МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Fe — Ni — Al. СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Сплавы на основе Fe — Ni — Al являются важнейшими сов­ременными материалами для постоянных магнитов. Они были открыты в 1932 г. и с тех пор интенсивно изучаются и совершен­ствуются. Большой вклад в эту область науки и техники внесли советские ученые Б. Г. Лившиц, А. С. Займовский, В. С. Месь-
кин, О. С. Иванов, Ю. А. Скаков и др. Однако и до настоящего времени в области теории, объясняющей причины высококоэр­цитивного состояния этих сплавов, имеется много неясных во­просов.

В 1938 г. Брэдли и Тейлором была построена политермиче­ская диаграмма состояния системы Fe —Ni — Al [48]. В дальней­шем эта диаграмма была уточнена О. С. Ивановым.

Рис. 62. Зависимость магнитных свойств сплавов от скорости охлаждения: ; — 32% Ni; 12% А!; 2 — 25% Ni; 15% Al

Высококоэрцитивное со­стояние сплавов объяснл - ^л вг, кгс_ лось вначале как результат возникновения больших на­пряжений в кристалличе­ской решетке. Если бы эти предположения были пра­вильными, то наилучшие магнитные свойства должен был бы иметь сплав, под­вергнутый резкой закалке на твердый раствор с после - ка/м цс 3 дующим отпуском (двой­ная обработка). Однако В. С. Меськин, А. С. Зай - мовский и Б. Г. Лившиц на основании эксперименталь­ных данных показали, что оптимальные свойства полу, чаются лишь в том случае, если охлаждение сплава происходит с определенной для каждого сплава скоро­стью, названной критической скоростью охлаждения (об­работка II типа). Рис. 62 иллюстрирует это положе­ние. Теория напряжений не могла объяснить наличия критиче­ской скорости охлаждения.

В дальнейшем было установлено, что большую роль в обра­зовании высококоэрцитивного состояния этих сплавов играет механизм дисперсионного твердения. Применение новейших ме­тодов исследований (рентгеноструктурного, электронной микро­скопии и др.), а также теоретические исследования в области ферромагнетизма позволили установить, что при определенных условиях охлаждения Fe — Ni — Al сплавов образуются высоко­дисперсные частицы, принадлежащие к фазам р и рг, причем
р-фаза близка по составу к чистому железу, т. е. ферромагнит - иа, и имеет форму удлиненных пластинок при однодоменной толщине, а рг-фаза представляет собой твердый раствор железа на основе Ni—А1 и является слабомагнитной [49]. Таким образом получается система в виде немагнитной матрицы р2 с однодо - менными ферромагнитными включениями р.

Для намагничивания таких систем требуются весьма боль­шие поля или, что то же, эти материалы обладают большой коэрцитивной силой, так как намагничивание происходит толь­ко за счет процессов вращения. Например, Е. И. Кондорский показал, что для железного порошка, состоящего из частиц с размерами в 0,01 мк, изолированных друг от друга немагнитной матрицей, коэрцитивная сила равна 530 э.

Особенности дисперсионного твердения позволили объяснить существование критической скорости охлаждения. При услови­ях, отличных от оптимальных, р-фаза может оказаться обеднен­ной железом, а Рг-фаза, наоборот, обогащенной им, или не бу­дет получена необходимая степень дисперсности и т. п., что вы­зовет уменьшение коэрцитивной силы.

Дальнейшие исследования показали также, что рг-фаза в сплаве находится в условиях сильного всестороннего сжатия, а р-фаза испытывает столь же сильные растягивающие напряже­ния со стороны Рг-фазы, что обусловливает существование силь­ных структурных напряжений.

Большинство ученых в настоящее время считают, что высо­кокоэрцитивное состояние Fe—Ni—А1 сплавов объясняется од­нодоменной структурой и сильными внутренними напряжениями этих сплавов. Однако вопрос нельзя считать окончательно ре­шенным, имеются и другие точки зрения. Например, некоторые авторы считают, что роль внутренних напряжений очень мала.

В настоящее время Fe — Ni — А1 сплавы без легирующих элементов не находят применения из-за сравнительно низких магнитных свойств. Наибольшее применение имеют сплавы с медью и с кобальтом. Высококобальтовые сплавы, содержащие больше 15% Со, как правило, применяют с магнитной или с магнитной и кристаллической текстурой.

Рассмотрим влияние различных элементов на свойства спла­вов, а также особенности сплавов с магнитной и с кристалличе­ской текстурой.

Влияние никеля и алюминия. Практическое значение имеют сплавы, содержащие 20—33% Ni и 11—17% А1. На рис. 63 при­ведена зависимость свойств тройных Fe—Ni—А1 сплавов от кон­центрации никеля и алюминия. Анализ представленных зависи­мостей позволяет сделать следующие выводы.

Повышение содержания Ni вызывает уменьшение остаточной индукции Вг и увеличение коэрцитивной силы нс и (В#)шах[50]. При этом возрастание концентрации Ni свыше 27% на свойства сплава влияет мало. Из рис. 63 видно, что при больших содер­жаниях А1 увеличение содержания Ni до 30% вызывает даже уменьшение (ВН)тах по сравнению со сплавом с 27,5% Ni. Кри­тическая скорость иКр при увеличении содержания Ni возра­стает.

Повышение содержания А1 (свыше 10%) вызывает сначала увеличение Нс и (ВЯ)шах, а после перехода этих величин через максимум (12,5—14% А1)—их уменьшение. В высоконикеле­вых сплавах оптимальное содержание смещается в сторону больших величин. Остаточная индукция при увеличении концен­трации А), уменьшается. Зависимости для некоторых сплавов имеют при этом аномальный характер. Критическая скорость по мере увеличения содержания А1 падает.

Наибольшей удельной энергией обладают сплавы с содержа­нием приблизительно 27,5% Ni и 14% А1. Однако критическая скорость охлаждения таких сплавов является высокой и не мо­жет быть практически обеспечена для массивных (более 0,2—0,3 кг) магнитов. Поэтому можно считать, что при самом правильном выборе состава сплава и оптимальной термической обработке массивные магниты или магниты сложной конфигу­рации из Fe — Ni — А1 сплавов имеют более низкие свойства, чем мелкие. ГОСТ 4402—48 допускает снижение магнитных свойств для магнитов из таких сплавов при массе 2—5 кг на 10%.

В некоторых случаях стремятся не к получению наибольшей величины (ВН)тах, а к достижению определенного соотношения между Вг и Нс. Это может быть достигнуто как изменением со­става сплава, так и выбором скорости охлаждения. Последнее положение иллюстрируется рис. 62, из которого видно, что мак­симумы ВТ и Нс не совпадают [51].

Влияние меди. Медь является полезным легирующим эле­ментом. В СССР новым стандартом[52] на Fe — Ni — А1 сплавы для постоянных магнитов предусматривается производство только сплавов с медью (сплавов системы Fe — Ni — А1 — Cut).

Медь обеспечивает лучшую повторяемость характеристик, т. е. меньшую зависимость свойств сплавов от небольших изме­нений химического состава, наличия примесей и нарушения ре­жима термообработки. Кроме того, медь улучшает механиче-

Ские свойства сплавов (см. § 22). В отдельных случаях сплавы с медью могут конкурировать со сплавами, содержащими доро­гой и дефицитный кобальт.

Влияние меди на магнитные свойства различно и зависит от содержания в сплаве никеля и алюминия. Для сплавов со срав­нительно небольшим содержанием Ni наилучшие свойства соот­ветствуют приблизительно сплавам с 4%-ным содержанием ме­ди (рис. 64). Для сплавов с большим содержанием никеля (26—

32%) по данным А. А. Шекалова содержание меди целесооб­разно увеличивать до 8—12%. При этом в условиях оптималь­ной термической обработки свойства получаются в среднем на 20% выше, чем в сплавах без меди или с ее незначительным со­держанием (47о).

В табл. 20 приведены Fe — Ni — Al — Си сплавы, не требу­ющие специальной термообработки. Таблица хорошо иллюстри-

Таблица 20

Зависимость между массой магнитов и химическим составом Fe—Ni—Al—Си сплавов при условии получении оптимальных свойств * без применения специальной термообработки [JI.3]

Содержание элементов[53] , %

Масса магнита, г

Ni

Al

Си

5—15 20-100 150—250 300—500 1000—2000 2500-3500 5000-6000

27—28 26—27 24—26 23—24 23—24 23-24 23-24

13

14

14,5

15,5 15,6—16,0 16,0—16,5

16,5—17

Рует зависимость критической скорости охлаждения, кото­рая определяется массой магнита, от концентрации Ni и А1 в сплаве.

Влияние кобальта. Легирование Fe—Ni—Al сплавов ко­бальтом позволило существенно улучшить их магнитные свой­ства и, что особенно важно, не только увеличивая Нс, что можно сделать добавляя Ni или Си, но и повышая остаточную индукцию и коэффициент выпуклости. А. С. Займовский с сот­рудниками установил, что кобальт должен вводиться не только за счет железа, но и за счет части никеля и алюминия. При та­ких условиях остаточная индукция получается большой вслед­ствие высокого насыщения железа, а большое значение коэрци­тивной силы обеспечивается наличием кобальта.

Наилучшие составы Fe —Ni —А1 —Со: 20—22% Ni; 9— 12% Al; 5—10% Со, которым соответствуют Вг, равная 6500— 8000 гс (вместо 5000—6000 гс в сплавах без кобальта) и Нс, рав­ная 550—400 э.

Исследования показали, что и для кобальтовых сплавов ле­гирование медью является полезным. Медь незначительно по­вышает магнитную энергию, но главным образом улучшает ус­ловия термической обработки. Это объясняется следующим об­разом. Кобальт существенно понижает критическую скорость охлаждения и распад твердого раствора по схеме р2 Р + Р2 идет очень вяло. Медь повышает эту скорость. Однако это ока­зывается недостаточным и термообработка сплавов с кобаль­том требует двух этапов: охлаждения с критической скоростью, что обеспечивает получение высоких значений Вг, и отпуска для получения больших значений коэрцитивной силы.

Влияние других элементов. Титан в количестве 0,3% увели­чивает механическую прочность сплава за счет измельчения ве­личины зерна, а в количестве нескольких процентов (2—5%) может быть использован для получения сплавов с большой коэр­цитивной силой и с различным отношением ВТ(НС при более или менее постоянном значении (5Я)тах.

Сера в количестве 0,1—0,2% резко повышает механические свойства сплава, не снижая при этом магнитных свойств.

Ниобий используется в количестве 0,5—1,5% и несколько улучшает магнитные свойства, повышая Нс> Вг и, следователь­но, (£#)тах.

Кремний, марганец и углерод можно рассматривать не как легирующие элементы, а как вредные примеси [54]. Наиболее опасной примесью является углерод, его содержание в сплаве не должно, в соответствии с принятыми стандартами, превы­шать 0,03%. Содержание кремния допускается не свыше 0,15%, а марганца 0,35%.

Особенности сплавов с магнитной текстурой (термообрабо - танных в магнитном поле). В 1938 г. Оливер и Шедден значи­тельно улучшили магнитные свойства Fe—Ni—Al—Со сплавов, используя термомагнитную обработку, т. е. охлаждение сплава от высоких температур в магнитном поле. При этом возраста­ние магнитных характеристик происходило лишь в направлении действия поля, т. е. материал становился магнитноанизотроп - ным или, другими словами, приобретал магнитную текстуру.

Дальнейшие исследования показали, что применение термо­обработки имеет смысл лишь для сплавов с большим содержа­нием кобальта. Например, для сплавов с 12% Со термомагнит­ная обработка увеличивает магнитную энергию приблизительно на 20%, а для сплавов с содержанием 20—25% Со увеличение происходит в ряде случаев на 80% и более. При этом Нс практи­чески не меняется, а увеличиваются Вг и выпуклость т кривой.

Можно дать следующее объяснение влиянию термомагнитной обработки на высококобальтовые сплавы. Кобальт действует в двух направлениях: понижает критическую скорость охлажде­ния и повышает точку Кюри (для Со точка Кюри равна 1150° С, а для Fe — 768° С). Низкое значение критической скорости ох­лаждения обеспечивает необходимое для образования магнит­ной текстуры время. Повышение точки Кюри приводит к тому, что в момент перехода вещества при охлаждении из парамаг­нитного в ферромагнитное состояние металл имеет еще доста­точную для деформации доменов пластичность.

Работами ряда авторов (Л. А. Шубиной и Я. С. Шура, Кит - теля и др.) показано, что магнитная текстура связана с упоря­доченным расположением пластинчатых выделений |3-фазы, которые располагаются преимущественно под небольшими угла­ми к направлению поля. Векторы намагниченности доменов рас­полагаются вдоль продольных осей пластинок и, следовательно, составляют с направлением термомагнитной обработки углы, близкие к аулю или к 180°.

Намагничивание таких сплавов в основном состоит из двух процессов: инверсии антипараллельно направленных векторов і («опрокидывания») и незначительного увеличения намагничен­ности за счет процесса вращения. Так как конфигурация доме­нов в рассматриваемой системе является устойчивой, то намаг­ниченность после снятия намагничивающего поля уменьшится очень мало, только за счет небольшого обратного вращения, т. е. 4n/s Вт, чего нельзя сказать для нетекстурованных мате­риалов.

Размагничивание возможно лишь за счет поворота части до­менов на 180°, для чего требуются большие поля, зато после до­стижения этой величины поля процесс будет идти быстро, т. е. кривая размагничивания стремится к прямоугольной форме.

Для увеличения в таких сплавах Br(J) концентрацию Ni и А1 в них уменьшают (Ni до 14—15%; Al до 8—9%) и увеличи­вают содержание Fe, как составляющей с большим насыще­нием.

Особенности сплавов с кристаллической и магнитной тексту­рой. Дальнейшее существенное повышение магнитных свойств Fe—Ni—Al—Си—Со сплавов оказалось возможным в результа­те создания магнитов с особой макроструктурой в виде столбча­тых кристаллов. Это явление было открыто Эвелином и Буром. При этом наблюдается увеличение всех магнитных параметров: ВГ, НС, у (наиболее существенно возрастает?). Магнитная энер­гия магнитов повышается по сравнению с обычной кристаллиза­цией на 60—70% (рис. 65). Влияние макроструктуры в виде

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Fe — Ni — Al. СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рис. 65. Влияние кристаллической текстуры на маг­нитные свойства сплава АНКо-4Нб:

1 — сплав с магнитной текстурой; 2 — сплав с магнитной н кристаллической текстурами (по данным А. А. Шекалова)

Ориентированных столбчатых кристаллов на величину магнит­ной энергии объясняется следующим: а) кристаллографическая текстура создается в направлении легкого намагничивания, а как показывают опыты, проведенные на монокристаллах, гисте - резисная петля в этом направлении имеет наибольшие значения Вг и Т; б) магнитная ось в столбчатом кристалле пересекает меньше границ зерен, т. е. имеет меньше разрывов в доменной цепи, чему соответствует более устойчивая конфигурация до­менов.

Эвелин и Бур считают[55], что около двух третей улучшения магнитных свойств происходит от воздействия первой причины и одной трети — от второй. Создание направленной кристалли­зации достигается посредством особых условий охлаждения сплава (см. § 22).

В настоящее время в СССР выпуск Fe—Ni—Al сплавов про­изводится в соответствии с ГОСТ 9575—60 (новый стандарт) и ГОСТ 4402—48 (старый стандарт). Временное сохранение ста­рого стандарта объясняется тем, что некоторые ранее выпускав­шиеся марки сплавов не вошли в новый ГОСТ, а производство изделий с этими сплавами продолжается.

Сравнение нового и старого стандартов показывает следую­щее. Изменены обозначения марок сплавов. Раньше марки обозначались первыми буквами названий элементов, входящих в состав сплава [56].

В новом ГОСТ приняты следующие обозначения: Ю — алю­миний; Н — никель; Д — медь; К — кобальт; Т — титан; Б — ниобий; А—кристаллическая текстура. Наличие магнитной текстуры не обозначается, но она подразумевается всегда при содержании кобальта свыше 15%. Например, обозначение ЮНДК25БА свидетельствует о том, что это сплав с магнитной и кристаллической текстурой, содержащий алюминий, никель, медь, 25% кобальта и ниобий.

ГОСТ 4402—48 содеижит восемь марок сплавов (Вг = = 4000—12 000 гс - Нс = 250—750 э; (ВН)тах = (0,7—4,0) X X 106 гс-э)-, ГОСТ 9575—60 содержит одиннадцать марок спла­вов (ВТ = 5000—13 300 гс; Нс = 500—1080 э - (ВН)шах = (0,9— 6,6) • 106 гс-э). Из прежних марок исключено четыре (АН1; АН2; АНК; AHKol), как не обладающие какими-либо преиму­ществами по сравнению с другими, и включено семь новых марок.

Все сплавы по новому ГОСТ содержат медь (3—4%, а бес­кобальтовые сплавы ЮНД12 и ЮНД8 соответственно 12% и 8%). Несколько процентов титана (ЮНДК35Т5 и ЮНДК24Т2) применено для повышения Нс, а титан в количестве 0,3% (для большинства других сплавов) — для улучшения механических свойств. Ниобий (0,8%) несколько повышает коэрцитивную си­лу. Сера (0,1%) введена для повышения пластичности. Все сплавы должны содержать не более 0,15% кремния; 0,03% углерода; 0,35% марганца. Из одиннадцати марок семь тексту­рованных (пять с магнитной и две с магнитной и кристалличе­ской текстурой).

Новый ГОСТ предусматривает нормирование магнитных свойств, не только по величинам Вт и Нс, но также и по значе­ниям индукции BD и напряженности поля HD в точке с макси­мальной энергией (ВЯ)тах. Магнитные свойства Fe—Ni—Al сплавов для постоянных магнитов приведены в табл. 21, а кри­вые размагничивания и магнитной энергии — на рис. 66.

Таблица 21

В

Я

BD

HD

(.ВН)

Max

(ВН) 1 max

(.ВН)

Max

(ВН) X 1 шах

1

Марки сплавов

2

ХЮ~6

Тл | гс

Иа/м | э

Т л | гс

Ка]м | э

Дж/м3

Эрг/см3

Гл-ajM

Гс-э

ЮНД4(АНЗ)

0,50

5000

40,0

500

0,30

3000

24,0

300

3600

36 000

7200

0,9

0,36

ЮНД12

0,50

5000

52,0

650

0,29

2900

30,0

375

4400

44 000

8800

1.1

0,34

ЮНД8

0,60

6000

44,0

550

0,37

3700

28,0

350

5200

52 000

10 400

1,3

0,39

ЮНДК15(АНКо2)

0,75

7500

48,0

600

0,43

4300

28,0

350

6000

60 000

12 000

1,5

0,33

ЮНДК18 (АНКоЗ)

0,90

9000

55,0

690

0,57

5700

34,0

425

9700

97 000

19 400

2,4

0,38

ЮНДК35Т5

0,80

8000

87,0

1080

0,50

5000

56,0

700

14 000

140 000

28 000

3,5

0,40

ЮНДК24Т2

1,10

11 000

58,0

725

0,77

7700

38,0

475

14 800

148 000

29 600

3,7

0,46

ЮНДК24(АНКо4)

1,23

12 300

44,0

550

0,95

9500

34,0

425

16 000

160 000

32 000

4,0

0,59

ЮНДК24Б

1,20

12 0С0

51,0

640

0,85

8500

37,0

465

16000

160 000

32000

4,0

0,52

ЮНДК25А

1,33

13300

54,0

675

1,14

11400

46,0

575

26 400

264 000

52 800

6,6

0,74

ЮНДК25БА

1,28

12 800

62,0

775

1,05

10500

50,0

625

26 400

264 000

52 800

6,6

0,67

Магнитные свойства сплавов для постоянных магнитов (по данным ГОСТ 9575—60)

Примечания: I. ВD н HD—индукция н напряженность поля в точке (ВН) 2. і — коэффициент выпуклости.

1,3 U V 1,0 0,9 0,8 ю цв

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Fe — Ni — Al. СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

З 1000 300 800 700 600 500 400 300 200 100

80 72 64 56 48 40 32 24 — Н

24

32

40

48

"ГWjM-f

ВН

Ц5 ¥ из 0Ї 0,1 о

B <9

Рнс. 66. Кривые размагничивания и энергии сплавов (по данным ГОСТ 9575—60): /-ЮНД4 (АНЗ); 2-ЮНД12; 5-ЮНД8; -/-ЮНДК15 (АНКо2); 5-ЮНДК18 (АНКоЗ); 6 — ЮНДК35Т5; 7 - ЮНДК24Т2; 8 - ЮНДК24 (АНКо4); 9 - ЮНДК24Б; 10 - ЮНДК25А; И - ЮНДК25БА

Наибольшее применение в настоящее время имеют сплавы ЮНД4 (АНЗ), ЮНДК24 (АНКо4), ЮНДЮ5 (АНКо2). Спла­вы ЮНД4 и ІОНДК24 хорошо технологически освоены и многие магнитные системы проектировались именно для применения этих сплавов. Кроме того, ЮНД4 является самым дешевым из всех Fe — Ni — Al сплавов для постоянных магнитов[57], а ЮНДК24 обладает высокими магнитными свойствами в нап­равлении магнитной текстуры. Сплав ЮНДК15 применяют в том случае, когда требуются сравнительно высокие магнитные свойства, и материал не должен обладать магнитной анизот­ропией.

Введение нового ГОСТ должно существенно изменить харак­тер потребления различных марок. Перспективными являются сплавы ЮНД8 и ЮНД12, как не содержащие дорогого и дефи­цитного кобальта, а также и другие сплавы, например сплавы с кристаллической текстурой, когда будет освоена технология их массового производства.

§ 22. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ МАГНИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Сплавы, применяемые для постоянных магнитов, относятся к прецизионным, т. е. к таким, качество которых в очень боль­шой степени определяется выполнением технологии. Даже не­большие отклонения в составе шихты, организации процесса литья и режима термической обработки приводят к непоправи­мому браку. Марки шихтовых материалов должны соответство­вать ГОСТ 9575—60.

Наиболее вредной примесью является углерод, суммарное количество которого ограничивается 0,03%, поэтому железо применяется только марки «Армко А». Применение для этой цели сталей типа Ст. Ю недопустимо. Ниобий и сера вводятся не в чистом виде, а как соединения с железом. При этом расчет шихты должен учитывать количество железа, введенное вместе с легирующими элементами.

Резка шихтовых материалов для загрузки в тигель произво­дится на пресс-ножницах. Методы, связанные с нагревом (авто­ген или электрорезка), применять не рекомендуется.

Все материалы перед загрузкой тщательно очищаются от грязи, масла, окислов и т. п. В шихту может добавляться литей­ный возврат.

Плавку необходимо вести в высокочастотных индукционных печах, которые обеспечивают необходимые условия для получе-

Ния высококачественного сплава: энергичное перемешивание металла, быстроту плавки (плавка в 3 кг осуществляется при­близительно за 5 мин; в 10 кг — за 25—30 мин; в 100 кг — за 45—60 мин), уменьшение насыщения газами. Выполнение по­следнего условия обеспечивается потому, что отношение поверх­ности ванны к весу плавки для высокочастотных печей по срав­нению со всеми другими печами наименьшее.

Порядок плавки следующий: вначале загружают и расплав­ляют железо, затем вводят никель, кобальт, медь и последним вводят алюминий. Его добавляют быстро и крупными кусками. Ванну перемешивают, выдерживают в течение 2—3 мин, затем очищают поверхность от шлака и ведут разливку.

Тигель должен иметь поворотное устройство для разливки сплава в ковш или опоки. Качество сплава существенно зависит от температуры разливки, которая должна выдерживаться рав­ной 1500—1550° С. Понижение температуры приводит к появле­нию сыпи и холодных спаев (как бы разделения магнита на час­ти), а повышение ухудшает механические свойства (увеличивает хрупкость). Заливку надо вести быстро, не допуская разрыва струи металла.

В настоящее время применяются разные формы литья маг­нитов (в землю, в сухие формы, по выплавляемым моделям, в металлические формы, т. е. в кокиль). Наибольшее распростра­нение имеют литье в землю (старый метод) и в сухие формы (новый метод).

При литье в землю форма обычно представляет собой стопу, состоящую из 5—8 опок. Высота опоки определяется требовани­ями прочности и обычно составляет 60—80 мм, для магнитов сложной формы высота опоки — 120—180 мм.

Опоки (кроме нижней) пронизывают вертикальным стояком с ответвляющимися от него шлаковиками. Расход сплава на стояк и шлаковики составляет (для мелких магнитов) до 90% общего веса металла. Образование паров при заливке вызывает возникновение пористости и раковин.

Размеры магнитов в верхних и нижних опоках (из-за того, что земля может раздаваться под действием веса металла) раз­личны. Например, для магнита массой в 300 г разница размеров верхних и нижних магнитов может достигать 1,5 мм, поэтому вводятся большие припуски. Затем магниты шлифуются, в ре­зультате чего получают нужные размеры магнитов.

Технология изготовления сухих форм заключается в следую­щем. На стальную шлифованную плиту 1 (рис. 67) с калены­ми и хромированными моделями 2 одевается кольцо 3. Затем формы набиваются массой 4, состоящей из кварцевого песка (например, люберецкого) и 2—3% крепителя. Форма закрыва­ется крышкой 5 и переворачивается, после чего плита 1 и коль­цо 3 снимаются. Формы сушат в печи при температуре 250° С в
течение 1—2 ч. Изготовленная таким образом форма обладает хорошей газопроницаемостью.

Высота формы определяется высотой магнита плюс 5— 10 мм, т. е. значительно меньше высоты опоки при литье в зем­лю. Сухие формы позволяют делать стопу в 80—100 опок вмес­то 5—8 опок при литье в землю. Это значительно увеличивает производственные возможности при тех же площадках.

Литье по выплавляемым моделям заключается в следую­щем. Пресс-форму заполняют легкоплавкой массой (например, смесью стеарина и парафина сметанообразной консистенции), которая застывает, приобретая форму магнита. Полученную

Обладающую свойством смачи­вать ее поверхность, затем вы­нимают из ванны, помещают под струю песка и просуши­вают на воздухе. Такую опера­цию проделывают до тех пор, пока на модели не образуется достаточно толстый слой песка. Потом массу выплавляют го­рячей водой и полученную фор­му просушивают при 750— 850° С.

Изготовленные литьем по выплавляемым моделям магниты имеют хорошее качество поверхности, точно выдержанные раз­меры (соответствующие классам точности 4 и 5) и не требуют дополнительной механической обработки.

Недостатком метода является его высокая стоимость, одна­ко он окупается при изготовлении магнитов сложной формы. Этот метод является прогрессивным и в настоящее время осваи­вается многими заводами.

Литье в кокиль применяется мало. Достоинства этого мето­да заключаются в возможности изготовления магнитов по высо­ким классам точности, а также в долговечности формы, которая может выдержать тысячи отливок. Недостатком является боль­шая скорость охлаждения сплава, что вызывает ухудшение маг­нитных свойств, а также может служить причиной образования трещин, раковин и других дефектов.

Для устранения этих недостатков формы перед разливкой металла подогревают, а марки сплавов подбираются такие, ко­торые имеют большую критическую скорость охлаждения.

В большинстве случаев для получения оптимальных свойств магнит подвергают специальной термообработке.

Модель погружают в жидкость, 5 І

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Fe — Ni — Al. СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рис. 67. Схема изготовления сухой формы

Режимы термической обработки для разных марок сплавов различны. Так как магнитные свойства в значительной степени определяются качеством закалки, то особенное внимание надо обратить на выполнение этого процесса.

Особую обработку, так называемую термомагнитную, про­ходят материалы с магнитной текстурой. Эта обработка заклю­чается в том, что магнит, нагретый до температуры 1250— 1300° С, остывает в сильном магнитном поле (не менее 1500 э) до 500° С.

В зависимости от характера производства (массовое или мелкосерийное), а также от марки сплава и размеров магнита этот процесс может быть организован различно.

При мелкосерийном производстве возможно остывание маг­нитов между полюсами электромагнита непосредственно после отлйвки, т. е. в опоках. Однако при этом электромагнит не мо­жет быть использован эффективно, так как между полюсами нельзя обычно поместить больше одной опоки.

Достоинство метода заключается в том, что не требуется повторный нагрев магнита, т. е. исключается одна технологиче­ская операция и, следовательно, обеспечивается экономия элек­троэнергии.

Чаще применяют метод, при котором магниты вынимают из опок, обрубают литники, обрабатывают на пескоструйном аппа - * рате, нагревают до 1300° С и помещают в магнитное поле. В этом случае полезный зазор электромагнита может быть ис­пользован значительно эффективнее, чем при остывании в опо­ках.

Скорость остывания в магнитном поле существенно влияет на магнитные свойства. Поэтому для каждых размеров и формы магнита экспериментально подбирают наивыгоднейшие условия охлаждения.

В некоторых случаях магниты остывают открытыми, иногда их прикрывают асбестом, или даже помещают в камеру, нагре­тую до 500—600° С.

Обработанный указанным образом магнит приобретает маг­нитную текстуру, он имеет большие значения остаточной индук­ции и коэффициента выпуклости, но малую коэрцитивную силу.

Для увеличения Нс все магниты с магнитной текстурой под­вергаются отпуску, который заключается в нагреве до 500° С и выдержке при этой температуре в течение 5 ч.

После отпуска магниты размагничивают и они поступают на механическую обработку.

Отметим некоторые особенности производства материалов с двойной (магнитной и кристаллической) текстурой.

Кристаллическая текстура придается материалу в процессе особых условий охлаждения сплава, залитого в форму.

Форма, выполненная, например, в виде кварцевой трубки, помещается в индукционную печь, внутрь которой вставлен на­греватель в виде графитовой трубки большего диаметра, чем кварцевая трубка. Нагреватель выполняет одновременно и роль электромагнитного экрана, предохраняя сплав от перемешива­ния токами высокой частоты, что исключило бы возможность образования кристаллической текстуры.

Форма располагается на холодильнике, который может быть выполнен, например, в виде медного пустотелого сосуда с водя­ным охлаждением. Для предохранения поверхности холодиль­ника, соприкасающейся со сплавом, от разрушения на дно фор­мы помещают пластинку из никеля. Чтобы не было выброса расплавленного металла через низ, форму обмазывают по на­ружным краям смесью кварцевого песка с жидким стеклом. Пе­ред заливкой форму прогревают до 1400—1450° С.

Температура расплавленного в другой индукционной печи и заливаемого через промежуточный ковш металла равна 1500— 1580° С. Через несколько минут после заливки в месте соприкос­новения с холодильником образуется твердый слой металла, и затем начинают медленно (со скоростью, равной приблизитель­но 10 мм/мин) опускать холодильник с формой.

Полученная таким образом отливка имеет кристаллическую текстуру, направленную по продольной оси формы. Затем от­ливка проходит обработку, предусмотренную для сплавов с маг­нитной текстурой (магнико).

Вместо кварцевой трубки можно применять формы, изготов­ленные методом литья по выплавляемым моделям.

Приведенная технология производства материала с кристал­лической текстурой является ориентировочной. Заводские мето­ды получения таких материалов еще разрабатываются.

В заключение рассмотрим вопросы, связанные с механиче­ской обработкой и монтажом магнитов из железоннкельалюми - ниевых сплавов.

Ввиду чрезвычайной хрупкости и высокой твердости этих сплавов их обработка на металлорежущих станках затруднена. Смягчающий отжиг или изменение химического состава в за­водской практике используется мало.

Единственной выполнимой операцией является шлифовка.

Магниты шлифуют на различных плоскошлифовальных или круглошлифовальных станках. Шлифовку рекомендуют прово­дить в два этапа: грубую (черновую) до термической обработки со съемом металла за проход 0,1—0,25 мм и тонкую (чистовую) после термической обработки со съемом металла за проход 0,01—0,05 мм. Шлифование в один этап увеличивает брак по трещинам.

Применяется также электроискровой метод обработки, но он требует специального оборудования, не позволяет выполнять все требуемые операции (чистовую обработку) и освоен далеко не на всех заводах.

На рис. 68 показана электрическая схема установки для шлифования магнитов электроискровым методом. Принцип ра­боты заключается в следующем. Магниты 1 помещаются в ван­
ну 2 с керосином и периодически с помощью кулачкового меха­низма приводятся в соприкосновение шлифуемыми плоскостя­ми. В момент разрыва цепи образуется электрическая дуга, иод действием которой разрушаются неровности поверхности.

Производительность труда в 10 раз выше, чем при обработ­ке на шлифовальных станках. Электроискровой метод пока при­меняют только для грубой шлифовки, доводка осуществляется на станках.

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Fe — Ni — Al. СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рис. 69. Магнитная систе­ма с магнитами из Fe— Ni—Al сплава:

1 — магниты; 2 — полюсные на­конечники из армко-железа; 3— прокладка из немагнитного ма­териала (латуни): 4 — стяжное кольцо из армко-железа

Особый интерес в отношении механической обрабатываемо­сти представляют Fe—Ni—Al сплавы с медью. По данным

'^мщ-

Рис. 68. Электрическая схема установки для шлифования магнитов электроискро­вым методом

А. А. Шекалова[58] сплав, содержащий 11% А1, 29% № и 10% Си, допускает обработку победитовым резцом (со скоростью 12 м/мин при подаче 0,33 мм и глубине резания 0,3 мм) непо­средственно после литья, а низкоалюминиевые сплавы с медью обрабатываются по такому же режиму и в закаленном высоко­коэрцитивном состоянии.

Особенности механических свойств магнитов из железони - кельалюминиевых сплавов (невозможность выполнения • резь - ' бы, трудности осуществления отверстий и т. п.) требуют специ­альных решений при монтаже магнитной системы.

На рис. 69 показана удобная (в отношении монтажа) , и хо­рошая с точки зрения магнитных свойств система, широко при­меняемая в измерительных механизмах магнитоэлектрических приборов.

Сборка такой системы может быть выполнена без примене­ния крепежной арматуры, например одеванием нагретого до не­скольких сот градусов кольца 4 на детали 1, 2 и 3. При остыва­нии кольцо стягивает всю систему.

Иногда в магнитах делают канавки, применяют литье на стальные или бронзовые втулки, под отверстия (литье со стерж­нями) и т. п.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МАГИИТОДИЭЛЕКТРИКИ

Магиитодиэлектрики 15—20 лет тому назад были единствен­ными высокочастотными магнитными материалами. В связи с по­явлением ферритов их значение уменьшилось, однако они нахо­дят применение и сейчас. Это объясняется некоторыми их преиму­ществами перед …

ФЕРРИТЫ ДЛЯ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ (СВЧ)

Успехи, достигнутые за последние годы в технике СВЧ, бы­ли бы немыслимы без применения ферритов. Только благодаря им удалось создать устройства, обладающие свойством невзаим­ности, т. е. такие, которые ведут себя по-разному …

ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

В табл. 1 схематически показана зависимость магнитных свойств от различных факторов: случайных примесей, упругих и остаточных деформаций, направленной кристаллизации, темпе­ратуры и воздушного зазора [Л. 8]. Из таблицы видно, что наиболее …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.