Способ получения композиционного материала Советский патент 1991 года по МПК B22F3/20 C22C1/04 C21D8/12 H01F1/08 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения композиционных материалов преимущественно из сплавов марганец- алюминий-углерод, предназначенных для изготовления постоянных магнитов.

Цель изобретения - повышение качества материала и выхода годного

Приготовление гранул включает операцию дробления гранул до максимального размера гранул 0,064 D, где D - диаметр оболочки, рассев гранул на фракции разме- рами-менее 0,016 D - более 0,08 D и более 0,016 D - менее 0,064 D, размещенные в центральном слое гранул размером более 0,016 D - менее 0,064 D, а в периферийном слое более 0,08 D - менее 0,016 D.

Выбор размеров фракций гранул обусловлен особенностями их поведения при пластической деформации сплава Mn-AI-C при термомеханической обработке.

Мелкие частицы при операциях, связанных с деформированием, подвергаются в основном структурной деформации: взаимным смещением, разворотам и в меньшей степени собственно пластической деформации. Наоборот, крупные частицы в большей степени подвержены пластической деформации и в меньшей структурной.

Поскольку для обеспечения необходимых магнитных свойств требуется именно пластическая деформация, то предпочтительнее применять крупные гранулы размером (0,016-0,064)0. Применение гранул размером более 0,064 D приводит к повыСЬ О К VI Оч

шенной пористости изделия и ухудшает их качество. Гранулы размером более 0,016 D вызывают разрывы оболочки, поэтому в периферийном слое целесообразно располагать более мелкие гранулы, не приводящие к разрывам оболочки и формирующие более ровную границу раздела между оболочкой и сердцевиной заготовки. Это позволяет повысить качество изделия, а также выход годного из-за снижения припусков при снятии оболочки. Выявлено, что гранулы размером менее 0,016 D удовлетворяют этим требованиям, а применение гранул размерами менее 0,008 D нецелесообразно из-за чрезвычайно низких магнитных характеристик получаемого материала и ухудшения качества заготовки, так как в такой мелкой фракции сосредоточены неметаллические и другие включения.

Соотношение объемов центрального и общего слоев выбирают в пределах 0,6-0,8, так как при соотношении, меньшем 0,6, становится мал удельный вес крупной фракции в объеме заготовки и магнитные свойства снижаются, а при соотношении, большем 0,8, толщина слоя мелких гранул слишком мала для того, чтобы устранить контакт крупных гранул с оболочкой и предохранить оболочку от разрывов,

На фиг.1 изображена схема расположения слоев при засыпке гранул в оболочку; на фиг.2 - сборка деформируемой оснастки.

Заключение гранул в оболочку 1 из медного сплава (фиг.1) производят путем их послойной засыпки аксиальными слоями. Предварительно в оболочку 1 устанавливают тонкостенную трубу 2 аксиально оси оболочки. В трубу 2 засыпают крупную фракцию гранул 3 (более 0,016 D - менее 0,064 D), а в зазор между трубой 2 и оболочкой 1 засыпают мелкую фракцию гранул 4 (менее 0,016 D - более 0,008 D).

После удаления тонкостенной трубы в оболочке 1 образуются два аксиальных слоя гранул - центральный и периферийный. После заполнения оболочки 1 гранулами ее закрывают крышкой 5 (фиг.2).

Изобретение иллюстрируется примерами, результаты которых приведены в табл.1-3.

П р и м е р, Из сплава марганец-алюминий- углерод (29,4 мае.% AI, 0,6 мае.% С, Мп остальное) готовят гранулы размерами 0-3,0 мм. Гранулы рассеивают по фракциям 0-025, 0,25-0.5, 0,5-1,0, 1,0-2,0 и 2,0-3,0 мм. Гранулы заключают в оболочку из медного сплава внешним диаметром D 31,4 мм с толщиной стенки 0,75 мм. Предварительно в оболочку 1 (фиг.1) помещают тонкостенную трубу 2 диаметром Оц

аксиально оси оболочки. В трубу 2 засыпают крупную фракцию гранул 3, в зазор между трубой 2 и оболочкой 1 засыпают гранулы 4 мелких фракций. Тонкостенную трубу удаляют и в оболочке образуются два слоя - центральный и периферийный.

В опытах изменяют соотношения размеров гранул в центральном и периферийном слоях, а также отношение объемов

0 центрального слоя к объему заготовки. После заполнения оболочки гранулами брикет закрывают крышкой 5 (фиг.2) и подвергают компактированию усилием 100 кН в контейнере. Полученную заготовку подвергают го5 рячей экструзии через матрицу диаметром 14 мм при температуре 720°С. Пруток разрезают и на инструментальном микроскопе измеряют диаметр сердцевины в 18 точках, вращая образец на предметном столе мик0 роскопа. Шлифованием снимают оболочку и определяют выход годного. На полученных заготовках измеряют магнитные свойства.

В табл.1 приведены примеры, которые осуществляют при отношении объема цент5 рального слоя к объему оболочки, равном 0,7, и размером гранул в центральном слое, равном 0,5-1,Омм (b/D) 0,016-0,032, где b - размер гранул в центральном слое, D - диаметр оболочки). В этой сериии примеров

0 варьируют размер гранул в периферийном слое а и соотношение a/D. В качестве параметра, характеризующего качество постоянных магнитов Mn-AI-C, в таблице приведено значение максимального энерге5 тического произведения ВНмакс.

Из табл.1 следует удовлетворительное качество постоянных магнитов достигают только для случая использования в периферийном слое гранул размером 0,25-0,50 мм

0 (пример 3), что соответствует предлагаемому размеру гранул, выраженному через диаметр оболочки (0,008-0,016)0.

В табл.2 приведены примеры, иллюстрирующие выбор размера гранул в центральном

5 слое и результаты опытов экструзии образцов, имеющих размер гранул в периферийном слое, равный 0,25-0,50 мм, и отношение объема центрального слоя к объему заготовки, равное 0,7. В опытах изменяют размер

0 гранул в центральном слое Ь. Магнитные свойства оценивают величиной энергетического произведения ВНмакс.

Из табл.2 видно, что при Ь, меньшем 0,25 мм, в заготовке наблюдают дефекты в

55 виде неметаллических включений, при Ь, меньшем 0,5, магнитные свойства резко снижаются по сравнению с максимально возможными.

При размере Ь, большем 2 мм, поры в

центральном слое не ликвидируются.что не

позволяет достичь удовлетворительного качества. Лучших результатов достигают при размере Ь, равном 0,5-2,0 мм (b/D 0,016- 0,064), что соответствует изобретению (примеры 8 и 7).

В следующей серии экспериментов обеспечивают параметры а 0,25-0,50 мм, b 1,0-2,0 мм и изменяют отношение объема С центрального слоя к объему оболочки, изменяя диаметр Оц центрального слоя (табл.3). Учитывают, что объемы аксиальных цилиндров относятся как квадраты диаметров С DM2/D2.

Для сопоставления в табл.3 включены также примеры получения постоянных маг- нитов того же состава известным способом (примеры 15 и 16). В примере 15 используют гранулы., размерами 1-2 мм (b/D 0,032- 0,064), в примере 16 - гранулы размерами 0,25-0,50 мм (a/D 0,008-0,016).

Из табл.3 следует, что наилучшие результаты получают при С 0,6-0 8, что соответствует изобретению. Предлагаемый способ (примеры 11-13) позволяет получать постоянные магниты из сплавов Mn-AI-C, обладающие более высоким качеством, чем полученные известным способом (примеры 15 и 16). При этом выход годного повышается с 85 до 96,9%.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность изготовления постоянных магнитов из сплавов системы Mn- AI-C,

Формула изобретения Способ получения композиционного материала , преимущественно постоянных магнитов из сплава марганец-алюминий-углерод, включающий приготовление гранул, заключение их в оболочку при размещении аксиальными слоями, компактирование, экструзию и снятие оболочки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества материала и выхода годного, приготовление гранул осуществляют дроблением сплава до максимального размера 0,0640, где О - диаметр оболочки, после дробления осуществляют рассев гранул на фракции менее 0,016 О - более 0,008 О и более 0,016 О - менее 0,064 О, а при размещении гранул в оболочке располагают гранулы фракции более 0,016 О - менее 0,064 О в центральном слое, а гранулы фракции менее 0,016 D - более 0,008 D располагают в периферийном слое, причем отношение объема центрального слоя к объему оболочки выбирают в пределах 0.6-0,8

Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к способам получения композиционного материала и может быть использовано при производстве постоянных магнитов из сплавов системы M_N - AL - C. Цель - повышение качества материала и выхода годного. Предложенный способ включает приготовление гранул различных размеров дроблением сплава и рассевом, размещение гранул аксиальными слоями в оболочке из меди при расположении в центральном слое гранул размером (более 0,016 Д- менее 0,064 Д), а в периферийном слое гранул размером (менее 0,016 Д- более 0,008 Д), где Д - диаметр оболочки). Отношение объемов центрального слоя и оболочки выбирают в пределах 0,6 - 0,8. После заполнения оболочки ее закрывают крышкой и подвергают компактированию и горячей экструзии. Получены постоянные магниты с максимальным энергетическим произведением (BH)_мах = 29 - 32 кДж/м³, при выходе годного 96,9%. 2 ил. 3 табл.

Таблица2

-3

-4 I

i

9vii

ТаблицаЗ

«г2