Способ получения магнитотвердых сплавов типа юндкт

 

Использование: при производстве литых постоянных магнитов со столбча- Toij и монпкристапличсской структурой. 2 Сущность: расплавляют основные компоненты , РНЧДЯТ добавки серп а расплав . С серой вводят углерод, марганец , кремний, церий и иттрий в следующих СРМСМЛНИЯХ с серой и лпуг с другомсгрл - углерод - Mfipr нец - кремний, сера церий, cep.i - церий млрпнец, серя - иттрий - и в количестве О. по мне се от веся основных компонентой .«гутествляют ачливку расплава в , и направленную кристаллизацию i поводят со скоростью не более 5,0 мм, ж 1 ил. , 1 тс1()Л.

ф, ф >ф

СОЮЗ СОВЕ)СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1с1>С Г 22 Г 1/02 ййй8НМ!

»«: 1< К,, "с>>>! 11(ЕЩЦ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTY

ГОСУДАРСТВ Е Н НОЕ ПАТЕ H TH OF.

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАГЕНТ СССР) (21) 4912991/0? (2?) 20.0?.91 (46) .06.93„ Бюл. К 22 (71) Научно-произвг>дственное объедиНЕ>1Ы< - <Ч;>> HOT c>H (72) И. 11, Г>епяев и Г, Г Бу1рханов (73) И.0 Беляев (56) Лятг>рскг>е свилетельстяг> СГСР

>." 490852, кп. С 22 С 1/02, 1975. (54) ГПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЛГНИТОТВЕРДЫХ

СПЛЛВГ>0 ТИПЛ IOHJII!T (57) Исп<>льзование: при производстве литых г>1>ст<>янных магнитов со столбчатг>с> и мг>но>< лист алличес кс>Й структурой °

Из бретение относится к металлургии и питейному производству и может быть игпг>пьзг>вано при проиэвг>дстве литых постоянных магнитов со столбчатой и монокристаллической структуог й, Изяестен способ получения магнитотвердых сплавов типа IrlHIIKT со столбчатой кристаллической структурой, суть которого состоит во введении в

СоСтЗВ С1>лаВа ОДНОВРЕМЕННО СЕРЫ И УГлерг.дп Недостатками данного способа являю>ся вь>сокая загряз>>енность солана г,>".зми и чемечалли<>ескими включ< ниями

Наиболее близким к поедлагаемому гпособу r>c, достигаемому эФФекту является способ получения магнитотвердых cnnanns, описанный. Способ эаключается в том, что сера вводится в расплав в два приема: после расплавлсния желез;.1, кобальта, никеля и ме„., SU „„1822441 А 3

Сущност ь. ряс пппяляют основные ком" поненть>, яв дят добавки серн н р< сплав. С серой вводят углер >р, маргаНЕц, КРЕМннй, цЕРИй И ИттРИй 1> Cfleдующих сг«còаниях с серой и друг с другом; cr-pa - углерод - мас» > нец кремний, сера - церий, сер« - церий

МаРГ >l>C Ц, СЕРа - ИттРИй -- ног><НИй< И в копичес сяе 0,3-1,07 по мысce от веса основных компонентг>я гуществляют заливку расплава в Ф< р, и направленную кристаллизацию 1;р водят со скоростью не более 5,0 мм : н,, 1 и1>., 1 т тбл. ди и в к<>нце плавки вместе с алюминием и 1>r »oM. Это позволяет снизи r> содержание кислорода в сплаве за счет раскисляющего действия серы и за счет Флотационного эффекта, имеющего место при затвердевании. Однакс данный спосг>б все же не позволяет в достаточной мере освободиться от твердых неметаллических включений, что не позволяет использовать в составе шихты лигатуры и другие вторичные шихтовые материалы, стоимость.которых значительно ниже, чем у чистых компонентов.

Целью предполагаемого изобр тения является уменьшение газосодержания и неметаппи«еских включений и снижение себестг>имс>сти сплава.

Ланная цель достигается за счет введения в состав сплава добавок, вызывающих монотектическое превращение в на«а»>,нь<й период кристаллизации.

1822441

gna магнитно-твердых сплавов типа

ЮНДКТ такими добавками являются углерод, марганец, кремний, церий, иттрий, сера в различных сочетаниях друг с другом.

Общее количество добавок должно составлять 0,3-1,03 от веса плавки.

В результате протекания монотекти- еского превращения образуется жид- 1О кая составляющая (на чертеже это жидкость состава Ж ), не смешивающаяся с матричной жидкостью, которая, взиду своей малой плотности, всплывает и увлекает за собой имеющиеся в расплаве неметаллические включения, в тим числе те„ которые образовались после заливки расплава в форму. Кроме того, эта несмешивающаяся жидкость Ж, взаимодействуя с матрич- 2р ным расплавом, снижает в нем содержание растворимых примесей, таких как кислород и азот, а также содер" жание сильно ликвирующих элементов на границе кристалл-расплав. Это при-25 одит к уменьшению концентрационного переохлаждения, освобождению путей диффузии элементов сплава к растущему кристаллу и, в конечном счете к облегчению образования столбчатой 30 и монокристаллической структуры в отливке. Выбор нижнего предела содержания вводимых элементов — добавок обусловлен тем, что при содержан и вышеуказанных элементов в коли- З5 честве менее 0,3/ по массе монотектическое превращение либо не возникает вообще, либо возникает при окончании кристаллизации. В результате чего, очистки расплава не про- qp исходит. При введении этих добавок в сплав в количестве более 1,01 по магсе существенно понижаются магнитные свойства сплава. Это происходит за счет снижения в тверлом растворе 45 основных элементов сплава (таких как

Ti, Nb1, которые переходят в состав несмешивающейся жидкости Ж и транспортируются ей в верхнюю эсть отливки.

Граничное значение линейной ско" рости кристаллизации при направленном затвердевании связано с тем, что если эта скорость превышает 5 MM/MHH то несмешивающаяся с расплэвом жидкость Ж„не успевает всплывать и захватывается движущимся фронтом кристаллизации, В результате очистки сплава не происходит.

Применение данного способа получения магнитотвердых сплавов типа ЮНДКТ дает возможность использовать при их выплавке вместо дорогих и дефицитных чистых металлов значительно более дешевые и менее дефицитные лигатуры, При этом трудоемкость процесса выплавки сплавов не увеличивается.

Пример. для снижения себестоимости сплава ЮНЛКТ5БА, содержащего

35,53 кобальта, 14,23 никеля, 3,53 меди, 1,0 ниобия, 7,2Ô алюминия, 5,13 титана, остальное железо в состав шихты вводили ферроникель ФН-5К

Побужского никелевого завода. Состав ферроникеля - 16,6Ô никеля, 3,5Ф кобальта, 1,4 меди, остальное железо.

Количество введенного ферроникеля брали из расчета полной замены чистого железа, на железо в ферроникеле (общее количество ферроникеля в шихте составляло 40 ).

Выплавку данного сплава из шихты указанного состава проводили по двум вариантам: без добавок, вызывающих монотектическое превращение и рафинирующий эфшект при направленном затвердевании сплава и в присутствии таких добавок

Выплавку обоих вариантов сплава производили в открытой индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой.

Порядок загрузки элементов при выплавке сплава по первому варианту был слерующим: на дно тигля загружали железо, кобальт, никель, медь, ферроникель и включали нагрев, после их полного расплавления добавляли

0,2ь алюминия на раскисление, и 1/2 часть серы в виде ферросеры, затем ниобий выдержка 1,0 мин, затем последовательно весь оставшийся алюминий и титан H оставшуюся часть серы.

По второму варианту порядок загрузки основных элементов оставался тем же, а элементы - добавки вводили либо в конце плавки, либо в два приема: сразу после расплавления кобальта, никеля, меди и ферроникеля и в конце плавки после введения титана.

Температура расплава перед выпуском в ковш во всех случаях равнялась о

1680 С. Готовый расплав выпускали в графитошамотовый ковш и заливали в предварительно нагретую до 1300 С о керамическую форму, установленную на медный водоохлаждаемый холодильник, Линейную скорость кристаллизации при

1822441

45 направленном эатвердевании отливок изменяли, путем использования форм без дна и с дном различной толщины. Измерение линейной скорости кристаллизации производили при помощи термопар, установленных по высоте затвердевающей отливки. После полного затвердевания получали отливки размером 15 40 100 мм и изготавливали из них продольные металлографические шлифы, на которых производили подсчет неметаллических включений и распределение их по высоте слитка, а также после травления, замер длины столбчатых кристаллов, Параллельно иэ того же ковша заливали образцы для газового анализа. Образцы для измерения магнитных свойств размером

15.» 15 30 мм вырезали иэ нижней части отливок, Подсчет неметаллических включений производили на металлографическом микроскопе MMP-2P в 120 полях зрения при увеличении в 500-900 раэ. Содержание газов в сплаве (кислорода и азота) определяли при помощи установок РО-17 и TN-15 фирмы "Леко".

Образцы для замера магнитных свойств подвергали стандартной термической обработке; охлаждение с 1250 до 800 С о со сксрос ью не менее 150 С/мини выдержка в иэотермической ванне при

800-795 С в течение 10 мин и магнитном поле напряженностью не менее.

280 кд/м, после чего следует отпуск при 640 C - 5 ч, затем при 560 С20 ч. Замер магнитных свойств производили при помощи информационно» измерительной системы У-5056 в замкнутой магнитной цепи, Результаты подсчета нвметалли ческих включений, а также содержания газов в сплавах, замера длины столбчатых кристаллов и магнитных свойств приведены в таблице.

Из таблицы видно, что если количество дополнительно вводимых в сплав элементов меньше 0,33 по массе, то процесса очистки практически не происходит.

При введении дополнительных эле" ментов в количестве более 0,9Ф по массе хоть и наблюдается существенный эффект рафинирования сплава, но вместе с тем, значительно снижаются магнитные свойства, что свя" зано с обеднением твердого раствора титаном и ниобием. Таким образом, количество вводимых элементов должно находиться в пределах 0,3-0,91 по массе.

Из таблицы также види, что наилучшим образом сплавы РНДКТ очищаются тогда, когра значения линейной скорости кристаллизации не превышают

5 ммlмин, При увеличении линейной скорости кристаллизации до 5 мм/мин эффективность очистки сплава снижается. Если же линейная скорость кристаллизации превышает 5 ммlмин, то удаления неметаллических включений не происходит вообще. Поэтому линейная скорость кристаллизации должна быть не более 5 ммlмин.

Формула иэобрете ния

Способ получения магнитотвердых сплавов типа ЮНДКТ, включающий расплавление основных компонентов, введение добавок серы в расплав, заливку металла в форму и направленную кристаллизацию, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения гаэосодержания и неметаллических включений и снижения себестоимости сплава, с серой - в расплав вводят углерод, марганец, кремний, церий и иттрий в следующих сочетаниях с серой и рруг с другом: сера - углерод - марганец - кремний, сера - церий, сера - церий - марганец, сера - иттрий - кремний, добавки серы с перечисленными элементами вводят в количестве 0,31,0 по массе от массы основных компонентов, а направленную кристамизацию осуществляют со скоростью не более 5,0 мм/мин.

1822441 о о о сч о со

Г. 00 1

СЭ

1 чз сз сз (4

l о о м сч л л

С> со

Г» сз в

1 о со с а (О в сч о о сч со л л

Г Э сЧ в (> в с> («4

С> сч сз

ГЧ

C) ° — мэ о о

0О (ЭЭ

С> м сз

0О ст> сз

СЭ л со

Г (Ъ

00 (D а а

Ю

Ю

Ь

>О в

СЭ с>

С> сО а

С>

СЭ

СЗ сч в

Ю

C)

С) («I в

СЭ

С>

СЭ

Ю в а

o o о ю о о м З. а m о о о о о о (Ч в сз

C)

Ю (4 (О

C)

C)

C) (»I в

C)

С>

СЭ

00 00 в з

o o ь о

О О сс)

О в о ю о о

О О

tX)

Н \

C)

С)

С>

00 в

С)

Ю

Ю а сз

Ю

С) -э а

С>

С> (D чз сз

С> (> чз

C)

С)

СЭ

К> в

СЗ с> (с\

ГЗ

C) 0О

f4 с> о

О О чэ сз

С> в

С>

С> в сз с:>

ЧЗ с:> сз О

tD (D

М сз

C) л

С)

С>

О °

0 о о о о!

С>

Ю л

С>

C) (D

Ю

С) "О сз

Ю О

C)

C) (4

C)

С>

C) сз

С>

C) С> с) С>

СЭ

О((\ Г с>

С>

У

Г \

C)

«Ф

Г \ с.")

С> м сч т З.

С) О

С> О

З

-т

C)

С) (z) м м д. ь о

О О о л

СЗ сз

fY (D

« (D

О> (З с:>

СЭ со м

tD ь л (n м о о с) с) 0О м

С>

СЗ (О (Ч

-0 о о с> о

0O «м

О О О

« ь о о

-т

С>

Г (D

СЭ

С> (>

C) Г с сз

C) Г о с> сэ

К>

С

С) с»

l »» (, C) ь о ссз ь о с

« о о

СО

С>

С> сз со с с>

С> (О

С)

С)

iD (C)

C)

СЗ л

С с:> ( (О

С) (:>

С>

0>

Ю

С)

С>

0 Э с> ь

C) О>

C) с> сз м

О ь с

Ю

C) сз (О

Ю

Ю (О сз

С4 сэ

Cl

C) и сэ ь

tn

Ю

СЭ

С 4 с

С 4

C) с:>

"О

С) с:) (\ с) (С> с(,с> и

Ю (ч

Г

Ю

С) (ч с:) сз

Г сз

С) Ln с:>

СЭ сч

Ю

C) (Ч

C)

C) в сз

С) --З

С> сз сч сз сз (C)

C) rI ь

СЭ

« сэ

СЭ с: (З сз

СЭ в

С(С>

С 4 сз

ГМ сз м в сч

Н сз

t t в сч в мъ н (4

С> сч

С)

Г \

u .

1 \

Н. >О u) О

I (4> с> во

С)

"+ с>

Я л

Н> (З

ГЧ в о о о + (-) Lf СЗ L) L> L) ьв в ю о о + о

Ю нъ

О + о я

+ м

Vf O .a o о

«1 (.) Н \ (D

C) в

С) ь

vt с> сз в сз (З

tn (D

СЗ ГЧ во

С>

"+

4.

«о о + в

С> в сз с:>

Ln

СЗ в

Ю

СЭ (ч

СЭ а

in

+ +

V) С(> Vf

+ с

V) (>

--З о

o +

+ + + + +

У) (0 Н> (Л V) v) м

-а о

o +

V)

-З

-о

o + а

Г

С > в

С> в

--З

tD в (D

ГЧ

lD (> сз (n

C) 0>

C) О\

C) (ч

CJ м

С) u(С> (О (О о о

1 с

Ф

Iv о (Г> с в м в

Г() о

Z т

З

Z

И с (0

>4I с

Ф (о о х л с. с)

Э:

Х

>1

5 (о о

Z л ц (tl

1

cf 3

ttI

n (v

Ф

Ф

ГЗ з

Ф

1 I (0 I 1

f0 1 1

I >- 1 Х 3Е 1

1 Ч 1 (О (Ц I

1 IX I Х I о 1 ( (" 1

1 (0 1 f

1 jl 1 X I

1 Z I Ф I й.

Z 1 X I

1 Z 1 1

tf) 1 ч- 1 I

I 1 I

I 1 14 1 (Π!— 1 — I

1 1 C I

Ф(ох о 1 сзчс 1 о>-zc

f- I- tt) a ft) ссч з х>- !

I 1

1 1

1 I !

1 Ф 1 I о !

1 Г) 1 1

l ft) 1 1

1 1 1 !

I t>(I 1

1 (I> 1 с(1

1 Z 1 и 1

I 1 С> I 1

Л! )(f0 1 а с 1

Ф с 1

СС V 1 с(I

O 1 С: 1

I () Ф I I

I I 1

1 I

I 1 1 х 1

1 1 1

1 !

1 I с> (к I

0ГС 1 а (Z 1 tfj с 1 с з

ГС

f I- Z I l(f 1

ФЯ т. 1 (> т !

Ф О 1 с:

I Х О I Ф 1 а !

1 Ф I Ф 1

I 1 IS I LI l

Ф . I

Ф I 1 а з I

lL Р 1 I

l Ц С t I

o .- i

LJ Ф I 1. 3 3

Г 1 1 с z

I яхт

\ Л(- D

В f f-Ий

z t(. он ех sar с v a z f1 (1 (!

i $ Ф 1 т 1 с в с о з 1

1 Э(1 о z 1 с(ц 1 о v 1

tc (О I з Ф 1! i- I

1 Z О I

I tI) Z Ф 1 л Ф 1

Э C C

i (I C 1 (»- v 1

f I

1 I

Ф I

1 Itl I

I I- I

v I о 1 и з 1

>- I к I х I

2I 9 (Z I с) I о I

>(1 о 1

I !

I (С) 1

О 1 1 I о 1 се а* 1

Г f(Z Е 1

L) a i tft I

О Ь О О О О О О О О О О о (ч tn Q сч (n сч о О со Q сч

Г= (l Г О I Л О В СО СО

С (ЭЭ СЧ О О -З. Î 00 m 00 >О сп (n ь О ю О с> cn (zl m o

«

ΠΠ— О О О в со (ч сО c o (О а м - в чз О (4> а >О

1822>!41

1

1

z u

mЧ

З

Z с (О

454

Z

54

% о о с

al

Г l

4 I

l »» .О

С1

ЪО л

Cl

-Т

o o o

ОЭ ЪО ГО

О Л Л

О О л л О

СЭ

ОЭ

СЭ

ОЪ

1О

CD (О О

СЭ

-ь л

СЭ

4О

4 4 гм г° 3

Г

f4 О Л

C»I °

Г4 ГГЪ о

t !

1 В

1 14 (0 14»4 о

Г 0 Ъ

СЭ

Г4

СЭ

4D

С1

4 1 о

Г(МЪ о о

1/»

СЭ

ОЪ о

ОЪ 50

ОЪ ОЪ

С1 О (ОЪ

Ф

С1 (О

ОЪ (D

СЭ о

44 \

СЭ

СЭ

Г4 м

CXl C»4

Л со

О an

-Ь ГЪ

Г"Ъ

ГГЪ ((Э м

М\

СЭ

Ю ю

4D м

an

СЭ

СЭ

СС4

an

СГ

СГ

-ь

МЪ

С1

СЭ

СЭ (Ч

an

Ю

Ю

СЭ

МЪ

Ю

Ю

СЭ

f4 С»4

an мъ о о

o o

СЭ СГ

ЪО

МЪ

СЭ

СЭ

Г

1/\

СГ

СЭ о

--5 10

МЪ МЪ о о о о о о (4

МЪ

С1

CD

Cl (X1

an (D

CD

СЭ О

М\

CD

СЭ (МЪ

СЭ

Ю

СЭ

1/\

СГ о

СЭ

ОЪ

Ю

СЭ м о

f

Ю

СЭ

Г" Ъ

Ю

СЭ м

Cl

СЭ

4" Ъ

СЭ

СЭ

СЭ

О an о с» о о о о о

О О

ЪО

СЭ

Г Ъ

Ю

СГ

ЪО (D

СЭ

Ю

С1

СЭ о м .;Г

СЭ

СЭ

Г м

СЭ

ОЪ

44 Ъ

СЭ о

4 Г\ м

Ю (:

ОО

СЭ

Ln

Ю

СЭ

Л Г4 м -т о о

О О м

Т 4Г о о

В о о

1 м

СЭ

Ю

CD (О

ГГЪ

СЭ

Г.W

-Э

Ю

1О

Г 1

Cl

СЭ

4 Г\

С)

СЗ

-О

Ю

СГ

Cl

С1

ОЪ

СЭ

О

СЭ

ГО

СГ о

1О

Ю

СЭ о

ГГЪ

СЭ

СЭ

«D (:1

Ю

СГ

СГ

ОЪ

Ю

СЭ (D

СЭ

СЭ (D м

СЭ

С1

CD

СЭ

С1

Ю

СЭ

Cl м о

СГ

СЭ о

МЪ

Ю

СГ

Г 4

С1

С1

МЪ

Ю

Cl (»4

Ю

СЭ м

СЭ

СЭ

СЭ

СЭ

1/Ъ

4D (D

44

01

СГ

44 \

Ю

СЭ

СЭ о

Ю

С

o o

Ь

О О

o o о о

o o

О СГ

Z Z

К 1 (5 Д (7 1

ZZ1 ч *

1 с

l5

Ф (1 I- V (COVZ

45 Z O a

z оах

Ф о о (Ъ ("1 м

Г-.

Г 4!

1 ъ Ф д

l f4 CI о а

С 5ЬГ (Э

I (Д Q ° (Э О

45 l5 ъ ад

1 1Д,Э

1 54 Д Ф

1 Е 44 45

Ф СФ С с с

ГЪ 1- V

О4

4 ) 1/Ъ

СЭ о О г

+ (/Ъ (/1 (4

Г ЪО о + г4 (4

Cш (»4

Ю

+ (/Э

МЪ

СЭ

CD

С

МЪ

Г4

4D

+ (/4

an мъ

О О

О О

\ГЪ

СЭ

СЭ

+ C/1

an о !. (/1

Г( о

af a/ с о

4 \

CD

+ (/Э (Э

+ Р . о . (/1

МЪ

Г/4 мо о + о

+ (ГЭ (/I a/1 (4 о

-т О о + (О an

Г 4

ГЭ о + (41 .т о о + (/!

-о о 4.

C/l (4 о о +

4/I f4

МЪ О о + (/4 (4

СЭ о + (/I

f4 O о +

МЪ о о

О (4 (4

О О

ЪО ЪО

СГ О о +

1 Cl

1 45

1.

v о и ъ

lx з ъ а

Z а (Э х и

1 !

I %»

vZO ое а

С 45 оад

Z д

1

1 Ф

I C5 ! 1v

ГZ

О

1 (6 о

I 51 ! о

1 Z

1 L

1 l5 !

I

I

1

I l5

1 Z

1 Z

1 С

1 Ф о

1 ГЪ

1 45

1 11

1 54

1 Z ! Z

I l5

1 35 а

45 а (Э

1 (.Э

1 а 1

О (Д 1 х I

I I

1 111 (ОХ!О съор

1-ФПФ3 о

1 I

1 I ! 1

1 I

I 1

1 1 ье 1

I CC I

54 1, — — 1 с с I

u I a4 1 с 1

Ф I 1

I

I 1

I I

1 1 ! I

1 1 х

ЬГ Cl 1

1 51 1

1Z a5 1 ъ

I I

С4 1

/ 1 (. 1 о в 1 а 1

1 54 1

1 I

* *1 — — 4

С! 1

8 I °

1.

С; 1 Л 1

1 1

5l 1 1

1 х

1 и

1 CI (I 3

I 45

I r

1 (al

1 Z

1 Gl

1 5(Z

I Х

1(l fl

l 41

1 са

O о

1 1

СС

I Cl

1 Z ъ

1 С

ОЪ О C// ОЪ о о сз о о о о о о о о о

+ + + + + +

СО (/4 (/l (/I (/, (/I 822И1 б

3 б

Й !

С5 б

О I

» б бО б сО !

° 1 е

4Ч

С!

1 сф I

В» 1! 1

eið Ó I 3

IK g

О CI

O Ю

О О

О CIi 44

1 иб

° О

CI e в

О CI

1 а 1> 444 I

I е o

1 б I Il

1 ф

1 ! 1 - Й 1l о г(3 В

3 1!х%

1 1 Х 1

1 я 1 ! f a I

14 1 ! 1 ЕФ l» ( 5, р

1 4 ) I» 8

М!

© C!

Ф» ф

В O

О О

3 и

4Ч 4бЪ

О Ct

+й +У

441 @ !CIn 1, ФО WCI

OV CI+

1822441

Релактоо

Заказ 2120 Тираж Поллисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 ) е

Ф

Ь

1

Составитель Г,Касаткина

Техрел М.Моргентал Корректор A.Èîòûëü