СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКОВОГО МАГНИТОТВЁРДОГО СПЛАВА Fe-30Cr-16Co-0,5Sm Российский патент 2023 года по МПК B22F3/24 H01F41/22 C21D1/25 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии термической обработки магнитотвердых сплавов (МТС) системы железо-хром кобальт, используемых при производстве постоянных магнитов.

Известны разнообразные способы термической обработки FeCrCo МТС, включающих в себя в качестве главных операций термомагнитную обработку в температурном интервале 610-670°С и вторичное старение (отпуск) без магнитного поля в температурном интервале 620-500°С. Например, в авторских свидетельствах СССР №580230, 665494, 692869, 1272710 и др., а также в патенте США №4,305,764 от 15 декабря 1991 года.

Режимы термической обработки МТС системы Fe-Cr-Co, как правило, разрабатывают методом однофакторного планирования, когда на каждом этапе термической обработки варьируют один параметр: при определении температуры и времени изотермической термомагнитной обработки (ИТМО) варьируют сначала температуру ИТМО, а затем варьируют время ИТМО; при вторичном старении (отпуске) варьируют либо число этапов (как правило, через 20-30°С до 500°С с увеличением времени выдержки на каждом этапе при понижении его температуры), либо варьируют скорость охлаждения при переходе от этапа к этапу.

Недостатком такого метода однофакторного планирования при разработке оптимальных режимов термической обработки FeCrCo магнитотвердых сплавов является его большая трудоемкость и отсутствие критерия его оптимальности.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка оптимального режима термической обработки порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm методом многофакторного планирования с использованием программных пакетов Statgraphics XVI Centurion и Statistica.

Техническим результатом являются повышенные значения магнитных гистерезисных свойств, в том числе коэрцитивной силы Н_сВ и максимального энергетического произведения (ВН)_макс..

Технический результат достигается тем, что в способе термической обработки магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm, включающем гомогенизацию, закалку, термомагнитную обработку, двухступенчатый отпуск, согласно изобретению, оптимизацию температуры ИТМО проводят однофакторным планированием (рис. 1), а оптимизацию времени ИТМО и двухступенчатого отпуска проводят методом многофакторного планирования.

Обработку и измерение магнитных гистерезисных свойств проводили на порошковых образцах цилиндрической формы диаметром 12 мм и высотой 20 мм после спекания в вакууме при 1350°С в течение 2,5 часов и гомогенизации на воздухе при 1300°С в течение 1 часа. Закалку проводили от 1300°С после выдержки в течение 10 минут.

Результат оптимизации температуры проведения ИТМО порошкового сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm приведен на рис. 1, на котором представлена зависимость коэрцитивной силы Н_сВ порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm от температуры проведения ИТМО в течение 40 мин с последующей ТО по режиму: охлаждение от температуры ИТМО до 580°С со скоростью v₁=20°С/час+охлаждение со скоростью v₂=8°С/час от 580 до 500°С.

При дальнейшей оптимизации ТО порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,0,5Sm за нулевой (начальный) уровень был выбран режим: закалка от 1300°С+проведение ИТМО при 656°С (40 мин)+охлаждение в магнитном поле до 580°С с v₁=20°С/час+охлаждение до 500°С без магнитного поля до 500°С с v₂=8°С/час. Варьирование параметров составляло: времени ИТМО±10 мин, скорости охлаждения v₁±5°С и скорости охлаждения v₂±2°С/час. Результаты проведенных экспериментов совместно с матрицей планирования приведены в таблице 1.

Статистический анализ данных таблицы 1, выполненный с помощью программ Statgraphics Centurion XVI, с учетом соответствующих стандартизованных диаграмм Парето для остаточной индукции B_r(а), коэрцитивной силы Н_сВ(б) и максимального энергетического произведения (ВН)_макс порошкового сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm, которые изображены на рис. 2. Анализ позволил получить аналитические зависимости остаточной индукции B_r, коэрцитивной силы Н_сВ и максимального энергетического произведения (ВН)_макс в виде регрессионных уравнений от выбранных факторов варьирования:

В уравнениях (1)-(3) свободные члены дают средние значения указанных параметров в выбранных пределах варьирования факторов. Из диаграмм Парето видно, что только для остаточной индукции B_r статистически значимым является линейный фактор В, для коэрцитивной силы Н_сВ статистически значим линейный фактор С. Для максимального энергетического произведения (ВН)_макс линейные и квадратичные члены в уравнениях регрессии статистически незначимы.

Полезную и наглядную информацию влияния основных факторов на магнитные гистерезисные свойства исследуемого сплава дают графики на рис. 3, которые дают графическое представление влияния основных факторов на остаточную индукцию B_r, коэрцитивную силу Н_сВ и максимальное энергетическое произведение (ВН)_макс порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm. Из этих графиков следует, каким образом нужно корректировать режимы термической обработки сплава, чтобы получать требуемые свойства B_r, Н_св или (ВН)_макс.

На рис. 4 приведены исследованные поверхности отклика в фазовых пространствах (фактор С=0) и их поперечные сечения для остаточной индукции B_r(а), коэрцитивной силы Н_св(б) и максимального энергетического произведения (ВН)_макс (в), которые дают наглядную информацию об исследованных областях магнитных гистерезисных свойств.

В таблице 2 приведены оптимальные значения факторов А, В и С для получения оптимальных значений магнитных гистерезисных свойств.

После термообработки по оптимальному режиму: закалка от 1300°С+ИТМО 656°С (23 мин)+охлаждение от 656°С до 580°С со скоростью v₁=13,6°С/час+охлаждение от 580°С до 500°С со скоростью v₂=4,8°С/час были получены гистерезисные свойства: остаточная индукция B_r=1,256 Тл, коэрцитивная сила Н_св=57,6 кА/м и максимальное энергетическое произведение (ВН)_макс=40,4 кДж/м³.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термической обработки порошковых магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт. Может использоваться при производстве постоянных магнитов. Порошковый магнитотвердый сплав Fe-30Cr-16Co-0,5Sm подвергают гомогенизации при 1300°С в течение 1 часа и закалке от 1300°С. Затем проводят ИТМО при 656°С в течение 23 мин, а двухступенчатый отпуск осуществляют путем охлаждения от 656°С до 580°С со скоростью v₁=13,6°С/час и последующего охлаждения от 580°С до 500°С со скоростью v₂=4,8°С/час. Обеспечивается повышение магнитных гистерезисных свойств. 4 ил., 2 табл.

Способ термической обработки порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm, включающий гомогенизацию, закалку, изотермическую термомагнитную обработку (ИТМО) и двухступенчатый отпуск, отличающийся тем, что гомогенизацию проводят при 1300°С в течение 1 часа, закалку осуществляют от 1300°С, после чего проводят ИТМО при 656°С в течение 23 мин, а двухступенчатый отпуск осуществляют путем охлаждения от 656°С до 580°С со скоростью v₁=13,6°С/час и последующего охлаждения от 580°С до 500°С со скоростью v₂=4,8°С/час.