Лигатура

ОЗ) ИС ийской Федерациитоварным знака Комитет Росспо патентам ИЗОБРЕТЕН И К бъединение Ъагшев АС; Иголкин ВН; К нецов ВМ; ЛобынцевА Старков АВКопцев ное объединение "Маг Р 1) 5044083/02(57) Применение: дпя производства постоянных магнитоа Сущность изобретения: лигатура содержит, мас%: ниобий 05- 30; марганец 1 - 10; кремний 5 - 10; гафнии 0,2 - 5; титан 1 - 40; цирконий остальное, Использование лигатуры повышает технологичность, магнитные и механические свойства Выход годных магнитов увеличивается до 90%. 2 таба .Изобретение относится к металлургии и Ниобий 0,5 - 30может быть использовано при выплавке Титан1-40сплавов для постоянных.магнитов, Марганец1-10Известна лигатура следующего состава, Кремний 5-10мас, 5 Гафний 0,2-5Ниобий 15-40 . Цирконий ОстальноеТитан . 25-40 Магниты, полученные с использованиКремний Остальное, ем предлагаемой лигатуры, являются болееНедостаткомизвестойлигатурцявляет-технологичными. Выход годных магнитовся то, что легированные даннойлигатурой 10 увеличивается с 50-55 до 90 о ,магнитные сплавы имеют относительно вы- П р и м е р. Магниты выплавляли в отсокое содержание кислорода и азота, а так- крытой индукционной печи с обьемом ванже недостаточно высокий уровень ны 20 кг,магнитных и механических свойств. Лигатуру вводили в расплавленный меБлизким прототипом к заявляемой ли талл после предварительного раскислениягатуре является известная лигатура следую- алюминием, Присадка лигатуры без.предващего состава, мас. рительного раскисления малоэффективна,Цирконий 2-30. т.к. происходит угар лигатуры и "дополниТитан15-40 тельное" .загрязнение металла окислами Кремний Остальное, 20 компонентов лигатуры.Известная лигатура несмотря на ряд В табл, 1 приведены сравнительныепреимуществ (более глубокое раскисление данные по выходу годных магнитов, выплав- .магнитных сплавов, довольно высокий уро- ленных с предлагаемой лигатурой и без ливень магнитных. характеристик) обладает гатуры.недостатком - ограниченной областью примене ния, Из данных табл. 1 видно, что выход годИзвестная лигатура 2) находит эффек- нцх магнитов с использованием предлагаетивное применение при производстве . мой лигатуры увеличивается на 20 Я, по "крупных" магнитов - оптимальная скоско- сравнению с использованием известной лигь охлаждения которых не более 2-10 в 30 гатуры. Отбраковка магнитов по магнитным минуту, При производстве литых магнитов,. свойствам практически отсутствует. Умень- скорость охлаждения которых более 10 в шается количество газовых раковин, треминуту, использование известной лигатуры щин, сколов. Количество брака по спаям малоэффективно, так как оптимальная ско- заметноуменьщается; Этосвязано, восноврость.ме достигается (20-35 в минуту) и 35 ном, с температурой металла подогреваеполучить высокие магнитныехерактеристи мой формы, а также жйдкотекучестью ки не удается. металла.Наиболее близким прототипом являет- . Как следует из табл. 1, обработка метался известная лигатура 33; содержащая в сво- ла заявляемой лигатурой йриводит к значием составе, мас,6:40 тельному. снижению брака по магнитнымКремний 15-25 свойствам; Снйжение.брака по. магнитным.Марганец 15-40свойствам связано с тем, что введенный в Ниобий 15-30 состав лигатуры. ниобий в присутствии комГафний . Остальное: понентовлигатуры(5,Мп,Ег,Т,Н 1)расши- .Магнитные сплавы, обработанные дан: ряет диапазон критической скорости. ной лигатурой, несмотря на ряд преиму- охлаждения с 5-10 до 20-50 град/мин ществ по сравнению с ранее известными, .Варьируясоставомлигатуры,.можнорегулиуступают по ряду своих. свойств. Магниты, роватьоптимальнуюскоростьохлаждения в обработанные заявляемой лигатурой, име- . диапазоне 5-50 град/мин,ют преимущества: индукция возрастает с 50 При обработке магнитных сплавов заяв до 14700 гс; окалиностойкость - о .ляемой лигатурой остаточные количества 1100 до 1180, увеличиваются механические компонентов лигатуры в составе сплава бласвойства; значительно увеличивается выход гоприятно действуют на физические свойстгодныхмагнитовпомеханическимимагнит- . ва магнитных сплавов, Действие это ным свойствам. 55 комплексное: меняется фазовый состав. сплава, меняется состав окисной фазы, изСущность изобретения .заключается в меняется состав интерметаллических вклютом, что предлагаемая лигатура содержит чений.цирконий и титан при следующем соотно- Увеличение стабилизации твердого расшении компонентов. мас. %: твора по отношению к вцсокотемлератур Ж 03727ному а -ф а + у распаду позволили снизитьтемпературу нагрева под закалку с 1230 до900-950 С и повысить технологичность производства магнитов,Обнаружено, что присутствие в составе 5сплава остаточных количеств ниобия уменьшает активность таких элементов как алюминий, цирконий, гафний, . титан,Рассмотрение тепловых эффектов образований химических соединений, например, 10алюминия с железом - 13,66 ккал/моль, сниобием (39,2 ккал/моль) позволяет сделатьвывод о том, что замена части железа ниобием должна понижать активность алюминия, что непосредственно характеризуется . 15параметрами взаимодействия алюминия1 А = -0,79.Уменьшение активности А 1. Т 1, Н 1, 9, Егприводит к меньшему угару элементов-раскислителей, к снижению содержания неметаллических включений в газовых изделияхи, как следствие, к повышению.механических свойств, уменьшению количества брака по трещинам и сколам (смотри табл, 1,графа 9-10). 25Уменьшения дефектов по спаям(табл, 1,графа 8) можно обьяснить увеличениемжидкотекучести металла и возрастаниемскорости заполнения формы металлом,- Известно, что легирование сплава алникониобием приводит к возрастанию эффективного числа электронов проводимости напорядок. Это приводит к упрощению решет, ки сплава, период решетки твердого раствоо 35ра при этом изменяется с 2,8760.А доо2,8807 А, при достаточном содержанииниобия в магнитном сплаве 0,1-0,8%,При обработке магнитных сплавов алнико заявляемой лигатурой общее содержание кислорода уменьшается с 0,007-0,01 до0,003-0,006 мас Содержание кислородав сплаве определяется не только содержанием используемой лигатуры, но и техноло-гией. выплавки. При использованиизаявляемой лигатуры значительно изменяется состав окисной фазы. В окисной фазепоявляются сложные окиси, силикатц ссульфидной составляющей марганца,Неметаллические включения и металлическая матрица имеют разные коэффициентц линейного расширения и, в связи с этим,восле неметаллического включения в процессе охлаждения после кристаллизации итермической обработки возникают термические напряжения. При этом максимальнце напряжения (до 50 кгс/мм ) вцзцваливключения корунда, минимальнце(около 5кгс/мм ) силикатц, модули упругости:ул ь фида марганца М и 3 14.Проведенные исследования показали,что неметаллические включения в литых магнитах являются концентраторами напряжений, причем величина этих напряженийзависит от природы и размеров включений,состояния металлической матрицы.При исследовании образцов магнитов,обработанных заявляемой лигатурой и имеющих следующие неметаллические включения, алюмосиликаты, оксисульфы марганца,слокйые комплексы оксидов, нитридов. Прициклическом нагружении (шлифовке) существует критический размер включений, невызывающий образования микротрещин вмагните, Этот размер равен = 2 3 мкм,Как следует из табл. 1, количество трещин и сколов у магнитов, обработанных заявляемой лигатурой, по сравнению собработками, известными лигатурами значительно меньше.Варьирование составом лигатуры позволяет улучшить определенные параметрымагнитов,Использование верхнего предела одного или нескольких элементов из группы цирконий, кремний, гафний позволяет получатьвысокие значения остаточной индукции -до14000 гаусс и выше (табл, 2, состав 8-9),Использование верхнего предела одного или нескольких элементов из группы ниобий, гафний позволяет получать образццмагнитов, стойкие к окислению на воздухедо температуры 1110 С и выше (до 1180 С)(табл, 2),Использование верхнего предела одного или нескольких элементов заявляемойлигатуры из ряда Ег, Мп, Н 1, стойких к трещинообразованию и сколам (табл. 1, сплавВ 39 - 40),Уменьшение содержания ниобия в составе лигатуры менее 0,5 мас.% приводит куменьшению стойкости сплавов к окислению с 1180 до 1000 С, Увеличение ниобия всоставе лигатуры более 30 мас.% приводитк ухудшению магнитнцх и механическихсвойств (табл 1, сплав 72), Уменьшение содержания гафния менее 0,2 мас, ов составелигатуры приводит к снижению окалиностойкости с 1130 до 1000 С(табл. 1, состав74). Увеличение содержания гафния болееБ мас.% не улучшает физических свойств, ноувеличивает стоимость лигатуры.Снижение содержания кремния в лигатуре менее 5 мвс, приводит к ухудшениюобрабатцваемости сплава (табл. 1, состав71), значительно увеличивается брак по сколам и трещинам.Увеличение содержания кремния в составе лигатуры более 10 мас.% приводит к снижению коэрцитивной силы,При этом увеличивается отбраковка по магнитным свойствам, см, табл. 1, состав 75.Уменьшение содержания марганца менее 1 мас.% в лигатуре приводит к резкомуснижению механических свойств и возрастанию отбраковки по трещинам и сколам(табл. 1, состав 76).Увеличение содержания марганца более 10 мас.% в лигатуре приводит к сникению магнитных свойств (табл. 1, состав 77)Уменьшение содержания циркония влигатуре менее 5 мас.% мало эффективно, аувеличение более 92,3 мас. /, не рационально, т.к, не удается получить необходимогокомплекса физических свойств на магнит-.ных образцах. Уменьшение содержания титана в составе лигатуры менее 1 мас,%приводит к отсутствию его влияния на магнитные и механические свойства, т.к. титансвязывается в окисную и нитридные.фазы,Увеличение содержания, титана в составелигатуры более 40% разко снижает механические свойства, значительно увеличивается отбраковка по трещинам и сколам (табл,1, состав 78).30П р и м е р, Лигатура. выплавлялась виндукционной печи на воздухе и атмосфереаргона в тигле из окиси алюминия и циркония. При выплавке на воздухе, учитываяугар металла, гафния, циркония, титана дают на 10-13%, кремния; марганца на 5-8%,ниобия на 1-2% выше необходимого прадела,При выплавке в защитной атмосфере взавалку дают гафния, циркония, марганца,титана на 4-6%, кремния на 3-4%, вышеверхнего предела, ниобий - по шихте.Возможна использование лигатуры и ввиде механической смеси компонентов,входящих в состав заявляемой лигатурыПри этом процесс сплавления компонентов совмещается с процессом рафинирования, угар элементов значительно сокращается. Однако, это возможно в случае, когда лигатура используется на заводе-изготовителе50магнитов и нет необходимости поставляты лигатуру заказчику.. Использование предложенной лигатуры для раскисления и легирования сплавов для постоянных магнитов приводит к.получению принципиально нового качества сплава, не окисляющего в диапазоне температур от 500 до 1180, 1200 С, с зеркальнойповерхностью. с остаточной индукцией более 1400 гаусс (табл 2, составы 8-9).В состав предложенной лигатуры входят самые сильные раскислители для сплавов на основе железа, кобальта, никеля, атакже сплавов алнико,8 табл. 2 приведен химический составсплавов алнико, обработанных заявляемойлигатурой, и физические свойства сплавов.Количество растворенного кислорода и неметаллических включений в металле меньше, чем в плавках выплавленных сизвестной лигатурой (см. табл. 2).8 табл. 2 приведено общее содержаниекислорода, входящего как в состав неметаллических. включений, так и растворенного вметалле.В общем виде зависимость понижениямагнитных. свойств от степени загрязненияметалла неметаллическими включениямиможно обьяснить следующим образом. Вся-кие. дефекты ферромагнитного кристалла(неметаллические включения, трещины,. газовые пузыри и поры, границы зерен и границы блоков, химические и газовыенеоднородности) приводят к местному замыканию магнитного потока, что в конечномсчете уменьшаетрезультирующую намагниченность насыщения, т.е. магнитные свойства снижаются.Отступление от состава заявляемой лигатуры приводит к понижению магнитных,механических и окалиностойких свойств,Способ введения лигатуры в обрабатываемый сплав зависит от применяемой технологии выплавки сплава, причем .остаточные содержания элементов в магнитном сплаве не должны превышать: гафний й - 0,3 мас.%, ниобия - 0,8 мас.%,кремния - 0,4 мас,%, марганца -1,5 мас.%,циркония - .0,3 мас.%.В результате применения предложенной лигатуры получают сплавы с повышенной окалиностойкостью, более чистые покислороду и неметаллическим включениям,с повышенными механическими и магнитными свсйствами,(56) Дт. Роббит. Практика электроплавки, Металлургиздат, 1960, с, 217.Авторское свидетельство СССР М 522255, кл. С 22 С 35/00, 1974.Легирование ниобием магнитотвердых сплавов на основе Ре-Со-гИ-А, В.М. Кузнецов, Известия АН СССР. - Металлы, 1977, Ит 1, с, 139-143,2003727 12 Ящх сц)оо х 1 М о о)-в эо ОЪ (О (О ОЭ СО СО ОЭ в всооо в ваооа 4 ф Сф 5 ф Ю ааааа Оэ ОэОъо о со оъ св жо - в в о о о о Г Ю Ю Ю СО О) Ф фФ оооооаоо "3" сч с 4 с 4 3 сч сч сф 2 сч % ф- а сч а- е- ч сч о ж в о о ссо слмя сО 1 л сч соа ж ж а сч - - сч сз - ч ю сч Щ с) о . ло" о -а о ох Ф хЯ И Э з СС ЩЕ егф оС 9 : Ф СЧ С) Юф333 3 О О О О О фОФ СфЭ СО ОО О Сф) .О СЧ О О О Ф, О 0 О О О О О О О О О О О О О2003727 Составитель 8. РастегаевРедактор С. Кулакова Техред М,Моргентал Корректор.Р.Петрова Тираж . Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 Л Заказ 3311 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формуле изобретения 0,51.ЛИГАТУРА для легирования и рас-. Марганец 10 кисления магнитотвердых сплавов, содер- Кремний5 жащая ниобий, .титан и кремний, Гафний5 отличающаяся тем, что она дополнительно Титансодержит марганец; гафний и цирконий Цирконий Остальное при следующем соотношении компонен. Лигатура по п.1, отличающаяся тем, тов мас.:В а10что, с целью повышения стойкости к окисНиобий 0,5-300 лению на воздухе магнитотвердых сплаМарганец 1-10 вов, она содержит, мас,;Кремний 5- 10 Ниобий 30 Гафний 0,2 - 5,0 Марганец 1 Титан 1 - 40 15 Кремнии 5 Цирко,ний Остальное Гафний 52. Лигатура по п,1, отличающаяся тем, Титанчто, сцелью повышения магнитных Цирконий Остальное свойств магнитотвердых сплавов, она содержит, мас,: