СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОВ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-ХРОМ-КОБАЛЬТ Российский патент 2008 года по МПК B22F3/12 B22F3/24 H01F1/08 B22F1/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей, от которых требуется сочетание высоких механических и магнитных свойств, например магнитных колец гироскопов. Оно найдет применение в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Известны способы получения изделий из материалов системы железо-хром-кобальт, включающие традиционные операции порошковой металлургии, термическую и термомагнитную обработки. Для повышения плотности и улучшения магнитных характеристик в поликомпонентную шихту дополнительно вводят порошки сплавов системы железо-хром или железо-хром-кобальт (Патент США №4601876, 1986 г.). Эти добавки активируют спекание, но их содержание может достигать 60%, что отрицательно влияет на технологические свойства, прежде всего на прессуемость, а отсутствие компонентов, применяемых в металлургии для связывания примесей, ухудшает магнитные свойства. Кроме того, необходимо специально выплавлять сплавы с высоким содержанием хрома или хрома и кобальта, а затем их размалывать для введения в шихту, что усложняет производство.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления изделий из порошковых материалов системы железо-хром-кобальт, включающий приготовление шихты из порошков хрома, железа, кобальта и порошков ферросплавов титана, ванадия и кремния в количестве 0,7-2,0%, прессование шихты, спекание, термическую и термомагнитную обработку (Патент РФ №2038918, 1995 г., бюл. №19). Данный способ обеспечивает спекание в присутствии жидкой фазы и связывание вредных примесей. Однако даже небольшие добавки ванадия или титана к сплавам с высокой концентрацией хрома и кобальта, а это лучшие по магнитным свойствам сплавы данной системы, приводит к образованию хрупких фаз (фиг.1а), располагающихся по границам зерен и резко понижающих характеристики вязкости. Кроме того, возможно дальнейшее повышение плотности, а следовательно, и магнитных свойств сплавов на основе данной системы.

Целью предлагаемого способа получение высокоплотных порошковых магнитов на основе системы железо-хром-кобальт с повышенными плотностью, характеристиками надежности и магнитных свойств.

Поставленную цель достигали тем, что для повышения плотности в состав шихты вводили феррокремний и молибден (возможно введение ферромолибдена). Молибден наряду с железом и кремнием входит в состав многокомпонентных эвтектик и понижает температуру их плавления, что увеличивает количество жидкой фазы и температурные интервалы ее существования (Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочн. изд. / Банных О.А. и др. М.: Металлургия, 1986, 440 с.). Жидкая фаза активировала спекание и обеспечивала получение высокоплотного состояния, кроме того, кремний позволял связать сопутствующие примеси. Легирование лучших по магнитным свойствам сплавов системы железо-хром-кобальт с высокой концентрацией хрома и кобальта относительно небольшим количеством феррокремния и молибдена (ферромолибдена) исключает после термической и термомагнитной обработок выделение хрупких фаз по границам зерен (фиг.1б).

Из сравнения с известным способом изготовления изделий из порошковых материалов системы железо-хром-кобальт ясно, что заявляемый метод позволяет получать детали иным способом, поскольку для активации спекания применяют молибден или ферромолибден и феррокремний. Предлагаемый способ позволяет получать детали с более высокой плотностью, чем способ-прототип, он исключает появление хрупких фаз по границам зерен, в результате возрастают важнейшие показатели работоспособности. Т.о., предлагаемый способ существенно отличается от известных, включая способ-прототип. Кроме того, он позволяет улучшить плотность, надежность и магнитные свойства.

Предлагаемый способ включает подготовку шихты заданного состава, изготовление прессовок, спекание, совмещенное с гомогенизацией, термическую и термомагнитную обработки. После термической обработки (перед термомагнитной) возможно проведение калибровки.

Пример 1. Образцы были изготовлены по следующей технологии:

- шихту, содержащую 31% порошка хрома, 23% порошка кобальта, 1% феррокремния, 1% молибдена, остальное - железо марки ОсЧ 6-2, перемешивали 8 часов в двуконусном смесителе;

- образцы прессовали при давлении 800 МПа в закрытых стальных пресс-формах методом двустороннего формования;

- спекание, совмещенное с пропиткой, проводили в вакууме при температуре 1300°С, 2 ч.

Детали калибровали при давлении 800 МПа.

Образцы имели плотность 7,63 г/см³. Рост плотности по сравнению со способом-прототипом обусловлен расширением температурных интервалов существования жидкой фазы и увеличением ее количества, т.к. на стадии спекания образуются иные, чем в способе-прототипе, эвтектики.

Термообработка включала закалку с температуры 1300°С, термомагнитную обработку в поле напряженностью 250 кА/м по режиму: 640°С - 40 мин+620 - 2 ч+610 - 1 ч и изотермический отпуск по режиму: 600 - 2 ч+580 - 3 ч+560 - 4 ч+540 - 4 ч+520 - 2 ч.

Образцы имели трещиностойкость (K_IC) примерно 3 МПа·м^1/2, ударную вязкость (КС) не менее 100 кДж/м², коэрцитивную силу (Нс) 65 кА/м и магнитную индукцию (Br) 1,35 Т.

Пример 2. Образцы были изготовлены по следующей технологии:

- шихту, содержащую 31% порошка хрома, 23% порошка кобальта, 0,5% феррокремния, 3% ферромолибдена, остальное - железо марки ОсЧ 6-2, перемешивали 8 часов в двуконусном смесителе;

- образцы прессовали при давлении 800 МПа в закрытых стальных пресс-формах методом двустороннего формования;

- спекание, совмещенное с пропиткой, проводили в вакууме при температуре 1300°С, 2 ч.

Образцы имели плотность 7, 83 г/см³.

Термообработка включала закалку с температуры 1300°С, термомагнитную обработку в поле напряженностью 270 кА/м по режиму: 640°С - 40 мин+620 - 2 ч+610 - 1 ч и изотермический отпуск по режиму: 600 - 2 ч+580 - 3 ч+560 - 4 ч+540 - 4 ч+520 - 2 ч.

Образцы имели трещиностойкость (K_IC) 3,1 МПа·м^1/2, ударную вязкость (КС) 105 кДж/м², коэрцитивную силу (Нс) 67 кА/м и магнитную индукцию (Br) 1,31 Т.

Повышение надежности (K_IC и КС) и магнитных свойств обусловлено ростом плотности и исключением возможности образования интерметаллидных фаз, которые особенно опасны на границах зерен.

Варьируя состав сплавов можно получить представленные в таблице характеристики материалов.

Предлагаемый способ существенно отличается от прототипа тем, что для его реализации требуются иные ингредиенты в других концентрационных интервалах, он позволяет повысить плотность, характеристики надежности и магнитные свойства деталей по сравнению со способом-прототипом. Более высокие, чем у прототипа, свойства достигали при суммарной концентрации феррокремния и молибдена (ферромолибдена) 0,5-5,0 мас.%.

ТаблицаСопоставление важнейших характеристик работоспособности предлагаемого способа и прототипаСодержание феррокремния и молибдена (ферромолибдена), %Трещиностойкость, МПа·м^1/2Ударная вязкость, кДж/м²Коэрцитивная сила, кА/мМагнитная индукция, ТПлотность после спекания, г/см³0,53,2110641,357,551,53,0100651,357,634,03,1105671,317,825,02,9102681,307,836,02,798681,257,85ПрототипМенее 0,7Менее 98До 64До 1,30До 7,50

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления магнитов из порошковых материалов на основе системы железо-хром-кобальт, и может быть использовано для изготовления постоянных магнитов для машиностроительной, приборостроительной и других отраслей промышленности. Способ включает приготовление шихты, содержащей порошки железа, хрома, кобальта, феррокремния и ферромолибдена или молибдена, прессование полученной шихты, спекание, термообработку и термомагнитную обработку. При этом суммарная концентрация феррокремния и ферромолибдена или молибдена составляет 0,5-5 мас.%. Технический результат - повышение плотности, магнитных свойств, а также надежности получаемых магнитов. 1 табл., 1 ил.

Способ изготовления магнитов из порошковых материалов на основе системы железо-хром-кобальт, включающий приготовление шихты, содержащей порошки железа, хрома, кобальта и феррокремния, прессование полученной шихты, спекание, термообработку и термомагнитную обработку, отличающийся тем, что в состав шихты дополнительно вводят ферромолибден или молибден, причем суммарная концентрация феррокремния и ферромолибдена или молибдена составляет 0,5-5 мас.%.