книги из ГПНТБ / Лившиц Б.Г. Высококоэрцитивные сплавы на железоникельалюминиевой основе

Б. Г. ЛИВШИЦ, В. С. ЛЬВОВ

ВЫСОКОКОЭРЦИТИВНЫЕ

СПЛАВЫ

НА ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЬАЛЮМИНИЕВОЙ ОСНОВЕ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Москва 1960

ВВЕДЕНИЕ

В 1932 г. была опубликована статья Мисима [1] об открытии нового сплава для постоянных магнитов, состоящего из железа, никеля и алюминия.

С того времени литература об этом сплаве и его разновид­ ностях непрерывно обогащается новыми материалами, имеющи­ ми практическое и теоретическое значение.

По первоначальным данным [1], большое значение коэрцитив­ ной силы получалось непосредственно после литья, при этом не требовалось дополнительной термической обработки. Сплав счи­ тался нековким и не пригодным для обработки резанием. Сейчас мы знаем, что получение магнитных свойств непосредственно в литье является частным случаем и что, как правило, все магниты должны подвергаться термической обработке. Позднее появи­ лись сплавы, обрабатываемые резанием [2]. В настоящее время

имеется ряд сплавов, которые можно пластически деформиро­ вать при высокой температуре [3]. Однако до сих пор почти все магниты из сплавов на железоникельалюминиевой основе явля­ ются стальными фасонными отливками.

Указанные в статье [1] пределы содержаний никеля (10—40%)

и алюминия (5—20%), а также запатентованные ее автором кон­ центрации улучшающих добавок (до 10% Мо, до 5% Сг, до

40% Со, до 8% W и др.) были весьма широкими и не давали представления о реальных практических составах этих сплавов. Решению этого первого и основного вопроса были посвящены многочисленные последующие работы наших и зарубежных уче­

ных [4—9, 16, 19 и др.].

По литературным данным того времени [1, 5], наилучшей счи­ талась сталь с 25% N1 и 10% А1, что в дальнейшем не подтверди­ лось. В работе [6] впервые указывалось, что содержание алюми­ ния должно превосходить 10%. Наряду с этим были рекомендо­ ваны для практического применения сплавы с 15—17% А1 и 23—

27% Ni.

О роли термической обработки были высказаны! [6] только первые суждения, хотя уже указывалось, что повышение коэрци­ тивной силы связано с дисперсионным твердением сплавов. По­ добная же точка зрения одновременно была также изложена в

работах [7, 10].

5

Позднее [8] было установлено и в дальнейшем многократно

подтверждено, что наилучшей обработкой является охлаждение

сплава от высокой температуры (из однофазной области) с кри­

тической скоростью, которая уменьшается с повышением содер­ жания алюминия. Такая обработка может быть совмещена с

литьем. Нужно только, чтобы скорость охлаждения затвердевшей отливки являлась оптимальной для данного состава.

Высокая концентрация алюминия (15—17%) в описываемых сплавах [6] необходима для уменьшения критической скорости

охлаждения, при этом отливка в земляные формы и медленное охлаждение в них позволяют шолучить сравнительно высокое зна­ чение коэрцитивной силы.

Дисперсионное твердение в данном случае имеет своеобраз* ный, аномальный, характер: [6]; Путем.полного переохлаждения

(закалки), твердого раствора и последующего его отпуска коэр­ цитивная сила, аналогично твердости, может быть значительно повышена, так же как и в других ферромагнитных а-сплавах. По­ лучающийся максимум коэрцитивной силы все же почти в два раза ниже того наибольшего значения, которое получается после

нагрева до температуры закалки и последующего охлаждения до комнатной температуры с определенной скоростью, зависящей от состава сплава. Этот факт, несомненно известный в то время зарубежным экспериментаторам, не был ни разу затронут в тех­

нической иностранной литературе до 1938 г., т. е. до появления работы Сноека [11].

Следующим шагом в изучении Fe-Ni-Al-сплавов явились ра­ боты [8, 9], в которых была ясно сформулирована зависимость закаливаемости сплава (переохлаждаемости твердого раствора) 6т содержания алюминия. Было установлено, что переохлажда-

емость растет вместе с концентрацией алюминия.

1936 г.— это год усиленного внедрения новых сплавов в прог изводство как в СССР, так и за границей. В 1936 г. уже начался массовый выпуск динамических репродукторов с постоянными магнитами и далее появляются новые типы приборов с магнита­ ми из Fe-Ni-Al-сплавов.

Исследовательская работа, начиная с 1936 г., идет по пути уточнения состава и технологии тройных Fe-Ni-Al-сплавов и их дополнительного легирования с целью улучшения магнитных свойств. Интересно отметить, что в зарубежной литературе с 1936 г. до конца 1939 г. по легированию сплавов не появилось ни одной работы. Только в 1956 г. из книги Р. Безорта «Ферромаг­ нетизм» стало известно, что в США в 1935—1936 гг. были запа­ тентованы сплавы Fe-Ni-Al с добавками кобальта.

В 1936—1937 гг. были выполнены две работы [12], в которых приведены результаты исследования сплавов с высоким содержа­ нием никеля (28—32%) при низком содержании алюминия (10— 12%). В этих работах было показано, что с повышением коли-

6

чёства никеля при постоянном содержании алюминия резко4воз­ растает коэрцитивная сила и падает остаточная индукция.

Особое место занимает сплав, содержащий наибольшее коли­ чество никеля (32%) при 12% А1, обладающий очень высокой

коэрцитивной силой при пониженной остаточной индукции. По

данным [12], такие свойства получаются при закалке этого спла­ ва в масле с последующим отпуском. В том же. 1937 г. был взят патент (США-2 096 670).на точно такой же сплав с 32% Ni и 12%

этом патенте появились лишь в 1938 г.

Найденные условия [2] отжига и резания сплава с 28% Ni и 11% А1, исследованного впервые Пельцгутером [13], могут быть отнесены ко всей серии низкоалюминиевых сталей.

В 1937 г. была опубликована работа А. С. Займовского и др. [14], посвященная влиянию ряда элементов, среди них и кремния, на свойства Fe-Ni-Al-сплавов. Эта работа привела к созданию

нового кремнистого сплава алниси с очень большой коэрцитивной силой и меньшей чувствительностью к изменению сечения маг­ нита.

А. Линлей (США) в это время также запатентовал (Е. Р.

446 894) аналогичные сплавы с 32% Ni и 12% А1, содержащие кремний и титан.

Дальнейшим шагом в изучении тройных Fe-Ni-Al-сплавов яви­

лась выполненная в 1937 г. работа Б. Г. Лившица и К- А. Кова­ лева (данные ее приведены в [15]), исследовавших композиции как с низким содержанием алюминия (8—12%), так и низким со­ держанием никеля (15—21%). На этих сплавах удалось полу­ чить высокую остаточную индукцию (7500—8000 гс) при пони­

женной коэрцитивной силе (230—270 эрст). В этой работе было показано, что никель понижает закаливаемость сплава. Была да­ на также количественная зависимость остаточной индукции и коэрцитивной силы от содержания никеля при постоянной кон­

центрации алюминия.

Итак, в 1938 г. были сформулированы закономерности изме­ нения магнитных свойств и закаливаемости сплава из трех ком­ понентов (Fe, Ni и Al) в зависимости от состава этих сплавов. К этому времени были исследованы сплавы разнообразных соста­ вов в области концентраций, имеющей практическое значение. Напрашивалась мысль обобщить весь накопленный материал и навести на концентрационный треугольник линии постоянных значений для магнитных свойств и термических параметров (кри. тической скорости охлаждения и температуры закалки сплава).

В связи с этим потребовалось дополнительное изготовление сплавов недостающих составов и их исследование в стандартных условиях. Новые данные были опубликованы в 1941 г. [16]. В ра­ боте [16] в систематизированном виде рассматриваются Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Co и Fe-Ni-Al-Cu-Co-сплавы.

7

В 1934 г. К. Хонда опубликовал [17] исследование сплава, ко­ торый наряду с железом содержит 15—30% Со; 10—25% Ni; 8—

кобальта и снижение концентраций никеля и алюминия позволя­ ет повысить на 15—20% остаточную индукцию Fe-Ni-Al-сплавов, при сохранении высокой коэрцитивной силы. Другими словами,

авторы легировали кобальтом сплавы с пониженным содержани­ ем никеля и алюминия, которые, как уже упоминалось, имеют высокую остаточную индукцию при низкой коэрцитивной силе. При введении в такие сплавы кобальта остаточная индукция не снижается, а коэрцитивная сила растет. Таким образом, роль кобальта в этих сплавах такова же, что и в кобальтовых сталях, закаливаемых на мартенсит [19].

В 1937 г. было показано [20], что влияние меди сказывается в некотором повышении остаточной индукции (значительно мень­ шем все же, чем при введении кобальта) и в увеличении постоян­

ства получающихся свойств при производственном выпуске маг­

влияния меди, то здесь авторы подтвердили вывод предыдущей работы [20] относительно возможности повышения остаточной индукции. Влияние вольфрама и особенно молибдена было при­ знано вредным. В отношении ванадия и титана было показано, что они способствуют повышению коэрцитивной силы и закали­ ваемости твердого раствора.

Характер влияния малых количеств карбидообразующих эле­ ментов на свойства Fe-Ni-Al-сплавов не был до этого объяснен

из-за отсутствия надежных представлений о том, в какой ме­ ре и до каких минимальных концентраций вреден углерод. Лишь, в конце 1939 г. этот вопрос был с достаточной полнотой освещен Беттериджем [22], показавшим, что наиболее значительное паде­ ние магнитной энергии сплава происходит при введении в его со­ став до 0,1% С. В связи с этим автор рекомендует присадку

0,31% Ti.

Влияние кобальта и меди на магнитные свойства исследова­ лось в 1937 г.! Этот путь совместного легирования кобальтом и медью привел к ожидавшимся результатам. Были получены пя­ терные Fe-Ni-Al-Co-Cu-сплавы с высокой остаточной индукцией

ивысокой коэрцитивной силой.

1Результаты этой работы были опубликованы [23] через два года после ее окончания.

8