СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОГО СПЛАВА Российский патент 1997 года по МПК C21D8/12 H01F1/14 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термической обработки дисперсно-упрочненных сплавов типа сендаст, предназначенных для сердечников магнитных головок.

Для магнитных головок современной и перспективной аппаратуры видеозаписи требуется магнитомягкий материал, обладающий не только высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, но также высокими индукцией насыщения, электросопротивлением и износостойкостью. Лучше других металлических неаморфных сплавов этим требованиям отвечают сплавы типа сендаст (Fe-Si-Al), в особенности сплав 10СЮТ, содержащий 5-12% Si, 3-8% Al, не менее одного элемента из группы иттрия и лантаноидов в количестве 0,001-0,8% а также титан (0,4-12%) и углерод (0,1-3%) [1]
Благоприятное для магнитных свойств сендаста упорядоченное состояние традиционно достигается в результате высокотемпературного отжига с последующим медленным охлаждением от температуры выше точки Курнакова (Кекало И. Б. Самарин Б. А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами. М. Металлургия, 1989). Температура и длительность такого отжига призваны обеспечить наилучшим образом протекание процессов, приводящих к образованию максимального количества упорядоченной фазы Fe₃(Si, Al). Однако, температура такого отжига не должна приводить к сильному росту зерна в чистом сендасте. Медленное охлаждение до 100-200^oC, применяемое обычно, связано с необходимостью обеспечения оптимальных температурно-временных условий протекания диффузионных процессов, необходимых для наиболее полного упорядочения структуры по типу Fe₃(Si, Al).

Из анализа фазовых диаграмм Fe-Al, Fe-Si, Fe-Si-Al (Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа: Справ. изд. //Банных О. А. Будберг П.Б. Алисова С.П. и др. М. Металлургия, 1986) следует, что оптимальная температура отжига лежит в интервале 1000-1200^oC.

Ранее стандартным режимом термообработки считался отжиг в вакууме при 800^oC в течение 5-6 ч и медленное охлаждение со скоростью 50^oC/ч до 200^oC, далее на воздухе (Ефимов Е.Г. Магнитные головки. М. Энергия, 1976, с. 104).

Аналогичная схема термической обработки применяется и для сплавов типа сендаст с различными добавками. Так, сердечники магнитных головок из сплава состава 84,3% Fe, 9,8% Si, 5,9% Al, 0,5% Ti, нарезанные из полученных заготовок, отжигали при 900^oC в течение 20 ч в атмосфере аргона [2] Термическая обработка, предлагаемая для сплавов состава, мас. Si 6-9, Al 7-11, Cr 2-5, Ti 0,5-2 и P или C 0,02-0,3, Fe остальное, заключается в нагреве до 850-1100^oC, выдержке в течение 0,5-3 ч и охлаждении со скоростью 300-10000^oC/ч, что обеспечивает высокую износостойкость и магнитную проницаемость [3] Описана также термообработка сплава сендаст, содержащего 9-10% Si, 5-7% Al, Fe остальное: его гомогенизируют при 1100^oC, 5 ч, затем охлаждают со скоростью 100^oC/с до 300-800^oC, после чего закаливают в силиконовом масле [4]
Наиболее близким к изобретению является способ термической обработки дисперсно-упрочненного TiC [1] При разработке режима термической обработки для дисперсно-упрочненного сендаста учитывалось два фактора. В системе α (Fe, Si, Al) TiC температура упорядочения составляет 1006^oC (Григорович В.К. Шефтель Е. Н. Полюхова И.Р. Мкртумов А.С. Дисперсионное упрочение сендаста Известия АН СССР. Металлы, 1986, N 4, с. 134-138). Кроме того, в дисперсно-упрочненном сендасте отжиг не должен приводить к коагуляции карбидной или боридной фазы. Все эти требования обеспечивает отжиг при 800^oC в течение 6 ч с охлаждением 50-100^oC/ч до 200^oC, далее на воздухе [1]
Таким образом, все описанные режимы термической обработки сендаста и сплавов на его основе проводятся по одной схеме и отличаются только небольшими вариациями температуры отжига и скорости охлаждения. Экономическим недостатком всех этих отжигов с очень медленным охлаждением является, в частности, их продолжительность (12-18 ч вместе с охлаждением).

При создании материалов для магнитных головок, помимо высоких магнитных свойств, требуется повышение их твердости и износостойкости. Поэтому режим термической обработки дисперсно-упрочненных сплавов должен обеспечивать формирование структуры с наибольшей износостойкостью и твердостью. Согласно фазовой диаграмме Fe-Ti-C (Диаграммы состояния двойных и многокомпонентых систем на основе железа: Справ. изд. //Банных О.А. Будберг П.Б. Алисова С.П. и др. М. Металлургия, 1986), углерод и TiC имеет переменную с изменением температуры растворимость в a - Fe. При соответствующей термообработке в таком сплаве должен протекать процесс старения (дисперсионного твердения).

Поэтому целью изобретения является повышение твердости и улучшение магнитных характеристик дисперсно-упрочненного сплава, содержащего 5-12% Si, 3-8% Al, не менее одного элемента из группы иттрия и лантаноидов в количестве 0,001-0,8% а также титан (0,4-12%) и углерод (0,1-3%) [1]
Цель достигается путем изменения схемы термической обработки этого сплава, а именно: после отжига 1000-1100^oC в течение 2-6 ч (вместо принятого для этого сплава отжига 800^oC в течение 6 ч) вместо медленного охлаждения (50-100^oC/ч), применяются закалка в воде и дополнительное старение при 500-600^oC в течение 1-5 ч. Это приводит к повышению микротвердости сплава на 13% и существенному улучшению магнитных свойств: повышению начальной магнитной проницаемости μ_нач в 3,6 раза, повышению индукции насыщения В_S- на 35% снижению коэрцитивной силы H_с в 1,7 раза по сравнению с термообработкой прототипом. Кроме улучшения прочностых и магнитных свойств магнитомягкого сплава, предлагаемый способ термической обработки имеет меньшую продолжительность 3-10 ч для предлагаемого способа вместо 12-18 ч для способа-прототипа, что может давать дополнительный экономический эффект.

Повышение температуры старения и/или увеличение его продолжительности вызывает коагуляцию карбида титана, что приводит к резкому повышению коэрцитивной силы и неизбежно ухудшает качество изображения при использовании такого материала для головок видеозаписи.

Пример. В качестве основы был взят литой сплав 10СЮТ, содержащий 9,5% Si, 5,5% Al, 0,007% Ce, а также 0,8% Ti и 0,2% C. При сравнении свойств сплава после термообработки по способу-прототипу (отжиг при 800^oC в течение 6 ч с охлаждением 50-100^oC/ч до 200^oC, далее на воздухе [1,5]) и по предлагаемому режиму термической обработки (отжиг при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч + закалка в воде + старение при 500-600^oC в течение 1-5 ч) были получены следующие результаты.

Сравнение микроструктуры этого сплава после следующих видов термической обработки: см. фиг. 1 (а) отжиг при 800^oC в течение 6 ч с охлаждением 50-100^oC/ч до 200^oC, далее на воздухе (прототип); (б) отжиг при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч + закалка + старение при 500^oC в течение 3 ч; (в) отжиг при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч + закалка + старение при 750^oC в течение 3 ч, показало, что старение при 750^oC в течение 3 ч приводит к коагуляции карбида титана.

В таблице представлены микротвердость и магнитные свойства сплава после отжига при 800^oC в течение 6 ч с охлаждением 50-100^oC/ч до 200^oC, далее на воздухе (прототип) и отжига при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч + закалка + старение при 500^oC в течение 3 ч (предлагаемый режим термической обработки). Из таблицы видно, что повышение температуры старения и/или увеличение его продолжительности вызывает коагуляцию карбида титана. Появление в структуре сплава крупных включений карбида титана приводит к резкому повышению коэрцитивной силы и дефекту видеоизображения типа "столбы" при использовании такого материала для головок видеозаписи.

На чертеже дана микроструктура сплава 10СЮТ после следующих видов термической обработки:
(а) отжиг при 800^oC в течение 2-6 ч с охлаждением 50-100^oC/ч до 200^oC, далее на воздухе (прототип);
(б) отжиг при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч + закалка + старение при 500^oC в течение 3 ч;
(в) отжиг при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч + закалка + старение при 750^oC в течение 3 ч.

Литература
1. Григорович В.К. Шефтель Е.Н. Шефтель Н.И. Моторин В.И. Литой магнитомягкий сплав на основе железа. Авт. св. СССР 524854, кл. С 22 C 38/14, 14.02.75. Опубл. Бюл. 1976, N 30.

2. Н. Senno, Y. Yanaguchi et al. Newly developed Fe-Si-Al alloy Heads by Sgueeze Casting //IEEE Transactions on Magnetics, 1977, v. MAG-13, N 5, p. 1475-1477.

3. Mitsuhiro Kudo, Shigekazu Otomo, Hiromoto Ogihara, Yoshio Aoki. Abrasion-resistive high permeability magnetic alloy. Pat. USA 4298381. 3 Nov. 1981.

Tanaka Terumi, Kaneda Keiu, Homma Motofumi. The Effects of Heat Treatments on the Soft Magnetic Properties of the Sendust Alloys. //IEEE Transactions on Magnetics, 1982, v. 18, N 6, p. 1430-1432.

5. Григорович В.К. Шефтель Е. Н. Полюхова И.Р. Мкртумов А.С. Дисперсионное упрочение сендаста. Известия АН СССР. Металлы, 1986, N 4, с. 134-138.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической обработке сплавов на основе железа типа сендаст для магнитных головок. Сущность изобретения: предложен способ термической обработки дисперсно-упрочненного сплава, содержащего 5-12% Si, 3-8% Al, не менее одного элемента из группы иттрия и лантаноидов в количестве 0,001-0,8%, а также титан (0,4-12%) и углерод (0,1-3%), железо остальное, включающий отжиг при 1000-1100^oC в течение 2-6 ч, а после отжига вместо медленного охлаждения проводят закалку в воде и старение при 500-600^oC в течение 1-5 ч. Это приводит к повышению микротвердости сплава на 13% и существенному улучшению магнитных свойств: повышению начальной магнитной проницаемости μ_нач в 3,6 раза, повышению индукции насыщения В_S на 35%, снижению коэрцитивной силы H_с в 1,7 раза по сравнению с термообработкой по способу-прототипу. Кроме улучшения прочностных и магнитных свойств магнитомягкого сплава, предлагаемый способ термической обработки имеет меньшую продолжительность - 3-10 ч. 1 ил., 1 табл.

Способ термической обработки дисперсно-упрочненного сплава, содержащего, мас.

Кремний 5 12
Алюминий 3 8
Не менее одного элемента из группы иттрия и лантаноидов 0,001 0,8
Титан 0,4 12,0
Углерод 0,1 3,0
Железо Остальное
включающий отжиг, отличающийся тем, что отжиг проводят при 1000 - 1100^oС в течение 2 6 ч, а после отжига проводят закалку в воде и старение при 500 600^oС в течение 1 5 ч.