Магнитотвердые материалы

Сергеев В.В., Булыгина Т.И.

Энергия, 1980 г.

ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИТОВ С НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ

В изделиях, где требуются высокие магнитные свойства магнитов с простои геометрией — параллелепипеды, цилиндры и т. п.. применяются сплавы с направленной кристаллизацией.

Производство таких магнитов связано с разработкой кристаллически анизотропных сплавов типа ЮНДК. Узкий интервал кристаллизации этих сплавов [3-59] и небольшое количество неметаллических включений по сравнению со сплавами типа ЮНДКТ облегчают получение столбчатой структуры зерен путем сравнительно простых приемов осуществления однонаправленного теплоотвода.

Одним из распространенных в промышленности способов является литье в неподвижные огнеупорные керамические формы с внешним обогревом в печи-кристаллизаторе. На рис. 3-21 [3-67] приведена схема процесса. Литейная форма помещается в кристаллизационную печь с силитовыми нагревателями на медный холодильник. Для сплава ЮНДК25БЛ в печи поддерживается температура 1400—1450°С. После прогрева формы в нее заливается перегретый металл. При использовании этого способа затвердевание происходит с переменной скоростью в зависимости от расстояния фронта кристаллизации от холодильника. Критическая скорость кристаллизации для сплава ЮНДК35БА 50 мм/мин: при скорости кристаллизации больше критической образуется зона равновесных зерен. Кроме того, установлено, что путем снижения скорости кристаллизации достигается уменьшение угла разорнентировки столбчатых кристаллитов.

Разработаны способы внепечной направленной кристаллизации сплавов ЮНДК25БЛ, в том числе отливка обогреваемые до 1300°С огнеупорные формы или в формы из экзотермических смесей, установленные на холодильник.

Совершенствование методов внепечной кристаллизации применительно к титансодержащим сплавам ЮНДКТ, имеющим более широкий температурный интервал кристаллизации и большое число возможных центров зарождения кристаллитов, развивалось в направлении легирования технологическими присадками и усовершенствования технологии плавки. Наиболее распространенной присадкой в сплавах ЮНДКТ является сера в количестве 0,2—0,25% [3-49]. При содержании титана более 6% эффективна присадка теллура до 0,8% [3-59]. На образование столбчатых кристаллитов в сплавах с высоким содержанием титана благоприятно влияет совместная присадка серы и углерода. Основные этапы технологии открытой плавки рассмотрены выше. На рис. 3-24 приведена зависимость рекомендуемой добавки серы от содержания титана в сплаве (пределы вводимого углерода остаются одинаковыми для всех сплавов данного типа — 0,05%) [3-41]. Кроме того, на длину столбчатой зоны влияют температурный режим плавки и время выдержки расплава после введения углерода. Данная технология была разработана для получения отливок массой 3 кг при использовании разогретых одноместных огнеупорных форм и брусков массой 60 г диаметром  15 мм   при   использовании   многоместных форм.

Основные параметры процесса направленной кристаллизации — скорость продвижения фронта кристаллизации и температурный градиент трудно регулировать при методах, основанных на внепечной кристаллизации. Кроме того, эти способы не позволяют получать на всех сплавах отливки большой длины и поперечного сечения.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ ТИПОВ ЮНДК И ЮНДКТ

Различают два вида термической обработки магнитотвердых сплавов ЮНДК и ЮНДКТ: термическую обработку на γ-фазу с целью облегчения контурной обработки магнитов (отжиг второго рода) и термомагнитную обработку, одна из стадий которой осуществляется в магнитном поле с целью придания сплаву оптимальных магнитных свойств.

При термической обработке на γ-фазу магнитотвердый материал или магнит обладает низкими магнитными свойствами и достаточно высокими механическими характеристиками для обработки магнитов не только методами шлифования, но и методами горячей обработки (штамповки, резки, прокатки). В структурном состоянии с γ-фазой магнитотвердый материал может подвергаться шлифованию на грубых режимах при большем съеме металла с поверхности за один проход по сравнению с высококоэрцитивным состоянием. Термическая обработка заключается в медленном нагреве

ЮНДК (18—25% Со)

Термомагнитная обработка этих сплавов проводится в несколько стадий: нагрев до температур гомогенизации («отжига первого рода») со скоростью 100 К/ч, после выдержки — охлаждение от температуры гомогенизации со скоростью, предотвращающей выделение γ-фазы, до температуры начала распада, охлаждение в магнитном поле с критической скоростью («морфологическая» стадия распада), обеспечивающей оптимальную морфологию и геометрию продуктов распада а- и а'-фаз, и, наконец, завершающий «отпуск» («диффузионная» стадия распада) для формирования оптимального состава фаз. В результате сплав приобретает максимальные магнитные свойства.

После термообработки в магнитном поле и отпуска сплав приобретает сильную наведенную анизотропию. Структура сплавов состоит из частиц двух фаз α и а' стержневидной формы, ориентированных вдоль направления магнитного поля (если направление поля совпадает с направлением типа <001> для монокристалла) или ориентированных вдоль промежуточного направления, между направлением поля и ближайшей кристаллографической осью типа <001> (для поликристалла).