СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО МАГНИТНО-МЯГКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-АЛЮМИНИЙ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО МАГНИТНО-МЯГКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-АЛЮМИНИЙ


RU (11) 2103384 (13) C1

(51) 6 C21D8/12, H01F1/14 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94024390/02 
(22) Дата подачи заявки: 1994.06.29 
(45) Опубликовано: 1998.01.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 872580, кл. C 21 D 8/12, 1981. 
(71) Заявитель(и): Институт прецизионных сплавов "ЦНИИЧермет" 
(72) Автор(ы): Ястребов И.Г.; Соснин В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Институт прецизионных сплавов "ЦНИИЧермет" 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО МАГНИТНО-МЯГКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-АЛЮМИНИЙ 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для создания магнитострикционных сплавов. Технический эффект от использования предложенного способа состоит в получении сплава железоалюминий с высокой магнитострикцией насыщения. Сущность изобретения. Предложен способ изготовления магнитострикционного магнитно-мягкого сплава системы железо - 12 - 14% по массе алюминия включает выплавку, разливку жидкого металла на ленту со скоростью охлаждения 104 - 105 oC/с по двухвалковой схеме, холодную прокатку с обжатием 5 - 20%, высокотемпературный отжиг полученной ленты в вакууме при 1100 - 1200oC в течение 1 - 2 ч и последующее охлаждение ленты до 800 - 850oC со скоростью 50 - 100oC/мин. Предложенная технология позволяет получить сплав в виде ленты толщиной 0,15 - 0,25 мм с магнитострикцией насыщения 7010-6, достигаемой в магнитных полях 50 - 100 Э, причем лента достаточно пластичная (, 5%) и позволяет осуществлять смотку в рулон, резку и штамповку. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к металлургии, конкретнее к созданию магнитострикционных сплавов и может быть использовано при производстве сердечников преобразователей для ультразвуковой и электровибрационной техники.

Известен способ получения магнитного сплава, содержащего 2 - 6% алюминия, остальное железо, включающий выплавку, ковку, горячую прокатку с промежуточным и окончательным высокотемпературным отжигом [1].

Недостатком данного способа является низка магнитострикция (510-6).

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ изготовления магнитного сплава, содержащего 3 - 6% алюминия, включающий выплавку, ковку, горячую прокатку, холодную прокатку с промежуточным и окончательным высокотемпературным отжигами и конечную холодную прокатку с суммарным обжатием 5 - 20% [2].

Недостатком этого способа является низкая магнитострикция (22-36)10-6.

Предложенное техническое решение направлено на получение сплавов железо-алюминий, где алюминия 12 - 14% по массе, с высокой магнитострикцией и достаточной технологической пластичностью.

Указанный технический эффект достигается тем, что в способе изготовления магнитно-мягкого магнитострикционного сплава, преимущественно системы железо-алюминий, включающем выплавку, холодную прокатку и высокотемпературный отжиг, согласно изобретению получают сплав с содержанием 12 - 14% алюминия, при этом после выплавки сплава осуществляют разливку жидкого металла на ленту со скоростью 104 - 105 oC/с по двухвалковой схеме, а высокотемпературный отжиг полученной ленты производят при 1100 - 1200oC в течение 1 - 2 ч в вакууме с последующим охлаждением до температуры 800 - 850oC со скоростью 50 - 100oC/мин. Холодную прокатку с обжатием 5 - 20% рекомендуется проводить перед высокотемпературным отжигом.

Сущность предложенного технического решения заключается в создании в результате скоростной закалки расплава в двух валках микрокристаллической структуры с размером зерна 10 - 20 мкм в виде ленты толщиной 0,20 - 0,25 мм. Такая лента хорошо прокатывалась в холодную, легко резалась, сматывалась в рулон и штамповалась. Природная хрупкость сплава Fe - 12 - 14% A1 была преодолена за счет мелкозернистой кристаллической структуры и частичного подавления упорядочения при скоростной закалке расплава. Холодная прокатка микрокристаллической ленты с обжатием 5 - 20% и высокотемпературный отжиг с резким охлаждением на начальном этапе обеспечили создание текстурованного по типу (110)<oke> магнитно-мягкого материала в виде ленты с определенным объемом 90o доменов, созданных за счет выделений карбидов алюминия, что предопределило получение высокой магнитострикции насыщения ( s 7010-6) в сравнительно малых магнитных полях (50 - 100 Э).

Выбор двухвалковой схемы разливки со скоростью охлаждения расплава 104 - 105oC/с обусловлен необходимостью обеспечения скорости закалки при толщине получаемой ленты 0,20 - 0,25 мм. Минимальная величина среднего размера зерна получаемой ленты 10 мкм соответствует наибольшей пластичности 5% при максимальной скорости охлаждения 105oC/с, ограниченной техническими возможностями установки для микрокристаллического литься (скоростью вращения валков, эффективностью их охлаждения, температурой выпуска расплава, давлением валков, объемом охлаждаемого расплава и другими параметрами установки).

Выбор температуры отжига 1100 - 1200oC позволяет получить максимальные значения магнитострикции насыщения в минимальных магнитных полях. Интервал температур термической обработки определяется наиболее эффективными при этих температурах процессами рафинировки и тесно связанным с ним процессом формирования текстуры. Сульфиды алюминия и карбиды алюминия растворяются наиболее благоприятным образом, обеспечивая получение совершенной текстуры (110)<Oke>. Более высокие температуры вызывают сильный рост зерен всех ориентировок и не позволяют получить текстуру (110)<Oke>, а тем самым уменьшают объем 90o доменов, образующихся благодаря выделению карбидов, и определяющих величину магнитострикции.

Температуры ниже 1100oC дают более низкие значения магнитострикции насыщения в силу заторможенности или остановки процессов рафинировки и текстурообразования. Выбор длительности термообработки определяется оптимальными значениями магнитострикции насыщения и связан с условиями получения оптимальной текстуры в ленте.

Интервал температур термообработки связан с весом садки.

Скорость охлаждения в вакууме 50 -100oC/мин, обеспечивает формирование карбидов алюминия по осям <100>, как из твердого раствора, так и из газовой фазы над поверхностью ленты [3]. Определенную роль играют напряжения, возникающие при таких скоростях охлаждения. Причем направления <100> являются наиболее благоприятными для их концентрации. После выпадания карбидов имеет место напряженное состояние, которое снимается при дальнейшем охлаждении с температуры 800 - 850oC. При намагничивании около выпавших карбидов возникают направленные напряжения, обеспечивающие перестройку 180o границ в 90o и максимальные значения магнитострикции.

Использование температур ниже 800oC вызывает излишние напряжения, которые могут сохраниться при медленном 100oC/ч охлаждении и не позволит получить максимальных значений магнитострикции насыщения в магнитных полях 50 - 100 эрстед. Охлаждение до температур выше 850oC не позволяет получить достаточное количество направленных карбидов в силу их растворения и в дальнейшем обеспечить достаточный объем 90o доменов, а т.е. не даст высоких значений магнитострикции.

Увеличение времени термической обработки свыше 2 ч вызовет уменьшение углерода ниже оптимального уровня и приведет к снижению количества направленных карбидов, уменьшению объема 90o доменов, а т.е. к снижению уровня магнитострикции насыщения.

Уменьшение времени выдержки при 1100 - 1200oC менее 1 ч не даст должного развития процессу рекристаллизации и не будут получены высокие значения магнитострикции.

Проведение охлаждения со скоростями более 100oC/мин ограничено техническими возможностями используемого оборудования, так как масса садки отжигаемого металла, объем бесфутеровочной печи и среда отжига безусловно ограничивают скорость охлаждения.

Охлаждение со скоростью мене 50oC/мин не дает значительного эффекта увеличения магнитострикции, так как выделения карбидов алюминия незначительны и не весь объем 180o границ перестраивается в 90o.

Холодная прокатка с обжатием более 20% приводит к разрушению текстуры, полученной во время литья, и тем самым не позволяет получить совершенную текстуру (110)<Oke> и мы не достигаем высоких значений магнитострикции насыщения.

Холодная прокатка с обжатием менее 5% при имеющейся разнотолщинности ленты в толщине 0,2 - 0,25 мм технически трудно реализуема и не дает заметного увеличения магнитострикции насыщения.

Выбор сплавов с содержанием алюминия 12 - 14% алюминия по массе не случаен. Такие сплавы имеют наивысшие константы магнитострикции, а т.е. и наибольшие значения магнитострикции насыщения.

Пример осуществления способа.

Сплав Fe - 13% Al выплавляли в вакуумно-индукционной печи с объемом магнезитового тигля 25 кг. Разработанная технология выплавки позволила получить заготовки, содержащие: 0,003% кислорода; 0,2% серы и 0,02% углерода по массе. Операция ковки была исключена благодаря разливки металла в печи под вакуумом в изложницу диаметром 77 мм.

Разливка полученных заготовок на ленту толщиной 0,25 мм проводилась на машине АМКЛ-150, изготовленной ВНИИМетМаш по заданию Института прецизионных сплавов. Расплавление заготовок Fe-A1 сплавов производили в индукционной печи под защитной атмосферой (чистый аргон) для предотвращения окисления металла и изменения его химического состава. После расплавления заготовок при определенной температуре выпуска металл через шибер и сопло попадал в створ двух бронзовых водоохлаждаемых валков, вращающихся навстречу друг другу со скоростью 6,5 м/с, где охлаждался со скоростью 104 oC/с. Полученную закаленную ленту толщиной 0,25 мм и шириной 150 мм прокатывали с обжатием 10%, отжигали в вакуумной печи с остаточным давлением 510-4 мм рт.ст., при 1100oC в течение 1 ч и охлаждали со скоростью 50oC/мин до 800oC, а затем охлаждали по 100oC/ч. до 400oC, далее охлаждали с выключенной печью под вакуумом до 100oC.

Результаты испытаний, а также остальные примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый нами способ обеспечивает получение сплавов с магнитострикцией в 1,5 - 3 раза большей, чем у аналога.

В результате реализации предложенного способа получена технологичная лента сплавов Fe - 12 - 14% Al, с магнитострикцией насыщения 7010-6, из которой изготовлены магнитострикционные преобразователи, способные конкурировать с аналогами из никеля и пермендюра (сплав 49К2Ф).

Измерения магнитострикции производили фотоэлектрическим методом при частоте перемагничивания 50 Гц и размере образца 0,2х30х280 мм [4].

Коэрцитивная сила, измеренная на образцах, изготовленных в соответствии с п.1 - 6 таблицы, в среднем равнялась 15 А/м, магнитная индукция насыщения 1,6 Тл. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ изготовления магнитострикционного магнитно-мягкого сплава системы железо алюминий, включающий выправку, холодную прокатку с обжатием 5 20% и высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что выплавляют сплав, содержащий 12 14 мас. алюминия, после выплавки осуществляют разливку жидкого металла на ленту со скоростью охлаждения (104 - 105)oС/с, а высокотемпературный отжиг ленты проводят в вакууме при 1100 1200oС в течение 1 2 ч с последующим охлаждением до 800 - 850oС со скоростью не менее 50oС/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение до 800 850oС проводят со скоростью 50 100oС/мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разливку жидкого металла на ленту осуществляют по двухвалковой схеме.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru