СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКОВОГО МАГНИТОТВЁРДОГО СПЛАВА Fe-30Cr-16Co-0,5Sm
METHOD FOR HEAT TREATMENT OF POWDERED MAGNETIC HARD ALLOY Fe-30Cr-16Co-0.5Sm

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии термической обработки магнитотвердых сплавов (МТС) системы железо-хром кобальт, используемых при производстве постоянных магнитов.
Известны разнообразные способы термической обработки FeCrCo МТС, включающих в себя в качестве главных операций термомагнитную обработку в температурном интервале 610-670°С и вторичное старение (отпуск) без магнитного поля в температурном интервале 620-500°С. Например, в авторских свидетельствах СССР №580230, 665494, 692869, 1272710 и др., а также в патенте США №4,305,764 от 15 декабря 1991 года.
Режимы термической обработки МТС системы Fe-Cr-Co, как правило, разрабатывают методом однофакторного планирования, когда на каждом этапе термической обработки варьируют один параметр: при определении температуры и времени изотермической термомагнитной обработки (ИТМО) варьируют сначала температуру ИТМО, а затем варьируют время ИТМО; при вторичном старении (отпуске) варьируют либо число этапов (как правило, через 20-30°С до 500°С с увеличением времени выдержки на каждом этапе при понижении его температуры), либо варьируют скорость охлаждения при переходе от этапа к этапу.
Недостатком такого метода однофакторного планирования при разработке оптимальных режимов термической обработки FeCrCo магнитотвердых сплавов является его большая трудоемкость и отсутствие критерия его оптимальности.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка оптимального режима термической обработки порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm методом многофакторного планирования с использованием программных пакетов Statgraphics XVI Centurion и Statistica.
сВ
макс.
Техническим результатом являются повышенные значения магнитных гистерезисных свойств, в том числе коэрцитивной силы Н и максимального энергетического произведения (ВН).
Технический результат достигается тем, что в способе термической обработки магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm, включающем гомогенизацию, закалку, термомагнитную обработку, двухступенчатый отпуск, согласно изобретению, оптимизацию температуры ИТМО проводят однофакторным планированием (рис. 1), а оптимизацию времени ИТМО и двухступенчатого отпуска проводят методом многофакторного планирования.
Обработку и измерение магнитных гистерезисных свойств проводили на порошковых образцах цилиндрической формы диаметром 12 мм и высотой 20 мм после спекания в вакууме при 1350°С в течение 2,5 часов и гомогенизации на воздухе при 1300°С в течение 1 часа. Закалку проводили от 1300°С после выдержки в течение 10 минут.
сВ
1
2
Результат оптимизации температуры проведения ИТМО порошкового сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm приведен на рис. 1, на котором представлена зависимость коэрцитивной силы Н порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm от температуры проведения ИТМО в течение 40 мин с последующей ТО по режиму: охлаждение от температуры ИТМО до 580°С со скоростью v=20°С/час+охлаждение со скоростью v=8°С/час от 580 до 500°С.
1
2
1
2
При дальнейшей оптимизации ТО порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,0,5Sm за нулевой (начальный) уровень был выбран режим: закалка от 1300°С+проведение ИТМО при 656°С (40 мин)+охлаждение в магнитном поле до 580°С с v=20°С/час+охлаждение до 500°С без магнитного поля до 500°С с v=8°С/час. Варьирование параметров составляло: времени ИТМО±10 мин, скорости охлаждения v±5°С и скорости охлаждения v±2°С/час. Результаты проведенных экспериментов совместно с матрицей планирования приведены в таблице 1.
r
сВ
макс
r
сВ
макс
Статистический анализ данных таблицы 1, выполненный с помощью программ Statgraphics Centurion XVI, с учетом соответствующих стандартизованных диаграмм Парето для остаточной индукции B(а), коэрцитивной силы Н(б) и максимального энергетического произведения (ВН) порошкового сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm, которые изображены на рис. 2. Анализ позволил получить аналитические зависимости остаточной индукции B, коэрцитивной силы Н и максимального энергетического произведения (ВН) в виде регрессионных уравнений от выбранных факторов варьирования:
r
сВ
макс
В уравнениях (1)-(3) свободные члены дают средние значения указанных параметров в выбранных пределах варьирования факторов. Из диаграмм Парето видно, что только для остаточной индукции B статистически значимым является линейный фактор В, для коэрцитивной силы Н статистически значим линейный фактор С. Для максимального энергетического произведения (ВН) линейные и квадратичные члены в уравнениях регрессии статистически незначимы.
r
сВ
макс
r
св
макс
Полезную и наглядную информацию влияния основных факторов на магнитные гистерезисные свойства исследуемого сплава дают графики на рис. 3, которые дают графическое представление влияния основных факторов на остаточную индукцию B, коэрцитивную силу Н и максимальное энергетическое произведение (ВН) порошкового магнитотвердого сплава Fe-30Cr-16Co-0,5Sm. Из этих графиков следует, каким образом нужно корректировать режимы термической обработки сплава, чтобы получать требуемые свойства B, Н или (ВН).
r
св
макс
На рис. 4 приведены исследованные поверхности отклика в фазовых пространствах (фактор С=0) и их поперечные сечения для остаточной индукции B(а), коэрцитивной силы Н(б) и максимального энергетического произведения (ВН) (в), которые дают наглядную информацию об исследованных областях магнитных гистерезисных свойств.
В таблице 2 приведены оптимальные значения факторов А, В и С для получения оптимальных значений магнитных гистерезисных свойств.
1
2
r
св
макс
3
После термообработки по оптимальному режиму: закалка от 1300°С+ИТМО 656°С (23 мин)+охлаждение от 656°С до 580°С со скоростью v=13,6°С/час+охлаждение от 580°С до 500°С со скоростью v=4,8°С/час были получены гистерезисные свойства: остаточная индукция B=1,256 Тл, коэрцитивная сила Н=57,6 кА/м и максимальное энергетическое произведение (ВН)=40,4 кДж/м.