Комбинированная литейная форма для получения столбчатой структуры в изделиях из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Co-Ti-Fe

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению методом направленной кристаллизации отливок литых постоянных магнитов из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Co-Ti-Fe, представляющих собой сплавы ЮНДКТ5БА и ЮНДКБА, имеющие наиболее широкое применение в промышленности среди сплавов типа Al-Ni-Со-Ti-Fe.

Получение столбчатой структуры на всю высоту отливок постоянных магнитов различной формы в виде призм, цилиндров, колец является ключевым моментом для получения высоких магнитных свойств на реальных изделиях на основе постоянных магнитов ЮНДКТ. В связи с этим особые требования предъявляются к формам при отливке магнитов со столбчатой структурой способом внепечной направленной кристаллизации.

Известен состав смеси для литейной формы, содержащий кварцевый песок и гидролизованный раствор этилсиликата (SU 89863, опубл. 01.01.1950). Однако этот состав не достаточно эффективен при отливке магнитов со столбчатой структурой из-за его малой тепловой инерции. Формы из материала такого состава быстро остывают и не обеспечивают необходимых температурных условий для роста однонаправленной кристаллической структуры на всю высоту отливок.

Известна комбинированная литейная форма для получения изделий из магнитотвердых материалов, содержащая керамическую форму и обечайку из теплоизоляционного стекловолокнистого материала (SU 954170A, 30.08.1982).

Недостатками указанной формы при получении отливок из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Со-Ti-Fe со столбчатой структурой являются:

- кристаллизация отливок с направленной кристаллизацией (НК) проходит не на всю их высоту, как правило, это 40-50 мм для отливок из сплавов ЮНДКТ5БА и 50-60 мм для отливок из сплава ЮНДКБА. При больших высотах отливок наблюдается образование сначала смешанной, а затем и равноосной структуры и, соответственно, снижение магнитных свойств термообработанных изделий;

- снижение качества столбчатой структуры за счет дезориентировки угла отклонения столбчатых кристаллов от оси [100] на 10 и более градусов.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении основных магнитных характеристик на изделиях из литых магнитотвердых сплавов типа ЮНДКТ5БА и ЮНДКБА высотой до 100 мм.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Комбинированная литейная форма для получения столбчатой структуры в изделиях из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Co-Ti-Fe содержит керамическую форму, обернутую огнеупорным теплоизоляционным материалом в виде ткани толщиной 15-20 мм на основе керамического волокна, при этом керамическое волокно имеет следующий состав (мас. %):

При этом керамическая форма и теплоизоляционный материал закреплены снаружи металлическими полосами, выполненными из никелевой проволоки.

Изобретение поясняется чертежом, где показан общий вид комбинированной литейной формы для получения столбчатой структуры в изделиях из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Со-Ti-Fe.

Керамическая форма, изготовленная по выплавляемым моделям, оборачивается огнеупорным теплоизоляционным материалом в виде ткани толщиной 15-20 мм на основе керамического волокна (керамоволокно) и закрепляется снаружи двумя полосами из никелевой проволоки, т.е., создается КЛФ.

Для изготовления КЛФ необходимо использовать керамоволокно, содержащее SiO₂ - 52-56%, Al₂O₃ - 28-30%, ZrO₂ - 14-18%, которое имеет низкую теплопроводность 8-12 Вт/м × °С, низкий коэффициент тепловой аккумуляции (вф) - 13,2÷15,1 ккал/м² °С, а также имеющего толщину - 15-20 мм.

Готовая КЛФ устанавливается в электропечь для разогрева под заливку на температуру 1200-1250°С, где выдерживается 30-45 мин, затем переносится на холодильник и в нее производится заливка магнитотвердого сплава.

Направленная кристаллическая структура отливок формируется после заливки в КЛФ расплавленного металла при определенных тепловых условиях, обеспечивающих как направленный рост столбчатых кристаллов в направлении холод-тепло, т.е. от холодильника к прибыли литейных форм, так и за счет поддержания температуры боковых и верхней поверхностей формы, где тепло передается излучением и конвекцией в воздушной среде.

Керамоволокно имеет коэффициент теплопроводности примерно в два раза ниже, чем теплоаккумулирующая смесь 8-12 и 25-28 Вт/м × °С и низкий коэффициент тепловой аккумуляции (вф) - 13,2÷15,1 ккал/м² °С. Использование керамоволокна создает необходимый тепловой баланс в процессе кристаллизации и благоприятные условия для формирования направленной кристаллической структуры столбчатых кристаллов по оси [100] сплавов типа Al-Ni-Со-Ti-Fe на всю высоту отливок изделий любой формы. Таким образом, при применении КЛФ в отливках отсутствуют области со смешанной и равноосной структурой.

После последующей термообработки таких отливок, а именно нагрева до температуры 1250-1280°С, обработки в магнитном поле и отпуска при температурах 640-500°С, повышаются магнитные свойства изделий как следствие однородности структуры по объему изделия и повышения основных магнитных свойств магнитотвердого материала за счет качественной столбчатой структуры.

Сопутствующими положительными факторами применения КЛФ при изготовлении изделий на основе постоянных магнитов типа ЮНДКТ в виде призм, цилиндров, колец являются снижение температуры форм под заливку с 1350-1400°С до 1200-1250°С, уменьшение веса форм в 3-4 раза до 3-4 кг и, соответственно, времени прогрева форм под заливку с 1-1,5 часа до 30-45 мин.

Применение керамоволокна возможно и для изготовления КЛФ для заливки магнитов из сплавов типа ЮНДКТ с равноосной структурой. В этом случае сохраняются ряд преимуществ, отмеченных выше, а именно, уменьшение трудоемкости изготовления форм, веса форм и времени прогрева формы под заливку.

В таблице 1 проиллюстрированы примеры реализации изобретения при изготовлении постоянных магнитов в виде призм из сплавов ЮНДКТ5БА и ЮНДКБА при заливке их в КЛФ, изготовленных по ранее используемому процессу и при использовании для изготовления КЛФ керамоволокна.

Результат использования изобретения заключается в увеличении магнитных свойств как следствие получения на изделиях совершенной направленной кристаллической структуры. Как видно из таблицы 1, в магнитах, изготовленных с помощью предложенной КЛФ, повышается остаточная магнитная индукция и значительно увеличивается максимальное магнитное произведение.