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]

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

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

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

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

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.

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.