Способ получения магнитотвердых сплавов типа ЮНДКТ Советский патент 1993 года по МПК C22C1/02 

ИзоГ)ргтгние относится к металлургии и литейному производству и может Пить использовано при произволе гве литых постоянных магнитов со столбчатой и монокристаллииеской структурой.

Известен способ получения магни- тотверлых сплавов типа ЮНЛКТ со столб- иатой кристаллической структурой, суть которого состоит во введении в сосг-эн сплава одновременно серы и уг- пег олл Недостатками данного способа являемся высокая загрязненность спла- п г,ззми и чем таллимескими включениями

Нлибсле 3 близким к поедлагаемому способу по достигаемому эффекту является способ получения магнитотвер- дых сппдвов, описанный. Способ эа- клюмлется в том, что сера вводится в расплав в два приема: после расплавления железа, кобальта, никеля и меди и в конце плавки вместе с алюминием и титаном. Это позволяет снизить содержание кислорода в сплаве за счет раскисляющего действия серы и за смет Флотационного эффекта, имеющего место при затвердевании. Однакс данный способ все же не позволяет в достаточной мере освободиться от твердых неметаллических включений, что не позволяет использовать в составе шихты лигатуры и другие вторичные шихтовые материалы, стоимость.которых значительно ниже, чем у чистых компонентов,,

Целью предполагаемого изобретения является уменьшение гаэосодержания и неметаллических включений и снижение себестоимости сплава.

Ланная цель достигается за счет введения р состав сплава добавок, вызывающих монотектическое превращение в нампльный период кристаллизации.

ё

00

ю кэ

Ј

I-

СМ

Цпп магнитно-твердых сплавов типа ЮНДКТ такими добавками являются углерод, марганец, кремний, церий, иттрий, сера в различных сочетаниях друг с другом.

Общее количество добавок должно составлять 0,3-1,0% от веса плавки. В результате протекания монотекти- ческого превращения образуется жид- кая составляющая (на чертеже это жидкость состава Ж2), не смешивающаяся с матричной жидкостью, которая, взиду своей малой плотности, всплывает и увлекает за собой имеющиеся в расплаве неметаллические включения, в там числе те, которые образовались после заливки расплава в форму Кроме того, эта несмешивающаяся жидкость Ж2, взаимодействуя с матрич- ным расплавом, снижает в нем содержание растворимых примесей, таких как кислород и азот, а также содержание сильно ликвирующих элементов

Применение данного способа получения магнитотвердых сплавов типа ЮНДКТ дает возможность использовать при их выплавке вместо дорогих и дефицитных чистых металлов значительно более дешевые и менее дефицитные лигатуры. При этом трудоемкость процесса выплавки сплавов не увеличивается.

Пример. Лля снижения себестоимости сплава ЮНПКТ5БА, содержащего 35,5% кобальта, k,2% никеля, 3,5$ меди, 1,0% ниобия, 7,2% алюминия, 5,1% титана, остальное железо в состав шихты вводили ферроникель ФН-5К Побужского никелевого завода„ Состав ферроникеля - 16,6% никеля, 3,5% кобальта, 1 ,% меди, остальное железо. Количество введенного ферроникеля брали из расчета полной замены чистого железа, на железо в ферроникеле (общее количество ферроникеля в шихте составляло 0%).

Выплавку данного сплава из шихты

Использование: при производстве литых постоянных магнитов со столбча- Toij и монпкристапличсской структурой. 2 Сущность: расплавляют основные компоненты, РНЧДЯТ добавки серп а расплав. С серой вводят углерод, марганец, кремний, церий и иттрий в следующих СРМСМЛНИЯХ с серой и лпуг с другом- сгрл - углерод - Mfipr нец - кремний, сера церий, cep.i - церий млрпнец, серя - иттрий - и в количестве О. по мне се от веся основных компонентой .«гутест- вляют ачливку расплава в , и направленную кристаллизацию i поводят со скоростью не более 5,0 мм, ж 1 ил. , 1 тс1()Л.

на границе кристалл-расплав. Это при-25 указанного состава проводили по двум

1одит к уменьшению концентрационного переохлаждения, освобождению путей диффузии элементов сплава к растущему кристаллу и, в конечном счете к облегчению образования столбчатой и монокоисталлической структуры в отливке. Выбор нижнего предела содержания вводимых элементов - добавок обусловлен тем, что при содержании вышеуказанных элементов в количестве менее 0,3% по массе моно- тектимеское превращение либо не возникает вообще, либо возникает при окончании кристаллизации. В результате 4erct очистки расплава не происходит. При введении этих добавок в сплав в количестве более 1,0% по массе существенно понижаются магнитные свойства сплава. Это происходит за счет снижения в твердом растворе основных элементов сплава (таких кан Ti, Mb), которые переходят в состав несмешивающейся жидкости Жг и транспортируются ей в верхнюю часть отливки.

Граничное значение линейной скорости кристаллизации при направленно затвердевании связано с тем, что если эта скорость превышает 5 мм/мин, то несмешивающаяся с расплавом жидкость успевает всплывать и захватывается движущимся фронтом кристаллизации, В результате очистки сплава не происходит.

вариантам: без добавок, вызывающих монетектическое превращение и рафинирующий эффект при направленном затвердевании сплава и в присутствии

0 таких добавок.

Выплавку обоих вариантов сплава производили в открытой индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. Порядок загрузки элементов при выплавке сплава по первому варианту был следующим: на дно тигля загружали железо, кобальт, никель, медь, Ферроникель и включали нагрев, после их полного расплавления добавляли 0,2% алюминия на раскисление, и 1/2 часть серы в виде Ферросеры, затем ниобий выдержка 1,0 мин, затем последовательно весь оставшийся алюминий и титан и оставшуюся часть серы. По второму варианту порядок загрузки основных элементов оставался тем же, а элементы - добавки вводили либо в конце плавки, либо в два приема: сразу после расплавления кобальта, никеля, меди и ферроникеля и в конце плавки после введения титана.

Температура расплава перед выпуском в ковш во всех случаях равнялась 1680 С. Готовый расплав выпускали в графитошамотовый ковш и заливали в

предварительно нагретую до 1300 С керамическую форму, установленную на медный водоохлаждаемый холодильник. Линейную скорость кристаллизации при

5

0

5

0

направленном затвердевании отливок изменяли, путем использования форм без дна и с дном различной толщины. Измерение линейной скорости кристаллизации производили при помощи термопар, установленных по высоте затвердевающей отливки. После полного затвердевания получали отливки размером 15х О х 100 мм и изготавливали из них продольные металлографические шлифы, на которых производили подсчет неметаллических включений и распределение их по высоте слитка, а также после травления, замер длины столбчатых кристаллов. Параллельно из того же ковша заливали образцы для газового анализа. Образцы для измерения магнитных свойств размером 15- 15 30 мм вырезали из нижней части отливок.

Подсчет неметаллических включений производили на металлографическом микроскопе ММР-2Р в 120 полях зрения при увеличении в 500-900 раз„ Содержание газов в сплаве (кислорода и азота) определяли при помощи уста- новок РО-17 и TN-15 фирмы Леко. Образцы для замера магнитных свойств подвергали стандартной термической обработке: охлаждение с 1250 до 800 со сксгэогл ыо неменее 150°С/мини вы- депжка в изотермической ванне при 800-7959С в течение 10 мин и магнитном поле напряженностью не менее 280 кА/м, после чего следует отпуск при - 5 ч, затем при 5бО°С - 20 ч. Замер магнитных свойств производили при помощи информационно- измерительной системы У-5056 в замкнутой магнитной цепи.

Результаты подсчета неметаллических включений, а также содержания газов в сплавах, замера длины столбчатых кристаллов и магнитных свойств приведены в таблице.

Из таблицы видно, что если количество дополнительно вводимых в сплав элементов меньше 0,3% по массе, то процесса очистки практически не происходит.

При введении дополнительных элементов в количестве более 0,9% по массе хоть и наблюдается существен- ный эффект рафинирования сплава, но вместе с тем, значительно снижаются магнитные свойства, что свя- зано с обеднением твердого растворе титаном и ниобием. Таким образом,

количество вводимых элементов должно находиться в пределах 0,3-0,9% по массе.

Из таблицы также видно, что наилучшим образом сплавы ЮНДКТ очищаются тогда, когда значения линейной скорости кристаллизации не превышают 5 мм/мин. При увеличении линейной скорости кристаллизации до 5 мм/мин эффективность очистки сплава снижается. Если же линейная скорость кристаллизации превышает 5 мм/мин, то удаления неметаллических включений не происходит вообще. Поэтому линейная скорость кристаллизации должна

быть не более 5 мм/мин.

Формула иэобрете ния

Способ получения магнитотвердых

сплавов типа ЮНДКТ, включающий расплавление основных компонентов, введение добавок серы в расплав, заливку металла в форму и направленную . кристаллизацию, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения гээосодержания и неметаллических включений и снижения себестоимости сплава, с серой - в расплав вводят углерод, марганец, кремний, церий и

иттрий в следующих сочетаниях с серой и друг с другом:

сера - углерод - марганец - кремний,

сера - церий,

сера - церий - марганец, сера - иттрий - кремний, добавки серы с перечисленными элементами вводят в количестве 0,3 - 1,0% по массе от массы основных компонентов, а направленную кристаллизацию осуществляют со скоростью не более 5,0 мм/мин.

/foffyewn/J0qu f % +&гее