CS215841B1

CS215841B1 - Postup tepelného zpracování polotovarů a součástí magnetických obvodů ze slitin železo-kobalt

Info

Publication number: CS215841B1
Application number: CS907780A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Chramosta; Antonin Sapik
Original assignee: Oldrich Chramosta; Antonin Sapik
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Vynález se týká postupu tepelného zpracování polotovarů a součástí magnetických obvodů ze slitin železo-kobalt. Účelem vynálezu je zajistit rovnoměrné rozložení magnetických vlastností v požadovaném objemu polotovarů a součástí magnetických obvodů. Podstatou vynálezu je, že polotovary a součásti se po žíhání ve vakuu nebo ve vodíkové atmosféře na teplotě 1050 °C až 1200 °C řízeně ochlazují rychlostí 40 °C až 1 °C . 1 h 1 na teplotu 400 °C až 300 °C a dále neřízené do teploty 50 °C, stále ve vakuu nebo ve vodíkové atmosféře. Vynález lze využít zejména při výrobě pólových nástavců pro elektromagnety spektrometrů NMR a pro optiky elektronových mikroskopů.

Description

STŘEDNÍ POLOMĚR MEIlkRUlí £ Lwml

Vynález se týká postupu tepelného zpracování polotovarů a součástí magnetických obvodů ze slitin železo-kobalt, za účelem získání rovnoměrného rozložení magnetických vlastností v požadovaném objemu.

Polotovary a součásti magnetických obvodů pro potřeby spektrometrů nukleární magnetické rezonance (dále NMR) a elektronových mikroskopů se v některých případech vyrábějí z magneticky měkkých slitin železo-kobalt. U těchto polotovarů je důležité, aby jejich magnetické vlastnosti, zejména permeabilita, byly v celém objemu součásti rozloženy rovnoměrně. Není-li tato podmínka splněna, dělí se magnetický tok uvnitř součásti v poměru náhodně rozložených vodivostí a tak také vstupuje do vzduchové mezery. Důsledkem tohoto jevu je narušení teoreticky stanovené konfigurace magnetického pole, při jejímž výpočtu se předpokládalo, že materiál je magneticky stejnorodý. Jedná-li se o pole vytvářené v elektromagnetech pro spektrometry NMR nebo v optikách elektronových mikroskopů, kde je požadována jeho extrémně malá nehomogenlta, zhorší tato narušení konfigurace parametry celého přístroje. Proto nemohou být takové magneticky nestejnorodé součásti použity a jsou obvykle zmetkovány. Při značné a stále stoupající ceně kobaltu a při jeho celosvětovém nedostatku dochází tímto postupem k nezanedbatelným národohospodářským ztrátám.

Jednou z hlavních příčin nerovnoměrného rozložení magnetických vlastností v polotovarech ze slitiny železo-kobalt je nerovnoměrnost jejich krystalické struktury a chemického složení. Polotovary jsou vyráběny hutně a v požadovaných množstvích ani jinak vyráběny býti nemohou. Hutní norma však uvedené strukturální a chemické nerovnoměrnosti nedefinuje a nijak nezaručuje. Části magnetických obvodů z takového materiálu zhotovené a podle doporučení výrobce žíhané na teplotě 840 °C dosáhnou sice v průměru příhodnějších magnetických vlastností, ale rovnoměrnost jejich rozložení v požadovaném objemu se ve většině případů nezlepší ani po opakovaném žíhání při doporučené teplotě. Také proporcionálním hlubokým přetvářením za teplot vyšších než bod fázové přeměny a - γ (A_C3) nebylo dosaženo uspokojivých výsledků, nehledě k realizačním obtížím.

Tyto nedostatky řeší postup tepelného zpracování polotovarů a součástí magnetických obvodů ze slitin železo-kobalt, za účelem získání rovnoměrného rozložení magnetických vlastností v požadovaném objemu. Podstatou vynálezu je, že polotovary a součásti se po žíhání ve vakuu nebo ve vodíkové atmosféře na teplotě 1050 °C až 1200 °C řízené ochlazují rychlostí 40 ^CC až 1 °C . . 1 Ir¹ na teplotu 400 °C až 300 °C a dále neřízené do teploty 50 °C stále ve vakuu nebo ve vodíkové atmosféře. Doba setrvání na žíhací teplotě se řídí podle rozměrů žíhaných výrobků a pohybuje se od několika hodin pro malé součásti až po desítky hodin pro součásti rozměrnější.

Takto provedeným tepelným zpracováním se dosáhne zrovnoměrnění krystalické struktury. Při horní hranici 1200 °C dochází navíc k difúznímu vyrovnáni koncentrace prvků v materiálu, a tedy ke zmenšení heterogennostl chemického složení. Smyslem pozvolného ochlazování při přechodu přes bod fázové přeměny a - γ (A_C3) je zajistit časově shodný pokles teploty v celém objemu součásti a umožnit tak rovnoměrný růst zrn bez vzniku škodlivého vnitřního pnutí. Čím je součást větší, tím musí být ochlazování pozvolnější. Výsledkem tohoto postupu tepelného zpracování je rovnoměrné rozložení magnetických vlastností, zejména permeability v požadovaném objemu polotovaru nebo součásti magnetického obvodu. Tím se přiblíží skutečný stav materiálu stavu teoreticky předpokládanému a v magnetickém poli, zejména mezi pólovými nástavci elektromagnetů pro spektrometry NMR v optikách elektronových mikroskopů lze pak dosáhnout extrémně malých nehomogenlt.

Příklad

Byl zhotoven kotouč o průměru 320 mm a tloušťce 90 mm ze slitiny železo-kobalt značky 49 KF-IL, obsahující 49 % kobaltu, 1,16 % vanadia, 0,02 % uhlíku a zbytek železo. Tento kotouč byl tepelně zpracován jednak podle údajů výrobce, tj. při 840 °C po dobu 10 hodin, jednak podle tohoto vynálezu při teplotách 1040 °C a 1050 °C po dobu 6 hodin. Ochlazování probíhalo ve všech případech rychlostí menší než 40 °C . . 1 Ir¹.

Rovnoměrnost krystalické struktury byla nedestruktivně sledována po každém tepelném zpracování na základě měření útlumu ultrazvuku. Tato metoda podle čs. AO 183 893 umožňuje získat obraz o rozložení magnetických vlastností prozařovaného materiálu, které souvisejí s jeho krystalickou strukturou. Čím větší je útlum, vyjádřený koeficientem útlumu a, tím větší je zrno a permeabilita. Ze stejného útlumu v požadovaném objemu materiálu se dá usuzovat na rovnoměrné rozložení magnetických vlastností.

Při měření byla ultrazvuková sonda o průměru 25 mm přikládána na broušenou čelní plochu kotouče tak, že ultrazvukové vlnění procházelo ve směru jeho osy, tj. ve směru budoucího magnetického toku. Měřicí místa se nacházela jednak v ose kotouče, jednak na pěti mezikružích, jejichž střední poloměr je odstupňován po 25 mm. Ze všech měření v každém mezikruží byla stanovena průměrná hodnota koeficientu útlumu, která je ukazatelem jeho radiální změny.

Výsledky měření jsou graficky znázorněny na obr. 1. Na vodorovné ose jsou vyneseny střední poloměry mezikruží, v nichž byl naměřen průměrný koeficient útlumu «. Ten je vynesen na svislé ose. Lomená čára 1 znázorňuje radiální změny koeficientu útlumu po žíhání podle údajů výrobce. Lomené čáry 2 a 3 ukazují, jak se změny koeficientu útlumu zmenšily po tepelném zpracování při teplotách 1040 °C a 1050 °C podle tohoto vynálezu. V centrální oblasti kotouče je v obou případech hodnota koeficientu útlumu prakticky shodná. Žíháním při teplotě 1050 °C se však rozdíl teplot tohoto koeficientu mezi středem a obvodem ještě dále zmenšil.

V tomto příkladu tepelného zpracování byl požadovaný objem s rovnoměrným rozložením magnetických vlastností ohraničen kružnicí o poloměru 75 mm. Za míru strukturální homogenity materiálu je považována maximální hodnota rozdílu koeficientů útlumu naměřených v tomto objemu. Porovnání výsledků pro uvedené tři žíhací teploty je patrné z tohoto přehledu:

Žíhací teplota	840 °C	1040 °C	1050 °C
Setrvání na teplotě	10 h	6 h	6 h
Max. rozdíl koef. útlumu v požadovaném objemu	1,38.10²	0,54.10²	0,42.10-²

Při žíhací teplotě 1050 °C podle tohoto vynálezu bylo dosaženo více než trojnásobného zlepšení strukturální homogenity proti způsobu tepelného zpracování, které doporučuje výrobce.

Dalším příkladem je kotouč o průměru 270 mm a tloušťce 80 mm ze slitiny železo-kobalt značky URX 3 Co 35, obsahující 35 % kobaltu, 0,03 °/o uhlíku a zbytek železo. Tento kotouč byl tepelně zpracován jednak podle údajů výrobce, tj. při 840 °C po dobu 5 hodin, jednak podle tohoto vynálezu při teplotách 1100 °C a 1150 °C po dobu 9 hodin. Ochlazování probíhalo ve všech případech rychlostí menší než 40 °C . 1 h ¹. Změna rovnoměrnosti krystalické struktury byla sledována stejným způsobem jako u předchozího příkladu. Požadovaný objem s rovnoměrným rozložením magnetických vlastností byl opět ohraničen kružnicí o poloměru 75 mm a porovnání vý sledků pro tři žíhací teploty je uvedeno v tomto přehledu:

Žíhací teplota	840 °C	1100 °C	1150 °C
Setrvání na teplotě	5 h	9 h	9 h
Max. rozdíl koef. útlumu v požadovaném objemu	3,4..10-²	0,65.10²	0,63.10-²

Na rozdíl od prvního příkladu bylo žíháním podle doporučení výrobce dosaženo horších výsledků a materiál by nebyl vůbec použitelný. Tepelným zpracováním podle tohoto vynálezu se však strukturální homogenita zlepšila více než pětkrát na hodnotu, která již vyhovuje náročným požadavkům NMR spektroskopie.

Z uvedených příkladů je patrné, že postupem tepelného zpracování polotovarů a součástí magnetických obvodů ze slitin železo-kobalt podle tohoto vynálezu lze dosáhnout rovnoměrného rozložení magnetických vlastností v požadovaném objemu a zaručit tak extrémně malou nehomogenitu magnetických polí’ pro potřeby spektrometrů NMR a elektronových mikroskopů. Maximálně možné využití drahého a nedostatkového kobaltu se navíc projeví ve formě výrazných ekonomických úspor.

Claims

PŘEDMĚT

Postup tepelného zpracování polotovarů a součástí magnetických obvodů ze slitin železo-kobalt, za účelem získání rovnoměrného rozložení magnetických vlastností v požadovaném objemu, vyznačený tím, že polotovary a součásti se po

YNÁLEZU žíhání ve vakuu nebo ve vodíkové atmosféře na teplotě 1050 °C až 1200 °C řízeně ochlazují rychlostí 40 °C až 1 °C . 1 h^_1 na teplotu 400 °C až 300 °C a dále neřízená do teploty 50 °C stále ve vakuu nebo ve vodíkové atmosféře.