способ термической обработки магнитотвёрдых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт

Формула изобретения

Способ термической обработки магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт с повышенным содержанием углерода и азота, включающий гомогенизацию, закалку, термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск, отличающийся тем, что после гомогенизации дополнительно проводят термоциклическую обработку в интервале 1200-1300С в количестве 2-5 циклов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co с заданным уровнем магнитных свойств, в которых существует в определенном температурном интервале двухфазная + область (например, сплавы 30Х23КА по ГОСТ 24897-81) и которые содержат повышенное содержание углерода (и азота) до 0,1-0,15 мас.%.

Из производственной практики хорошо известно, что в сплавах Fe-Cr-Co с содержанием кобальта боле 12 мас.% и 0,05 мас.% углерода (точнее суммарного содержания углерода и азота) не удается получить требуемые ГОСТом и техническими условиями магнитные свойства, что также подтверждается детальными исследованиями влияния углерода на магнитные свойства сплавов Fe-Cr-Co [1].

Вредное влияние углерода (а также и азота) на уровень магнитных свойств FeCrCo сплавов связано с тем, что:

- углерод, являясь сильным -образующим элементом в сплавах, стабилизирует высокотемпературную -фазу (как равновесную, так и неравновесную, возникающую в процессе зональной ликвации слитка), которая в процессе закалки от высоких температур (300С) либо остается в сплаве, либо превращается в мартенситную ’-фазу. При последующей термомагнитной обработке (ТМО) эти фазы (+’) не испытывают высококоэрцитивного распада ₁+₂ (где ₁ - фаза, обогащенная Fe и Со, а ₂ - фаза, обогащенная Сr) и тем самым значительно уменьшают остаточную индукцию Вr и максимальное энергетическое произведение (ВН)_макс постоянных магнитов;

- образующиеся в сплаве выделения карбидов, когерентно связанные с матрицей, с одной стороны, резко обедняют ее хромом, а с другой стороны, из-за локальных когерентных напряжений изменяют оптимальную температуру проведения ТМО, что ведет опять-таки к снижению уровня магнитных свойств постоянных магнитов.

Проведение длительных гомогенизирующих отжигов вблизи температуры солидус, как правило, не дает заметного эффекта, позволяя только лишь частично устранить ликвацию, но при этом приводит к аномально высокому росту зерна, что приводит к растрескиванию магнитов при последующей резкой закалке.

В процессе промышленного производства постоянных магнитов имеет место тенденция повышения содержания углерода (а также и азота) в сплаве из-за многократного использования так называемых возвратных отходов (литников, компактированной стружки, бракованных магнитов и т.д.), а также из-за применения не очень чистых (по углероду) шихтовых компонентов.

Из-за высоких требований к чистоте (по содержанию углерода) исходных шихтовых компонентов и к использованию возвратных отходов получается либо сильное удорожание готовой продукции, либо заметное снижение выхода годной продукции.

Проблему использования FeCrCo сплавов с повышенным содержанием углерода предлагается решать путем применения термоциклической обработки, которая, как оказалось, позволяет успешно использовать FeCrCo сплавы с содержанием углерода 0,1-0,15 мас.%.

В качестве примера можно привести термическую обработку кольцевых постоянных магнитов из сплава 30Х23КА (ГОСТ 24897-81). Косвенным магнитным параметром, определяющим годность магнита (по ГОСТ 24897-81) является поток Ф_рц, равный 63 мкВб (при котором сплав имеет остаточную индукцию В_r = 1,0 Тл, Н_ci = 55 кА/м (690 Э)).

На кольцевых магнитах из сплава 30Х23КА с содержанием 0,1 мас.% углерода после стандартной термической обработки (закалка от 1300С (20 мин) в воде + ТМО + стандартный многоступенчатый отпуск по ГОСТ 24897-81) Ф_рц равно 54-57 мкВб, коэрцитивная сила H_ci = 48-52 кА/м (600-650 Э). Брак 100%. После проведения термоциклической обработки в количестве трех циклов в интервале 1200-1300С (цикл: нагрев от 1200 до 1300С + выдержка в течение 10 мин. + охлаждение до 1200С) магниты имели поток Ф_рц = 67 мкВб, H_ci = 58-60 кА/м (730-750 Э). Выход годного 100%.

Литература

1. Tsung Shune Chin, C.Y.Chang and Tien-Shou Wu "The effect of Carbon on Magnetic Properties of an Fe-Cr-Co Permanent Magnet Alloy". IEEE Transactions on Magnetics, 1982, vol. MAG-18, No 2, 781-787.