Способ термической обработки магнитотвердых сплавов на основе железа

Авторы патента:

Миляев Александр Игоревич (RU)

Юсупов Владимир Сабитович (RU)

Миляев Игорь Матвеевич (RU)

Ковнеристый Юлий Константинович (RU)

C21D1/04 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2305710:

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской Академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в автоприборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине и т.д. Для повышения магнитных свойств обрабатываемых постоянных магнитов на 3-5% и выхода годной продукции магнит из сплава 25Х15КА подвергают гомогенизации, закалке, термомагнитной (термической) обработке, многоступенчатому отпуску и термоциклической обработке в интервале 510-470°С в количестве 3-5 циклов на заключительной стадии отпуска. 6 ил., 6 табл.

Магнитотвердые сплавы на основе системы Fe-Cr-Co обладают многими преимуществами перед другими магнитотвердыми сплавами: поддаются всем видам пластической и лезвийной обработки (прокатке, волочению, прессованию, токарной обработке, фрезерованию, штамповке и т.д.), обладают высокой прочностью (до 1000 МПа), высокой температурно-временной стабильностью (ТКИ=0,022%/°С). Одним из недостатков этих сплавов является большая длительность термической обработки (˜24 часа). Этот недостаток обусловлен относительно низким температурным интервалом (650-500°С) распада высокотемпературного α твердого раствора на смесь двух фаз: α₁-фазу, обогащенную железом и кобальтом, и α₂-фазу, обогащенную хромом, в процессе формирования высококоэрцитивного состояния.

Известно, что стандартная термообработка FeCrCo сплавов состоит из гомогенизации при 1150-1300°С, закалки на α твердый раствор, изотермической термомагнитной обработки при 630-660°С (в случае получения магнитоизотропных магнитов используют изотермическую термообработку) и ступенчатого отпуска в температурном интервале 620-520°С с последовательным снижением температуры отпуска каждой ступени на 20-30°С. Отпуск при 500°С в течение суток практически не дает прироста магнитных свойств (ГОСТ 24897-81, патент США №4194932, МКИ H01F 1/04; НКИ 148/108, 148/31.57; заявл. 7.02.78 г., опубл. 25.03.80 г.) прототип.

Известен способ термической обработки магнитотвердых сплавов на основе железа, включающий гомогенизацию, закалку, изотермическую обработку и отпуск с термоциклированием с нагревом до 620-625°С и охлаждением до 550°С в количестве циклов 4-5 (SU 985071 A, C21D 1/04, 30.12.1982, 4c.).

Предлагаемое изобретение направлено как на снижение длительности термической обработки, так и на увеличение выхода годной продукции путем применения циклической термической обработки на заключительной ступени отпуска, которая дает прирост магнитных свойств обрабатываемых магнитов (на 3-5%) и повышает выход годной продукции.

Сущность изобретения заключается в том, что термообработка магнитотвердых сплавов на основе железа (в частности, на основе системы Fe-Cr-Co), включающая гомогенизацию, закалку, изотермическую термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск, согласно предложению на заключительной стадии проводят термоциклирование в интервале 510-470°С в количеством циклов 3-5.

Пример. Постоянные магниты в количестве 164 шт. из сплава 25Х15КА были обработаны по стандартному режиму, включающему гомогенизацию при 1200°С в течение часа и закалку в воде от этой температуры. Затем постоянные магниты подвергали изотермической термомагнитной обработке при 640°С в течение 1 ч с последующим ступенчатым отпуском: 620°С(1 ч)+600°С(1 ч)+580°С(2 ч)+560°С(3 ч)+520°С(4 ч)+500°С(10 ч).

На фиг.1 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения стандартной термической обработки, имеющих поток Ф=27-29,5 мкВб (т.е. отбракованных по потоку).

На фиг.2 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения стандартной термической обработки, имеющих поток Ф=30-32 мкВб (т.е. годных по потоку).

На фиг.3 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительного отпуска при 480°С в течение 24 ч, имеющих поток Ф=27-29,5 мкВб.

На фиг.4 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительного отпуска при 480°С в течение 24 ч, имеющих поток Ф=30-32 мкВб.

На фиг.5 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительной термоциклической обработки в интервале 510-470°С (в течение ˜5 ч в количестве 3-х циклов), имеющих поток Ф=27-29,5 мкВб.

На фиг.6 приведено распределение магнитов по коэрцитивной силе после проведения дополнительной термоциклической обработки в интервале 510-470°С (в течение ˜5 ч в количестве 3-х циклов), имеющих поток Ф=30-32 мкВб.

Магниты из сплава 25Х15КА (ГОСТ 24897-81) в количестве 164 шт., которые по ТУ должны иметь поток ≥30 мкВб и коэрцитивную силу Н_сМ≥40 кА/м, после термообработки в контейнере по режиму термической обработки, оканчивающейся отпуском при 500°С (20 часов), дали следующие результаты: 119 магнитов были годные как до потоку, так и по коэрцитивной силе. Из 45 отбракованных магнитов 31 магнит не соответствовал по коэрцитивной силе и 43 магнита не соответствовали по потоку (см. фиг.1 и 2).

Поток Ф=27-29,5 мкВб (табл.1).

N=43 шт. Среднее =39,4 кА/м; мин.=35,1; макс.=42,8; дисперсия =3,29; станд. отклонение=1,81; станд. ошибка среднего =0,3.

Таблица 1
Интервал Н_сМ	Количество	Суммарное кол-во	% от общего кол-ва	Суммарный %
34,000<х<=35,000	0	0	0,0000	0,0000
35,000<х<=36,000	2	2	4,6512	4,6512
36,000<х<=37,000	3	5	6,9767	11,6279
37,000<х<=38,000	4	9	9,3023	20,9302
38,000<х<=39,000	8	17	18,6047	39,5349
39,000<х<=40,000	9	26	20,9302	60,4651
40,000<х<=41,000	7	33	16,2791	76,7442
41,000<х<=42,000	9	42	20,9302	97,6744
42,000<х<=43,000	1	43	2,3256	100,0000

Поток Ф=30 -32 мкВб (табл.2).

N=121 шт. Среднее=42,9 кА/м; мин.=39,2; макс.=45,7 кА/м; дисперсия=1,758; стан. отклонение=1,32; стандартн. ошибка среднего=0,12; =-0,14.

Таблица 2
Интервал Н_сМ	Количество	Суммарное кол-во	% от общего кол-ва	Суммарный %
38,000<х<=39,000	0	0	0,0000	0,0000
39,000<х<=40,000	2	2	1,6519	1,6529
40,000<х<=41,000	8	10	6,6116	8,2645
41,000<х<=42,000	22	32	18,1818	26,4463
42,000<х<=43,000	35	67	28,9256	55,3719
43,000<х<=44,000	28	95	23,1405	78,5124
44,000<х<=45,000	19	114	15,7025	94,2149
45,000<х<=46,000	7	121	5,7851	100,0000

Дополнительный отпуск магнитов при 480°С в течение 24 ч практически не приводит к изменению их магнитных свойств (фиг.3 и 4).

Поток Ф=27-29,5 мкВб (табл.3).

N=43 шт. Среднее=39,4 кА/м; мин.=35,1; макс.=42,8; дисперсия =3,31; станд. Отклонение=1,82; станд. ошибка среднего=0,3; асимм.=-0,47; эксцесс=-0,22.

Таблица 3
Интервал Н_сМ	Количество	Суммарное кол-во	% от общего кол-ва	Суммарный %
35,000<х<=36,000	2	2	4,6512	4,6512
36,000<х<=37,000	3	5	6,9767	11,6279
37,000<х<=38,000	4	9	9,3023	20,9302
38,000<х<=39,000	8	17	18,6047	39,5349
39,000<х<=40,000	7	24	16,2791	55,8140
40,000<х<=41,000	9	33	20,9302	76,7442
41,000<х<=42,000	9	42	20,9302	97,6744
42,000<х<=43,000	1	43	2,3256	100,0000

Все 43 магнита по-прежнему не соответствовали ТУ по величине потока.

Поток Ф=30-32 мкВб (табл.4).

N=121 шт. Среднее=42,9 кА/м; мин.=40,5; макс.=45,7 кА/м; дисперсия=1,57; стан. отклонение=1,255; стандартн. ошибка среднего=0,11; асимм.=0,10: эксцесс=-0.74.

Таблица 4
Интервал Н_сМ	Количество	Суммарное кол-во	% от общего кол-ва	Суммарный %
39,000<х<=40,000	0	0	0,0000	0,0000
40,000<х<=41,000	7	7	5,7851	5,7851
41,000<х<=42,000	25	32	20,6612	26,4463
42,000<х<=43,000	35	67	28,9256	55,3719
43,000<х<=44,000	28	95	23,1405	78,5124
44,000<х<=45,000	19	114	15,7025	94,2149
45,000<х<=46,000	7	121	5,7851	100,0000

Однако применение циклической термообработки в интервале 510-470°С (цикл: 510°С охлаждение в течение 40 мин до 470°С + нагрев до 510°С в течение 40 мин) в количестве 3-х циклов дало значимое повышение магнитных свойств, особенно для магнитов с пониженным потоком (фиг.5)

Поток Ф=27-29,5 мкВб (табл.5).

N=43 шт. Среднее=39,9 кА/м; мин.=37,1; макс.=42,6; дисперсия=2,435; станд. отклон.=1,56; станд. ошибка среднего=0,24; асимм.=0,08; эксцесс=-1,05.

Таблица 5
Интервал Н_сМ	Количество	Суммарное кол-во	% от общего кол-ва	Суммарный %
36,000<х<=37,000	0	0	0,0000	0,0000
37,000<х<=38,000	5	5	11,6279	11,6279
38,000<х<=39,000	10	15	23,2558	34,8837
39,000<х<=40,000	7	22	16,2791	51,1628
40,000<х<=41,000	12	34	27,9070	79,0698
41,000<х<=42,000	3	37	6,9767	86,0465
42,000<х<=43,000	6	43	13,9535	100,0000

Поток Ф=30 -32 мкВб (табл.6).

N=121 шт. Среднее=43,2 кА/м; мин.=40,5; макс.=46, 6 кА/м; дисперсия=1,74; стан. отклонение=1,32; стандартн. ошибка среднего=0,12; асимм.=-0,045; эксцесс=-0

Таблица 6
Интервал Н_сМ	Количество	Суммарное кол-во	% от общего кол-ва	Суммарный %
39,000<х<=40,000	0	0	0,0000	0,0000
40,000<х<=41,000	7	7	5,7851	5,7851
41,000<х<=42,000	18	25	14,8760	20,6612
42,000<х<=43,000	28	53	23,1405	43,8017
43,000<х<=44,000	32	85	26,4463	70,2479
44,000<х<=45,000	28	113	23,1405	93,3884
45,000<х<=46,000	6	119	4,9587	98,3471
46,000<х<=47,000	2	121	1,6529	100,0000

Из 43 магнитов 21 магнит стал годным как по потоку, так и по коэрцитивной силе (т.е. почти 50% отбракованных магнитов удалось довести до требуемых по ТУ параметров).

Аналогичная циклическая термообработка 121 магнита (которые были годны по потоку) в температурном интервале 510-470°С приводит к заметному повышению коэрцитивной силы (вплоть до 46,5 кА/м).

Способ термической обработки магнитотвердых сплавов на основе железа, включающий гомогенизацию, закалку, изотермическую термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск, отличающийся тем, что на заключительной ступени отпуска проводят термоциклирование в интервале температур 510-470°С с количеством циклов 3-5.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к термической обработке концентрированным источником энергии деталей различного назначения из железоуглеродистых сплавов.

Способ кинетического низкотемпературного отпуска // 2304624

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано при производстве листового термически улучшенного высокопрочного проката из углеродистых и легированных сталей.

Способ обработки поверхности металла // 2304174

Изобретение относится к металлургии, в частности к термическим способам очистки поверхности металла и его сплавов от окалины, ржавчины, анодных покрытий. .

Устройство для охлаждения металлических деталей (варианты), способ охлаждения и способ термической обработки поковки // 2304173

Изобретение относится к области термической обработки деталей. .

Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь // 2303648

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, специальном судостроении и для создания высокоэффективной буровой техники.

Способ производства литых изделий // 2301272

Изобретение относится к области металлургии, в частности производству стальных литых изделий ответственного назначения, имеющих сложную конфигурацию, работающих в условиях высоких нагрузок, которые должны проявлять высокий уровень пластических свойств в интервале температур от -60°С до +200°С.

Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей // 2299252

Изобретение относится к области термической обработки сварных соединений, в частности сварных конструкций, применяемых при пониженных температурах. .

Способ обработки деталей машин и механизмов импульсным электромагнитным полем // 2299249

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к способам повышения надежности и долговечности рабочих органов погружного оборудования установок электрических центробежных насосов (УЭЦН), используемых в нефтедобывающей промышленности.

Способ термической обработки прокатных валков // 2298043

Изобретение относится к термической обработке, а именно к технологическим процессам поверхностного упрочнения прокатных валков. .

Инструмент из быстрорежущей стали р18 // 2306205

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для различного типа резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д

Инструмент из быстрорежущей стали р6м5 // 2306206

Инструмент из стали х12мф // 2306207

Инструмент из быстрорежущей стали марки р18 // 2307007

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов

Инструмент из быстрорежущей стали марки р6м5 // 2307172

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различного типа инструмента: резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д

Способ изготовления рабочих органов культиваторов // 2309987

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к изготовлению почвообрабатывающих машин-культиваторов

Способ упрочнения изделий // 2309988

Изобретение относится к способам упрочнения изделий и может быть использовано преимущественно в машиностроении при индукционной закалке изделий типа осей, валов, имеющих сложную конфигурацию упрочняемых участков в местах выхода шлиц, пазов, лысок и т.д

Способ производства листовой углеродистой стали // 2309990

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к технологии изготовления холоднокатаных полос из конструкционной углеродистой качественной стали для холодной штамповки

Способ нагрева слитков и заготовок из сплавов на основе титана под прошивку в станах косой прокатки // 2312153

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к нагреву слитков и заготовок под прокатку

Кольцевой индуктор // 2312154

Изобретение относится к области цветной металлургии, преимущественно полупроводниковой, занимающейся выращиванием кристаллов, и черной для нагрева деталей под закалку, гибку, сварку и т.д