Способ обработки магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт

Способ обработки магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт

Реферат

Изобретение относится к области производства постоянных магнитов из деформируемых магнитотвердых сплавов системы Fe-Cr-Со, которые находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

В настоящее время деформируемые магнитотвердые сплавы системы Fe-Cr-Со (ГОСТ 24897-81) предназначены для производства высококачественных постоянных магнитов, которые используются в самых различных приборах и машинах, т.к. обладают уникальным сочетанием своих магнитных гистерезисных (на уровне сплавов ЮНДК) и механических (в первую очередь прочностных) свойств. Высокие пластические свойства FeCrCo сплавов в определенном структурном состоянии (например, после закалки от температур выше 950°С) позволяют подвергать их всем видам обработки металлов давлением (прокатке, волочению, штамповке и т.д.) и всем видам лезвийной обработки (точению, фрезерованию и т.д.), что в условиях крупносерийного производства постоянных магнитов резко снижает их себестоимость.

Однако в высококоэрцитивном состоянии (т.е. в состоянии максимальных магнитных гистерезисных свойств) прочность (σ_в) FeCrCo сплавов достигает максимальных значений (σ_в=800-1000 МПа), а пластичность (δ) падает до нуля. Тем не менее производители и разработчики высокооборотных (до 100000 об/мин и выше) машин и механизмов, в которых магнитотвердые материалы составляют основу (гироскопы, центрифуги по обогащению урана, управляемые маховики, электрошпиндели, турбокомпрессоры и т.д.), постоянно выставляют требование получить у магнитотвердого материала определенную пластичность (хотя бы в пределах 2-3%) в высококоэрцитивном состоянии.

Из уровня техники известен способ обработки магнитотвердых сплавов системы Fe-Cr-Со (SU № 1520114, 07.11.89 г., Бюллетень № 41). Способ включает гомогенизацию, закалку, термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск. После полного цикла обработки сплавы обладают максимальными магнитными свойствами, но полным отсутствием пластичности, что не позволяет их использовать в ряде машин и механизмов.

Задачей, на которое направлено предлагаемое изобретение, является получение определенной пластичности в высококоэрцитивном состоянии. Техническим результатом является получение магнитотвердых сплавов системы Fe-Cr-Со с требуемым сочетанием магнитных гистерезисных свойств и пластичности.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ обработки магнитотвердых сплавов системы Fe-Cr-Со, включающий термообработку путем гомогенизации, закалки, термомагнитной обработки и многоступенчатого отпуска на получение максимальных магнитных свойств, при этом после многоступенчатого отпуска проводят пластическую деформацию сдвигом в условиях гидростатического давления.

Поставленная задача была решена для магнитотвердых деформируемых FeCrCo сплавов путем пластической деформации материала в условиях гидростатического (квазигидростатического) давления. Диск диаметром 8 мм и толщиной 0,2 мм из сплава 22Х15КА (ГОСТ 24897-81), прошедшего полный цикл термической обработки (гомогенизацию, закалку, термомагнитную обработку и многоступенчатый отпуск) на получение максимальных магнитных гистерезисных свойств, помещали между наковальнями Бриджмена и методом сложного нагружения проводили пластическую деформацию сдвигом (поворот приблизительно на 90°). В результате у материала появляется пластичность (диск выдержал пластическую деформацию путем изгиба приблизительно на 90° без разрушения), в то время как магнитные свойства хотя и уменьшились приблизительно на 5-10% (см. таблицу 1), тем не менее остались на достаточно высоком уровне, обеспечивающем все требования эксплуатации механизмов.

Элетронно-микроскопическое исследование деформированного образца показало, что пластическая деформация образца магнитотвердого FeCrCo сплава, находящегося в высококоэрцитивном состоянии, во-первых, происходит преимущественно путем двойникования по границам зерен и, во-вторых, при пластической деформации происходит исчезновение концентрационных неоднородностей, обеспечивающих высококоэрцитивное состояние. Структура высококоэрцитивного состояния α₁+α₂ (где α₁ - сильномагнитные наночастицы в слабомагнитной α₂ матрице) переходит в структуру исходного α твердого раствора, который является очень пластичным (выдерживает свыше 99% холодной деформации при прокатке). Таким образом, после проведения оптимальной пластической деформации (с точки зрения получения требуемого сочетания магнитных свойств и пластичности) FeCrCo сплавов в высококоэрцитивном состоянии мы получаем структурно-композиционный материал (зерна размером 300-500 мкм, находящиеся в высококоэрцитивном состоянии и имеющие высокую хрупкость, окаймлены тонкими магнитомягкими высокопластичными прослойками толщиной в несколько нанометров), который обеспечивает и высокий уровень магнитных гистерезисных свойств, и вполне приличный уровень пластичности материала. При значительной пластической деформации FeCrCo материала, находящегося в высококоэрцитивном состоянии, происходит значительная деградация магнитных гистерезисных свойств.

Таблица 1.Магнитные и механические свойства сплава 22Х15КА в высококоэрцитивном состоянии до и после пластической деформации.
Свойства	До пластической деформации	После пластической деформации
Остаточная индукция Вr, кГс	14,0	12,8
Коэрцитивная сила Нсв, Э	580	560
Максимальное энергетическое произведение (ВН)макс., МГс·Э	6,0	5,5
Предел прочности σв, МПа	1000	800
Угол изгиба при испытании на изгиб, град.	0	≈90

Способ обработки магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт, включающий термическую обработку путем гомогенизации, закалки, термомагнитной обработки и многоступенчатого отпуска на получение максимальных магнитных гистерезисных свойств, отличающийся тем, что после многоступенчатого отпуска проводят пластическую деформацию сдвигом в условиях гидростатического давления.