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

ибольшую энергию имеют сплавы с 24% Со, содержащие нио­

бий.

Впрочем, судя по величине энергии, можно шреполагать,

что алкомакс 3 и 4 (табл. 15) имеют частично выраженную стол­ бчатую структуру.

Таблица 16

Магнитные свойства анизотропных сплавов системы Fe—Ni—Al—Со—Си с полустолбчатой и столбчатой кристаллической структурой,

по данным зарубежной литературы

119

Глава V

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

ЛИТЫЕ МАГНИТЫ

Выплавка сплавов и отливка магнитов

Для изготовления магнитов в нашей промышленности при­

меняют в основном стандартные магнитные сплавы на железоникельалюминиевой основе с различными добавками. Марки­

ровка и химический состав таких сплавов приведены в табл. 1S.

При выплавке сплавов необходимо строго выдерживать за­ данный химический состав, так как последний очень сильно влияет на магнитные свойства. Например, отклонения по содер­ жанию алюминия не допускаются более ±0,2%. Кроме того, необходимо помнить, что содержание примесей в магнитных сплавах должно быть строго ограничено. Особенно это относит­ ся к углероду, содержание которого, согласно ГОСТ, допуска­ ется < 0,03%. Для того чтобы выполнить эти требования, прежде

121

всего необходимо применять ‘качественные шихтовые мате­ риалы:

1) пизкоуглеродистую электротехническую сталь (железо армко) в виде прутков или листов марок А и Э (ГОСТ

•3836—47);

2) никель в виде катодных листов или слитков марок НО или Н1 (ГОСТ 849—49);

3)алюминий только первичных марок АВ 1, АВ 2, А00, АО, А1 (ГОСТ 3549—47);

4)кобальт марок К2М или КО (ГОСТ 123—48);

5)медь в виде вайербарсов, катодов или слитков марок МО, Ml, М2 (ГОСТ 859—41).

Все эти материалы следует перед загрузкой в печь тщательно

очищать от окислов, загрязнений и т. п.

Плавку следует вести весьма форсированно только в высо­

кочастотных печах, обеспечивающих получение однородного металла и низкое содержание примесей. Например, в 10-ка пе­

плавляют железо, затем возврат (литники и другие отходы), а потом никель, кобальт и медь. Алюминий можно вводить в печь

лишь после того, как все шихтовые материалы будут расплав­ лены и металл будет несколько перегрет. Вводить алюминий

•следует очень быстро, чтобы избежать его выгорания. Наибо­ лее целесообразно давать алюминий одним куском, быстро по­ гружать его в расплавленный металл и энергично размешивать Для этого удобно кусок алюминия предварительно насадить на

железный пруток.

После расплавления алюминия ванну тщательно перемеши­ вают, выдерживают 2—3 мин., затем очищают поверхность ме­

талла от шлака и выпускают металл в разливочный ковш. Тем­

1500—1550° [28]. Более низкая температура заливки приводит к -образованию в литье холодных спаев и сыпи после шлифовки,

а следовательно, к браку. Сильный перегрев увеличивает хруп­ кость металла вследствие роста зерна, что может привести к вы­ крашиванию магнита при шлифовке.

В настоящее время наиболее широко применяется заливка в земляные формы. Состав и приготовление облицовочной земли и стержней такие же, как и при формовке любого качественного

мелкого стального литья. То же относится и к методам формов­

ки. Однако, следует учитывать, что рассматриваемые магнитные сплавы имеют небольшой интервал затвердевания и сравнитель­ но большую усадку (2—3%), а следовательно, пониженные ли­ тейные свойства. В качестве литейных допусков рекомендуется

122

0,3—0,4 мм на размеры до 50 мм и 0,8—1,5 мм на размеры 100 —

250 мм [29].

• Литье магнитов представляет целый ряд трудностей и час­ то сопровождается большим процентом брака, доходящим

иногда до 80 и более процентов.

Наиболее распространенными видами брака являются уса­ дочные раковины, рыхлость и трещины. Кроме этого, дефектом

считают большую хрупкость этих сплавов, особенно в случае повышенной газонасыщенности металла или чрезмерно высо­ кой температуры заливки. Большая хрупкость приводит к обра­ зованию сколов или трещин на магнитах при отбивке от них литников, а также к осыпанию кромок магнитов в процессе шлифовки.

Высокую природную хрупкость сплавов типа алнико можно значительно уменьшить введением 0,3% Ti. При этом уменьша­ ется величина зерна и почти в два раза увеличивается меха­ ническая прочность.

В. Й. Фундатором [97] разработаны эффективные средства для борьбы с основными литейными пороками магнитов. Было установлено, что усадочные раковины имеют почти всегда глад­ кую поверхность и часто покрыты белым налетом А120з. Уса­ дочные раковины связаны с наружной литейной коркой или на­ ружной атмосферой посредством тончайшего канала диамет­ ром 0,3—0,5 мм, который в самой раковине несколько расширя­

ясняет следующим образом. При кристаллизации сплава в ус­

ловиях недостаточного питания отливки со стороны элемента литниковой системы, непосредственно подводящего металл к

отливке, образуется усадочная раковина. В получившийся ва­

куум внутри магнита по границам не вполне отвердевших крис­ таллов проникает воздух, что приводит, по-видимому, к образо­ ванию гладкой поверхности раковины.

Установкой холодильников не удается ликвидировать уса­ дочную раковину, она только несколько смещается и всегда получается в наиболее прогретом месте отливки. Наибольшее значение для получения плотной отливки имеет сечение пита­ телей. В. И. Фундатором [97] разработана диаграмма (рис. 103) для расчета сечения питателей при отливке весом от 0,15 до

6 кг, обеспечивающего получение плотной отливки. Для облег­ чения отбивки питателя от магнита предлагается подводить металл двумя питателями.

Сечение шлакоуловителя должно быть не менее 75% пло­ щади сечения магнита в месте подвода металла при расположе­ нии магнитов с одной его стороны и не менее 150% при распо­ ложении с обеих сторон.

123

Высота шлакоуловителя делается равной высоте питателя

датор рекомендует пользоваться тормозящей литниковой

системой.

Преимущество данной системы состоит в замедлении залив­

ки, что создает обильное питание кристаллизующейся отливки.

металла на литниковой системе, существенно увеличивается ка­ чество отливок, так как застывающий внутри полости форм ме­ талл до полного затвердевания питателей все время находится под металлостатическим давлением, препятствующим образова­

нию усадочных и частично газовых раковин.

Простую стопочную заливку сверху при изготовлении маг­ нитов применять не следует. Недостаток этого способа заклю­ чается в резкой неравномерности металлостатического давле­

ния при заливке каждого рода форм и чрезмерно большом дав­

лении в нижней форме,, что может привести к распору и, сле­ довательно, к увеличению веса отливки и искажению ее формы и размеров. Кроме этого, при таком способе отливки часто по­ лучаются с неспаями, а полости форм незаполненными даже в- нижних рядах из-за неспокойного (турбулентного) движения

металла.

Разборка опок производится через 5—15 мин. после заливки. В случае заливки сплавов, приобретающих высокие магнитные

свойства сразу после отливки и требующих для этого охлажде­ ния на воздухе, опоки надо разбирать очень быстро и охлаж­ дать магниты на проволочной сетке или на формовочной земле.

Магниты сложной конфигурации после разборки опок сначала переносят в термостат с температурой 200—300°, а затем ох-

124

лаждают на воздухе. После охлаждения от магнитов отбивают литники и подвергают их очистке от земли. Очистка произво­ дится в пескоструйном аппарате .или стальными щетками. В случае простой формы магнитов возможна их очистка в галто­ вочных барабанах.

Заслуживают внимания опыты по отливке магнитов в ме­ таллические формы [98], так как этот метод может обеспечить

более высокую производительность и значительно облегчить труд рабочих.

До недавнего времени считалось, что сплавы типа алии и

алнико, вследствие пониженных литейных свойств и хрупкости,

не подходят для литья в металлические формы. Кроме того, высказывались мнения о том, что отливка в металлические фор­ мы не обеспечит необходимых магнитных свойств.

В работе [98] приведены положительные результаты по от­ ливке двух видов магнитов для приборов автомобильного

электрооборудования.

Для получения нужных магнитных свойств потребовалось уменьшить закаливаемость сплавов. В этих целях в сплаве бы­

Кроме того, в целях уменьшения скорости охлаждения отливок формы перед заливкой нагревали до различных температур. Наилучшие свойства были получены при нагреве формы в ин­ тервале 200—450°.

Увеличение содержания алюминия в этом сплаве позволило

применять нагрев форм в том же температурном интервале для получения оптимальных магнитных свойств.

Применение металлических холодильников представляет особый интерес для отливки магнитов из сплавов типа АНКОЗ,

АНКО4, в которых созданием столбчатых кристаллов, направ-

леннных параллельно магнитной оси отливки, т. е. в направлении ее окончательного намагничивания, можно значительно улуч­ шить магнитные свойства (см. г. IV). Для создания ориенти­ рованных кристаллов в работе [30] были применены сложные

изложницы из высокопроводящих материалов, которые позво­

лили регулировать отвод теплоты кристаллизации отливок. Ориентированная макроструктура оказывает наибольшее влияние на увеличение выпуклости кривой размагничивания и,

ограничивается размерами и формой магнитов. Наиболее под­ ходящей формой является цилиндрическая с диаметром более

20 мм и высотой, несколько меньшей диаметра [99].

125

Сложность изготовления изложниц и указанные ограниче­ ния по форме и размерам магнитов, по-видимому, являются основными причинами ограниченного распространения этого ме­ тода в практике.

Для мелких магнитов сложной формы, механическая обра­ ботка которых очень трудоемка, целесообразно применять ме­

тод точного (прецизионного) литья по выплавляемым моделям,

позволяющего значительно уменьшить или даже полностью ис­ ключить механическую обработку.

Термическая и термомагнитная обработка

Основная термическая обработка магнитов из сплавов алии состоит в нагреве выше температуры полной взаимной раство­

римости -и 2-фаз и последующем охлаждении с определен­ ной критической скоростью. Эта скорость, как было показано

выше (глава IV), зависит от состава сплава. С повышением со­ держания никеля она увеличивается, а с повышением содержа­

ния алюминия уменьшается, так как первый уменьшает, а вто­ рой увеличивает закаливаемость сплава. Кроме этого, надо учи­ тывать также влияние на критическую скорость охлаждения и других компонентов сплава. Во многих елучаях термическая обработка магнитов из сплавов алии требует умеренных ско­ ростей охлаждения, так что охлаждение в земляных формах или на воздухе, путем быстрой разборки последних, часто мо­

жет обеспечить получение высоких магнитных свойств непо­ средственно после литья без какой-либо специальной термичес­

кой обработки. Этот способ, безусловно, является наиболее де­ шевым и довольно широко применяется в промышленности. Од­ нако он не может гарантировать получение однородных свойств изделий.

Колебания в температуре разливки, влажности и пористо­ сти формовочной земли, невозможность одновременной раз­

борки всех залитых опок (в случае воздушного охлаждения от­ ливок), неизбежные отклонения от номинального состава спла­ ва и т. п., приводят в производственных условиях к получению значительных отклонений от средних величин остаточной индук­ ции и коэрцитивной силы.

Самые качественные результаты получаются только путем специальной термической обработки магнитов. В этом случае

можно сначала на нескольких опытных магнитах установить оптимальную термическую обработку, а затем обработать по выбранному режиму всю партию магнитов.

В условиях массового производства термическая обработка магнитов является необходимой операцией для получения одно родной продукции. Кроме того, она совершенно необходима при изготовлении магнитов из сплавов с высокой критической ско­ ростью охлаждения, например из сплавов с низким содержанием

126

ких печах с автоматическим регулированием температуры. При­

менение соляных ванн .недопустимо вследствие разъедания гра­ ниц зерен сплава.

Необходимо помнить, что рассматриваемые магнитные спла­ вы имеют малую теплопроводность и очень низкую пластич­

ность, поэтому, чтобы избежать трещин, принято производить,

нагрев в две стадии: 1) медленный подогрев до 800—850°; 2) на­ грев окончательный с большой скоростью до заданной темпе­

ратуры, определяемой составом сплава. Время выдержки пос­

ле прогрева магнита можно принять 10—15 мин. Закалочная среда выбирается в зависимости от химического состава спла­ ва, а также от массы формы магнита. При большой массе или

сложной форме магнита резкое охлаждение при закалке может вызвать образование трещин. Для того чтобы уменьшение скорос­ ти охлаждения не привело к ухудшению магнитных свойств, сле­

дует так изменить состав сплава, чтобы повысить его закаливае­ мость, например увеличить содержание алюминия.

Магнитные свойства, полученные после закалки, можно еще повысить путем отпуска. Температура отпуска для различных сплавов обычно находится в пределах 550—650°, а время вы­

держки от 1 до 3 час., они выбираются в зависимости от соста­ ва сплава.

Высококобальтовые сплавы типа АНКОЗ, АНКО4 для полу­ чения оптимальных магнитных свойств необходимо подвер­

гать термомагнитной обработке. Термомагнитная обработка

сплавов с 12—15% Со тоже повышает магнитные свойства [27]. Однако эффект наложения магнитного поля при обработкеэтих сплавов много меньше, чем при обработке сплавов с 18— 24% Со.

Термомагнитная обработка обычно состоит в нагреве маг­ нитов до 1300°, охлаждении в магнитном поле 2000—3000 эрст

и последующем отпуске при 600° в течение 2 час.

Значение температуры нагрева при термомагнитной обработ­ ке для получения оптимальных магнитных свойств было пока­ зано в ряде работ [26, 27, 100, 101]. Научный и практический интерес имеет установленный А. С. Займовским и Л. М. Льво­ вой [26] факт, что при нагреве сплава АНКО4 до 1100—1200°

при термомагнитной обработке его магнитные свойства полу­

вгалевским [100] и Г. Ф. Головиным и А. А. Шекаловым [101]. В обеих работах подтверждается существование минимума на кривой зависимости магнитных свойств от температуры нагре-

127г

ва приблизительно в интервале 1000—1200° (рис. 104 и 105), но при разных исходных структурных состояниях образцов перед тер момагнитной обработкой.

В работе [100] исследовались образцы, предварительно под­ вергнутые отжигу при 900° в течение 15 час. Показано,' что е повышением температуры

выше 1200°. В работе [101] при том же исходном состоянии об­

разцов заметное повышение свойств наблюдается уже при нагре­

ве выше 1100° (рис. 106).

Получение низких магнитных свойств при термомагнитной обработке с нагревом в интервале 1000—1200° в работе [101] объясняется порчей исходной высокодисперсной структуры. В работе [100] тоже получены плохие магнитные свойства после термомагнитной обработки в том же температурном интерва­

ле, вследствие того, что высокодиаперсная структура уже была в достаточной степени испорчена предварительным отжигом. Согласно сообщению Л. Ш. Казарновского, в ряде случаев при термомагнитной обработке от 1000° получаются максимальные магнитные свойства сплавов АНКОЗ и АНКО4. По-видимому, это связано со степенью распада и дисперсностью продуктов

.128