СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАГНИТОТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Российский патент 2007 года по МПК C21D1/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в автоприборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине и т.д..

Магнитотвердые сплавы на основе системы Fe-Cr-Co обладают многими преимуществами перед другими магнитотвердыми сплавами: поддаются всем видам пластической и лезвийной обработки (прокатке, волочению, прессованию, токарной обработке, фрезерованию, штамповке и т.д.), обладают высокой прочностью (до 1000 МПа), высокой температурно-временной стабильностью (ТКИ=0,022%/°С). Одним из недостатков этих сплавов является большая длительность термической обработки (˜24 часа). Этот недостаток обусловлен относительно низким температурным интервалом (650-500°С) распада высокотемпературного α твердого раствора на смесь двух фаз: α₁-фазу, обогащенную железом и кобальтом, и α₂-фазу, обогащенную хромом, в процессе формирования высококоэрцитивного состояния.

Известно, что стандартная термообработка FeCrCo сплавов состоит из гомогенизации при 1150-1300°С, закалки на α твердый раствор, изотермической термомагнитной обработки при 630-660°С (в случае получения магнитоизотропных магнитов используют изотермическую термообработку) и ступенчатого отпуска в температурном интервале 620-520°С с последовательным снижением температуры отпуска каждой ступени на 20-30°С. Отпуск при 500°С в течение суток практически не дает прироста магнитных свойств (ГОСТ 24897-81, патент США №4194932, МКИ H01F 1/04; НКИ 148/108, 148/31.57; заявл. 7.02.78 г., опубл. 25.03.80 г.) прототип.

Известен способ термической обработки магнитотвердых сплавов на основе железа, включающий гомогенизацию, закалку, изотермическую обработку и отпуск с термоциклированием с нагревом до 620-625°С и охлаждением до 550°С в количестве циклов 4-5 (SU 985071 A, C21D 1/04, 30.12.1982, 4c.).

Предлагаемое изобретение направлено как на снижение длительности термической обработки, так и на увеличение выхода годной продукции путем применения циклической термической обработки на заключительной ступени отпуска, которая дает прирост магнитных свойств обрабатываемых магнитов (на 3-5%) и повышает выход годной продукции.

Сущность изобретения заключается в том, что термообработка магнитотвердых сплавов на основе железа (в частности, на основе системы Fe-Cr-Co), включающая гомогенизацию, закалку, изотермическую термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск, согласно предложению на заключительной стадии проводят термоциклирование в интервале 510-470°С в количеством циклов 3-5.

Пример. Постоянные магниты в количестве 164 шт. из сплава 25Х15КА были обработаны по стандартному режиму, включающему гомогенизацию при 1200°С в течение часа и закалку в воде от этой температуры. Затем постоянные магниты подвергали изотермической термомагнитной обработке при 640°С в течение 1 ч с последующим ступенчатым отпуском: 620°С(1 ч)+600°С(1 ч)+580°С(2 ч)+560°С(3 ч)+520°С(4 ч)+500°С(10 ч).

На фиг.1 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения стандартной термической обработки, имеющих поток Ф=27-29,5 мкВб (т.е. отбракованных по потоку).

На фиг.2 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения стандартной термической обработки, имеющих поток Ф=30-32 мкВб (т.е. годных по потоку).

На фиг.3 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительного отпуска при 480°С в течение 24 ч, имеющих поток Ф=27-29,5 мкВб.

На фиг.4 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительного отпуска при 480°С в течение 24 ч, имеющих поток Ф=30-32 мкВб.

На фиг.5 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительной термоциклической обработки в интервале 510-470°С (в течение ˜5 ч в количестве 3-х циклов), имеющих поток Ф=27-29,5 мкВб.

На фиг.6 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительной термоциклической обработки в интервале 510-470°С (в течение ˜5 ч в количестве 3-х циклов), имеющих поток Ф=30-32 мкВб.

Магниты из сплава 25Х15КА (ГОСТ 24897-81) в количестве 164 шт., которые по ТУ должны иметь поток ≥30 мкВб и коэрцитивную силу Н_сМ≥40 кА/м, после термообработки в контейнере по режиму термической обработки, оканчивающейся отпуском при 500°С (20 часов), дали следующие результаты: 119 магнитов были годные как до потоку, так и по коэрцитивной силе. Из 45 отбракованных магнитов 31 магнит не соответствовал по коэрцитивной силе и 43 магнита не соответствовали по потоку (см. фиг.1 и 2).

Поток Ф=27-29,5 мкВб (табл.1).

N=43 шт. Среднее =39,4 кА/м; мин.=35,1; макс.=42,8; дисперсия =3,29; станд. отклонение=1,81; станд. ошибка среднего =0,3.

Таблица 1Интервал Н_сМКоличествоСуммарное кол-во% от общего кол-ваСуммарный %34,000<х<=35,000000,00000,000035,000<х<=36,000224,65124,651236,000<х<=37,000356,976711,627937,000<х<=38,000499,302320,930238,000<х<=39,00081718,604739,534939,000<х<=40,00092620,930260,465140,000<х<=41,00073316,279176,744241,000<х<=42,00094220,930297,674442,000<х<=43,0001432,3256100,0000

Поток Ф=30 -32 мкВб (табл.2).

N=121 шт. Среднее=42,9 кА/м; мин.=39,2; макс.=45,7 кА/м; дисперсия=1,758; стан. отклонение=1,32; стандартн. ошибка среднего=0,12; =-0,14.

Таблица 2Интервал Н_сМКоличествоСуммарное кол-во% от общего кол-ваСуммарный %38,000<х<=39,000000,00000,000039,000<х<=40,000221,65191,652940,000<х<=41,0008106,61168,264541,000<х<=42,000223218,181826,446342,000<х<=43,000356728,925655,371943,000<х<=44,000289523,140578,512444,000<х<=45,0001911415,702594,214945,000<х<=46,00071215,7851100,0000

Дополнительный отпуск магнитов при 480°С в течение 24 ч практически не приводит к изменению их магнитных свойств (фиг.3 и 4).

Поток Ф=27-29,5 мкВб (табл.3).

N=43 шт. Среднее=39,4 кА/м; мин.=35,1; макс.=42,8; дисперсия =3,31; станд. Отклонение=1,82; станд. ошибка среднего=0,3; асимм.=-0,47; эксцесс=-0,22.

Таблица 3Интервал Н_сМКоличествоСуммарное кол-во% от общего кол-ваСуммарный %35,000<х<=36,000224,65124,651236,000<х<=37,000356,976711,627937,000<х<=38,000499,302320,930238,000<х<=39,00081718,604739,534939,000<х<=40,00072416,279155,814040,000<х<=41,00093320,930276,744241,000<х<=42,00094220,930297,674442,000<х<=43,0001432,3256100,0000

Все 43 магнита по-прежнему не соответствовали ТУ по величине потока.

Поток Ф=30-32 мкВб (табл.4).

N=121 шт. Среднее=42,9 кА/м; мин.=40,5; макс.=45,7 кА/м; дисперсия=1,57; стан. отклонение=1,255; стандартн. ошибка среднего=0,11; асимм.=0,10: эксцесс=-0.74.

Таблица 4Интервал Н_сМКоличествоСуммарное кол-во% от общего кол-ваСуммарный %39,000<х<=40,000000,00000,000040,000<х<=41,000775,78515,785141,000<х<=42,000253220,661226,446342,000<х<=43,000356728,925655,371943,000<х<=44,000289523,140578,512444,000<х<=45,0001911415,702594,214945,000<х<=46,00071215,7851100,0000

Однако применение циклической термообработки в интервале 510-470°С (цикл: 510°С охлаждение в течение 40 мин до 470°С + нагрев до 510°С в течение 40 мин) в количестве 3-х циклов дало значимое повышение магнитных свойств, особенно для магнитов с пониженным потоком (фиг.5)

Поток Ф=27-29,5 мкВб (табл.5).

N=43 шт. Среднее=39,9 кА/м; мин.=37,1; макс.=42,6; дисперсия=2,435; станд. отклон.=1,56; станд. ошибка среднего=0,24; асимм.=0,08; эксцесс=-1,05.

Таблица 5Интервал Н_сМКоличествоСуммарное кол-во% от общего кол-ваСуммарный %36,000<х<=37,000000,00000,000037,000<х<=38,0005511,627911,627938,000<х<=39,000101523,255834,883739,000<х<=40,00072216,279151,162840,000<х<=41,000123427,907079,069841,000<х<=42,0003376,976786,046542,000<х<=43,00064313,9535100,0000

Поток Ф=30 -32 мкВб (табл.6).

N=121 шт. Среднее=43,2 кА/м; мин.=40,5; макс.=46, 6 кА/м; дисперсия=1,74; стан. отклонение=1,32; стандартн. ошибка среднего=0,12; асимм.=-0,045; эксцесс=-0

Таблица 6Интервал Н_сМКоличествоСуммарное кол-во% от общего кол-ваСуммарный %39,000<х<=40,000000,00000,000040,000<х<=41,000775,78515,785141,000<х<=42,000182514,876020,661242,000<х<=43,000285323,140543,801743,000<х<=44,000328526,446370,247944,000<х<=45,0002811323,140593,388445,000<х<=46,00061194,958798,347146,000<х<=47,00021211,6529100,0000

Из 43 магнитов 21 магнит стал годным как по потоку, так и по коэрцитивной силе (т.е. почти 50% отбракованных магнитов удалось довести до требуемых по ТУ параметров).

Аналогичная циклическая термообработка 121 магнита (которые были годны по потоку) в температурном интервале 510-470°С приводит к заметному повышению коэрцитивной силы (вплоть до 46,5 кА/м).

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в автоприборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине и т.д. Для повышения магнитных свойств обрабатываемых постоянных магнитов на 3-5% и выхода годной продукции магнит из сплава 25Х15КА подвергают гомогенизации, закалке, термомагнитной (термической) обработке, многоступенчатому отпуску и термоциклической обработке в интервале 510-470°С в количестве 3-5 циклов на заключительной стадии отпуска. 6 ил., 6 табл.

Способ термической обработки магнитотвердых сплавов на основе железа, включающий гомогенизацию, закалку, изотермическую термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск, отличающийся тем, что на заключительной ступени отпуска проводят термоциклирование в интервале температур 510-470°С с количеством циклов 3-5.