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

распада, получающихся при охлаждении отливки после ее зат­ вердевания. Вероятно, для понижения температуры термомаг­ нитной обработки полезно быстро охлаждать затвердевшую, от­ ливку и быстро ее нагревать перед охлаждением с критической' скоростью в магнитном поле.

Следует также подробно ' исследовать замену непрерывно­ го охлаждения при термической обработке двухступенчатой вы-

магнитной обработки; 2 — свойства после термомагнитной обработки и последующего отпуска при 600° [100]

держкой при более высокой и затем при более низкой темпера­ туре, что следует из работ [42 и 44].

Режимы термомагнитной обработки нуждаются в дополни­ тельном исследовании.

Процесс термомагнитной обработки магнитов производится следующим образом. Нагретый до 1300° магнит выдерживают

при этой температуре 10—15 мин., затем быстро зажимают между полюсами электромагнита, включают в его обмотку ток и охлаждают до потемнения (600—500°), после чего магнит удаляют из электромагнита и охлаждают до комнатной тем­ пературы на воздухе.

Если скорость охлаждения магнита на воздухе оказывается ниже критической, то его обдувают струей воздуха, а если вы­ ше критической, то магнит помещают в специальную камеру (печь), имеющую определенную постоянную температуру, обес­ печивающую критическую скорость охлаждения.

Было установлено [100], что весьма благоприятно на величи-

ну коэрцитивной силы действует перерыв охлаждения при 600"

и выдержка при этой температуре от 15 до 30 мин. (рис. 107). Описанный способ является очень малопроизводительным и,

кроме того, требует большого расхода электроэнергии для пи­ тания электромагнита. Эти недостатки устраняют [102] приме-

проводить. Оптимальная температура отпуска 600°, а продол­ жительность 2 часа.

Рекомендуемые режимы термической обработки промышлен­ ных магнитных сплавов и получающиеся при этом магнитные

свойства приведены в табл. 19.

В работах [29, 103] описана механическая и электроискровая обработка магнитов.

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ Fe-Ni-Al-СПЛАВОВ

Выбор и уточнение в узких пределах состава Fe-Ni-Al-сплавов в производственной практике определяются рядом факторов, как например, заданными в чертеже магнитными свойствами, условиями механической обработки, шлифованием или резани­

ем, сложностью конфигурации магнита в связи с условиями приемлемой термической обработки (скоростью охлаждения), ус­

ловиями крепления. Кроме этих основных, имеется еще ряд дру­ гих, менее важных факторов, как например, условия намагничива­

ло

термической обработки на высокую магнитную энергию, и -по­ этому может в литом состоянии обрабатываться режущим ин­ струментом из твердого сплава РК6. Сплав 28-11 является од­

ним из лучших в магнитном отношении среди железоцикельал'юминиевых сплавов, не содержащих других легирующих при­

месей. Его высокие магнитные свойства получаются только после термической обработки (закалка с отпуском). Значи­ тельный опыт термической обработки магнитов из железони-

подвергали механической обработке до закалки. Во избежание закалочных трещин должна быть по возможности удалена ли­ тейная корка металла, являющаяся носителем многочисленных поверхностных мелких дефектов и напряжений. В этом отно­ шении магнит А вполне удовлетворяет вышеуказанным услови­ ям, так как вся поверхность как снаружи, так и изнутри до­ ступна для режущего инструмента и может быть полностью об­ работана.

В дальнейшем были найдены условия смягчения этих спла­

вов, что повысило в 2,5 раза производительность обработки ре­

занием до термической обработки и значительно увеличило

ся более эффективным, чем отжиг при 1250°. Объясняется это

мально допустимые могут быть получены сравнительно просто на сплаве 28-11 путем закалки в масле и отпуска. Наилучшей температурой отпуска нужно признать 660—670°, что неодно­ кратно подтверждалось при исследовании термической обра­ ботки различных изделий.

Магнит Б. Отливка такого магнита более сложна, чем магнита А. Чтобы получить магниты без усадочных раковин, имеющие сравнительно толстую стенку, необходимы специаль­ ные мероприятия при формовке, а также увеличенный расход металла на питатели и выпора. Отливка магнита Б является стержневой отливкой; согласно техническим условиям, она не должна иметь утяжин в центральном отверстии: это усугубля­ ет трудности, стоящие перед формовщиком. Кроме того, нали­

чие стержневого отверстия усложняет также и работу термис­

та, так как центральное отверстие почти недоступно для режу-

132

щего и шлифовочного инструмента и изделие поступает в за­ калку с неудаленной литейной коркой в стержневом отверстии

магнита.

В отношении магнитных свойств к магниту Б предъявляют­

силы остаточная индукция должна быть равна 6250 гс. Кроме

того, необходимо было получить нужную магнитную мощность за счет повышения остаточной индукции, что несколько слож­ нее, чем получение этого произведения при повышенной коэр­ цитивной силе. Попытки получить нужные свойства путем за­ калки в масле и отпуска сплава 28-11 окончились неудачей из-

за того, что остаточная индукция получилась слишком низкой. Опробование воздушно-закаливаемых сплавов1 с более высо­ ким содержанием алюминия также не дало желаемых резуль­ татов. При наилучших скоростях охлаждения от высокой тем­ пературы получались высокие значения коэрцитивной силы,

однако остаточная индукция лишь в небольшом числе случаев превосходила нижний предел. Базировать производство на та­ ких сплавах оказалось нецелесообразным. Одним из возмож­ ных вариантов обработки сплава 28-11 являлась закалка в во­ де (20°) и последующий отпуск на 650—670°. Такая обработ­ ка давала удовлетворительные магнитные свойства, однако все обработанные таким образом магниты имели довольно глубо­ кие трещины, вскрывавшиеся при шлифовке на окончательный размер. Для уменьшения внутренних напряжений и тем самым уменьшения закалочного брака применяли закалку в жидком свинце при 400—450°. Опыт показал, что температура свинца влияет весьма незначительно. Магнитные свойства при такой обработке получаются практически те же, что и при закалке в воде (20°) с последующим отпуском. Жидкий свинец охлажда­ ет в верхнем температурном интервале, выше 700°, столь же быстро, что и холодная вода, в то время как при более низких температурах действие свинца как охладителя гораздо слабее, чем воды. Из того что нам известно о кинетике структурных

превращений при обработке II типа, следует, что получение тех или иных магнитных свойств зависит от скорости прохождения верхнего температурного интервала. Благодаря этому охлаж­

дение в свинце позволило получить почти такую же высокую остаточную индукцию, что и при закалке в воде. Медленное охлаждение в свинце при низких температурах резко снизило закалочный брак.

Однако обработка сплава 28-11 в свинце имеет следующие недостатки:

1 Как видно из дальнейшего описания, такие сплавы нашли применение для других типов магнитов.

.133

1) значительное количество магнитов браковали по мел­ ким, волосным трещинам;

2) большое количество магнитов имело остаточную индук­ цию, близкую к нижнему пределу, и их частично браковали изза низкой остаточной индукции. Дальнейшая работа по под­

3,5% Си. После обработки магнит предварительно шлифовали

по наружному цилиндру и по торцам (внутреннее отверстие не шлифуется). Затем магнит подвергали закалке с 1100° в кипя­

щей воде и отпуску при 550° в течение 3 час. После проверки на

магнитные свойства магнит размагничивали и подавали на окончательную шлифовку. Благодаря уточнению всех элементов термической обработки был установлен определенный режим, записанный в технологической инструкции завода. В процессе освоения состав сплава уточняли в узких пределах концентра­ ций никеля и алюминия; плавки велись на отходах стали 10 и

на армко-железе.

В табл. 20 даны составы производственных плавок (по ших­ те), указано шихтовое железо и приведено распределение маг­ нитов Б по произведению Вг Нс.

На рис. 120 дано распределение этих магнитов по коэрцитив­ ной силе и остаточной индукции.

Таблица 20

Магниты (варианты № 2—5) закаливали в кипящей воде и отпускали при 550°. Переход со сплава 28-11 на 24—13—3,5 (вариант № 2) сразу же устранил один из самых тяжелых ви­ дов брака, а именно, закалочные трещины. Это объясняется тем, что закаливающее действие кипящей воды несколько ин­ тенсивней, чем действие сжатого воздуха, и значительно слабее закаливающего действия жидкого свинца. Это пониженная ско­ рость охлаждения при обработке II типа обусловлена в данном

134

случае соотношением концентрации никеля и алюминия, а также

и присутствием в составе сплава меди, понижающей критиче­ скую скорость охлаждения. Переход на сплав 24,0—13,0—3,5 привел к значительному повышению остаточной индукции и па­

дению коэрцитивной силы (рис. 109 и ПО), причем сильно воз­ рос брак по низкой коэрцитивной силе и низкому произведению ВГНС (табл. 20). Для устранения этих видов брака было повы­ шено содержание никеля на 0,3% (вариант № 3). Это мероприя­ тие заметно сказалось на массовом выпуске. Коэрцитивная си­ ла поднялась, а остаточная индукция снизилась, причем произ­

низкой остаточной индукции. На большом количестве магнитов остаточной индукции и полностью устранить брак по мапнитпределу, что было признано нежелательным.

Для повышения качества магнитов в шихту вместо стали 10 было введено армко-железо (вариант № 4), что резко повысило остаточную индукцию и снизило коэрцитивную силу. Наиболее

часто встречающееся значение остаточной индукции возросло на 400 гс, а коэрцитивная сила упала на 40 эрст. Следующим шагом на пути подбора сплава для магнита Б явилось пониже­ ние содержания алюминия на 0,3% (вариант № 5), что позво­

лило получить хорошее сочетание величин коэрцитивной силы и остаточной индукции и полностью устранить брак по магнит­ ным свойствам.

Необходимо отметить то существенное обстоятельство, что небольшое изменение состава шихты, как например, на 0,3% Ni или А1, влечет за собой заметное изменение магнитных свойств (в среднем В г изменяется на 300—400 гс и Нс на 20—40 эрст).

В основном это объясняется влиянием концентрации никеля или

алюминия на критическую скорость охлаждения. На рис. 111 приведена схематическая зависимость магнитных свойств от ско­

13% А1. Повышение концентрации никеля до 24,3% при неизмен­ ной скорости охлаждения эквивалентно уменьшению скорости охлаждения от А до С при неизменном составе сплава, так как никель уменьшает закаливаемость Fe-Ni-Al-сплавов. Кроме то­ го, сама Нс повышается, а Вг понижается благодаря специфи­ ческому влиянию никеля в условиях охлаждения с критической скоростью. Поэтому при незначительном повышении концен­ трации никеля Вг заметно падает, а Нс — растет. Алюминий действует на закаливаемость в противоположном направлении, и поэтому увеличение его концентрации три неизменной терми­

ческой обработке эквивалентно повышению скорости охлажде­ ния от А до В при неизменном составе. Увеличение концентра­ ции алюминия увеличивает остаточную индукцию и уменьшает

135

60

Распределение по коэрцитивной силе, %

Рис. 109. Распределение (процентное) магнитов Б по коэрцитивной силе

Рис. НО. Распределение (процентное) магнитов Б по остаточной индукции

136

коэрцитивную ' силу. Уменьшение концентрации алюминия с 13,0 до 12,7% при переходе от варианта № 4 к № 5 (табл. 20)

Рис. 111. Зависимость магнитных свойств от скО' рости охлаждения (схема)

При замене стали 10 в шихте на армко-железо повысилась остаточная индукция и снизилась коэрцитивная сила (вариан­

ты № 3 и 4). Такое влияние шихтового железа наблюдалось в ряде случаев и .ранее. Действие углерода на остаточную индук­ цию и коэрцитивную силу видно на рис. 86; повышения остаточ­ ной индукции нужно было ожидать. Что касается падения коэр­ цитивной силы, то, по-видимому, оно объясняется влиянием

марганца.

В результате проделанной работы по освоению производства

магнитов следует, что к дозировке шихты как основными эле-

137

ментами — никелем и алюминием, так и примесями — углеро­ дом, кремнием и марганцем нужно относиться с особой тща­ тельностью. В противном случае в производственных условиях

получается повышенный процент брака и нарушается производ­

ственный ритм от литейного цеха до сборки из-за непостоянства качества магнитов.

Рис. 114. Влия­ ние алюминия на свойства магнитов с

24% Ni, ox- I

лажденных под струей воздуха

Магниты ССиМД. Форма и размеры этих магнитов близ­

ки между собой, и поэтому можно ожидать, что нужные усло­

вия охлаждения при термической обработке будут одинаковы для обоих типов. Требования по магнитным свойствам, предъ­

интенсивным охлаждением исключена, так как предварительное

снятие литейной корки в значительной части поверхности невоз­ можно из-за сложной конфигурации магнита. Для освоения маг­ нитов СС и МД необходимо выбрать сплав, магнитные свойства которого получались бы непосредственно в литом состоянии, т. е. сплав с высокой закаливаемостью. Подробно были исследованы

138