФЛ1, используемый взамен хлористых флюсов на последних операциях приготовления сплавов МЛ4пч и МЛ5пч. При приготовлении сплавов с редкоземельными металлами и торием рекомендуется применять спец. флюс, снижающий потери этих металлов.