Способ выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы fe-al-ni-co



Способ выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы fe-al-ni-co
Способ выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы fe-al-ni-co
Способ выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы fe-al-ni-co
Y10S75/954 -
Y10S75/954 -
Y10S420/00 -
Y10S420/00 -

Владельцы патента RU 2662004:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии производства магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, применяемых для получения постоянных магнитов электродвигателей и навигацинных устройств. Способ включает размещение поликристаллической заготовки из сплава на затравке в керамической форме, размещение керамической формы в области нагревателя над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации сплава при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации, при этом поликристаллическую заготовку из сплава предварительно расплавляют и повышают ее температуру до 1580-1620°С, расплавленную поликристаллическую заготовку заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, выдерживают в ней 0,5-1 мин и проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин в условиях температурного градиента на фронте кристаллизации 100-150 град/см. Техническим результатом изобретения является получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов, а также обеспечение высоких магнитных свойств (остаточной индукции Вr, коэрцитивной силы по индукции Нсb, максимального энергетического произведения (ВН)mах) сплавов. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки с направленной кристаллизацией магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, применяемых для получения постоянных магнитов электродвигателей и навигационных устройств.

Основной проблемой повышения эксплуатационных характеристик постоянных магнитов (магнитных свойств и температурной стабильности) является создание технологии получения совершенной кристаллической структуры материала. Получение монокристаллической заготовки возможно за счет создания контролируемого (постоянного) высокого температурного градиента при затвердевании расплава в процессе кристаллизации и использования специальных монокристаллических затравок.

Известен способ получения ориентированных монокристаллических заготовок из сплавов с перитектическим превращением, включающий изготовление поликристаллической заготовки, ее повторное расплавление на монокристаллической затравке и направленное затвердевание с температурным градиентом, при этом используют монокристаллическую затравку из состава сплава твердого раствора, первоначально кристаллизующегося до начала перитектической реакции (RU 2084561 С1, 20.07.1997).

Недостатком описанного способа является трудоемкий процесс подбора химического состава материала затравки и расчет индивидуального химического состава для каждой марки сплава.

Известен способ получения литых монокристаллических заготовок с использованием затравки из сплава, содержащего все компоненты требуемого состава поликристаллической заготовки, кроме титана, причем содержание титана в исходной поликристаллической заготовке увеличивают по сравнению с требуемым составом на величину, определяемую из формулы: ΔCзаг=Cспл⋅(h/H), где Сспл - требуемое содержание титана в монокристаллической заготовке, %; Н - высота исходной поликристаллической заготовки, см; h - высота зоны приплавления к затравке, см; при этом содержание одного или нескольких компонентов в монокристаллической затравке увеличивают на величину содержания титана в сплаве, а в поликристаллической заготовке содержание этих компонентов, соответственно, уменьшается (RU 2127774 С1, 20.03.1999).

Недостатком описанного способа является трудоемкий процесс подбора материала затравки, расчет индивидуального химического состава для каждой марки сплава и проведение дополнительной плавки заготовок для затравок.

Наиболее близким аналогом предложенного способа является способ выращивания монокристаллов магнитных сплавов, включающий размещение поликристаллической заготовки на затравке в керамической форме из окиси алюминия, размещение керамической формы в тепловом узле многопозиционной установки «Кристаллизатор-203» над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации. С целью увеличения производительности способа, выхода годных монокристаллов и кратности использования огнеупорных форм градиент температуры в расплаве перед фронтом кристаллизации создают величиной G=1-10 град/мм, а кристаллизацию ведут со скоростью V=1-100 мм/мин (SU 1807101 А1, 07.04.1993).

Проведение процесса направленной кристаллизации на установке «Кристаллизатор-203» (описание установки «Кристаллизатор 203» на сайте производителя ВНИИТВЧ им. В.П. Вологдаина: vniitvch.ru/?part=&sp=140; Пикунов М.В., И.В. Беляев, Сидоров Е.В. Кристаллизация сплавов и направленное затвердевание отливок. Владимир: Владимирский государственный университет. 2002. 213 с.) предусматривает переплавление заготовки из магнитного сплава путем перемещения нагревателя от затравки, расположенной в нижней части формы, к верхней части заготовки, при этом положение заготовки относительно охладителя остается неизменным. Отдаление фронта кристаллизации от охладителя приводит к постепенному снижению температурного градиента между фронтом кристаллизации и охладителем по мере подъема нагревателя, что влечет за собой образование равноосных зерен. Поскольку в процессе перекристаллизации заготовки температурный градиент между фронтом кристаллизации и охладителем снижается, для обеспечения формирования монокристаллической структуры необходимо использовать затравку близкого к заготовке состава (за исключением титана). В виду кристаллизации заготовки без ее предварительного расплавления исключается возможность скорректировать ее химический состав.

Технической задачей предложенного изобретения является разработка способа выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с улучшенными магнитными свойствами и температурной стабильностью.

Техническим результатом предложенного изобретения является получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов, а также обеспечение высоких магнитных свойств (остаточной индукции Вr, коэрцитивной силы по индукции Нсb, максимального энергетического произведения (ВН)mах) сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт.

Технический результат достигается предложенным способом направленной кристаллизации магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт, включающим размещение поликристаллической заготовки из сплава на затравке в керамической форме, размещение керамической формы в области нагревателя над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации сплава при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации, при этом поликристаллическую заготовку из сплава предварительно расплавляют и повышают ее температуру до 1580-1620°С, расплавленную поликристаллическую заготовку заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, выдерживают в ней 0,5-1 мин и проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин в условиях температурного градиента на фронте кристаллизации 100-150 град/см.

Поликристаллическую заготовку из сплава, дополнительно содержащего медь, расплавляют в печи, в которой предварительно создают вакуум от 1⋅10-2 до 5⋅10-3 мм рт.ст. и напускают аргон до давления 0,1-0,5 атм.

Вначале заготовку из высокочистых шихтовых материалов помещают в тигель установки высокоградиентной направленной кристаллизации и расплавляют, после чего расплав перегревают до температуры 1580-1620°С. При необходимости состав заготовки можно скорректировать, добавив шихтовые материалы в тигель перед расплавлением. Перегрев до более низких температур влечет за собой образование «паразитных» зерен на карбидах титана, присутствующих в структуре титановых сплавов.

При выплавке магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, также содержащих медь, шихтовую заготовку предпочтительно расплавлять в печи, в которой предварительно создают вакуум от 1⋅10-2 до 5⋅10-3 мм рт.ст. и напускают аргон до давления 0,1-0,5 атм. Подача аргона позволяет избежать снижения концентрации меди вследствие ее испарения при плавке в вакууме.

После этого расплав заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, в нижней части которой предварительно размещают затравку. Расплав выдерживают в подогретой керамической форме 0,5-1 мин. Выдержка обеспечивает подплавление затравки и передачу заданной кристаллографической ориентации от затравки к заготовке.

Затравку предпочтительно использовать из сплава ЮНДК25БА для того, чтобы параметры кристаллической решетки затравки были близки с параметрами кристаллической решетки получаемых заготовок магнитных сплавов.

Далее проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин. Фронт кристаллизации металла находится между краем нагревателя и поверхностью жидкометаллического охладителя, что обеспечивает постоянный температурный градиент по всей высоте заготовки.

Выбранные режимы нагрева расплава, подогрева керамической формы, температуры жидкометаллического охладителя и скорости перемещения в него керамической формы обеспечивают температурный градиент перед фронтом кристаллизации в интервале 100-150 град/см. Высокий и неизменный температурный градиент обеспечивает минимальную разориентацию кристаллов по всей длине заготовки (не более 5 град). При более низком температурном градиенте возможно образование на карбидах титана, присутствующих в структуре титановых сплавов, «паразитных» зерен с большей степенью разориентации.

В предложенном способе используются затравки из сплава ЮНДК25БА диметром 7-8 мм, а к рабочей части заготовки магнита направленная структура передается через конусообразную стартовую зону, благодаря чему обеспечивается снижение расхода шихтовых материалов и трудозатрат на изготовление затравки диаметром, равным диаметру заготовки постоянного магнита, как в прототипе.

После получения отливки с монокристаллической структурой ее охлаждают до комнатной температуры, удаляют прибыльную часть, участок стартовой зоны 20 мм и контролируют качество структуры металлографическими и рентгеновскими методами.

Примеры осуществления изобретения.

Для проведения процесса направленной кристаллизации были подготовлены

поликристаллические заготовки, состоящие из высокочистых шихтовых компонентов: железо АРМКО тип 1, кобальт К0, никель Н1У, алюминий А99, медь М0, титан ВТ1-00, ниобий НБШ-0, с содержанием газов (кислорода и азота) не более 0,001 масс. %.

Химический состав обрабатываемых сплавов приведен в таблице 1.

Шихтовую заготовку массой 2,5 кг поместили в тигель, расположенный в вакуумной печи установки высокоградиентной направленной кристаллизации УВНС-5. Перед расплавлением сплава из камеры откачали воздух до давления 1⋅10-2- 5⋅10-3 мм рт.ст. и напустили аргон.

Далее шихтовую заготовку нагревали до получения расплава, после чего температуру расплава продолжали увеличить.

Далее расплав заливали в керамическую форму, в нижней части которой были расположены затравки диаметром 7-8 мм из сплава ЮНДК25БА, и выдерживали.

После этого включили механизм перемещения формы с заданной скоростью в жидкометаллический охладитель.

Температурный градиент оценивали с помощью термопар, установленных на керамической форме, по кривым распределения температуры в процессе кристаллизации.

Режимы направленной кристаллизации приведены в таблице 2.

Далее отливку охлаждали до комнатной температуры, срезали прибыльную часть и 20 мм стартовой зоны. Контролировали качество структуры на поверхности стартовой зоны металлографическими и рентгеновскими методами.

Полученные образцы имели отклонение кристаллографического направления <100> от направления протяжки не более 5 град.

Измерение магнитных свойств (остаточной индукции Вr, коэрцитивной силы по индукции Нсb, максимального энергетического произведения (ВН)mах) проводили методом медленно меняющегося магнитного поля на установке Permagraph С-300 по ГОСТ 8.286-77. Магнитные свойства, превышающие требования ГОСТ 17809-72, представлены в таблице 3.

Таким образом, как показали экспериментальные данные, предложенный способ обеспечивает получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов. Улучшение кристаллической структуры сплава, в свою очередь, обеспечивает высокие магнитные свойства - остаточную индукцию Вr 0,96-1,31 Тл, коэрцитивную силу по индукции Нсb 62,5-119 кА/м, максимальное энергетическое произведение (ВН)mах 53-74 кДж/м3.

1. Способ направленной кристаллизации магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт, включающий размещение поликристаллической заготовки из сплава на затравке в керамической форме, размещение керамической формы в области нагревателя над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации сплава при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации, отличающийся тем, что поликристаллическую заготовку из сплава предварительно расплавляют и повышают ее температуру до 1580-1620°С, расплавленную поликристаллическую заготовку заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, выдерживают в ней 0,5-1 мин и проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин в условиях температурного градиента на фронте кристаллизации 100-150 град/см.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поликристаллическую заготовку из сплава расплавляют в печи, в которой предварительно создают вакуум от 1⋅10-2 до 5⋅10-3 мм рт.ст. и напускают аргон до давления 0,1-0,5 атм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для исключения образования дефектов в стеклянной покровной пленке устройство для лазерной обработки листа содержит лазерный осциллятор, испускающий лазерный луч, причем лазерный луч, фокусируемый на лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, представляет собой линейно-поляризованный свет и сканируется в направлении сканирования, и угол между направлением линейной поляризации и направлением сканирования составляет более 45° и равен или не более 90°.

Изобретение относится к области металлургии. Раскрывается текстурированная листовая электротехническая сталь, которая демонстрирует улучшение значений билдинг-фактора (БФ) без повреждения покрытия, придающего натяжение.

Изобретение относится к получению поликристаллических ферритов-гранатов. Способ включает синтез ферритового материала, приготовление пресс-порошка, прессование заготовок, радиационно-термическое спекание заготовок путем их нагрева до температуры спекания 1350-1450°С облучением проникающим пучком быстрых электронов с выдержкой при температуре спекания в течение 30-90 минут под непрерывным электронным пучком.

Настоящее изобретение относится к магнитно-мягкому порошку и способу нанесения покрытия на магнитно-мягкий порошок. Порошок содержит по меньшей мере одну из следующих фторсодержащих композиций: а) фторсодержащую композицию формулы , где а находится в диапазоне от 0.015 до 0.52, b находится в диапазоне от 0.015 до 0.52, М1 представляет собой Н, K, Rb, Cs или NR14, где каждый R1 независимо выбран из группы, состоящей из Н, C1-6 алкила, фенила и бензила; или b) фторсодержащую композицию формулы , где с находится в диапазоне от 0.005 до 0.17, d находится в диапазоне от 0.015 до 0.52, М2 представляет собой В или Al; или с) фторсодержащую композицию формулы , где e находится в диапазоне от 0.003 до 0.10, f находится в диапазоне от 0.015 до 0.52.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам улучшения магнитных свойств, и может быть использовано в электронике и приборостроении. Способ изготовления изделий из магнитно-мягкого сплава 27КХ включает интенсивную пластическую деформацию исходного магнитно-мягкого сплава с последующим получением заготовки заданной формы и отжиг полученной заготовки в интервале температур 730-850°С в течение 1-3 часов.

Изобретение относится к области коллоидной химии и может быть использовано для получения магнитных жидкостей на полиметилсилоксановой основе, применяемых в магнитожидкостных герметизирующих устройствах.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении монтажа ротора, в частности, посредством посадки с натягом, причем должна быть придана достаточная устойчивость.

Изобретение относится к производству аморфных и нанокристаллических металлических сплавов путем сверхбыстрой закалки расплавов. Способ получения нанокристаллического магнитотвердого материала из сплава системы (Nd, Ho)-(Fe, Со)-В включает плавление сплава в тигле и выдавливание расплава через отверстие в тигле на поверхность вращающегося охлаждающего барабана с пропусканием постоянного электрического тока через струю жидкого металла и охлаждающий барабан.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из нетекстурированной электротехнической стали, используемому для изготовления сердечников высокочастотных двигателей.

Изобретение относится к электротехническим компонентам силовой частотной электроники для общепромышленного, специального оборудования и технологий аэрокосмической отрасли и может быть использовано преимущественно в модульных частотных низкопрофильных генераторах с программно-регулируемыми характеристиками на мощности от 20 кВт до 2 мВт и более для систем с точным, мощным, контролируемым и компьютерно-управляемым процессом.

Изобретение относится к области полупроводниковых материалов с модифицированными электрическими свойствами. Способ получения низкотемпературного термоэлетрика на основе сплава Bi88Sb12 с добавками гадолиния включает помещение навески сплава Bi88Sb12 и металлического гадолиния в количестве 0,01-0,1 ат.% в стеклянную ампулу, из которой откачивают воздух до 10-3 мм рт.

Изобретение относится к технологии получения вольфрама, легированного ниобием или танталом, и может быть использовано в электровакуумном приборостроении, электронике.

Изобретение относится к производству термоэлектрических материалов на основе теллуридов висмута и сурьмы. Способ заключается в предварительной очистке исходных компонентов методом вакуумной дистилляции, синтезе исходных компонентов в вакуумированных ампулах при нагреве до плавления и охлаждении, выращивании кристаллов методом вертикальной зонной перекристаллизации с применением высокочастотного нагрева, при этом выращивание кристаллов осуществляют путем не менее двух проходов со скоростью не более 2,5-3 см/ч, высокочастотный нагрев ведут на частоте 1,76 МГц с градиентом температур 200 К/см, а после выращивания кристаллов осуществляют приготовление порошка с наноструктурой размером не более 200 нм, обеспечивающей анизотропию свойств каждой частицы, брикетирование, спекание, а затем горячую экструзию.

Изобретение относится к области изготовления деталей, имеющих направленную кристаллографическую ориентацию. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к монокристаллическим сплавам на основе никеля и изготовленным из них лопаткам турбин. .

Изобретение относится к монокристаллическим материалам из сплавов благородных металлов. .

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к технологии получения литых монокристаллических заготовок из сплавов, содержащих Fe-Co-Ni-Al-Cu-Ti (ЮНДКТ). .

Изобретение относится к области литейного производства, преимущественно к технологии получения монокристаллических отливок для изделий из сплавов с перитектическим прекращением.

Изобретение относится к физико-химии реакции в сплавах и может быть использовано для разработки композиционных материалов, электроконтактных материалов повышенной термостойкости, кристаллов плотноупакованных фаз с равномерным распределением компонентов с улучшенными физико-химическими характеристиками.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов многокомпонентных фторидов со структурой флюорита в системах MF2-CeF3, которые широко используются в оптике, фотонике, физике высоких энергий.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии производства магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, применяемых для получения постоянных магнитов электродвигателей и навигацинных устройств. Способ включает размещение поликристаллической заготовки из сплава на затравке в керамической форме, размещение керамической формы в области нагревателя над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации сплава при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации, при этом поликристаллическую заготовку из сплава предварительно расплавляют и повышают ее температуру до 1580-1620°С, расплавленную поликристаллическую заготовку заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, выдерживают в ней 0,5-1 мин и проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мммин в условиях температурного градиента на фронте кристаллизации 100-150 градсм. Техническим результатом изобретения является получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов, а также обеспечение высоких магнитных свойств mах) сплавов. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Наверх