Лигатура

 

Применение: для производства постоянных магнитоа Сущность изобретения лигатура содержит , мас.%: ниобий 0,5 - 30; марганец 1-10; кремний 5 - 10; гафний 02 - 5; титан 1-40; цирконий остальное. Использование лигатуры повышает технологичность , магнитные и механические свойства Выход годных магнитов увеличивается до 90%. 2 табл.

Комите г Российской Федерации по патентам и товарным знакам

Сам RU (и) (51) СИ С 3 00

Р1) 5ОМОВЗ/02 (22) Ж05.92 (46) 30.1193 Бюп. Йя 43И (71) Научно-производственное объединение Ъагнетон (У2) Растегаев В.С„Белышев АС„ Иголкин ВН„ Ку. кушкин В.И„Рябова Л.Г„. Кузнецов EM. Лобынцев

ЕС.. Туров ВД; Лобаков НА; Старков АВ„Копцев

JlM

P3) Научно-производственное объединение "Магнетон" (54) ЛИГАТУРА (57) Применение: дпя производства постоянных магнитоа Сущность изобретения: лигатура содержит, мас%: ниобий 05 - 30; марганец 1 — 10; кремний 5 — 10; гафнии ОЯ вЂ” 5; титан 1 — 40; цирконий остальное. Использование лигатуры повышает технологичность, магнитные и механические свойства

Выход годных магнитов увеличивается до 90%. 2 табл

2003727. Изобретение относится к металлургии и Ниобий 0,5 — 30 может быть использовано при выплавке Титан 1-40 сплавов для постоянных. магнитов. Марганец ° 1-10

Известна лигатура следующего состава, Кремний 5-10 мас. $ 5 Гафний 0,2-5

Ниобий 15-40 . Цирконий Остальное

Титан 25-40 Магниты, полученные с использованиКремний Остальное, ем предлагаемой лигатуры, являются более

Недостаткомизвестойлигатурцявляет- технологичными. Выход годных магнитов ся то; что легированные данной лигатурой 10 увеличивается с 50-55 до 90 . магнитные сплавы имеют относительно вы- Пример. Магниты выплавляли в mсокое содержание кислорода и азота, а так- крытой индукционной печи с обьемом ванже недостаточно высокий уровень ны 20 кг. магнитных и механических свойств. Лигатуру вводили в расплавленный меБлизким прототипом к заявляемой ли- 15 талл после предварительного раскисления гатуре является известная лигатура следую- алюминием. Присадка лигатуры без.предващего состава, мас. рительного раскисления малоэффективна, Цирконий . 2-30. т.к. происходит угар лигатуры и "дополниТитан 15-40 тельное" .загрязнение металла окислами

Кремний Остальное. 20 компонентов лигатуры.

Известная лигатура несмотря на ряд В табл. 1 приведены сравнительные преимуществ (более глубокое раскисление данные по выходу годных магнитов, выплав-магнитных сплавов, довольно высокий уро- ленных с предлагаемой лигатурой и без ливень магнитных характеристик) обладает гатуры. недостатком — ограниченной областью при- 25 мене ния, Из данных табл. 1 видно, что выход годИзвестная лигатура (21 находит эффек- ных магнитов с использованием предлагаетивное применение при производстве . мой лигатуры увеличивается на 20 по

"крупных" магнитов - оптимальная скоро- сравнению с использованием известной ли гь охлаждения которых не более 2-10 в 30 гатуры. Отбраковка магнитов rio магнитным минуту, При производстве литых магнитов,. свойствам практически отсутствует. Уменьскорость охлаждения которых более 10 в шается количество газовых раковин, треминуту, использование известной лигатуры щин, сколов. Количество брака по спаям малоэффективно, так как оптимальная ско- -заметноуменьшается. Этосвязано, восноврость.ме достигается (20-35О в минуту) и 35 ном, с температурой металла подогреваеполучить. высокие магнитные характеристи- мой формы, а также жйдкотекучестью ки не удается. металла.

Наиболее близким прототипом являет- . Как следует из табл. 1. обработка метался известная лигатура (3); содержащая в сво- ла заявляемой лигатурой йриводит к значием составе, мас.> 40 тельному. снижению брака по магнитным

Кремний 15-25 свойствам; Снйжение брака по магнитным.

Марганец 15-40 . свойствам связано с тем, что введенный в

Ниобий 15 30 состав лигатуры. ниобий в присутствии комГафний . Остальное: понентовлигатуры(Р,Mn,Zr, Т!, Hf)расши- .

Магнитные сплавы,.обработанные дан- 45: ряет диапазон критической скорости. ной.лигатурой, несмотря на ряд преиму- охлаждения с 5-10 до 20-50. град/мин.. ществ по сравнению с ранее известными, .Варьируясоставомлигетуры,можнорегулиуступают по ряду своих. свойств. Магниты; роватьоптимальнуюскоростьохлаждения в обработанные заявляемой лигатурой, име- . диапазоне 5-50 град/мин, ют преимущества: индукция возрастает с 50 При обработке магнитных сплавов заяв13800 до 14700 rc; окалиностойкость — о .ляемой лигатурой остаточные количества

1100 до 1180, увеличиваются механические компонентов лигатуры в составе сплава бласвойства; значительно увеличивается выход гоприятно действуют на физические свойстгодныхмагнитовпомеханическимимагнит- . ва магнитных сплавов. Действие это ным свойствам. 55 комплексное: меняется фазовый состав сплава, меняется состав окисной фазы, изСущность изобретения .заключается в меняется состав интерметаллических вклютом, что предлагаемая лигатура содержит чений. цирконий и титан при следующем соотно- Увеличение стабилизации твердого расшении компонентов. мас. $: твора по отношению к высокотемпературЫ)03727 ному а- а+ураспаду позволили снизить температуру нагрева под закалку с 1230 до

900-950 С и повысить технологичность производства магнитов, Обнаружено, что присутствие в составе 5 сплава остаточных количеств ниобия уменьшает активность таких элементов как алюминий, -цирконий, гафний, . титан.

Рассмотрение тепловых эффектов образований химических соединений, например, 10 алюминия с железом — 13,66 ккал/моль, с ниобием(39,2 ккал/моль) позволяет сделать вывод о том, что замена. части железа ниобием должна понижать активность алюминия, что непосредственно характеризуется . 15 параметрами взаимодействия алюминия

I@i = -0,79.

Уменьшение активности AI. Tl, Hf, 9, Zr приводит к меньшему угару элементов-раскислителей, к снижению содержания неме- 20 таллических включений в газовых изделиях и, как следствие, к повышению.механических свойств, уменьшению количества брака по трещинам и сколам (смотри табл. 1, графа 9-10}. 25

Уменьшения дефектов по спаям(табл. 1, графа 8) можно обьяснить увеличением жидкотекучести металла и возрастанием скорости заполнения формы металлом.Известно, что легирование сплава ални- 30 кониобием приводит к возрастанию эффективного числа электронов проводимости на порядок. Это приводит к упрощению решет, ки сплава, период решетки твердого раствоЗБ ра при этом изменяется с 2,8760.А до о

2,8807А, при достаточном содержании ниобия в магнитном сплаве 0,1-0,8 g„

При обработке магнитных сплавов ал- 0 нико заявляемой лигатурой общее содержание кислорода уменьшается c 0,007-0,01 до

0,003-0,006 мас. . Содержание кислорода в сплаве определяется не только содержанием используемой лигатуры, но и техноло- „ гией. выплавки. При использовании заявляемой лигатуры значительно изменяется состав окисной фазы. 8 окисной фазе появляются сложные окиси, силикаты с сульфидной составляющей марганца, Неметаллические включения и металлическая матрица имеют разные коэффициенты линейного расширения и, в связи с этим, восле неметаллического включения s rtpoцессе охлаждения после кристаллизации и термической обработки возникают термические напряжения. При этом максимальные напряжения (до 50 кгс/мм ) вызывали включения корунда, минимальные(около 5 кгс/мм } силикаты, модули упругости (кгс/мм .10 ) у корунда AIzO 37,5-39,6; у силюмосиликатов 3AIg0g 2ВОг 11,31; у ул ь фида марганца Mn S 14.

Проведенные исследования показали, что неметаллические включения в литых магнитах являются концентраторами напряжений, причем величина этих напряжений зависит от природы и размеров включений, состояния металлической матрицы.

При исследовании образцов магнитов, обработанных заявляемой лигатурой и имеющих следующие неметаллические включения, алюмосиликаты, оксисульфы марганца, сло>кйые комплексы оксидов, нитридов. При циклическом нагружении (шлифовке) существует критический размер включений, не вызывающий образования микротрещин в магните. Этот размер равен = 2 3 мкм, Как следует из табл. 1, количество трещин и сколов у магнитов, обработанных заявляемой лигатурой, по сравнению с обработками, известными лигатурами значительно меньше.

Варьирование составом лигатуры позволяет улучшить определенные параметры магнитов, Использование верхнего предела одного или нескольких элементов из группы цирконий, кремний, гафний позволяет получать высокие значения остаточной индукции -до

14000 гаусс и выше (табл. 2, состав 8-9), Использование верхнего предела одного или нескольких элементов из группы ниобий, гафний позволяет получать образцы магнитов, стойкие к окислению на воздухе до температуры 1110 С и выше (до 1180 С) (табл. 2).

Использование верхнего предела одного или нескольких элементов заявляемой лигатуры из ряда Zr, Мп, Hf, стойких к трещинообразованию и сколам (табл. 1, сплав

N 39 — 40).

Уменьшение содержания ниобия в составе лигатуры менее 0,5 мас. приводит к уменьшению стойкости сплавов к окислению с 1180 до 1000 С. Увеличение ниобия в составе лигатуры более 30 мас.% приводит к ухудшению магнитных и механических свойств (табл.. 1, сплав 72). Уменьшение содержания гафния менее 0,2 мас. в составе лигатуры приводит к снижению окалиностойкости с 1130 до 1000 С (табл. 1, состав

74). Увеличение содержания гафния более

5 мас. не улучшает физических свойств, но увеличивает стоимость лигатуры.

Снижение содержания кремния в лигатуре менее 5 мвс,$ приводит к ухудшению обрабатываемости сплава (табл. 1, состав

2003727

71), значительно увеличивается брак nq сколам и трещинам.

Увеличение содержания кремния в составе лигатуры более 10 мас.%. приводит к снижению коэрцитивной силы, При этом увеличивается отбраковка по магнитным свойствам, см, табл. 1, состав 75.

Уменьшение содержания марганца менее 1 мас.% в лигатуре приводит к резкому снижению механических свойств и возрастанию отбраковки по трещинам и сколам (табл. 1, состав 76).

Увеличение содержания марганца более 10 мас. в лигатуре приводит к сни>кению магнитных свойств (табл. 1, состав 77) Уменьшение содержания циркония в лигатуре менее 5 мас.%, мало эффективно, а увеличение более 92,3 мас.% не рационально, т.к, -не удается получить необходимого комплекса физических свойств на магнит-. ных образцах. Уменьшение содержания титана в составе лигатуры менее 1 мас, приводит к отсутствию его влияния на магнитные и механические свойства, т.к. титан связываетсл в окисную и нитридные.фазы, Увеличение содержания, титана в составе лигатуры более 40% разко снижает механические свойства, значительно увеличивается отбраковка по трещинам и сколам (табл, 1, состав 78).. 30

Пример, Лигатура выплавлялась в индукционной печи на воздухе и атмосфере аргона в тигле из окиси алюминия и циркония. При выплавке на воздухе, учитывал угар металла, гафния, циркония, титана да- 35 ют на 10-13, кремния; марганца на 5-8%, ниобия на 1-2 выше необходимого предела, При выплавке в защитной атмосфере в завалку дают гафния, циркония, марганца, титана на 4-6%, кремния на 3-4%, выше верхнего предела, ниобий — по шихте.

Возможно использование лигатуры и в виде механической смеси компонентов, входящих в состав заявляемой лигатуры

При этом процесс сплавления компонентов совмещаетсл с процессом рафинирования, угар элементов значительно сокращаетсл.

Однако, это возможно в случае, когда лигатура используется на заводе-изготовителе магнитов и нет необходимости поставляты лигатуру заказчику. . Использование предложенной лигатуры для раскисления и легирования сплавов для постоянных магнитов приводит к.получению принципиально нового качества сплава, не окисляющего в диапазоне температур от 500 до 1180, 1200 С, с зеркальной поверхностью. с остаточной индукцией более 1400 гаусс (табл. 2, составы 8-9).

В состав предложенной лигатуры входят самые сильные раскислители для сплавов на основе железа. кобальта, никеля, а также сплавов алнико, 8 табл. 2 приведен химический состав сплавов алнико, обработанных заявляемой лигатурой, и физические свойства сплавов.

Количество растворенного кислорода и неметаллических включений в металле меньше, чем в плавках выплавленных с известной лигатурой (см. табл. 2).

8 табл. 2 приведено общее содержание кислорода, входящего как в состав неметаллических включений, так и растворенного в металле.

В общем виде зависимость понижения магнитных. свойств от степени загрязнения металла неметаллическими включениями можно обьяснить следующим образом. Вся-кие. дефекты ферромагнитного кристалла (неметаллические включения, трещины,. га- . зовые пузыри и поры, границы зерен и границы блоков, химические и газовые неоднородности) приводят к местному замыканию магнитного потока, что в конечном счете уменьшает результирующую намагниченность насыщения, т.е. магнитные свойства снижаются.

Отступление от состава заявляемой лигатуры приводит к понижению магнитных, механических и окалиностойких свойств.

Способ введения лигатуры s обрабатываемый сплав зависит от применяемой технологии выплавки сплава, причем .: остаточные содержания элементов в магнитном сплаве не должны превышать: гафний и — 0,3 мас.%, ниобия — 0,8 мас., кремния — 0,4 мас., марганца — 1 5 мас., циркония — 0,3 мас.%

В результате применения предложенной лигатуры получают сплавы с повышенной окалиностойкостью, более чистые по кислороду и неметаллическим включениям, с повышенными механическими и магнитными свсйствами, (56} Дт. Роббит. Практика электроплавки, Металлургиздат, 1960, с, 217.

Авторское свидетельство СССР

М 522255, кл. С 22 С 35/00. 1974.

Легирование ниобием магнитотвердых сплавов на основе Fe-Co-Ni — Al, В. М. Кузнецов, Известия AH СССР. — Металлы, 1977, Иг 1, с, 139-143, I

С0 о

С0

О. а- сФ Z

И.

I» Я о

Q.

Ф

Ц

1S о

Z !

»

Ф

Ф

sS

Z е

1

С5 о. э

CD Z

Z! о, С":1 S !

1 Z

«Г л

CL

1.

Б

В

Ф

Щ о и

1Я

Z

Ф

С!". оо

Ф.

Щ

IФ я

Ю. о

CU

Ф

CD с

v и о

З

Z м

2.

Cl

Ю

О о т

З о

„ о с 5 О !.* Ю Z

С )4 х*Е3

Z C CD 1-.

CDCI Z

SeV .р ю CD

g Ф

3» СЭ

2803727

"СО о о Ф Ч

Q C0 ч . g) оо оо

СМ W Ф СЧ 3 СМ С » о« о „сов

I I 1 1! f 1! 1 (1

I 1 I f

1 f I t.

2003727

Ъ".- (Ч

\ М сч

-(аоо () Т о

0)

CQ

Ф

С:

Оr-СВI ЭО

Оъ (0 (О CQ (0 СО ОЭ

ИО о с0 о ((0

Ч LA(Ч "Л 3 Й

O e LD O a O e (М (4» С Э (М СО

Ф х

О

K о х

Б

Н

v .о v

О х .О о ооооо

С0 О>(5О

О СЭ СВ a> CD

ОЛ(4(4ОООО

Л (D (О (О (D LD С3 Ф оооооооо

O N N C4 3 N N P) (Ч к» - а (4 а- е- ч»

О Ю (4 O О О.О С ) IO W

N O (D e O O N (D (4(4М(0

С0 (Л N (0 О LA (D O (Ч - - (ЧN -Ч

LD» (ч Щ с > o ". ы о о о о

Ю о х

LD АНСИ (g N N

Iо

n N ID X O) O LD Л

С 4 в „о о о о о О 4 < » (4 n n О LDaLDLD

С4 С CV (0 Сч сч (Ч вЂ” СЧ (0 СГ LD CD Л (0

ЛII»ЛI-Лr Л

2003727

2003727

»сна с ® сС СЪ

Щ у!

= съо

О О О

СЪ LA сЪъ

О О О с"Ъ . %- . с3

Ф CO CO О О

О CV

CD CO

CO О

С"Ъ (О!

3 t .! .

I !

t В В С! I

С

Я в

CО

g.а

i%t

Я

Зс

lII (!)

Е е г" % СЪ !

» l сщ й

О О О О О О О О О

Ф О Ф О О В СЧ О Ф

° — СЧ %- %- О О. Ю СЪ о - î. g о в в в в в

О ч О в LA LA LA %Ф W LA

О О О О О СЪ - О О О о о о, о в о . о о о

C%I С%! О С%Ъ %» Ф О О W CD С Ъ С Ъ С0 С%Ъ СЪ g t! N C%!

Ф % % %» % % . % ° ° ° °

С%3, Ih С Ъ О СЪ LA, LA

LD LA CO С . Ф ф съ .0 3(! I и » . t % е сЪ I

8 !

6 о

О О О В» О

СЪ -, С;! С"Ъ СЧ ЕО С"Ъ

О О О О О О О О с"ъ : Ф см с )

eI 3 3 ! 3 3

С» СЪ, СЪ О О е

О

С!Ъ С%Ъ Сб О О О С"Ъ В С%!

О О О Ф, LA <СЪ О О Ю

О О О О О О О О О О

2003727

Составитель B. Растегаев

Редактор С. Кулакова Техред M.Mîðãeêòàë Корректор.P.Ïåòðoâà

Тираж . Подписное

НПО "Поиск" Роспатента- ..

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4Л

Заказ 3311

Производственно-vçäàòåëüñêèé комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, "l01

Формуле изобретения 0,5

1.ЛИГАТУРА для легирования и рас-. MapraHe×

10 кисления магнитотвердых сплавов, содер- Кремний

5 жащая ниобий, титан и кремний, 5 Гафний

5 отличающаяся тем, что она дополнительно содержит марганец; гафний и цирконий Цир«ний Остальное при следующем соотношении компонен- 3. Лигатура по п.1, отличающаяся тем. тов мас. : ф °

10 что, с целью повышения стойкости к окисНиобий лению на воздухе магнитотвердых сплаМарганец 10 вов. она содержит, мас.$:

Кремний 5 - 10 Ниобий 30

Гафний 0,2 - 5,0 Марганец 1

Титан 1 - 40 15 Кремнии

Цирко.ний Остальное Гафний: 5

2. Лигатура по п,1, отличающаяся тем, Титан что, с целью повышения магнитных Цирконий Остальное свойств магнитотвердых сплавов, она содержит, мас. :