一种高使用温度高饱和半硬磁合金及其制备方法

摘要

本发明属于半硬磁合金技术领域，特别涉及一种高使用温度高饱和半硬磁合金及其制备方法。该合金的化学成分按质量百分比表示为：Co 47.5～51.0％、Ni 0.5～3.5％、V 1.0～2.5％、Nb 0.1～0.8％、Si＜0.1％、Mn＜0.1％、C＜0.05％、P＜0.02％、S＜0.02％，余量为Fe；采用熔炼浇铸→真空自耗重熔→开坯锻造→热处理工艺步骤制备。本发明合金在保持高饱和磁感应强度的前提下，具有合适的矫顽力及力学性能，适用于制作高灵敏磁滞电机用转子、定子。

说明书

技术领域

本发明属于半硬磁合金技术领域，特别涉及一种高使用温度高饱和半硬磁合金及其制备方法。

背景技术

磁滞电机具有运行平稳、结构简单、噪声低、重量轻、启动电流小等优点，在录音机、电视设备、记录仪表、陀螺和其他自动化系统的同步驱动装置中应用广泛。半硬磁合金常用于制作磁滞电动机转子，其性能优劣决定了磁滞电机的使用性能。

近等原子比铁钴合金经有序化处理后，具有高居里温度、高饱和磁感应强度、高磁导率及低损耗等显著特点，在磁性合金中占据重要位置。但是，近等原子比铁钴合金有序化后脆性大，加工困难。通过添加合金元素，可以改善铁钴合金的加工性能，提高其塑韧性，例如添加2％钒的Permendur合金(类似国产牌号1J22)，在大幅提高合金压延性能的前提下，仅微弱影响合金饱和磁感应强度。进一步添加钒含量(10％以上)，合金磁性能向硬磁转变，即饱和磁感应强度降低，矫顽力增加，如国产铁钴钒永磁合金2J31，2J32等。国内常用的半硬磁合金主要有《GB/T 14988-2008磁滞合金》规定的2J4，2J7，2J21等合金，其最大饱和磁感应强度均小于1.8T，矫顽力大于2000A/m。国内外现有半硬磁合金中并没有一种满足饱和磁感应强度在1.8～2.1T，矫顽力在760～1000A/m的合金，本发明合金填补了这一性能空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种高使用温度高饱和半硬磁合金。

本发明的另一个目的是提供一种高使用温度高饱和半硬磁合金的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种高使用温度高饱和半硬磁合金，该合金的化学成分按质量百分比表示为：Co 47.5～51.0％、Ni 0.5～3.5％、V 1.0～2.5％、Nb 0.1～0.8％、Si＜0.1％、Mn＜0.1％、C＜0.05％、P＜0.02％、S＜0.02％，余量为Fe。

所述合金采用熔炼浇铸→真空自耗重熔→开坯锻造→热处理工艺步骤制备。

所述合金在室温～200℃具备如下磁性能和力学性能的组合：合金的室温B₂₄₀₀大于1.65T，B₈₀₀₀大于1.90T，矫顽力Hc₈₀₀₀为800～950A/m，抗拉强度大于600MPa；在200℃合金时的室温B₂₄₀₀大于1.60T，B₈₀₀₀大于1.85T，矫顽力Hc₈₀₀₀为790～900A/m。

本发明提供一种高使用温度高饱和半硬磁合金的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)原料准备

按照如下合金成分配比准备合金原料：合金的化学成分按质量百分比表示为：Co 47.5～51.0％、Ni 0.5～3.5％、V 1.0～2.5％、Nb 0.1～0.8％、Si＜0.1％、Mn＜0.1％、C＜0.05％、P＜0.02％、S＜0.02％，余量为Fe；

(2)熔炼浇铸

采用真空感应炉熔炼合金，待合金完全融化并且成分均匀之后浇铸成电极棒；

(3)真空自耗重熔

自耗电极棒经真空自耗重熔，熔炼过程真空度≤1×10^-2Pa，进一步脱气并细化夹杂物尺寸；

(4)开坯锻造

自耗锭扒皮后，低于600℃装入锻造炉，升温速率150～200℃/小时，在1140±10℃保温60～90分钟后开坯，锻造成所需规格棒料；

(5)热处理

锻棒加工至成品，进行真空热处理，680±10℃保温5～7小时。

所述步骤(2)中，熔炼过程真空度≤1×10^-1Pa，将Fe、Co、Ni作为一次加料直接放入甘锅；将V、Nb作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为自耗电极棒。

所述步骤(5)中，锻棒在真空热处理之前，在850～900℃保温1～2小时，进行冰盐淬火，然后车削加工。

经真空热处理之后，获得具有高饱和磁钢应强度的基体及约1～3vol％含量的面心立方无磁γ相的复相组织。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明旨在通过调整合金元素配比，在合金中加入0.5～3.5％的Ni，0.1～0.8％的Nb，通过合适的热处理工艺，获得具有高饱和磁钢应强度的基体及约1～3vol％含量的面心立方无磁γ相的复相组织，使材料在一定温度范围(室温～200℃)保持高饱和磁感应强度的前提下，具有合适的矫顽力及力学性能，适用于制作高灵敏磁滞电机用转子、定子。

本发明中，合金的室温B₂₄₀₀大于1.65T，B₈₀₀₀大于1.90T，矫顽力Hc₈₀₀₀为800～950A/m，抗拉强度大于600MPa；在200℃合金的室温B₂₄₀₀大于1.60T，B₈₀₀₀大于1.85T，矫顽力Hc₈₀₀₀为790～900A/m；合金材料具有良好的磁性和力学性能，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

本发明的高使用温度高饱和半硬磁合金的化学成分按质量百分比表示为：Co 47.5～51.0％、Ni 0.5～3.5％、V 1.0～2.5％、Nb 0.1～0.8％、Si＜0.1％、Mn＜0.1％、C＜0.05％、P＜0.02％、S＜0.02％，余量为Fe。

合金元素的作用及合金设计依据如下：

V：提高合金淬火态塑性、冷加工性，2％含量对合金饱和磁感应强度有微弱影响，增加其含量则降低合金饱和磁感应强度，增加矫顽力；

Ni：适量添加，通过析出γ相，抑制晶粒长大，细化组织，但是会增加矫顽力；

Nb：强化晶界，细化晶粒，提高合金强度

Si、Mn：控制其含量在0.1％以下；

C、P、S：杂质元素，C、P、S含量越低越好。

所述半硬磁合金采用如下工艺步骤制备：熔炼浇铸→真空自耗重熔→开坯锻造→热处理。

本发明的高使用温度高饱和半硬磁合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料准备：按照表1中合金成分配比准备合金原料。

表1高饱和半硬磁合金成分

(2)熔炼浇铸

采用真空感应炉熔炼合金，待合金完全融化并且成分均匀之后浇铸成电极棒。

熔炼过程真空度≤1×10^-1Pa，严格控制合金元素的烧损量，使合金的成分控制在设计范围之内。

其中，Fe、Co、Ni作为一次加料直接放入甘锅；V、Nb作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为自耗电极棒。

(3)真空自耗重熔

自耗电极棒经真空自耗重熔，熔炼过程真空度≤1×10^-2Pa，进一步脱气并细化夹杂物尺寸。

(4)开坯锻造

自耗锭扒皮后，低于600℃装入锻造炉，升温速率150～200℃/小时，在1140±10℃保温60～90分钟后开坯，锻造成所需规格棒料；

(5)热处理

锻棒可直接加工至成品后，进行真空热处理，680±10℃保温5～7小时；为了便于产品机加工，也可在850～900℃保温1～2小时，冰盐淬火后，进行车削加工，最终成品进行真空热处理，680±10℃保温5～7小时。在上述680±10℃真空热处理后，可获得具有高饱和磁钢应强度的基体及约1～3vol％含量的面心立方无磁γ相的复相组织。

本发明涉及的高饱和磁感应强度半硬磁合金，是在Fe-Co系高饱和磁感应强度磁性合金的基础上添加适量的V、Ni以及微量的Nb元 素，在较宽的温度范围(室温～200℃)具有高饱和磁感应强度、适中的矫顽力及力学性能。

实施例

采用真空感应炉熔炼的四个实施例合金的化学分析结果如表2所示：

表2熔炼合金的化学成分(质量百分比％)

上述成分合金采用的加工工艺一致：真空感应熔炼电极棒→真空自耗重熔→扒皮后1140℃锻造→热处理车削加工Φ45mm棒。

经过上述工艺制备的Ni、V、Nb合金化Fe-Co基高饱和磁感应强度半硬磁合金的磁性、力学性能见表3所示，合金在的室温B₂₄₀₀大于1.65T，B₈₀₀₀大于1.90T，矫顽力Hc₈₀₀₀为800～950A/m，抗拉强度大于600MPa；在200℃合金在的室温B₂₄₀₀大于1.60T，B₈₀₀₀大于1.85T，矫顽力Hc₈₀₀₀为790～900A/m；合金材料具有良好的磁性和力学性能，具有广泛的应用前景。

表3Fe-Co-Ni-V-Nb合金磁、力学性能