Wynalazek dotyczy sposobu wyrobu magnesów trwalych o anizotropowych wlasciwosciach ma¬ gnetycznych z dajacego utwardzac stopu zelazne¬ go, zawierajacego jako glówne skladniki stopowe nikiel, aluminium i kobalt Znane jest, ze magnesowi mozna nadac wlasci¬ wosci anizotropowe przez poddanie ksztaltki ma¬ gnesu z danego stopu ochladzaniu w polu mag¬ netycznym podczas utwardzenia z temperatury "powyzej punktu Curie tego stopu do tempera¬ tury o okolo 150°C ponizej tego punktu. Przez liamagnesowanie ksztaltki magnesu w kierun¬ ku zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego dzialajacego na nia podczas chlodzenia, mozna Uzyskac magnes trwaly o znacznej wyzszej war¬ tosci (BH) niz w przypadku chlodzenia jej : max T)ez dzialania pola magnetycznego. Dotychczas uzyskano najlepsze wyniki przy takiej obrób¬ ce ksztaltek magnesów, wykonanych ze stopów zelaznych, zawierajacych 16—30% kobaltu, 12—20% niklu i 6—11% aluminium.Stwierdzono, ze wartosc (BH)max uzyskana przez ochladzanie pola magnetycznego magnesów ze sto¬ pów o podanym wyzej lub o podobnym skladzie chemicznym mozna jeszcze polepszyc. W tym celu stop wykazujacy przewazajaca orientacje krysz¬ talów w jednym kierunku poddaje sie dzialaniu pola magnetycznego o kierunku równoleglym do wspomnianego kierunku orientacji, po czym ksztaltke magnesuje sie ostatecznie w polu o kie¬ runku równoleglym do tego kierunku orientacji krysztalów. Po obróbce cieplnej w *polu magne¬ tycznym magnes mozna poddac obróbce starzenia.Jezeli przy ochlodzeniu w zwyczajny sposób w polu magnetycznym pewien stop wykazuje w uprzywilejowanym kierunku wartosc (BH)max= 6000000, to przy zastosowaniu stopu wykazuja¬ cego wspomniana orientacje krysztalów mozna uzyskac wartosc (BH)max = przeszlo 8000 000. Je¬ zeli natomiast magnes o takim samym skladr**chemicznym namagnesowac podczas ochladzania nie w kierunku przewazajacej orientacji kryszta¬ lów, £jecf fj* Arunku iaAjW nf&poprzecznym, to ingfe^ vm£*tt (Bl^fc'^^jwyzej 5000 000.Z drugiej zas strony przy obróbce magnesów ze stopów, które przez zwyczajne chlodzenie w polu magnetycznym wykazuja wartosc (BH)max nie przekraczajaca 2500.000, i które dotychczas nie mialy z tego powodu zastopowania w praktyce, uzycie stopu o korzystnej orientacji krysztalów pozwala na osiagniecie wartosci (BH) max znacznie powyzej tej wartosci. Jasne jest wiec, ze polepr ¦zenie wartosci (BH)max sposobem wedlug wy¬ nalazku spowodowane jest polaczeniem przewa¬ zajacej orientacji krysztalów w kierunku zgodnym z kierunkiem magnesowania ksztaltki magnesu podczas chlodzenia jej w polu magnetycznym.W celu wyzyskania orientacji krysztalów przy wyrobie magnesów trwalych sposobem wedlug wynalazku, magnes taki nalezy wykonac ze stopu zelaznego, zawierajacego 10 — 40%, najlepiej 16—30% kobaltu, 10—28% niklu, 6—11% alumi¬ nium oraz miedzi do 7%. Wyzsze wartosci (BH)max uzyskuje sie przy zawartosci kobaltu 16—30%, w szczególnosci powyzej 20% przy odpowiednim doborze ilosci pozostalych skladników. Stop mo¬ ze zawierac tylan wo ilosci do 7% oraz neduze ilo¬ sci (lacznie mniej niz 1%) wolframu, chromu, mo¬ libdenu, wanadu, cyrkonu, wapnia, ceru i krzemu.Osiaga, sie najlepsze wyniki, gdy stop posdada je¬ dnakowa orientacje krysztalów, np. gdy 50—70% krysztalów sa zorientowane w pozadanym kie¬ runku.Korzystna orientacje krysztalów mozna uzyskac przez odlewanie stopu w takich warunkach, ze podczas jego krzepniecia cieplo jest odprowadzane zasadniczo tylko w jednym kierunku, przy czym odlew poddaje sie podczas ochladzania dzialaniu pola magnetycznego o kierunku równoleglym do kierunku odprowadzania ciepla. Ten wspólny kie¬ runek powinien byc najlepiej pionowy, aby pro¬ ces wydzielania sie krysztalów nie podlegal zabu¬ rzeniom spowodowanym pradami konwekcyjnymi oraz róznica ciezarów wlasciwych poszczególnych skladników stopowych, co mogloby sie zdarzyc, gdyby narastanie krysztalów odbywalo sie w kie¬ runku poziomym.Pozadany wynik mozna osiagnac przy odlewa¬ niu magnesu w formie odlewnicze), umieszczonej w piecu o temperaturze 1200—1500° C, której dno styka sie z sztucznie chlodzona plyta metalowa lub chlodzonym strumieniem powietrza lub innego czynnika chlodzacego. Przez stopniowe zmniejsze¬ nie doplywu ciepla do pieca stop krzepnie stopnio¬ wo, poczawszy od dna formy ku górze, przy czym tworza sie duze krysztaly slupkowe skierowane prostopadle do chlodzonej powierzchni formy; orientacja krysztalów jest w tym przypadku rów¬ nolegla do podluznej osi tych krysztalów slupko¬ wych.Zgodnie z dalsza cecha sposobu wedlug wyna¬ lazku pozadana orientacje krysztalów osiaga sie przez krzepniecie odlewu magnesu w formie, po¬ siadajacej powierzchnie z materialów o róznych wspólczynnikach przewodnictwa cieplnego roz¬ mieszczone tak, aby powierzchnie o najwiekszym przewodnictwie znajdowaly sie pod katem pro¬ stym do pozadanego kierunku narastania kryszta¬ lów. Przy jednym ze sposobów wykonywania wy¬ nalazku uzyta forma z piasku formierskiego lub podobnego materialu ogniotrwalego posiada po¬ wierzchnie chlodzace z metalu albo innego mate¬ rialu o podobnym duzym przewodnictwie cie¬ plnym. Powierzchnie chlodzace moga byc masyw¬ ne albo tez wydrazone i chlodzone odpowiednim czynnikiem, np. strumieniem wody albo powie¬ trza.W celu stworzenia korzystnych warunków nara¬ stania krysztalów w pewnym kierunku mozna forme odlewnicza ogrzewac dodatkowo w tych jej miejscach, które posiadaja male przewodnictwo cieplna np. za pomoca grzejników elektrycznych, umieszczonych w sciankach formy w poblizu je] wewnetrznej powierzchni. W ten sposób uzyskuje sie orientacje kry:abalów przez odprowadzanie cie- p'a ze stopu w kierunku pozadanego narastania krysztalu, przy czym równoczesnie zmniejsza sie straty ciepla w kierunku poprzecznym, co ma na celu zapobiezenie wzrostowi krysztalów na scian¬ kach formy w kierunku poprzecznym.Chlodzace scianki formy moga byc odejmowal¬ ne, scianki zas o malym przewodnictwie cieplnym mozna przed odlewaniem stopu ogrzac do wyso¬ kiej temperatury w celu unikniecia ogrzania scia¬ nek chlodzacych. Uzyskuje sie gorsze wyniki, je¬ zeli cala forme wraz z sciankami chlodzacymi ogrzac bezposrednio przed odlewaniem.Wynalazca stwierdzil, ze zawartosc w stopie wiekszej ilosci tytanu prawdopodobnie utrudnia wzrost krysiatalów slupkowych. Stwierdzono rów¬ niez, ze z tego wzgledu stop nie powinien zawierac wiecej niz 0,7% tytanu. Dzieki takiemu krzepnie¬ ciu stopu mozna zwiekszyc wartosc (BH)max do 6000000—7000000 Gauss-Oerstedów i to dla stopu, który bez jednokierunkowej orientacji krysztalów wykazywal (BH)max = 4000000—5000000 Gauss- Oerstedów.Gdy scianki chlodzace formy odlewniczej sa wykonane z zelaza lub innego materialu wykazu¬ jacego przewodnosc magnetyczna, to mozna je — 2 —uzyc w postaci nakladek biegunowych) skupia- fecych póte magnetyczne w pozadanym kierunku.Ufofaa równiez óchloda&ony odlew po wyjeciu go t formy poddac dzialaniu pola po ponownym ogrzaniu go. Ponizsza tabela przedstawia trzy ko- fzystne zakresy skladu chemicznego stopów zela¬ znych uzywanych óo wyrobu magnesów trwalych, tabela I Zakres kranco¬ wy Al m Co Cu Ti 6-11% 10—28% I0_40% do 7% do 7% zakres ogra¬ niczony 6—11% 11—21% 16—30% do 7% do 5% zakres uprzywi¬ lejowany 7—6,5% 13,5—16,5% 20—25% do 6,5% do 2,8% Wynalazek opisany Jest szczególowo w zwiazku z rysunkiem na którym fig. 1 przedstawia po- dluzny przekrój formy piaskowej, zaopatrzonej w scianke chlodzaca, fig* 2 — w podziales, po¬ wiekszonej przekrój poprzeczny formy wzdluz li¬ nii II — II na fig. 1, fig. 3 — widok perspekty¬ wiczny odlewu wytworzonego w formie wedlug fig. 112, przy czym czesc odlewa odcieto w celu wytworzenia z niej ksztaltki magnesu a linia po* praeczna oznaczono plaszczyzny dalszych przeciec; fig. 4 — w podzialce powiekszonej widok powierz¬ chni przeciecia odlewu, przedstawiajaca kierunek narastania krysztalów, fig. 5 — rzutem wycinka z przekroju wedlug fig. 4, zawierajacy jak naj¬ wieksza ilosc jednakowo zorientowanych kryszta¬ lów i przedstawiajacy schematycznie kierunek magnesowania, a fig. 6 — wykres krzywych na- magne^owywania róznych ksztaltek magnesów trweilych ze stopów o jednakowym skladzie che¬ micznym, lecz wykonanych w róznych warunkach, uwidoczniajacy polepszenie wlasciwosci magne-. tycznych przy obróbce ich sposobem wedlug wy¬ nalazku.Odlewanie stopu o skladzie chemicznym zawar¬ tym w wyzej podanych granicach, moze byc uskuteczniane w formie piaskowej 10 przedsta¬ wionej na fig. 1 i 2. Sklada sie ona z czesci dol¬ nej 11 i górnej 12. Czesc 11 posiada wglebienie 13 o prtzekroju kwadratowym. W czesci 12 formy znajduje sie wlew 14 zaopatrzony w zaglebienie 15 wykonane w dolnej jego czesci i polaczone z prze¬ strzenia formy. Przelew 16, 17 formy znajduje sie na jej drugim koncu.Forma 10 moze byc wykonana z piasku albo in¬ nej odpowiedniej masy formierskiej. W celu uzy¬ skania jednokierunkowej orientacji przewazajacej ilosci krysztalów w odlanym stopie, mozna umie* scic oa dnie wydrazenia 13 plytke chlodzaca IB wykonana z zelaza albo innego odpowiedniego materialu o duzym przewodnictwie cieplnym.Plytke te; mozna tez umiescic na innym koncu formy nie tylko w jtejf moze byc w Jaldkoilwieft sposób prrymóoymsm do metalowej pfyty podiitewowej, spelniajacej gada¬ nie plyty chlodzacej. Mozliwe fest równie* wy¬ konac jedna ze scianek formy z materiafti o sto¬ sunkowo duzym przewodnictwie cieplnym1, np. z roz&ofonfoziego cyrkowa.Przy odlewaniu roztopiony atop o wyzej wspo¬ mnianym skladzie chemicznym doprowadza sie do formy przez wlew 14 i jego przedluzenie 15 tak, aby ja wypelnil calikowicle. Nastepnie forme chlo¬ dzi sie az roztopiony metal 19 skrzepnie, po czym wytworzony odlew 20 wyjmuje sie z formy. Ob¬ róbce opisanej nizej mozna poddac aa?y odlew lub tylko czesc 21 odlewu, jak przedstawiono na fig. 3 w celu wytworzenia wiekszej liczby mniejszych magnesów. Odclejcie czesci 21 i ipodobnyth odcin¬ ków odlewu mozna najlepiej wykonac za pomoca pily tarczowej o ostrzu diamentowym.Przez zastosowanie opisanej plytki chlodzacej uzyskuje sie, jak przedstawiono na fig. 4, zadana orientacje krysztalów. Fig. 4 przedstawia pionowa plaszczyzne odcinka 1, której dolna krawedz 22 odjpowiada dolnej plaszczyznie odlewu, która sty¬ kala sie z plytka chlodzaca 18. Jakkolwiek krzep¬ niecie i krystalizacja odlewu rozpoczyna sie oczy¬ wiscie od jego warstw powierzchniowych, styka¬ jacych sie bezposrectnio ze sciankami formy i na~ stapnie postepuje w glab w kierunku prostopa¬ dlym do tych scianek, to jednak najszybszy prze¬ bieg krystalizacji nastepuje prostopadle wierzchni plyty 18% jsk przedstawiono na (ig. 4 w obszarze A ponad dolna krawedzia 22. Dzieje sie to dlatego, ze plytka chlodzaca odprowadza cieplo szybciej, niz inne scianki formy. Powoduje to znacznie szybsza krystalizacje w jednym i tym samym kierunku w obszarze A, niz w kierunku bocznych obszarach B, B' i w górnym A*. W bacz¬ nych obszarach B, B' kierunek wzrostu kryszta¬ lów lezy pod katem prostym do tegoz kierunku w obszarach A i A*.Odcieta ozesc 21 odlewu moze byc w calosci ob¬ robiona sposobem wedlug wynalazku albo tez, jeT zeli wymagana jest jeszcze wleksea wartosc (BHJmai* mozna wyciac z tej czesci mniejszy wy¬ cinek 23 (fig. 5) wzdluz linii przerywanej 23 (fig. 4), który znajduje sie calkowicie w obrebie zakresu A. Tak wiec w mniejszym wycinku 23 linie przebiegu krystalizacji albo glówne osie krysztalów posiadaja ten sam kierunek i sa równolegle.Podczas nastepnej z kolei obróbki odlewu 20, jego czesci 21 albo tez mniejszego wycinka 23 stopogrzewa sie ponownie przy jednoczesnym dziaia- niu nan polem magnetycznym, przy czym odlew ogrzewa sie do temperatury okolo 1200° C lub wyzszej i nastanie ochladza. Gdy odlew podczas ochladzania przechodzi przez punkt Curie podda je sie go dzialaniu pola magnetycznego o tym sa¬ mym kierunku, co kierunek wiekszosci kryszta¬ lów. Na fig. 5 przedstawiono to podwójna strzalka M. Poniewaz punkt Curie stopów o skladzie che¬ micznym podanym wyzej lezy w zakresie tempe¬ ratur 750—900° C, odlew wiec nalezy ogrzac co najmniej powyzej podane} górnej granicznej tem¬ peratury i nastepnie poddac go dzialaniu pola magnetycznego przy ochladzaniu go podczas prze¬ chodzenia przez punkt Curie, najlepiej az do tem¬ peratury o okolo 150° C ponizej punkt Curie. Ob¬ róbke magnetyczna mozna przeprowadzic podczas krzepniecia odlewu w formie albo po ponownym ogrzaniu go po wyjsciu z formy i ochlodzic w polu magnetycznym. W tym ostatnim przypadku na ogól nalezy odlew ogrzac do temperatury okolo 1300° C i ochladzac z szybkoscia 0,5—5° C na se¬ kunde az do temperatury okolo 600°C. Wol¬ niejsze ochladzanie nalezy stosowac wówczas, gdy odlew ochladza sie z temperatury lezacej w pobli¬ zu punktu Curie do temperatury okolo 150° C po¬ nizej tego punktu.Zakres temperatur, rozciagajacy sie od tempe¬ ratury punktu Curie do okolo 150° C ponizej tego punktu, stanowi te czesc zakresu temperatur, która musi przejsc odlew podczas dzialania nan polem magnetycznym. Czas ochladzania odlewu w zakresie temperatur pomiedzy punktem Curie i temperatura o 150° nizsza od tego punktu, po¬ winien wynosic co najmniej 30 sekund; w ce'.u Jednak uzyskania magnesu o najlepszych wlasci¬ wosciach magnetycznych czas powinien byc okolo dziesieciokrotnie wiekszy, tj. wynosic 300 sekund.Wiadomo, ze odpowiednia obróbka cieplna, pole¬ gajaca na wyzarzaniu odlewów ze stopów zela- zowcundklcwo-alimiioiowo-kobailitowych polepsza ich wlasciwosci magnetyczne; stop poddaje sie nastepnie obróbce starzenia, która polega np. na przetrzymywaniu go w ciagu 6—12 godzin w tern. peraturze okolo 600° C Po poddaniu odlewu opisanej obróbce ciepl¬ nej nalezy go na ogól odmagnesowac w celu lat¬ wiejszego obchodzenia sie z nim. Przy nastepnym magnesowaniu odlewu nalezy go magnesowac w tym samym co poprzednio kierunku, tj. w kie¬ runku orientacji przewazajacej ilosci krysztalów.Ponizej podano ki*ka przykladów wykonywania sposobu wedlug wynalazku.P r z y k lad I. Prostokatne próbki o wymia¬ rach 22X22X35 mm zostaly odlane w formie piaskowej, skladajacej sie z dwóch czesci rozmie¬ szczonych tak, ze kazda polówka formy posiadala od wewnatrz scianki boczne z masy formierskiej a pozostale scianki byly zaopatrzone w rozmie¬ szczone poziomo stalowe plytki chlodzace tworza¬ ce scianki dolna i górna formy. Po skrzepnieciu odlewu ogrzanego do 1300° i ochlodzeniu w polu magnetycznym o natezeniu 3000 Oerstedów o kie¬ runku równoleglym do podluznej osi próbek, oraz poddano obróbce starzania w temperaturze 585°C w ciagu 72 godzin. Wlasciwosci magnetyczne, zmierzone po usunieciu warstewki o grubosci 0,5 mm z kazdej powierzchni próbek zestawione sa w tabeli II w porównaniu z takimi wlasciwo¬ sciami- odlewów odlanych w formach piaskowych.Tabela II 1 Sklad chemiczny stopów zelaznych Alo/0 8,1 7,6 6,8 8,9 9,0 9,5 Ni o/o 13,3 14,3 11,4 16,0 15,0 20,3 Co% 24,5 25,0 26,7 36,0 15,3 19,9 Cu% 2,9 3,2 4,9 4,7 4,5 2,2 Ti% — 0,5 0 0 0 0 | Odlewy piaskowe Pozostalosc magnetyczna 12850 12400 11400 10150 9800 8750 (BH)max 5.50X106 4.80X106 2.35Xl06 2.50*10* 2.50X106 1.90X10* Koercja 630 655 320 345 565 605 | Próbki o krysztalach zorientowanych 1 Pozostalosc magnetyczna 13050 12800 13500 11400 11650 ~8950 (BH)mte 6.05X106 5.80X10* 3.90X106 3.45X106 4,20X106 2.50X10* Koercja 700 715 | 495 490 685 1 715 |Przyklad II. Cylindryczne odlewy o sre¬ dnicy 22 mm i dlugosci 19 mm odlane w formie, posiadajacej pionowe scianki z masy formier¬ skiej 1 ppziome z chlodzonych woda plyt stalo¬ wych, umieszczonych u góry i u dolu formy. Pio¬ nowe scianki formy byly ogrzane do temperatury okolo 1000°C za pomoca elektrycznych grzej¬ ników oporowych, rozmieszczonych w tych sciankach w odstepie 3 mm od wewnetrznej powierzchni formy. Uzyto stopu zelaznego za- zawierajacego 7,9% aluminium 13,1% niklu 25,6% koblatu i 4% miedzi. Po skrzepnieciu odlewów 0- grzano je do temperatury 1300°C i ochlodzono z szybkoscia 1,1°C na sekunde w polu magnetycz¬ nym o natezeniu 3000 Oerstedów i1 o 'kierunku równoleglym do osi odlewów. Nastepnie podano odlewy obróbce starzenia w temperaturze 585°C w ciagu 72 godzin. Próby otrzymanych magnesów wykazaly wartosc (BH)max = 6100000 Gauss-Oer- stedów i pozostalosci magnetycznej 13400 Gaus¬ sów oraz korecje 720 Oerstedów. Próby z magne¬ sami! wykonanymi ze zwyczajnego odlewu piasko¬ wego z tego samego stopu wykaizaly wartosc (BH)max = 5200000 Gauss-Oerstedów, pozosta¬ losc magnetyczna 12700 Gaussów i koercde 660 Oerstedów.Przyklad III. Stop odlano do formy pia¬ skowej w postaci odlewów o wymiarach 100 X U° X 12° nim. Forma zawierala masywna plyte chlodzaca ze stali o grubosci 15 mm, stano¬ wiaca dno formy. Po skrzepnieciu metalu wycieto prostokatne próbki o wymiarach 35X35X10 mm ze srodkowej czesci odlewu tak, ze jedna z po¬ wierzchni 35 X 10. mm byla utwardzona za pomo¬ ca chlodzonej plyty formy. Próbki nastepnie ogrzano do temperatury do 1300° C i ochladzano z szybkoscia 1—1,5°C na sekunde w polu magne¬ tycznym o natezeniu 3000 Oerstedów w taki spo¬ sób, ze kierunek pola byl prostopadly do utwar¬ dzenia powierzchni odlewu. Po ochlodzeniu próbki poddano starzeniu przez ogrzewanie w ciagu 72 godzin w temperaturze 585° C. Wartosci magne¬ tyczne odlewów ze stopów o róznym skladzie che¬ micznym podano w tabeli III.Tabela III 1 Sklad chemiczny stopu zelaznego Al% 8,4 9,2 8,1 | 7,5 Ni o/o 13,8 14,2 15,3 14,7 Co% 24,3 28,8 25,6 28,8 Cu% 3,2 2,9 3,6 - Ti% — — 0,5 — 1 Wlasciwosci magnetyczne 1 Pozostalosc magnetyczna 13550 12350 11950 13750 (BH)max 8,05 X 10« 7,65 X 106 7,25 X 106 6,70 X 106 Koercja He 725 1 800 I 805 1 645 ' | Na fig. 6 trzy krzywe C, D i E przedstawiaja wlasciwosci magnetyczne magnesów trwalych z te¬ go samego stopu zelaznego o skladzie: Al — 8,21% Ni — 14,3o/o Co — 24,35% Cu — 3,18 0/0 C — 0,03% Przy wyrobie magnesu trwalego okreslonego krzywa C zastosowano sposób wedlug wynalazku, z wyjatkiem tego, ze dzialanie nan polem magne¬ tycznym podczas ochladzania o kierunku pod ka¬ tem prostym do kierunku orientacji przewazaja¬ cej ilosci krysztalów. W wyniku magnes posdadal wartosc (BH)max = 5050000. Krzywe D i E okre¬ slaja wlasciwosci magnetyczne magnesów wyko¬ nanych sposobem wedlug wynalazku, które wy¬ kazuja wartosci (BHxmax 7400000 i 7875000. Wla¬ sciwosci magnetyczne magnesów okreslonych krzywymi C, D i E zestawiano w tabeli IV.Tabela IV Br He BHmaxX106 C 13000 1595 5,05 D 15450 735 7,4 E 13400 738 7,875 W porównaniu do próbki C, próbki D i E wy¬ kazywaly wartosc (BH)max o przeszlo 50 % wieksza, niz wartosc taka próbki C. Swiadczy to o duzych zartach sposobu wedlug wynalazku i podkresla korzysci, jakie uzyskuje sie przy dzia laniu pola magnetycznego o kierunku równole¬ glym do orientacji krysztalów ksztaltki magnesu. PL