Сплав на основе железа и способ его производства

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению магнитотвердых сплавов для постоянных магнитов, которые применяются в авто- и авиастроении, приборостроении, медицине, электротехнике, в вычислительной технике и т.п. Заявлен способ получения магнитотвердого сплава на основе железа, содержащего компоненты в следующем соотношении (вес.%): углерод и азот в сумме не более 0,05; кобальт 7,0 - 8,0; хром 27,0 - 29,0; ферритообразующие легирующие добавки: кремний 0,5 – 0,8; ванадий 0,2 – 0,5; титан 0,3 – 0,5; железо – остальное. Полученный сплав подвергают гомогенизации, затем нагревают до температуры 700-720°С, охлаждают в магнитном поле, затем охлаждают без магнитного поля. При этом охлаждение в магнитном поле в интервале температур 640-620°С проводят со скоростью не более 0,1°С/мин, а затем проводят отпуск при температуре 500°С в течение 20-24 часов. Техническим результатом изобретения является сохранение высокого уровня магнитных свойств при снижении содержания кобальта. После термомагнитной обработки сплав имеет остаточную индукцию В_r=1,28-1,30 Тл; коэрцитивную силу Н_св=42-44 кА/м и максимальное энергетическое произведение (ВН)_макс.=36-38 кДж/м³.

Изобретение относится к области разработки магнитотвердых сплавов для производства постоянных магнитов, которые находят широкое применение в различных областях народного хозяйства: в авто- и авиастроении, приборостроении, электронике, медицине, электротехнике, вычислительной технике и т.д.

В настоящее время для производства постоянных магнитов, как правило, используют сплавы на основе систем Fe-Ni-Al-Co-Cu-Ti (так называемые сплавы ЮНДК или Альнико) и Fe-Сr-Со, редкоземельные сплавы на основе систем Sm-Co, Fe-Nd-B и др. Магнитные свойства всех перечисленных сплавов изменяются в достаточно широких пределах, существенно различаются по себестоимости, но каждая группа сплавов имеет свои специфические достоинства, которые и обуславливают их применение в тех или иных условиях.

К общему недостатку всех промышленных магнитотвердых сплавов относится низкий уровень их механических свойств: высокая хрупкость, низкая прочность и практически нулевая пластичность в широком интервале температур и различных структурных состояниях.

Отличительными особенностями магнитотвердых сплавов системы Fe-Cr-Co (ГОСТ 24897-81) является их высокая прочность и способность подвергаться всем видам пластической деформации (горячей и холодной) в определенном структурном состоянии. Из этой группы сплавов в промышленности наибольшее применение нашли сплавы с 15 вес.% кобальта (25Х15КА и 22Х15КА по ГОСТ 24897-81), которые по своим магнитным свойствам практически идентичны наиболее широко используемому литому сплаву ЮНДК24 (ГОСТ 17809-72), но которые содержат более чем в 1,5 раза меньше кобальта по сравнению с ним и в десятки раз превосходят его по прочностным свойствам.

Проблема дальнейшего повышения экономической эффективности Fe-Cr-Co сплавов является актуальной и связана, в первую очередь, с возможностью снижения в них содержания кобальта при сохранении достигнутого уровня магнитных свойств.

Известны ряд попыток решить эту проблему. Так были предложены сплавы Fe-Сr-Со с содержанием кобальта 1-6 вес.% [1], которые после охлаждения в магнитном поле в интервале от 625 до 500°С со скоростью v=0,9-0,4°С/час имели высокий уровень магнитных свойств. Также были предложены Fe-Cr-Co сплавы с содержанием кобальта 7-12 вес.%, способ производства которых включал в себя проведение холодной пластической деформации со степенью деформации не менее 50% (преимущественно 70%) [2]. Вышеназванные технические решения имеют очевидные недостатки. Так в первом случае проведение термомагнитной обработки в течение 140-315 часов (6-13 дней) связано с таким большим расходом электроэнергии, что ни о какой экономической эффективности не может быть и речи. Во втором случае практически высокие магнитные свойства можно получить лишь в малогабаритных магнитах с малым поперечным сечением (да и необходимость проведения холодной пластической деформации со столь значительными степенями деформации сильно усложняет весь технологический процесс производства и делает его более дорогим).

С целью устранения указанных недостатков Fе-Сr-Со сплавов с низким содержанием кобальта были разработаны сплавы с 7-8 вес.% кобальта, 27-29 вес.% Сr, содержащие до 1 вес.% в качестве ферритообразующих добавок Si, Ti, V. Так на сплаве Fe-27,5Cr-8Co-0,7Si-0,3V-0,4Ti получены магнитные свойства после гомогенизации при 1100-1150°С в течение 1 часа, охлаждения на воздухе, последующем нагреве на температуру 700-720°С, выдержке при этой температуре в течение 15-20 минут, быстром охлаждении в магнитном поле до температуры 640°С (с v=10-15°С/мин), замедленном охлаждении в магнитном поле в температурном интервале 640-620°С со скоростью v=0,1°С/мин, дальнейшем охлаждении до 500°С без магнитного поля с той же скоростью 0,1°С/мин (или проведения стандартного отпуска для сплава 25Х15КА по ГОСТ 24897-81) и отпуска при температуре 500°С в течение 20-24 часов: остаточная индукция Вr=1,28-1,30 Тл, коэрцитивная сила Н_св=43-44 кА/м и максимальное энергетическое произведение (ВН)_макс.=36-38 кДж/м³. При этом следует отметить, что введение дополнительного отпуска при температуре 500°С в течение 20-24 часов приводит к увеличению всех магнитных свойств (остаточной индукции Вr, коэрцитивной силы Н_св и максимального энергетического произведения (ВН)_макс.) на 10-15%.

На сплаве Fe-29Cr-7,2Co-0,6Si-0,5Ti после аналогичной термообработки получены свойства: Вr=1,28 Тл, Н_св=42 кА/м и (ВН)_макс.=36 кДж/м³.

Как видно из приведенных данных, магнитные свойства предлагаемых сплавов практически не уступают свойствам сплавов ЮНДК24 (по ГОСТ 17809-72) и сплаву 25Х15КА (ГОСТ 24897-81), а по своей технологии производства отличаются весьма незначительно от технологии производства сплава 25Х15КА.

Источники информации

1. Патент США №4311537 от 19.01.82, кл. C 21 D 1/04; 148/108; 148/31.57. G.Y.Chin, M.L.Green, R.C.Sherwood, J.H.Wernick (Bell Telephone Labs., Inc.).

2. Патент США №4253883 от 03.03.81, кл. H 01 F 1/02; 148/103; 148/108. S.Jin (Bell Telephone Labs., Inc.)].

Формула изобретения

Способ производства магнитотвердого сплава на основе железа, включающий гомогенизацию, нагрев до температуры 700-720°С, охлаждение в магнитном поле и охлаждение без магнитного поля, отличающийся тем, что получают магнитотвердый сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, вес.%:

Углерод и азот в сумме Не более 0,05

Кобальт 70-8,0

Хром 27,0-29,0

Кремний 0,5-0,8

Ванадий 0,2-0,5

Титан 0,3-0,5

Железо Остальное

при этом охлаждение в магнитном поле в интервале температур 640-620°С проводят со скоростью не более 0,1°С/мин, и дополнительно проводят отпуск при температуре 500°С в течение 20-24 ч.