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

Рис. 75. Зависимость магнитных свойств и критической скорости охлаждения от содер­ жания никеля при

11,5—12,1% AI (сече­ ние 12X12 мм2)

Рис. 76. Зависимость ко­ эрцитивной силы от со­ держания алюминия при различных содержаниях никеля (сечение 12Х

XI2 мм2)

89

Имеются, однако, аномалии в ходе изменения остаточной индук­ ции. Перелом в левой части двух нижних кривых свидетельству­

ет о том, что концентрации (высокое содержание никеля и низ­ кое алюминия), относящиеся к пунктирным линиям на рис. 77, ■лежат в трехфазной области (а р -|— (32) диаграммы состояния. Присутствие пранецентрированной парамагнитной a-фазы (ау­

стенит) снижает остаточную индукцию. В том же направлении действует на остаточную индукцию и понижение количества 13-

фазы (приближающейся по составу к железу) в двухфазных (3+(32-сплавах. Перелом и крутой спад в правой части трех верх­

шается.

Крайние правые точки двух верхних кривых соответствуют практически нестареющим (32-сплавам.

Почти во всех случаях магнитное насыщение мало изменяет­ ся при изменении скорости охлаждения, т. е. мало зависит от

степени распада раствора при условии, что нижний интервал, 650—500°, пройден достаточно быстро.

Из рис. 78, где дана зависимость произведений (ВГНС) от со­ держания алюминия при постоянных содержаниях никеля, вид­

но, что эти кривые в общем повторяют ход кривых коэрцитивной силы (рис. 76). Следовательно, повышая коэрцитивную силу за счет некоторого снижения остаточной индукции, мы все же уве­

личиваем магнитную энергию. Об этом можно было уже судить по рис. 74, 75, из которых следует, что повышение коэрцитивной силы почти всегда сопровождается и повышением магнитной энергии. При этом прирост второго свойства меньше, чем перво­ го, так как остаточная индукция, являющаяся одним из компо­ нентов магнитной энергии, понижается.

Из рис. 78 видно, что кривая произведения (ВГНС) лежит

тем выше, чем больше содержание никеля. Однако в отличие от кривых Нс (рис. 78), кривые (ВГНС) для 27,5 и 30% Ni пересе- ( каются, что свидетельствует о нецелесообразности повышения концентрации никеля выше 27—30%. Иногда при выборе соста­ ва сплава для конкретных целей приходится руководствоваться не только произведением Вг на Нс, но, в большей степени, зна­

чениями этих величин в отдельности.

Критическая скорость охлаждения, как видно из рис. 79, за­ метно снижается при увеличении содержания алюминия и по­ вышается с увеличением содержания никеля в сплаве.

На рис. 80 и 81 линии постоянной коэрцитивной силы и оста­ точной индукции нанесены на концентрационный треугольник; наряду с ними пунктиром нанесены аналогичные линии, заим­

ствованные из работьи Беттериджа [22].

Из рис. 80 следует, что изменение коэрцитивной силы в фун­ кции состава в обеих работах имеет один и тот же характер. Од-

90

нако абсолютные значения коэрцитивной силы, измеренной на образцах примерно одного и того же состава, в р-абота.х [16 и 22] в общем не совпадает. Можно говорить, правда, об удовлетво­ рительном совпадении этих значений в сплавах с относительно низким содержанием алюминия (10—12%; см. правую часть диаграммы на рис. 80). Что же касается сплавов с повышенным

'■содержанием алюминия, то полученные на них коэрцитивные си­ лы значительно расходятся. В работе [16] коэрцитивная сила вы-

измеренных величин, на рис. 81 обращает на себя внимание прин­ ципиально различный ход кривых остаточной индукции. Как уже говорилось, это свойство заметно изменяется в соответствии с со­

держанием никеля и алюминия, причем при увеличении содер­ жания этих элементов остаточная индукция падает. Это являет­ ся следствием падения магнитного насыщения при введении в

состав сплава как никеля, так и алюминия !. Кривые остаточной индукции имеют точку поворота в верхней части рис. 81 там, где (при высоких содержаниях алюминия и низких никеля) на фа­ зовой диаграмме Бредли и Тейлора расположена однофазная р2-область. К иному выводу пришел Беттеридж; он указывает,

что остаточная индукция очень мало зависит от содержания

алюминия (см. пунктирные линии на рис. 81).

Магнитная энергия ВГНС сплавов изменяется аналогично ко­

эрцитивной силе (рис. 82). Кривые постоянного значения Вг Нс при уменьшении концентрации алюминия смещаются к более

1 Падение насыщения под влиянием этих элементов впервые было пока­ зано А. С. Займовским и П. И. Денисовым [18].

91

Келезо. а/о

Ллюмыний, °л>

Рис. 80 Коэрцитивная сила Fe-Ni-Al-сплавов

Рис. 81. Остаточная индукция Fe-Ni-Al-сплавов

Рис. 82. Произведение (Ijrtic ) • 10 6 Fe-Ni-Al-сплавов

низким содержаниям никеля, поворачиваются и вновь возвраща­ ются к более высоким содержаниям никеля. Точка поворота ле­ жит при тем более высоких концентрациях, чем выше значение В.г Нс . Две нижние кривые на рис. 82 имеют замкнутый харак­

случаев расхождение достигает

значительно больших величин. Частично указанное расхождение

объясняется тем обстоятельством, что Беттеридж в ряде слу­ чаев, при высоком содержании алюминия и низком никеля, не получал наибольшей магнитной энергии, которую можно извлечь из сплава. Наименьшая скорость охлаждения соответствовала в его экспериментах закалке в кипятке, в то время как, по на­ шим данным, для таких сплавов критическая скорость значи­ тельно ниже.

Отсюда понятно, почему в работе Беттериджа остаточная ин­

дукция имеет более высокие значения, а коэрцитивная сила бо­ лее низкие, чем в нашей работе.

Интересные данные о влиянии состава Fe-Ni-Al-сплавов на магнитные .характеристики после одинарной (обработка II типа) и двойной обработок (закалка с последующим отпуском) полу­ чены О. С. Ивановым с сотрудниками [80]. Исследованием серии

93 .

сплавов, составы которых расположены на диаграмме та лучу Fe-Ni-Al, было показано (рис. 83), что кривые зависимости Нс от содержания железа в обоих случаях повышаются с уменьшением: последнего, проходят через максимум, а затем снижаются.

В то время как величины магнитного насыщения получаются одинаковыми при обоих типах обработки и все время снижаются,

с уменьшением содержания железа, падая до нуля при 6%

(атомн.) Fe, коэрцитивная сила после одинарной обработки, на­ чиная от 80 и до 50% (атомн.) Fe, растет заметно быстрее, чем

после двойной. Однако после прохождения максимума [50% (атомн.) Fe], это преимущество начинает убывать, и при содер­ жании железа меньше 40% (атомн.) коэрцитивная сила стано­ вится большей уже воете двойной обработки. Максимум Нс при этой обработке лежит при 30% (атомн.) Fe.

ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЯ, МАРГАНЦА И УГЛЕРОДА

Беттериджем было показано [22], что влияние углерода ис­ ключительно пагубно отражается на свойствах Fe-Ni-Al-сплавов. Однако в этой работе углерод вводили присадкой белого чугуна^ благодаря чему накладывалось влияние попутно вводившихся кремния и марганца. Относительно влияния этих элементов аме­ риканский специалист в области изготовления магнитных спла­

вов Эдвин Кон [91] пишет, что содержание как кремния, так и марганца не должно превышать 0,1 %. Рассмотрим влияние крем­ ния, марганца и углерода, каждого в отдельности, на магнитные свойства Fe-Ni-Al-сплава, по данным работы [16].

Втабл. 5 приведены концентрации присаженных элементов

косновному сплаву (% вес). Сплав № 43 является исходным

. 94

в этой серии сплавов; его изготовляли из весьма чистых матери­

алов без присадки примесей.

Отлитые образцы сечением 12X12 и 20X20 мм2 охлаждались с критической скоростью и затем были отпущены в течение трех часов при 550°.

Значения Нс, Вг, НСВГ , так же как и скорости охлаждения, при которых получается наибольшая магнитная энергия сплава,

представлены графически в функции содержания присаженного элемента, рис. 84—86. Из рис. 84 видно, что кремний понижает магнитную энергию сплава, причем за счет заметного падения коэрцитивной силы; остаточная индукция растет вместе с кон­ центрацией этого элемента. Практически влияние кремния ска­ зывается при его содержании выше 0,15%. Прокаливаемость в

присутствии кремния растет. Из рис. 85 видно, что марганец по­ нижает магнитную энергию сплава за счет снижения коэрцитив­

ной силы и остаточной индукции. Прокаливаемость марганец уменьшает. При содержании до 0,35% он почти не влияет на маг­ нитные свойства. Влияние углерода значительно более интенсив­ но (рис. 86), и в практике изготовления этих сплавов нужно стремиться к тому, чтобы его содержание было минимальным. Углерод резко снижает остаточную индукцию и магнитную энер­ гию сплава уже при самых малых концентрациях. Коэрцитивная сила при содержании его до 0,15% падает сперва незначительно,

азатем весьма круто.

Врезультате отпуска при 550° происходит повышение оста­ точной индукции, причем тем в большей степени, чем интенсив­

нее охлаждение сплава, т. е. чем меньше коэрцитивная сила. Что касается коэрцитивной силы, то она при отпуске либо незначи­

тельно возрастает (на 10—15 эрст), либо, чаще всего, падает. При этом магнитная энергия, как правило, возрастает.

Представляет интерес указание известного английского спе­

циалиста в области приборов зажигания Байрсто [92] на то, что для бескобальтовых Fe-Ni-Al-сплавов наибольшее значение (В//)макс = 1,25 ■ 106. По Беттериджу, сплав с 24% Ni, 13% Al и 3,5% Си является наилучшим среди бескобальтовых; значение (ВН)макс — 1,50-106, приписываемое ему, кажется преувели­ ченным. Наши данные, совпадают с данными, приводимыми Байрсто. Близкое совпадение полученных нами данных для других сплавов с данными разных авторов и заводов видно из габл. 6.

Приведенные данные о влиянии .малых добавок кремния на магнитные характеристики и на критическую скорость охлажде­

ния подтверждаются также в работе [93]. Состав исследованных сплавов приведен в табл. 7.

Было показано, что в сплавы с пониженным содержанием алюминия, для которых оптимальной обработкой является ох­ лаждение в масле с последующим отпуском, можно добавлять 0,25% Si с целью повышения остаточной индукции при некото-

95

Рис. 85. Влияние марганца на свойства сплава с 24% Ni и 13% А1 после обработки II типа

Рис. 86. Влияние углерода на свойства сплава с 24% Ni и 13% А1 после обработки II типа

96