книги из ГПНТБ / Лившиц Б.Г. Высококоэрцитивные сплавы на железоникельалюминиевой основе
.pdfБ. Г. ЛИВШИЦ, В. С. ЛЬВОВ
ВЫСОКОКОЭРЦИТИВНЫЕ
СПЛАВЫ
НА ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЬАЛЮМИНИЕВОЙ ОСНОВЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Москва 1960
АННОТАЦИЯ
В книге описано современное состояние высоко коэрцитивных сплавов на железоникельалюминиевой основе по отечественным и зарубежным дан ным и дан обзор основных научных проблем, спо собствовавших достижению высоких магнитных характеристик этих сплавов.
Подробно рассмотрено фазовое равновесие в тройных и более сложн’ых системах на железоникельалюминиевой основе, кинетика фазовых превращений и в связи с этим излагаются прин ципиальные основы термической обработки этих сплавов.
Приведены основные данные по влиянию эле ментов, входящих в сплавы, На магнитные и дру гие свойства.
Даны примеры производственного освоения сплавов и результаты статистического обследова ния магнитных свойств в условиях массового выпуска.
Книга предназначается для физиков-магнитоло гов и металловедов, занимающихся вопросами структурных превращений и физических свойств, высококоэрцитивных сплавов.
ТнАУ®н-®ниче^Ая|^^^ ^4^-
L алиотекл COOP. |
Ь |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........................................................................................................... |
|
|
|
|
5 |
|
Глава I |
|
|
|
|
ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ |
СПЛАВОВ |
|
|
||
НА ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЬАЛЮМИНИЕВОЙ ОСНОВЕ |
|
|
|||
Система железо — никель — алюминий |
............. ;................................... |
|
|
И |
|
Система железо—кобальт—никель—алюминий ........................................... |
|
|
23 |
||
|
Глава II |
|
|
|
|
КИНЕТИКА ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ |
|
|
|||
Исследование кинетики |
ооычного и аномального |
старения Fe-Ni-Al- |
|
||
сплавов ......................................................................................... |
|
|
|
29 |
42 |
Исследование механизма старения Fe-Ni-Al-сплавов |
............................ |
|
|||
Влияние напряжений на величину коэрцитивной силы ............................ |
|
50 |
|||
О причинах повышения магнитного насыщения Fe-Ni-Al-сплавов при на |
|
||||
греве их на 500—600° после закалки и обработки II типа......... |
53 |
|
|||
|
Глава III |
|
|
|
|
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ОБЫЧНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ |
|
||||
ОБРАБОТКЕ И В МАГНИТНОМ ПОЛЕ |
|
|
|||
Исследование высококоэрцитивных Fe-Ni-Al-сплавов после обычной |
|
||||
термической обработки .................................................................. |
|
|
55 |
|
|
Исследование высококоэрцитивных Fe-Ni-Al-сплавов, содержащих ко |
|
||||
бальт, после термической обработки в магнитном поле............. |
69 |
|
|||
|
Глава IV |
|
|
|
|
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СПЛАВА НА ЕГО ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА |
|
||||
Влияние никеля и алюминия .............................................. |
... |
-н,................. |
83 |
||
Влияние кремния, марганца и углерода |
94 |
||||
Влияние меди на магнитные свойства |
и.-; ................... |
|
100 |
||
Совместное влияние меди и кобальта |
на еввйствщ Fe-Ni-Al-сплавов |
108 |
|||
|
Глава |
V |
|
|
|
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКА ПОСТОЯННЫХ |
МАГНИТОВ |
||||
Литые магниты ............................................................................................ |
|
|
|
|
121 |
Анализ производственного освоения Fe-Ni-Al-сплавов ............................ |
|
130 |
|||
Старение магнитов из |
сплавов алии и алнико ........................................... |
|
|
142 |
|
. Керамические и металлопластические магниты ........................................... |
|
|
145 |
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%
А1, содержащий титан. Количество последнего не указано; |
его |
назначение — повысить закаливаемость ..сплава. Сведения |
об |
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—
25% Ti. |
По данным Хонда, этот сплав обладает |
индукцией в |
|
6300—7600 гс при коэрцитивной силе 780—920 эрст. |
|||
Первой работой, в которой было проанализировано влияние |
|||
кобальта, |
введенного в состав Fe-Ni-Al-сплавов, |
была работа |
|
А. С. Займовского и П. И. Денисова [18]. |
Авторы считают наи |
||
лучшим состав: 20—22% N1; 9—12% А1; |
5—10% Со. Введение |
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
нитов. |
_ |
В вышедшей позднее работе [21] было рассмотрено влияние |
|
меди, молибдена, |
вольфрама, ванадия и титана. Что касается |
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