SE446990B - Forfarande for framstellning av ett magnetiskt foremal - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 446 990 z tentskríften 4 075 437.

Användningen av ferritbildande element, såsom Ti, Al, Si, Nb eller Ta i kvaternära legeringar har rekommenderats, speciellt vid högre Co-halter eller i närvaro av föroreningar, såsom C,_N eller 0, för att bildning av en preliminär finkorning alfa-fas- struktur skall underlättas vid lågtemperaturutglödgning.

Uppfinningen hänför sig till en väsentligen ternär Fe-Cr- Co-legering, som är magnetisk och vars kornstorlek är tillräck- ligt liten för att åtminstone 3000 korn/mms skall erhållas och som uppvisar en koerciïtivitetskraft imflfådeï 300-500 ÖTSted, en remanens i området 8000-13000 gauss och en maximal magnetisk energiprodukt i området 1-6 MGOe. Legeringen består väsentligen av 25-29 viktprocent Cr, 7-12 viktprocent Co och återstoden Fe och kan lämpligen bildas, exempelvis genom ett förfarande inbe- gripande lösningsutglödgning vid en temperatur i området 650- 1000°C för åstadkommande av en finkornig, väsentligen enkelfas- -alfa-struktur, följt av kallformning och åldring. Magneter fram- ställda av sådana legeringar kan exempelvis användas i elektro- akustiska omformare, såsom högtalare och telefonhörlurar, i reläer och i signalmaskiner.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till rit- ningarna, varpå fig 1 visar ett fasdiagram för två Fe-Cr-Co-le- geringssystem innehållande 9 viktprocent Co respektive 11 vikt- procent Co; fig 2 visar ett fotomikrografí som belyser kornstruk- turen, förstorat 100 gånger, för en magnetisk Fe-Cr-Co-legering innehållande 28 viktprocent Cr och 11 viktprocent Co, som lös- ningsutglödgats vid 900°C; och fig 3 visar ett fotomikrografi som belyser kornstrukturen, förstorad 100 gånger, av en magnetisk Fe-Cr-Co-legering innehållande 28 viktprocent Cr och 11 viktpro- cent Co, som har lösningsutglödgats vid 1300°C.

Enligt uppfinningen har det visat sig att Fe-Cr-Co-1ege- ringar innehållande Cr i ett föredraget intervall av ZS-29 vikt- procent, Co i ett föredraget intervall av 7-12 viktprocent och varvid återstoden väsentligen utgöres av Fe kan bildas, vilka simultant uppvisar en maximal energiprodukt i intervallet 1-6 MGOe och en kornstorlek motsvarande åtminstone 3000 korn/mms, vilken kornstorlek företrädesvis är gynnsam när legeringen skall kallformas. Ett smalare intervall av Cr-halt kan föredragas och speciellt om legeringsformbarheten skall optimeras kan en övre gräns av 28 viktprocent och om magnetiska egenskaper skall opti- 10 15 20 ZS 30 35 40 s 446 990 meras en lägre gräns av 26 viktprocent Cr föredragas.

Legeringar enligt uppfinningen kan exempelvis framställas genom gjutning från en smälta av de ingående elementen Fe, Cr och Co eller legeringar därav i en degel eller ugn, exempelvis en induktionsugn. Alternativt kan en metallkropp uppvisande en komposition inom det angivna intervallet framställas genom pul- vermetallorgi. Framställning av legering och speciellt fram- ställning genom gjutning från en smälta medför att försiktighet mäste íakttagas så att inneslutning av alltför stora mängder av föroreningar som kan härstamma från råmaterialen, från ugnen eller från atmosfären eller smältan undvikes. Om sådan försik- tighet iakttages och speciellt om tillräcklig försiktighet iakt- tages för att närvaron av föroreningar, såsom kväve, skall mini- meras kan tillsats av ferritbildande element undvaras. För att oxidation eller alltför höggradig inneslutning av kväve skall minimeras är det önskvärt att en smälta framställes under slagg- skydd i vakuum eller i inert atmosfär, exempelvis argonatmosfär.

Halter av specifika föroreningar hâlles företrädesvis lägre än 0,05 viktprocent C, 0,05 viktprocent N, 0,2 viktprocent Si, 0,5 viktprocent Mg, 0,1 viktprocent Ti, 0,5 viktprocent Ca, 0,1 vikt- procent Al, 0,5 viktprocent Mn, 0,05 viktprocent S och 0,05 vikt- procent O.

Typisk bearbetning av legeríngen efter gjutning genomföres på följande sätt. Legeringen genomglödgas vid en temperatur vid vilken legeríngen befinner sig i ett tvåfas-, a1fa+gamma-tillstànd under en period av 1-10 timmar, och varvid temperaturer i området 1100-1300°C i allmänhet lämpar sig för detta ändamål. Speciellt föredragna gränser för denna temperatur och motsvarande legeringar. innehållande 9 viktprocent Co respektive 11 viktprocent Co kan erhållas ur fig 1. Legeringen varmbearbetas därefter i detta tvâ- fastillstánd, exempelvis genom varmvalsning, smide eller sträng- sprutning för nedbrytning av den vid gjutning erhållna strukturen och eventuellt kan legeríngen formas genom kallbearbetning. För att en homogen finkornig struktur skall utvecklas lösningsutglöd- gas därefter legeríngen vid en temperatur varvid legeríngen upp- visar ett väsentligen enkelfas-alfa-tillstånd och som vanligen finns i området 650-1000°C. Föredragna övre gränser för utglödg- ningstemperaturen för specifika legeringar kan enkelt erhållas genom approximativ lhüär interpolation mellan följande värden: 950°C för en legering innehållande 25 viktprocent Cr och 7 vikt- 10 15 20 25 30 35 40 446 990 4 procent Co, 875°C för en legeríng innehållande 25 viktprocent Cr och 12 víktprocent Co, 1100°C för en legering innehållande 29 víktprocent Cr och 7 viktprocent Co och 975°C för en legering innehållande 29 víktprocent Cr och 12 viktprocent Co och dess- utom får ej 1000°C överskridas för att korntillväxten skall mini- meras. För att förbättrade kinetiska egenskaper skall uppnås 'föredrages en lägre gränsdav 800°C och för att gamma-fasen skall minimeras erhålles föredragna övre gränser genom approximatív linjär interpolatíon mellan respektive värden 925°C, 85000, 107S°C och 950°C och dessutom är det nödvändigt att utglödgnings- temperaturen ej överskrider 1000°C.

Om legeringen har kallbearbetats, kan lösningsutglödgning för väsentligen omkrístallísering och homogenisering av lege- ringen ta från 10 minuter till 2 timmar beroende på utglödgnings- temperatur och götstorlek. Typiskt fordras en tid av 30-90 minu- ter. Lösningsutglödgning kan genomföras i luft eller för att yt- oxidation skall minimeras under uteslutande av syre.

Lösningsutglödgning avslutas genom snábbkylning, exempel- vis genmnvatten- eller saltlösningssnabbkylning, eller för fal- let tunna remsor, genom luftsnabbkylning och företrädesvis sålun- da att en avkylningshastighet av åtminstone 1000°C/min genom hela legeringen uppnås. Vid denna tidpunkt uppvisar legeringen en tem- peratur vid eller nära rumstemperatur, dvs en temperatur som ej överskrider 100°C och uppvisar en väsentligen homogen fin korn- storlek som ej överskrider 70/um (motsvarande åtminstone 3000 korn/mms). En sådan kornstruktur belyses genom fig 2 och skall ställas i kontrast till den grova strukturen som erhålles genom utglödgning vid förhöjd temperatur, såsom belyses genom fig 3.

Vid en temperatur som ej överskrider_100°C kan legeringen därefter kallformas, exempelvis genom bodoüng, tråddragning, djupdragning eller sänksmide. Speciella fördelar uppnås på grund av den finkorniga strukturen om legeringen skall kallformas . genom trâddragning, djupdragning eller bmflofing, dvs medelst en teknik som ger upphov till åtminstone lokal böjningsdeformation.

På grund av den homogent finkorniga strukturen av legeringen i utglödgat och snabbkylt tillstånd kan dragning genomföras i en grad motsvarande väsentligen en tvärnittsytreduktion av åtminstone S0 %. Likartat kan bodoüng medföra en riktningsändring av åtmins- tone 30° varvid erhållen krökningsradie är sådan att den ej över- skrider ett värde, som är proportionellt mot riktningsändringen, 10 15 20 25 30 35 40 5 446 990 som för en riktníngsändring av 300 är lika med tjockleken av det parti sonn bockas,och som för en riktningsändríng av 90° är lika med 4 gånger tjockleken av det parti som bockas.

Ovan beskrivna bearbetning innefattar vanligen ett steg varvid legeringen bibehàlles vid en temperatur väsentligen motsvarande ett enkelfas-alfa-tillstànd. Alternativ bearbetning, 'som kännetecknas sålunda, kan exempelvis utgöras av varmbearbet- ning vid ytbehandlingstemperatur i ett väsentligen enkelfas-alfa- -intervall, kylning och formning. Dessutmn kan formning genomföras i stadier med intermediär ytterligare lösningsutglödgning och _snabbkylning. Ytterligare bearbetningssteg, exempelvis maskinbe- arbetning genom borrning, svarvning eller valsning före eller efter formning uteslutes ej.

Den formade legeringen utsättes slutligen för en áldrings- behandling för utveckling av magnetisk härdníng. Sådan àldrings- behandling kan följa vilket som helst av ett flertal scheman, exempelvis de som beskrives i den amerikanska patentskriften 4 075 437, varmed magneter kan framställas som uppvisar en magne- tisk remanens av 8000-13000 gauss, en magnetisk koercitivitet av 300-600 örsted och en magnetisk energiprodukt av 1-6 miljoner gauss~örsted. Sådana legeringar kan följaktligen användas vid magnetisering i ett magnetfält, såsom magneter i reläer, signal- maskiner och elektroakustiska omvandlare, såsom högtalare och telefonhörlurar.

I följande exempel bestämdes fasstruktur och kornstorlek genom röntgensträlediffraktionsanalys, hàrdhetsmätningar och metallografisk analys av mikrostrukturen efter lösningsutglödg- ning och snabbkylning men före kallformning. Medelkornstorleken låg i intervallet 25-40,um, såsom visas i tabell I. I tabell I visas också den magnetiska remanensen Br, koerciviteten HC och energiprodukten (BH)max bestämd efter.åldring av legeringarna.

Exempel 1 Ett göt av en legeríng innehållande 26,8 viktprocent Cr, 9,4 viktprocent Co och varvid återstoden väsentligen utgöres av Fe göts från en smälta. Götdimensionerna motsvarade en tjocklek av 31,8 mm, en bredd av 127 mm och en längd av 304,8 mm. Det gjutna götet-upphettades till en temperatur av 12S0°C, varm- valsades till en 6,4-mm plåt och vattenkyldes. Sektioner av plå- ten kallvalsades vid-rumstemperatur till remsor uppvisande en ' tjocklek av 2,5 mm och en bredd av 15,9 mm. Remsorna utglödgades 10 15 20 25 30 35 40 446 99.0 vid 90000 under 30 minuter och vattenkyldes. Remsorna upphettades på nytt till 630°C, bibehölls vid denna temperatur under 1 timme, kyldes med väsentligen konstant hastighet av 15°C/h till en tem- peratur av 5S5°C, bibehölls vid 540°C under 3 timmar och bibehölls vid 5Z5°C under 4 timmar.

Exempel 2 Remsor av en legering innehållande 27,7 viktprocent Cr, 10,9 viktprocent Co och återstoden väsentligen Fe framställdes genom gjutníng, varmbearbetning, snabbkylning, lösningsutglödg- ning, kylning och valsning som tæskrhñts i exempel 1. Remsorna upphettades på nytt till 635°C, bíbehölls vid denna temperatur under 3 minuter, kyldes med en väsentligen konstant hastighet ev 1s°c/h rin sss°c, bibehdue vid s4o°c under 3 rimmar den bíbehölls vid S25°C under 4 timmar.

Exempel 3 Remsor av en legering innehållande 27,3 viktprocent Cr, 7,2 viktprocent Co och återstoden väsentligen Fe framställdes såsom beskrivits i exempel 1. Remsorna upphettades pà nytt till 620°C, bibehölls vid denna temperatur under 1 timme, kyldes vid en väsentligen konstant hastighet av 15°C/h till S55°C, bibe- höns vid sss°c under z rimmar, vid s4o°c under 3 rimmar och vid §25°C under 16 timmar.

Exempel 4 _ Remsor av en legering innehållande 26,8 viktprocent Cr, 10,6 viktprocent Co och återstoden väsentligen Fe framställdes såsom beskrivits i exempel 1. Remsorna var mjuka och böjlíga och kunde lätt bockas i vilken som helst riktning i 90° över en skarp kant uppvisande en krökningsradie-av 0,08 mm eller _ dragas till 99 % ytreduktion. Remsor àldrades genom att lege- ringen bibehölls vid en temperatur av 680°C under 30 minuter, snabbkylning vid en första hastighet av 140°C/h till 615°C och därefter kylning vid exponentiellt minskande hastighet från 20 till 2°C/h till en temperatur av från S25°C.

Exempel 5 Stavar med en diameter av 17,8 mm av en legering innehål- lande 27,9 viktprocent Cr, 10,7 viktprocent Co och återstoden Fe framställdes genom gjutning, varmbearbetning, lösningsutglödg- ning och snabbkylning. Stavarna kalldrogs till en träd med en diameter av 1,78 mm (uppvisande 99 % tvärsnittsytreduktion), lös- ningsutglödgades vid 930°C under 30 minuter och kyldes till UI 7 I 446 990 rumstemperatur. En åldringsvärmebehandling genomfördes genom att den dragna tråden bíbehölls upder 30 minuter vid 700°C, kymes :111 e1s°c vid en hastighet av 3o°c/h i en: magnerfäu av 1000 örsted och kyldes till en temperatur av 480°C vid expo- nentiellt minskande hastighet av från 20 till 2°C/h.

Tabell I Korn: Br Hc (BH)maX Cr Co storlek Ex . Viktprocent Víktprocent g Q _0_e_ 0 1 26,8 9,4 30 10010 380 1,55 2 27,7 10,9 25 9750 400 1,72 3 27,3 7,2 40 9280 300 1,10 4 26,8 10,6 40 10010 370 1,76 5 27,9 10,7 30 12750 570 5,03

Claims (7)

4 4 6 A991) _ I Patentkrav

1. Förfarande för framställning av ett magnetiskt föremål innefattande en kropp av en magnetisk Fe-Cr-Co-legering, vilket förfarande innefattar bearbetning av en kropp av en Fe-Cr-Co-legering genom steg innefattande varm- behandling av legeringen och åldring, k ä n n e t e c k n a t därav, att en kropp av en legering bestående av 25-29. och före- trädesvis 26-28, víktprocent Cr, 7-12 viktprocent Co och åter- stoden, förutom en mindre mängd av oavsiktliga föroreningar, av Fe utsättes för följande behandling; (1) genomförande av varmbehandlingen genom att kroppen utsättes för en utglödgnhgstemperatur som btväljes sålunda att legeringen erhåller en medelkornstorlek, som ej överskrider 70 pm, vilken utglödgningstemperatur ej överskrider 1000°C och befinner sig i intervallet (a) 650-9S0°C, när legeringen inne- håller 25 viktprocent Cr och 7 viktprocent Co, (b) 650-875°C, när legeringen innehåller 25 viktprocent Cr och 12 viktprocent Co, (c) 650-1100°C, när legeringen innehåller 29 víktprocent Cr och 7 viktprocent Co, (d) 650-97S°C, när legeringen innehåller 29 viktprocent Cr och 12 viktprocent Co, och (e) ett intervall, vars gränser erhålles genom approximativ linjär interpolation vid intermediära halter av Cr och Co, (2) formning av kroppen till en önskvärd form vid en temperatur som ej överskrider 100°C antingen genom tråddragníng eller djupdragníng i en mängd motsvarande en tvärsnittsytreduk- tion av åtminstone 50 % eller genom djupdragning eller bockning så att en riktningsändring av åtminstone 30° uppnås varvid er- hållen krökningsradíe är sådan att den ej överskrider ett värde, som är proportionellt mot riktningsändringen, som för en rikt- ningsändring av 300 är lika med tjockleken av det parti som bockas och som för en riktníngsändríng av 90° är lika med 4 gånger tjockleken av partiet, som bockas, och (3) åldring av legeringen. 446 990

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att utglödgningstemperaturen företrädesvis är 800-925°C, soo-sso°c, soo-1o7s°c eeh soo-sso°c för respektive iegerings- kompositioner enligt (a), (b), (C) och (d),

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att steget (1) genomföres på ett av fifljande sätt: (a) lösníngsutglödgning eller (b) varmbearbetning som avslutas vid utglödgningstempera- turen.

4. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a t därav, att formníngen genomföres i stadier med ytterligare íntermediär lösningsutglödgning och snabbkylning¿

5. Förfarande enligt något av kraven J, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att àldringen genomföres a) genom kylning med en väsentligen konstant hastighet, eller b) kylning med en första, snabb medelhastíghet, följt av kylning vid en andra, långsammare medelhastighet.

6. Pörfarande enligt något av föregående krav 1-5, k ä n n e t e c k n a t därav, att åldringen genomföras i närvaro av ett magnetfält.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a t därav, att åtminstone följande oavsiktliga föroreningar begränsas till mindre än 0,05 viktprocent C, 0,05 viktprocent N, 0,2 viktprocent Si, 0,5 viktprocent Mg, 0,1 viktprocent Ti, 0,5 viktprocent Ca, 0,1 viktprocent Al, 0,5 viktprocent Mn, 0,05 viktprocent S och 0,05 viktprocent 0.