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

ром снижении Нс . В тех случаях, когда охлаждение в масле по технологическим причинам недопустимо, рекомендуется добав­ лять 0,50—0,75% Si и вести охлаждение сплава в спокойном

воздухе.

Химическим фазовым анализом было установлено, что крем­ ний иочти целиком входит в состав p-фазы. Было также показа­

но, что с увеличением содержания кремния в сплавах размеры выделений |3-фазы уменьшаются. Последнее, по-видимому, свя­ зано с влиянием кремния на кинетику превращений при опти­ мальной обработке.

Весьма полезной оказалась добавка 1 % Si в сплавы с высо­ ким содержанием никеля (32%) и пониженным содержанием

алюминия (до 12%). Первоначально эти сплавы были разрабо­

таны (12] без кремния. Они имели высокую коэрцитивную силу

(700 эрст) и низкую остаточную индукцию (5300 гс). Однако из-за малой прокаливаемое™ применение их ограничивалось только тонкостенным литьем.

Приблизительно в то же время в США были запатентованы [94] сплавы под названием «нипермаг» с теми же концентраци­ ями никеля и алюминия, но только с добавкой небольших коли­

честв титана для повышения прокаливаемости. Магнитные свой­ ства нипермага показаны на рис. 87.

Эксперименты, проведенные Б. Г. Лившицем, показали, что введение в сплав 32—12 (32% Ni; 12% Al) 1% Si также позволя­ ет получать вышеуказанные свойства в магнитах значительного сечения.

А. С. Займовским с сотрудниками [95] был разработан сплав алниси с 33—34% Ni; 13—14%А1 и 1% Si, обладающий остаточ­ ной индукцией 4000—4200 гс и коэрцитивной силой до 830 эрст.

Эти свойства получаются после охлаждения на воздухе от 1200°.

роль кремния заключается в резком снижении критической ско­ рости охлаждения (рис. 89).

ВЛИЯНИЕ МЕДИ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

Первое техническое исследование Fe-Ni-Al-сплавов с добав­

кой меди было опубликовано Лившицем и Чудновской [20]; по результатам работы можно сделать следующие выводы.

1. Замена никеля медью повышает остаточную индукцию и

понижает коэрцитивную силу.

100

2.Введение .меди в сплавы с пониженным содержанием ни­

келя (22%) повышает их магнитную энергию.

3.Лучшие свойства получаются при 6% Си.

4.Медьсодержащие стали обладают большим постоянством

магнитных свойств в литом виде по сравнению с никельалюми­ ниевыми сталями без меди с повышенным содержанием алюми­ ния, применяющиеся без термической обработки.

Как будет видно из дальнейшего, пп. 1 и 3 этих выводов не.

верны.

Затем была опубликована, работа Займовского, Денисова и

Волькенштейна [21], в которой также было описано исследова­ ние влияния меди. Авторы считают, что медь не влияет на за­ каливаемость Fe-Ni-Al-сплавов, или, другими словами, на кри­ тическую скорость охлаждения при обработке II типа. Этот вы­ вод также не подтвердился. Что касается влияния меди на маг­ нитные свойства, то выводы авторов в этом направлении весьма разноречивы. Замена части никеля медью при 9 и 13% А1 повы­ шает остаточную индукцию за счет падения коэрцитивной силы;

при 11 % А1 такая замена оставляет без изменения остаточную

дается возрастание остаточной индукции на 10—15% при неиз­ менной Я.. ; вывод этот не подтверждается. Добавление меди к сталям с 28% Ni и 13% А1, а также 30% Ni и 11 % А1 понижает

остаточную индукцию и повышает коэрцитивную силу; в сталях

с 25% Ni и 15% А1, а также 28% Ni и 11% А1 введение меди по­ нижает оба эти свойства. Авторы делают вывод, что введение меди улучшает свойства Ni-Al-стали с 23—25% Ni и 14—16% А1, хотя это и не следует с полной очевидностью из приводимых ими величин. Рекомендованное ими содержание .меди (5—6%), как видно из дальнейшего, для большинства применяемых соста­

вов Fe-Ni-Al-сплавов излишне велико.

Нечеткие и частично неправильные выводы этих работ [20] и

[21] объясняются недостаточно подробным исследованием соста­ ва и термической обработки сплавов. Нет уверенности в том, что сплавы, приведенные в этих работах, сравниваются в их магнит­ но наилучшем состоянии.

В значительно более поздней (работе Беттеридж-а [22] было также исследовано влияние присадки меди к Fe-Ni-Al-сплавам. Автор изготовил 12 сплавов, в которых содержание меди варьи­ ровалось от 2 до 15% и никеля от 18 до 25% при постоянном

содержании алюминия — 13%. Весьма возможно, что сужение диапазона концентраций меди и никеля и исследование различ­ ных содержаний алюминия позволило бы автору сделать более определенные выводы, хотя бы для ограниченной области прак­ тических составов. Правда, автор взял на себя ответственность построить по 12 точкам пространственную диаграмму и по ее сечениям нанести на концентрационную сетку 11 линий постоян-

101

ной магнитной энергии. То же самое было сделано и для оста­

точной индукции и коэрцитивной силы. Беттеридж приходит к тому выводу, что введение меди повышает остаточную индукцию

приблизительно на 7%. О коэрцитивной силе автор ничего не пишет хотя из приведенной им диаграммы видно, что коэрцитив­ ная сила растет при увеличении содержания меди. Качественно правильные выводы Беттериджа относятся к ©плавам только с

13% А1.

Для более подробного изучения влияния меди было изготов­ лено [16], термически обработано и изучено 16 плавок. Сопостав­ ление проводилось на образцах размерами 12 X 12 х 60 мм.

Втабл. 8 приводятся составы этих плавок, разбитых на 9 групп

втой последовательности, в которой их рассматривают, а также

ибезмедистых плавок, приведенных для сравнения. В этой таб­

лице рассмотрены наилучшие магнитные свойства, полученные при обработке II типа, и критическая скорость охлаждения, со­

ответствующая этим свойствам.

Первая группа сплавов иллюстрирует влияние алюминия на свойства сплавов, содержащих в среднем 22,2% Ni и 6,2% Си.

Из табл. 8 видно, что при повышении содержания алюминия значения всех свойств уменьшаются; падает магнитная энергия,

остаточная индукция, коэрцитивная сила и критическая скорость охлаждения. Критическая скорость охлаждения понижается,

что говорит о большей прокаливаемости медистых сплавов. Вы­

явлена также меньшая чувствительность медистых сплавов к колебаниям концентрации алюминия, по крайней мере до 13— 13,5% А1. По данным исследования для этой группы сплавов, введение 6% Си не вносит существенных улучшений в магнит­ ные свойства этих сплавов. При содержании алюминия выше

13% магнитная энергия при введении меди даже несколько па­ дает; при более низких содержаниях алюминия магнитная энергия возрастает в основном за счет увеличения коэрцитив­

ной силы; остаточная индукция несколько возрастает или падает в зависимости от содержания алюминия. Практический интерес из этой серии сплавов могут представлять только низкоалюминиевые сплавы с относительно высокой остаточной индукцией и

повышенной коэрцитивной силой.

Вторая группа включает сплавы с более высоким содержа­ нием никеля (23,8% Ni) и более низким меди (4,5% Си). Здесь

улучшающее действие меди ясно заметно. Присадка 4,5% Си к

этим сплавам значительно повышает коэрцитивную силу при

всех исследованных концентрациях и магнитную энергию при содержании до 14,5% А1. Более высокие содержания алюминия исключают присадку меди, так как остаточная индукция резко падает.

Остаточная индукция по сравнению с безмедистыми сплава­ ми понижена при низких и высоких содержаниях и повышена при средних содержаниях алюминия.

’02

Таблица 8

Химический состав (%) и магнитные свойства

103

Влияние никеля на свойства сплавов, содержащих 14,5% А1 и 6,1% Си, дано на рис. 90. Из рисунков ясно видно, что присадка меди повышает закаливаемость сплавов. Магнитные свойства сплавов при этом ухудшаются. Незначительное повышение ко­

ла,

Рис. 90. Зависимость магнитных свойств и критической скорости охлаждения от содер­ жания никеля при 14,5% А1 и 6,1% Си. Пунк­ тиром нанесены линии сплавов, не содержа­ щих медь

эрцитивной силы :не компенсирует 'заметного падения остаточной индукции, особенно при высоких содержаниях никеля. Магнит­

ная энергия при введении в состав сплавов 6% Си понижается.

можно уяснить влияние меди на сплавы с постоянным содержа­ нием никеля и алюминия. Из рис. 91 видно, что при 23,4% Ni и 14,7% А1 остаточная индукция, коэрцитивная сила и магнитная энергия повышаются при введении меди, до определенных ее

104

ком содержании никеля (~22%) 13,1 или 15,4% А! (рис. 92 и 93)

Рис. 93. Влияние меди на магнитные свойства и критическую скорость охлаждения при со­ держании 22,1% Ni и 13,1% А1

коэрцитивная сила непрерывно повышается до 6—8% Си, в То'

время как остаточная индукция и магнитная энергия возраста­ ют приблизительно до 3—4% Си и затем падают. Критическая

скорость охлаждения этих сплавов под влиянием меди падает.

При пониженном содержании никеля и алюминия (рис. 94)

Рис. 94. Зависимость магнитных свойств и критической ско­

имеют место непрерывный подъем коэрцитивной силы и непре­

рывное падение остаточной индукции при увеличении содержа­ ния меди. Магнитная энергия возрастает до 6% Си и практи­ чески не меняется при более высоких содержаниях этого эле­ мента, когда падение остаточной индукции становится особенно

105-

заметным. Закаливаемость сплавов этой группы под влиянием меди понижается.

Группы VIII и IX подобраны таким образом, чтобы проиллю­

стрировать влияние частичной замены никеля медью на свой­ ства сплавов. Из рис. 95 и 96 видно, что такая замена понижа­

ет коэрцитивную силу и магнитную энергию оплавов и повыша­ ет остаточную индукцию. Критическая скорость охлаждения за­

метно понижается. Наряду с основными линиями на рис. 95 и

сплавов, не содержащих меди, но с той же концентрацией ни­ келя и алюминия, что и сплавы VIII и IX групп. Из рис. 95 видно, что при 11,8% А1 присадка меди повышает коэрцитивную силу и магнитную энергию сплавов, не изменяя почти остаточ­ ную индукцию, при этом прокаливаемость оплавов понижается.

Такое изменение свойств наблюдается при всех исследованных

содержаниях меди (до 6%), что находится в полном соответствии

сплошная и пунктирная кривые на рис. 96 сближаются, что сле­ дует из рис. 93, иллюстрирующего влияние меди на свойства сплавов с более высокой концентрацией алюминия (13,1%).

В группу IX (табл. 8) включена также плавка № 4786. Сплав этот интересен тем, что он обладает хорошим сочетанием оста­ точной индукции и коэрцитивной силы. Сплав № 33 также явля­ ется одним из лучших сплавов, имеющих хорошее .сочетание

906

высоких значений остаточной индукции и коэрцитивной силы.

А. А. Шекалова. Автор рекомендует для сплавов с повышенным содержанием никеля (26—32%) и пониженным содержанием алюминия (9—13%) увеличить добавку меди до 8—12%. После оптимальной термической обработки такие сплавы имеют более

20% больше, в основном за счет более высокой коэрцитивной

силы. Критическая скорость охлаждения с уменьшением алю­ миния до 9% и увеличением никеля до 32% заметно увеличи­ вается. Понижение закаливаемости сплавов может оказаться полезным при отливке магнитов в металлические, формы. Для большинства сплавов других составов влияние меди в этом на­ правлении выражено менее ярко.

Исследованные сплавы показали весьма слабую зависимость

свойств от толщины отливки, что имеет очень большое практи­ ческое значение. Наряду с этим отмечено, что при добавке ме­ ди значительно меньше сказываются на величинах магнитных

свойств небольшие отклонения в химическом составе сплава от заданного, что весьма важно для получения однородной про­ дукции и уменьшения брака при массовом производстве маг­ нитов.

= (3,4н-4,0) 106 гс-эрст и во многих случаях заменяют дорогие

сплавы, содержащие кобальт.

Применение сплавов АНМ позволяет уменьшить размеры магнитов. Механические свойства сплавов АНМ с 8—12% Си,

по утверждению автора, значительно выше, чем у Fe-Ni-Al-спла­ вов без меди. Кроме того, важным преимуществом сплавов АНМ является возможность резания их победитовым резцом непо­ средственно после литья, без смягчающего отжига. Низко-

алюминиевые сплавы АНМ (9—10% А1) могут обрабатывать­ ся по такому же режиму и в закаленном высококоэрцитивном со­

АН СССР, 1957.

107

нисова [18], кобальт значительно повышает магнитную энергию

Fe-Ni-Al-сплавов. Из этой работы видно, что кобальт позволя­

лученных А. С. Займовским и П. И. Денисовым в сопоставлении со свойствами сплавов, содержащих приблизительно те же ко­ личества никеля и алюминия, но не содержащих кобальта.

108