CH635617A5

CH635617A5 - Procede de traitement thermique des alliages fe-co-cr pour aimants permanents et produits ainsi obtenus.

Info

Publication number: CH635617A5
Application number: CH47679A
Authority: CH
Inventors: Claude Bronner; Daniel Jullien
Original assignee: Aimants Ugimag Sa
Priority date: 1978-01-19
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1983-04-15
Also published as: FR2415145B1; IT7919384A0; CA1132886A; ES476970A1; IN151185B; EP0003466B1; BR7900316A; US4246049A; ATA35579A; BE873557A; EP0003466A1; IT1110740B; AT373629B; DE2960005D1; FR2415145A1; JPS54109021A; JPS5856731B2

Description

La présente invention concerne un procédé de traitement thermique des alliages Fe-Co-Cr destinés à la fabrication d'aimants permanents ainsi que les aimants réalisés par ce procédé. Ces alliages ont pour composition (en poids):

Co : 10 à 40%

Cr: 10 à 40%

éventuellement un ou plusieurs des éléments Al, Nb, Ta, W, Mo, V, Ti, Si, Cu en quantité totale inférieure à 10%, le reste étant du fer.

Le brevet français no 2 149 076 décrit certains alliages de ce type ainsi que leurs traitements thermiques. On moule une première forme que l'on soumet à un traitement d'homogénéisation à haute température entre 1200 et 1400 °C pendant plus de 10 minutes, suivi d'une trempe rapide jusqu'à la température ambiante. A ce stade, le corps moulé peut subir, sans difficulté particulière, diverses opérations de mise en forme telles que laminage, perçage, usinage, etc... pour l'amener à une forme proche de la forme définitive.

Ensuite, le corps est soumis à un traitement isotherme de recuit dans un champ magnétique, à une température comprise entre 580 et 650 °C (de préférence 600 à 640 °C) pendant une période de 10 minutes à 2 heures, mais préférentiellement de l'ordre de 30 minutes. Après retour à la température ambiante, la pièce est soumise à un ou plusieurs revenus à des températures comprises entre 530 et 650 °C pendant 1 à 9 h, ces revenus pouvant se faire à des températures étagées décroissantes.

On constate alors que ces différents revenus ont tendance à diminuer la rectangularité du cycle d'hystérésis mesurée par le rapport ï| entre l'énergie spécifique (BH) max et le produit Br Hc de l'induction rémanente par le champ cœrcitif.

D'autre part, si l'on veut obtenir une énergie spécifique (BH) max supérieure à 5 106 Gauss-Oersteds, il faut procéder, comme le montre l'exemple 12 du brevet français précité, à une opération de corroyage supplémentaire (laminage ou forgeage) entraînant une réduction de la section transversale de la-pièce. L'expérience montre que dans de nombreux cas, cette opération conduit à une fissuration ou une rupture de la pièce due au fait 5 qu'à ce stade, l'alliage est biphasé et fragile.

Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients et de permettre la fabrication d'aimants permanents an-isotropes du type Fe-Cr-Co présentant un cœfficient r) de rectangularité de la courbe d'hystérésis constant au cours des reve-io nus et dont l'énergie spécifique peut dépasser 5 10® Gauss-Oersteds sans opération de corroyage supplémentaire et, donc, sans risque de rupture.

Elle peut permettre également la fabrication d'aimants permanents isotropes dont la courbe d'hystérésis présente une rec-îstangularité plus grande que celle obtenue avec les traitements connus.

L'invention consiste à réaliser le traitement de recuit qui suit la trempe après homogénéisation en deux étapes:

— une première étape à une température comprise entre 20630 et 670 °C pendant une durée comprise entre 5 et 30 minutes;

- une seconde étape immédiatement après, sans retour à basse température, à une température inférieure de 40 à 70 °C à la précédente pendant au moins 10 minutes.

25 La durée de la première étape est suffisamment courte pour éviter la précipitation de la phase o fragile dans l'alliage. La température de maintien pendant cette première étape est comprise de préférence entre 640 et 660 °C.

Le traitement de revenu se fait préférentiellement en trois 30 étapes de durée croissante à des températures étagées décroissantes d'environ 30 °C. Ces étapes peuvent être enchaînées ou séparées par des retours à la température ambiante.

Pour réaliser des aimants permanents anisotropes, on applique, pendant la première étape du recuit, un champ magnétique 35 dont la courbure des lignes de champ est appropriée à l'application envisagée de l'aimant. La seconde étape du recuit peut se faire avec ou sans action d'un champ magnétique.

Bien entendu, pour obtenir des aimants isotropes, le traitement de recuit ne comporte aucune action d'un champ magné-40 tique.

Les alliages mis en œuvre dans le procédé selon l'invention peuvent être obtenus de manières diverses, par exemple par fusion des éléments constitutifs à l'état pur ou à l'état préallié, ou par frittage de mélanges pulvérulents des éléments constitu-45 tifs ou d'alliages de ces éléments. On peut également appliquer le procédé à des alliages auxquels on a conféré une structure cristalline priviligiée par des moyens connus (gradient thermique, fusion de zone, etc...).

L'invention sera illustrée par les exemples de réalisation sui-50 vants et par la figure unique du dessin annexé, qui représente un schéma du traitement thermique d'un alliage selon l'invention, pour obtenir un aimant anisotrope, la partie hachurée de la courbe représentant la zone de temps et de température où il est nécessaire d'appliquer un champ magnétique.

55

Exemple 1

On a coulé un alliage Fe-Co-Cr de composition suivante (en poids):

Co: 20%

60Cr : 29%

W: 0,5%

Fe : solde et on lui a fait subir le traitement thermique suivant, schématisé sur la figure:

65 1) homogénéisation à 1300 °C suivie d'une trempe à l'eau jusqu'à la température ambiante,

2) chauffage jusqu'à 655 °C et maintien pendant 15 minutes en présence d'un champ magnétique de 2000 Oersteds,

3

635617

3) refroidissement en 5 minutes, en présence du champ magnétique, jusqu'à 600 °C,

4) maintien à 600 °C pendant 15 minutes sans champ magnétique,

5) trempe à l'eau ou refroidissement à l'air jusqu'à la température ambiante,

6) revenus étagés lh30 à 580 °C puis 5 h à 550 "C, puis 15 h à 520 °C.

A titre de comparaison, on a réalisé le traitement de l'art antérieur dans lequel, après les 15 minutes à 655 °C, on est descendu en 15 minutes à 400 °C. On a mesuré dans chaque cas les caractéristiques magnétiques de l'aimant obtenu, et établi le rapport:

(BH) max ri = —

1 BrHc

Les résultats ont été rassemblés dans le tableau I dans lequel on a désigné par:

- A et B deux résultats d'essais dans une même coulée pour laquelle le recuit a été fait, selon l'invention, en deux étapes,

- C et D deux résultats issus de la même coulée que ci-dessus ayant subi le traitement de comparaison,

- 1,2 et 3 les mesures faites respectivement après le recuit, après le deuxième revenu et après le troisième revenu.

Ces résultats montrent clairement qu'avec le procédé selon l'invention on obtient des aimants anisotropes ayant une énergie s spécifique supérieure à 5 106 Gauss-Oersteds et un cœfficient r) supérieur à 0,60 ce qui n'était pas possible avec le procédé de l'art antérieur sans opération supplémentaire de corroyage. De plus, les durées de traitement sont raisonnables et n'élèvent pas le prix de revient.

10

Exemple 2

De même, on a appliqué un traitement identique selon l'invention, mais cette fois en l'absence de champ magnétique pour 15 réaliser des aimants isotropes et un traitement de comparaison selon l'art antérieur identique au cas précédent, mais sans champ magnétique.

Les résultats sont indiqués au tableau II dans lequel on a désigné par A' l'essai pour lequel le recuit a été fait selon l'in-20 vention, et par C' l'essai pour lequel le traitement de recuit de l'art antérieur a été appliqué, les indices 1,2 et 3 ayant la même signification que précédemment.

Tableau I

Essai Al A2 A3 B1 B2 B3

Br Gauss 11 800 12 000 12 400 11900 12 000 12 300

He Oersted 565 680 670 550 675 665

(BH) max IO6

Gauss-Oersted 4,25 5,25 5,30 4,15 5,05 5,10

(BH) max BrHc

0,64 0,64 0,64 0,63 0,62 0,62

Tableau I (suite)

Essai

Br Gauss He Oersted (BH) max IO6 Gauss-Oersted

(BH) max n= ——

1 BrHc

Cl

C2

C3

D1

D2

D3

12 000 440

11 600 740

12 000 735

12 000 410

11 800 680

12100 680

3,10

4,30

4,40

3,00

4,05

4,15

0,58

0,52

0,49

0,60

0,50

Tableau II

Essai

A',

A'2

A'a

C'i

C',

C'3

Br Gauss

8500

8900

9050

9500

8850

900

He Oersted

520

630

615

335

560

(BH) max

(MG-Oe)

1,90

2,20

2,25

1,35

1,70

1,75

TI

0,41

0,39

0,40

0,42

0,34

0,35

On constate que le traitement A selon l'invention améliore - chauffage jusqu'à 665 °C maintenu 15 minutes en pré-

notablement les propriétés magnétiques d'un aimant isotrope, sence d'un champ magnétique de 2000 Oersteds,

en particulier en ce qui concerne la rectangularité de la courbe 60 - refroidissement en 5 minutes à 590 °C en présence du d'hystérésis. champ magnétique,

- maintien à 590 °C (sans champ) pendant 30 minutes et trempe à l'eau,

Exemple 3 - trois revenus étagés lh30 à 580 °C, puis 5h à 550 °C, puis

On a traité une composition constituée (en poids) de 17% 6515h à 520 °C.

17 % Co, 26 % Cr, 0,5 % W, le reste étant essentiellement du fer, Les résultats de 2 essais effectués sur cette composition de la façon suivante: après recuit (1) après le 2ème revenu (2) et après le 3ème

- homogénéisation à 1320 °C pendant lh et trempe à l'eau, revenu (3), sont les suivants:

635 617

4

Tableau III

Essai no 1 1 2

Essai no 2 1 2

- triple revenue étagé de lh30 à 580 °C, puis 5 h à 550 °C, puis 15 h à 520 °C.

Les résultats obtenus sur 2 échantillons sont reportés dans le 5 tableau IV suivant (avec les mêmes notations).

Br Gauss He Oersted (BH)max MG-Oe il

13 800 13 900 14 200 13 800 13 900 14 200 275 575 570 270 575 590

2,90 0,76

5,70 6,10 0,715 0,75

2,60 0,70

5,70 0,73

5,90 0,70

Tableau IV

Exemple 4

On a traité une composition comprenant (en poids) 15 % de Co, 24% de Cr, 1 % W, le solde étant essentiellement du fer, de la manière suivante:

— homogénéisation à 1250 °C pendant lh, suivie d'une trempe à l'eau,

— chauffage à 670 °C et maintien pendant 15 minutes en présence d'un champ magnétique de 2000 Oersteds,

— refroidissement en 5 minutes à 590 °C (sou champ) et maintien pendant 30 minutes (hors champ) suivi d'une trempe à l'eau (ou d'un refroidissement à l'air) jusqu'à la température ambiante,

10

Br Gauss He Oersted (BH)max w MG-Oe *1

Essai no 3 1 2 15 000 15 000 155 520

6,10 0,78

3

15 300 560

6,50 0,76

Essai no 4 1 2 14 700 14 700 180 540

5,95 0,75

3

15 000 570

6,40 0,75

On peut constater que les compositions faiblement alliées (en Co et Cr) exemples 3 et 4, présentent des valeurs de BHmax 20 et de T) largement supérieures à celles obtenues avec les alliages chargés (exemple 1) représentatifs de l'état de la technique, et que le plus faiblement allié (exemple 4) offre lui-même des caractéristiques magnétiques supérieures ou équivalentes à celles de l'alliage de composition intermédiaire (exemple 3).

1 feuille dessins

Claims

635 617

1. Procédé de traitement thermique d'un alliage Fe-Co-Cr pour aimant permanent constitué de 10 à 40% de Co, 10 à 40% de Cr, de 0 à 10% d'un ou plusieurs des éléments du groupe Al, Nb, Ta, W, Mo, V, Ti, Si et Cu, le reste étant du fer, comportant une homogénéisation entre 1200 et 1400 °C pendant au moins 10 minutes, suivie d'une trempe rapide, un recuit et un ou plusieurs revenus à des températures comprises entre 500 et

600 °C, caractérisé en ce que le recuit est réalisé en deux étapes:

- une première étape à une température comprise entre 630 et 670 °C pendant une durée comprise entre 5 et 30 minutes,

- une seconde étape suivant immédiatement après la première sans retour à basse température, à une température inférieure de 40 à 70 °C à la précédente pendant au moins 10 minutes.

2. Procédé selon la revendication 1, destiné à la fabrication d'un aimant permanent anisotrope, caractérisé en ce qu'on applique un champ magnétique au moins dans la première étape du recuit.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la température de la première étape du recuit est comprise entre 640 et 660 °C.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement de revenu est effectué en trois étapes de durées croissantes à des températures étagées décroissantes d'environ 30 °C l'une par rapport à l'autre.

5. Aimant permanent anisotrope réalisé par le procédé selon l'une des revendications 2 à 4, présentant une énergie spécifique BH max supérieure à 5 106 Gauss-Oersteds (40 kJ/m3) ; caractérisé en ce que son cœfficient T] de rectangularité du cycle d'hystérésis est supérieur ou égal à 0,60.