×
24.07.2018
218.016.742c

Способ выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы Fe-Al-Ni-Co

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии производства магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, применяемых для получения постоянных магнитов электродвигателей и навигацинных устройств. Способ включает размещение поликристаллической заготовки из сплава на затравке в керамической форме, размещение керамической формы в области нагревателя над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации сплава при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации, при этом поликристаллическую заготовку из сплава предварительно расплавляют и повышают ее температуру до 1580-1620°С, расплавленную поликристаллическую заготовку заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, выдерживают в ней 0,5-1 мин и проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин в условиях температурного градиента на фронте кристаллизации 100-150 град/см. Техническим результатом изобретения является получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов, а также обеспечение высоких магнитных свойств (остаточной индукции В, коэрцитивной силы по индукции Н, максимального энергетического произведения (ВН)) сплавов. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки с направленной кристаллизацией магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, применяемых для получения постоянных магнитов электродвигателей и навигационных устройств.

Основной проблемой повышения эксплуатационных характеристик постоянных магнитов (магнитных свойств и температурной стабильности) является создание технологии получения совершенной кристаллической структуры материала. Получение монокристаллической заготовки возможно за счет создания контролируемого (постоянного) высокого температурного градиента при затвердевании расплава в процессе кристаллизации и использования специальных монокристаллических затравок.

Известен способ получения ориентированных монокристаллических заготовок из сплавов с перитектическим превращением, включающий изготовление поликристаллической заготовки, ее повторное расплавление на монокристаллической затравке и направленное затвердевание с температурным градиентом, при этом используют монокристаллическую затравку из состава сплава твердого раствора, первоначально кристаллизующегося до начала перитектической реакции (RU 2084561 С1, 20.07.1997).

Недостатком описанного способа является трудоемкий процесс подбора химического состава материала затравки и расчет индивидуального химического состава для каждой марки сплава.

Известен способ получения литых монокристаллических заготовок с использованием затравки из сплава, содержащего все компоненты требуемого состава поликристаллической заготовки, кроме титана, причем содержание титана в исходной поликристаллической заготовке увеличивают по сравнению с требуемым составом на величину, определяемую из формулы: ΔCзаг=Cспл⋅(h/H), где Сспл - требуемое содержание титана в монокристаллической заготовке, %; Н - высота исходной поликристаллической заготовки, см; h - высота зоны приплавления к затравке, см; при этом содержание одного или нескольких компонентов в монокристаллической затравке увеличивают на величину содержания титана в сплаве, а в поликристаллической заготовке содержание этих компонентов, соответственно, уменьшается (RU 2127774 С1, 20.03.1999).

Недостатком описанного способа является трудоемкий процесс подбора материала затравки, расчет индивидуального химического состава для каждой марки сплава и проведение дополнительной плавки заготовок для затравок.

Наиболее близким аналогом предложенного способа является способ выращивания монокристаллов магнитных сплавов, включающий размещение поликристаллической заготовки на затравке в керамической форме из окиси алюминия, размещение керамической формы в тепловом узле многопозиционной установки «Кристаллизатор-203» над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации. С целью увеличения производительности способа, выхода годных монокристаллов и кратности использования огнеупорных форм градиент температуры в расплаве перед фронтом кристаллизации создают величиной G=1-10 град/мм, а кристаллизацию ведут со скоростью V=1-100 мм/мин (SU 1807101 А1, 07.04.1993).

Проведение процесса направленной кристаллизации на установке «Кристаллизатор-203» (описание установки «Кристаллизатор 203» на сайте производителя ВНИИТВЧ им. В.П. Вологдаина: vniitvch.ru/?part=&sp=140; Пикунов М.В., И.В. Беляев, Сидоров Е.В. Кристаллизация сплавов и направленное затвердевание отливок. Владимир: Владимирский государственный университет. 2002. 213 с.) предусматривает переплавление заготовки из магнитного сплава путем перемещения нагревателя от затравки, расположенной в нижней части формы, к верхней части заготовки, при этом положение заготовки относительно охладителя остается неизменным. Отдаление фронта кристаллизации от охладителя приводит к постепенному снижению температурного градиента между фронтом кристаллизации и охладителем по мере подъема нагревателя, что влечет за собой образование равноосных зерен. Поскольку в процессе перекристаллизации заготовки температурный градиент между фронтом кристаллизации и охладителем снижается, для обеспечения формирования монокристаллической структуры необходимо использовать затравку близкого к заготовке состава (за исключением титана). В виду кристаллизации заготовки без ее предварительного расплавления исключается возможность скорректировать ее химический состав.

Технической задачей предложенного изобретения является разработка способа выплавки с направленной кристаллизацией магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с улучшенными магнитными свойствами и температурной стабильностью.

Техническим результатом предложенного изобретения является получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов, а также обеспечение высоких магнитных свойств (остаточной индукции Вr, коэрцитивной силы по индукции Нсb, максимального энергетического произведения (ВН)mах) сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт.

Технический результат достигается предложенным способом направленной кристаллизации магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт, включающим размещение поликристаллической заготовки из сплава на затравке в керамической форме, размещение керамической формы в области нагревателя над охладителем и проведение процесса направленной кристаллизации сплава при наличии температурного градиента перед фронтом кристаллизации, при этом поликристаллическую заготовку из сплава предварительно расплавляют и повышают ее температуру до 1580-1620°С, расплавленную поликристаллическую заготовку заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, выдерживают в ней 0,5-1 мин и проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин в условиях температурного градиента на фронте кристаллизации 100-150 град/см.

Поликристаллическую заготовку из сплава, дополнительно содержащего медь, расплавляют в печи, в которой предварительно создают вакуум от 1⋅10-2 до 5⋅10-3 мм рт.ст. и напускают аргон до давления 0,1-0,5 атм.

Вначале заготовку из высокочистых шихтовых материалов помещают в тигель установки высокоградиентной направленной кристаллизации и расплавляют, после чего расплав перегревают до температуры 1580-1620°С. При необходимости состав заготовки можно скорректировать, добавив шихтовые материалы в тигель перед расплавлением. Перегрев до более низких температур влечет за собой образование «паразитных» зерен на карбидах титана, присутствующих в структуре титановых сплавов.

При выплавке магнитных сплавов системы железо-алюминий-никель-кобальт, также содержащих медь, шихтовую заготовку предпочтительно расплавлять в печи, в которой предварительно создают вакуум от 1⋅10-2 до 5⋅10-3 мм рт.ст. и напускают аргон до давления 0,1-0,5 атм. Подача аргона позволяет избежать снижения концентрации меди вследствие ее испарения при плавке в вакууме.

После этого расплав заливают в подогретую до температуры 1500-1600°С керамическую форму, в нижней части которой предварительно размещают затравку. Расплав выдерживают в подогретой керамической форме 0,5-1 мин. Выдержка обеспечивает подплавление затравки и передачу заданной кристаллографической ориентации от затравки к заготовке.

Затравку предпочтительно использовать из сплава ЮНДК25БА для того, чтобы параметры кристаллической решетки затравки были близки с параметрами кристаллической решетки получаемых заготовок магнитных сплавов.

Далее проводят процесс направленной кристаллизации сплава посредством перемещения керамической формы в жидкометаллический охладитель с температурой 300-320°С со скоростью 1-5 мм/мин. Фронт кристаллизации металла находится между краем нагревателя и поверхностью жидкометаллического охладителя, что обеспечивает постоянный температурный градиент по всей высоте заготовки.

Выбранные режимы нагрева расплава, подогрева керамической формы, температуры жидкометаллического охладителя и скорости перемещения в него керамической формы обеспечивают температурный градиент перед фронтом кристаллизации в интервале 100-150 град/см. Высокий и неизменный температурный градиент обеспечивает минимальную разориентацию кристаллов по всей длине заготовки (не более 5 град). При более низком температурном градиенте возможно образование на карбидах титана, присутствующих в структуре титановых сплавов, «паразитных» зерен с большей степенью разориентации.

В предложенном способе используются затравки из сплава ЮНДК25БА диметром 7-8 мм, а к рабочей части заготовки магнита направленная структура передается через конусообразную стартовую зону, благодаря чему обеспечивается снижение расхода шихтовых материалов и трудозатрат на изготовление затравки диаметром, равным диаметру заготовки постоянного магнита, как в прототипе.

После получения отливки с монокристаллической структурой ее охлаждают до комнатной температуры, удаляют прибыльную часть, участок стартовой зоны 20 мм и контролируют качество структуры металлографическими и рентгеновскими методами.

Примеры осуществления изобретения.

Для проведения процесса направленной кристаллизации были подготовлены

поликристаллические заготовки, состоящие из высокочистых шихтовых компонентов: железо АРМКО тип 1, кобальт К0, никель Н1У, алюминий А99, медь М0, титан ВТ1-00, ниобий НБШ-0, с содержанием газов (кислорода и азота) не более 0,001 масс. %.

Химический состав обрабатываемых сплавов приведен в таблице 1.

Шихтовую заготовку массой 2,5 кг поместили в тигель, расположенный в вакуумной печи установки высокоградиентной направленной кристаллизации УВНС-5. Перед расплавлением сплава из камеры откачали воздух до давления 1⋅10-2- 5⋅10-3 мм рт.ст. и напустили аргон.

Далее шихтовую заготовку нагревали до получения расплава, после чего температуру расплава продолжали увеличить.

Далее расплав заливали в керамическую форму, в нижней части которой были расположены затравки диаметром 7-8 мм из сплава ЮНДК25БА, и выдерживали.

После этого включили механизм перемещения формы с заданной скоростью в жидкометаллический охладитель.

Температурный градиент оценивали с помощью термопар, установленных на керамической форме, по кривым распределения температуры в процессе кристаллизации.

Режимы направленной кристаллизации приведены в таблице 2.

Далее отливку охлаждали до комнатной температуры, срезали прибыльную часть и 20 мм стартовой зоны. Контролировали качество структуры на поверхности стартовой зоны металлографическими и рентгеновскими методами.

Полученные образцы имели отклонение кристаллографического направления <100> от направления протяжки не более 5 град.

Измерение магнитных свойств (остаточной индукции Вr, коэрцитивной силы по индукции Нсb, максимального энергетического произведения (ВН)mах) проводили методом медленно меняющегося магнитного поля на установке Permagraph С-300 по ГОСТ 8.286-77. Магнитные свойства, превышающие требования ГОСТ 17809-72, представлены в таблице 3.

Таким образом, как показали экспериментальные данные, предложенный способ обеспечивает получение заготовок магнитного сплава системы железо-алюминий-никель-кобальт с разориентацией кристаллов в пределах 5 градусов. Улучшение кристаллической структуры сплава, в свою очередь, обеспечивает высокие магнитные свойства - остаточную индукцию Вr 0,96-1,31 Тл, коэрцитивную силу по индукции Нсb 62,5-119 кА/м, максимальное энергетическое произведение (ВН)mах 53-74 кДж/м3.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 354 items.
27.09.2013
№216.012.6f40

Полимерная полиуретановая композиция и многослойный материал на ее основе

Изобретение относится к области полимерных композиций для получения многослойных материалов, предназначенных для изготовления надувных средств спасения, в том числе надувных оболочек пассажирских трапов летательных судов. Полимерная полиуретановая композиция включает полиуретановый полимер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494131
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.02.2014
№216.012.a266

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для высоконагруженных деталей и узлов, работающих при температурах до 550°C длительно и при 600°C кратковременно. Сплав на основе титана содержит, мас.%: Al 5,0-6,6, Mo 1,5-2,5, Zr...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507289
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.03.2014
№216.012.ae95

Полимерное связующее и препрег на его основе

Изобретение относится к области высокомолекулярной химии, а именно к получению связующих для полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых для изготовления конструкций на основе волокнистых углеродных наполнителей с рабочей температурой 200-400°C, и могут быть использованы в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510408
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.03.2014
№216.012.aea6

Волокнистый композиционный материал

Изобретение относится к области металлургии, в частности к волокнистым композиционным материалам, армированным непрерывными волокнами оксида алюминия, и может быть использовано в качестве конструкционного материала в авиационной технике. Волокнистый композиционный материал представляет собой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510425
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.04.2014
№216.012.afc9

Способ нанесения защитного покрытия на стальные детали

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей, используемой при изготовлении изделий в авиастроении, судостроении и других отраслях. Способ включает нанесение на стальные детали первого слоя, его тепловую обработку, нанесение второго слоя, его тепловую обработку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510716
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2014
№216.012.c100

Лента из порошкового высокотемпературного припоя на органической связке

Изобретение может быть использовано при изготовлении пайкой радиаторов, соединений трубопроводов, уплотнительных материалов, сопловых и рабочих лопаток турбин. Лента из порошкового высокотемпературного припоя на органической связке содержит полимер акриловой смолы и дибутилфталат, при следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515157
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c518

Сплав на основе интерметаллида nial с монокристаллической структурой и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе интерметаллида NiAl с монокристаллической структурой и выполненным из них изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям, таким как рабочие и сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516215
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.06.2014
№216.012.d5ed

Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов (ПКМ) конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, космической промышленности, радиоэлектронике и других областях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520543
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.10.2014
№216.012.fdbc

Керамический композиционный материал

Изобретение относится к керамическим композиционным материалам и может быть использовано при изготовлении деталей и узлов неохлаждаемых конструкций нового поколения авиационных газотурбинных двигателей с повышенными характеристиками удельной мощности и топливной экономичности, работающих при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530802
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.10.2014
№216.012.fe34

Литейный жаропрочный сплав на никелевой основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Сплав, мас.%: хром - 4,0-6,0; кобальт - 8,0-11,0; молибден - 2,5-3,5; вольфрам - 6,0-8,0; алюминий - 5,4-6,2; углерод 0,05-0,16; бор - 0,008-0,04; цирконий - 0,01-0,05; титан -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530932
Дата охранного документа: 20.10.2014
Showing 11-20 of 323 items.
20.04.2014
№216.012.bc3c

Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, космической, автомобиле-, судостроительной промышленности и других...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513916
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c100

Лента из порошкового высокотемпературного припоя на органической связке

Изобретение может быть использовано при изготовлении пайкой радиаторов, соединений трубопроводов, уплотнительных материалов, сопловых и рабочих лопаток турбин. Лента из порошкового высокотемпературного припоя на органической связке содержит полимер акриловой смолы и дибутилфталат, при следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515157
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c518

Сплав на основе интерметаллида nial с монокристаллической структурой и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе интерметаллида NiAl с монокристаллической структурой и выполненным из них изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям, таким как рабочие и сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516215
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.06.2014
№216.012.d5ed

Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов (ПКМ) конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, космической промышленности, радиоэлектронике и других областях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520543
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.da9a

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида NiAl и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с дендритной столбчатой структурой, таким как, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521740
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.10.2014
№216.012.fe34

Литейный жаропрочный сплав на никелевой основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Сплав, мас.%: хром - 4,0-6,0; кобальт - 8,0-11,0; молибден - 2,5-3,5; вольфрам - 6,0-8,0; алюминий - 5,4-6,2; углерод 0,05-0,16; бор - 0,008-0,04; цирконий - 0,01-0,05; титан -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530932
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.11.2014
№216.013.04c7

Устройство для получения отливки турбинной лопатки с монокристаллической структурой

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к производству сопловых и рабочих турбинных лопаток из никелевых жаропрочных сплавов. Устройство содержит керамическую форму, в которой выполнены последовательно расположенные по направлению кристаллизации затравочная полость с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532621
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.12.2014
№216.013.0fe7

Полимерная композиция на основе цианового эфира, модифицированная термопластом, препрег на ее основе и изделие, выполненное из него

Группа изобретений относится к полимерным композициям на основе циановых эфиров, модифицированных полисульфонами, упрочняемыми волокнистыми наполнителями и применяемыми для создания конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) с рабочей температурой до 200°C и изделий из них,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535488
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fed

Полициануратная композиция, препрег на ее основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к полимерным композициям на основе циановых эфиров, упрочняемым волокнистыми наполнителями и применяемым для создания конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) с рабочей температурой до 200°C и изделий из них, которые могут быть использованы в авиационной,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535494
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.12.2014
№216.013.101e

Способ производства пеноматериалов и конвейерная линия для его осуществления

Изобретение относится к области производства пеноматериалов на основе асбестового, базальтового, углеродного, полиэфирного или полиамидного и других видов неорганических и органических волокон, используемых в области авиа- и судостроения, машиностроении и радиотехнической промышленности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535548
Дата охранного документа: 20.12.2014
+ добавить свой РИД