RU2635983C1

RU2635983C1 - Combined casting mould for producing column structure in articles of magnetic type materials of al-ni-co-ti-fe type

Info

Publication number: RU2635983C1
Application number: RU2016129752A
Authority: RU
Inventors: Илья Николаевич Буряков; Андрей Гурьевич Дормидонтов; Сергей Сергеевич Дроздов; Олег Николаевич Куликов; Алексей Сергеевич Лилеев; Борис Григорьевич Разумейко; Владимир Ильич Раков; Виктор Александрович Сеин
Original assignee: Акционерное общество "Спецмагнит"
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2017-11-17

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the production by the method of directional crystallisation of cast permanent magnets from magnetically hard materials of the Al-Ni-Co-Ti-Fe type with a column structure. The combined casting mould consists of a ceramic mould, wrapped with refractory thermal insulation material in the form of 15-20 mm based on ceramic fiber having the following composition, wt %: silica dioxide 52-56, alumina oxide 28-30, zirconia dioxide 14-18. The ceramic mould and the heat-insulating material are fixed outside by nickel wire metal strips.

EFFECT: increase of the main magnetic characteristics of the products due to the improvement of column structure quality.

1 dwg, 1 tbl

Description

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.The invention relates to foundry, in particular to the production by directional crystallization of castings of cast permanent magnets from hard alloys of the type Al-Ni-Co-Ti-Fe, which are alloys UNDKT5BA and UNDKBA, which have the widest application in industry among Al-Ni alloys -Co-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.Obtaining a columnar structure over the entire height of castings of permanent magnets of various shapes in the form of prisms, cylinders, rings is the key to obtaining high magnetic properties on real products based on permanent magnets UNDKT. In this regard, special requirements are imposed on the molds when casting magnets with a columnar structure by the method of out-of-furnace directed crystallization.

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.A known composition of the mixture for the mold containing quartz sand and a hydrolyzed solution of ethyl silicate (SU 89863, publ. 01.01.1950). However, this composition is not effective enough when casting magnets with a columnar structure due to its low thermal inertia. Molds from a material of this composition quickly cool down and do not provide the necessary temperature conditions for the growth of a unidirectional crystalline structure over the entire height of the castings.

Известна комбинированная литейная форма для получения изделий из магнитотвердых материалов, содержащая керамическую форму и обечайку из теплоизоляционного стекловолокнистого материала (SU 954170A, 30.08.1982).Known combined mold for producing products from hard magnetic materials, containing a ceramic mold and a shell of heat-insulating fiberglass material (SU 954170A, 08/30/1982).

Недостатками указанной формы при получении отливок из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Со-Ti-Fe со столбчатой структурой являются:The disadvantages of this form upon receipt of castings from hard magnetic materials of the type Al-Ni-Co-Ti-Fe with a columnar structure are:

- 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;- crystallization of castings with directed crystallization (NC) does not take place to their entire height, as a rule, it is 40-50 mm for castings from UNDKTBA and 50-60 mm for casts from UNDKBA. At high heights of castings, the formation of a first mixed and then equiaxial structure is observed and, accordingly, a decrease in the magnetic properties of heat-treated products;

- снижение качества столбчатой структуры за счет дезориентировки угла отклонения столбчатых кристаллов от оси [100] на 10 и более градусов.- a decrease in the quality of the columnar structure due to disorientation of the angle of deviation of the columnar crystals from the [100] axis by 10 or more degrees.

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.The invention achieves the technical result, which consists in increasing the basic magnetic characteristics on products from molten hard alloys of the type UNDKT5BA and UNDKBA up to 100 mm high.

Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.

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. %):The combined casting mold for obtaining a columnar structure in products of hard magnetic materials of the type Al-Ni-Co-Ti-Fe contains a ceramic mold wrapped with a refractory heat-insulating material in the form of a fabric with a thickness of 15-20 mm based on ceramic fiber, and the ceramic fiber has the following composition (wt.%):

Диоксид кремнияSilica 52-5652-56 Оксид алюминияAluminium oxide 28-3028-30 Диоксид цирконияZirconium dioxide 14-1814-18

При этом керамическая форма и теплоизоляционный материал закреплены снаружи металлическими полосами, выполненными из никелевой проволоки.In this case, the ceramic form and the insulating material are fixed on the outside with metal strips made of nickel wire.

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.The invention is illustrated by the drawing, which shows a General view of a combined casting mold to obtain a columnar structure in products of hard magnetic materials such as Al-Ni-Co-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.A ceramic mold made by investment casting is wrapped with a refractory heat-insulating material in the form of a fabric with a thickness of 15-20 mm based on ceramic fiber (ceramic fiber) and fixed on the outside with two strips of nickel wire, i.e., CLF is created.

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.For the manufacture of CLF, it is necessary to use a ceramic fiber containing SiO ₂ - 52-56%, Al ₂ O ₃ - 28-30%, ZrO ₂ - 14-18%, which has a low thermal conductivity of 8-12 W / m × ° C, low coefficient thermal accumulation (vf) - 13.2 ÷ 15.1 kcal / m ²

° C, as well as having a thickness of 15-20 mm.

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.The finished CLF is installed in an electric furnace for heating under pouring at a temperature of 1200-1250 ° C, where it is held for 30-45 minutes, then it is transferred to the refrigerator and the magnetically hard alloy is poured into it.

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.The directed crystalline structure of the castings is formed after pouring molten metal into the CLF under certain thermal conditions, which provide both directed growth of columnar crystals in the cold-heat direction, i.e. from the refrigerator to the profit of molds, and by maintaining the temperature of the side and top surfaces of the mold, where heat is transferred by radiation and convection in the air.

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.Ceramic fiber has a thermal conductivity coefficient of about two times lower than the heat storage mixture of 8-12 and 25-28 W / m × ° C and a low coefficient of thermal accumulation (vf) of 13.2 ÷ 15.1 kcal / m ²

° C. The use of ceramic fiber creates the necessary heat balance during crystallization and favorable conditions for the formation of a directed crystal structure of columnar crystals along the [100] axis of Al-Ni-Co-Ti-Fe alloys to the entire height of castings of any shape. Thus, when using CLF in castings, there are no regions with a mixed and equiaxial structure.

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.After subsequent heat treatment of such castings, namely heating to a temperature of 1250-1280 ° C, processing in a magnetic field and tempering at temperatures of 640-500 ° C, the magnetic properties of the products increase as a result of the uniformity of the structure in terms of volume of the product and the increase in the basic magnetic properties of the hard magnetic material account of quality columnar structure.

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.The concomitant positive factors of the use of CLF in the manufacture of products based on permanent magnets like UNDKT in the form of prisms, cylinders, rings are a decrease in the temperature of molds for filling from 1350-1400 ° C to 1200-1250 ° C, a decrease in the weight of the molds by 3-4 times to 3 -4 kg and, accordingly, the time for heating molds for pouring from 1-1.5 hours to 30-45 minutes.

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.The use of ceramic fiber is also possible for the manufacture of CLF for pouring magnets from alloys of the UNDKT type with equiaxial structure. In this case, a number of advantages noted above are retained, namely, a reduction in the complexity of manufacturing the molds, the weight of the molds and the time for heating the mold to fill.

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.Table 1 illustrates examples of the implementation of the invention in the manufacture of permanent magnets in the form of prisms from alloys UNDKT5BA and UNDKBA by pouring them into CLF manufactured by the previously used process and when using ceramic fiber for manufacturing CLF.

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.The result of using the invention is to increase the magnetic properties as a result of obtaining the perfect directional crystal structure on the products. As can be seen from table 1, in magnets manufactured using the proposed CLF, the residual magnetic induction increases and the maximum magnetic product increases significantly.

Claims

Комбинированная литейная форма для получения изделий со столбчатой структурой из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Co-Ti-Fe, содержащая керамическую форму, обернутую огнеупорным теплоизоляционным материалом в виде ткани толщиной 15-20 мм на основе керамического волокна, имеющего следующий состав, мас.%:Combined casting mold for producing products with a columnar structure from hard magnetic materials of the type Al-Ni-Co-Ti-Fe, containing a ceramic mold wrapped in refractory heat-insulating material in the form of a fabric with a thickness of 15-20 mm based on ceramic fiber having the following composition, wt. %:

Диоксид кремнияSilica 52-5652-56 Оксид алюминияAluminium oxide 28-3028-30 Диоксид цирконияZirconium dioxide 14-18,14-18,

при этом керамическая форма и теплоизоляционный материал закреплены снаружи металлическими полосами из никелевой проволоки.while the ceramic mold and thermal insulation material are fixed on the outside with metal strips of nickel wire.