復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金及其加工方法
【專利摘要】復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金及其加工方法，屬于鐵鉻鈷永磁合金及其加工【技術領域】，其化學成分的各合金元素重量百分比為：鉻Cr：23-28％，鈷Co：9-18％，釩V：0.5-2.0％，Ti：0.5-2.0％，其余為鐵和不可避免的雜質；所述復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法包括造砂型，中頻感應冶煉、澆鑄，修磨，磨加工，熱處理，磁性檢驗步驟，使用30-500Kg的中頻感應爐進行冶煉；本發明采用非真空鑄造的方法，直接鑄造鐵鉻鈷元件毛坯，后續通過磨加工和熱處理生產出尺寸和磁性能合格的鐵鉻鈷元件；本發明的有益效果是：不需要進行固溶處理，降低了功耗，提高了合金成材率，降低了加工成本；本發明產品的磁性能得到很大改善，非常適用于傳感器、揚聲器和磁滯馬達等中的磁性元件。
【專利說明】復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金及其加工方法
【技術領域】[0001]本發明為鐵鉻鈷永磁合金及其加工方法，特別涉及復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金及其加工方法，屬于鐵鉻鈷永磁合金及其加工【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著機電產業和信息產業的高速發展，高磁性能的鐵鉻鈷永磁合金的需求量越來越大。鐵鉻鈷永磁合金是一種可加工永磁材料，可耐高溫:40(TC以下保持磁性不衰退；可機械加工如:切削，攻絲，打眼，沖壓等；耐撞擊:彌補其他磁性材料易碎、易裂的缺陷；可加工成各種規格的絲、管、棒、帶，再根據客戶需要進行沖壓、車、銑、刨、磨等加工制成磁性元件。傳統的鐵鉻鈷合金都要采用真空冶煉，冶煉好的鋼錠再進行鍛造、熱軋、冷軋帶(冷拉絲)、機械加工和熱處理才能制成磁性元件。鐵鉻鈷合金的真空冶煉、鍛造、熱軋、冷軋和加工過程中的軟化處理都需要用到大型專用設備，其功耗很高，加工難度又比普通的鋼材和不銹鋼材料大，合金成材率只有60-80%，這些因素使得鐵鉻鈷合金的加工成本達到材料成本的2-5倍。這使得鐵鉻鈷合金的總體成本很高，加工周期也很長，制約了鐵鉻鈷合金的大量使用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對上述鐵鉻鈷永磁合金加工規程的現有技術中，其功耗高、加工難度大、成材率低、加工成本高的缺陷，提供了一種復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金及其加工方法，可以達到其功耗低、易加工、成材率高、加工成本低的目的。
[0004]為了實現上述目的本發明采取的技術方案是:復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其產品為小圓柱體形或小長方體形等，具體的各類產品形狀可達到五十至七十種，其化學成分的各合金元素重量百分比為:鉻Cr:23-28%，鈷Co:9-18%，釩V:0.5-2.0%, Ti:
0.5-2.0%。其余為鐵和不可避免的雜質。由于Ti對細化晶粒的效果相當顯著，所以雖然采用非真空冶煉，合金的磁性能也能達到要求；同時V的加入，使得合金在緩慢冷卻的情況下也能保持單一的a中，不會有有害相Y的析出，采用非真空鑄造的產品不需要進行固溶處理。
[0005]所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的化學成分中，各合金元素重量百分比為:鉻Cr:24.8%，鈷Co:11.2%，釩V:1.5%, T1:1.2%0其余為鐵和不可避免的雜質。
[0006]所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的化學成分中，各合金元素重量百分比為:鉻Cr:25.6%，鈷Co:10.7%，釩V:0.6%，T1:0.7%。其余為鐵和不可避免的雜質。
[0007]所述復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法包括造砂型，中頻感應冶煉、澆鑄，修磨，磨加工，熱處理，磁性檢驗步驟，具體為:
[0008](I)造砂型
[0009]根據產品的形狀，制造合適的鑄造用型腔金屬模具，再通過鑄造用石英砂和金屬模具制造砂型澆鑄裝置，所述砂型澆鑄裝置包括底板、加熱板、導向板和模具排列板，所述模具排列板上排列有10至200個金屬模具。
[0010](2)中頻感應冶煉、澆鑄
[0011]使用30_500Kg的中頻感應爐，通過感應加熱的方式把爐內的純鐵、金屬鉻、金屬鈷全部融化，再依次添加釩鐵和金屬Ti，等到Ti融化后，然后通過澆鑄系統把冶煉好的鋼水澆鑄到產品專用砂型中。
[0012]⑶修磨
[0013]等砂型中的產品冷卻后，把每個產品小心的敲下來，然后在砂輪機上修磨掉產品上的澆口。
[0014]⑷磨加工
[0015]修好澆口的產品，根據產品形狀，選用無芯磨床，立磨，平面磨床，內圓磨床等對產品進行磨削加工。
[0016](5)熱處理
[0017]對經過磨削加工的產品，按照鐵鉻鈷合金熱處理工藝要求在永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐內，以630-660°C，160KA / m的磁場下進行l_2h的等溫處理，然后在6200C _540°C溫度區間內進行分段時效處理。
[0018]當然也可以在普通電磁鐵型的`磁場熱處理設備內進行熱處理，但功耗高、效率低。
[0019](6)磁性檢驗
[0020]對熱處理完成的產品，按照產品磁化方向進行飽和充磁，采取磁特性測量、磁通檢驗等方式對產品磁性進行檢驗。
[0021]所述金屬模具為小圓柱體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小圓柱體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板A，所述模具排列板A為方形，模具排列板A共設置有36個模具A，以6行、6列設置(所述小圓柱體形產品的砂型澆鑄裝置的其他部分結構均為現有技術，在此不再贅述)。
[0022]所述金屬模具為小長方體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小長方體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板B，所述模具排列板B為方形，模具排列板B共設置有64個模具B，以4列設置(所述小長方體形產品的砂型澆鑄裝置的其他部分結構均為現有技術，在此不再贅述)。
[0023]產品的熱處理在永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐內進行，所述永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐的主體結構包括加熱爐和設置在加熱爐外圍的直流空心線圈；所述直流空心線圈是用銅管繞制而成，銅管中通入冷卻水和低電壓、高電流的直流電，通過直流空心線圈產生均勻的磁場，直流空心線圈中的冷卻水可以保證在通電的情況下，線圈的溫度保持相對恒溫；所述加熱爐包括不銹鋼爐殼、保溫層、裝有電阻絲的碳化硅加熱管、馬弗管和送料機構，所述不銹鋼爐殼、保溫層、裝有電阻絲的碳化硅加熱管、馬弗管前部作為加熱爐的爐壁從外至里依次設置。
[0024]采用中頻感應爐冶煉、澆鑄的具體步驟如下:
[0025](I)在中頻感應爐爐底放置純鐵，純鐵上面放置少量的金屬鉻和金屬鈷。
[0026](2)開啟中頻感應爐，加熱到出現鋼水，再分數次加入金屬鉻和金屬鈷。
[0027](3) 20-40分鐘后，爐內的金屬材料逐步融化，鋼水溫度達到1550°C _1680°C。
[0028](4)等爐內材料全部融化后，清理掉鋼水表面的雜質。[0029](5)加入金屬釩鐵融化后再加入金屬鈦。
[0030](6)金屬鈦融化后，攪拌鋼水，使鋼水的成分均勻，在1600-1680°C時把融化好的鋼水澆入產品專用的砂型中。
[0031 ] 與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0032](I)傳統的鐵鉻鈷永磁合金為時效硬化型可變形硬磁合金，其化學成分的合金重量百分比為:20%~33%鉻、3%~25%鈷、3%鑰或0.7%~1.0%硅，其余為鐵和不可避免的雜質，現有技術的熱處理工藝為:固溶處理(1300~1330°C )—冷加工一磁場處理(620~640°C)—時效處理。本發明在上述傳統的鐵鉻鈷永磁合金基礎上，對化學成分進行了調整，優化鐵鉻鈷合金成分，采用非真空鑄造的方法，直接鑄造鐵鉻鈷元件毛坯，后續通過磨加工和熱處理生產出尺寸和磁性能合格的鐵鉻鈷元件；本發明鐵鉻鈷永磁合金中，把鈷的含量控制在9-14%的較低的范圍，并以釩V:0.5-2.0%, T1:0.5-2.0%的少量合金元素代替3%鑰或0.7%~1.0%硅。由于Ti對細化晶粒的效果相當顯著，所以雖然采用非真空冶煉，合金的磁性能也能達到要求；同時V的加入，使得合金即使在砂型中緩慢冷卻的情況下，也能保持單一的a中，不會有有害相Y的析出，所以不需要進行固溶處理。
[0033](2)所述加工方法包括造砂型，中頻感應冶煉、澆鑄,修磨,磨加工,熱處理,磁性檢驗步驟，傳統的鐵鉻鈷合金加工通常包括真空冶煉鋼錠、鍛造、熱軋、冷軋帶(冷拉絲)、機械加工和熱處理等，所述熱處理包括高溫固溶處理；說本發明避免了需高能耗的大型加工設備的真空冶煉、鍛造、熱軋、冷軋帶(冷拉絲)和高溫固溶處理程序，從而降低了功耗，提高了合金合金成材率，降低了加工成本。本發明的鐵鉻鈷合金的生產工藝簡單，生產周期短，適合短期大批量化生產。和傳統真空鑄造鐵鉻鈷合金比較，生產成本減少40-60%，生產周期減少50%。
[0034]真空鑄造鐵鉻鈷合金，真空熔煉、鍛造、熱軋、冷軋帶(冷拉絲)、機械加工和高溫固溶處理的成本合計為100-130元/公斤，加工時間為30-60天。而非真空鑄造鐵鉻鈷合金，造砂型、中頻感應冶煉、燒鑄、修磨、磨加工的成本合計只有40-60元/公斤,加工時間為15-30天。
[0035](3)本發明主要是替代YB / T5261-93中的2J85鐵鉻鈷合金，與2J85的磁性能比較，非真空鑄造的鐵鉻鈷合金磁性能得到很大改善。具體指標如下:
[0036]剩余磁感應強度: Br:1.3T-1.45T;
[0037]矯頑力:He:46-53KA / m ；
[0038]最大磁能積:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0039]本發明產品非常適用于傳感器、揚聲器和磁滯馬達等中的磁性元件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1是:小圓柱體形廣品的|吳具排列圖；
[0041]圖2是:小長方體形廣品的|旲具排列圖；
[0042]圖3是:永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐主體結構截面圖。
[0043]附圖標記說明:模具排列板Al、模具A101、模具排列板B2、模具B201、直流空心線圈3、不銹鋼爐殼4、 保溫層5、裝有電阻絲的碳化硅加熱管6、馬弗管7。【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。
[0045]實施例1:
[0046]如圖1、圖3所示，復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其產品為小圓柱體形，其化學成分的各合金元素重量百分比為鉻Cr:24.8%，鈷Co:11.2%，釩V:1.5%，T1:1.2%。其余為鐵和不可避免的雜質。由于Ti對細化晶粒的效果相當顯著，所以雖然采用非真空冶煉，合金的磁性能也能達到要求；同時V的加入，使得合金在緩慢冷卻的情況下也能保持單一的a中，不會有有害相Y的析出，采用非真空鑄造的產品不需要進行固溶處理。
[0047]所述復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法包括造砂型，中頻感應冶煉、澆鑄，修磨，磨加工，熱處理，磁性檢驗步驟，具體為:
[0048](1)造砂型
[0049]根據產品的形狀，制造合適的鑄造用型腔金屬模具，再通過鑄造用石英砂和金屬模具制造砂型澆鑄裝置，所述砂型澆鑄裝置包括底板、加熱板、導向板和模具排列板，所述模具排列板上排列有10至200個金屬模具。
[0050](2)中頻感應冶煉、澆鑄
[0051]使用30_500Kg的中頻感應爐，通過感應加熱的方式把爐內的純鐵、金屬鉻、金屬鈷全部融化，再依次添加釩鐵和金屬Ti，等到Ti融化后，然后通過澆鑄系統把冶煉好的鋼水澆鑄到產品專用砂型中。
[0052](3)修磨
[0053]等砂型中的產品冷卻后，把每個產品小心的敲下來，然后在砂輪機上修磨掉產品上的澆口。
[0054](4)磨加工
[0055]修好澆口的產品，根據產品形狀，選用無芯磨床，立磨，平面磨床，內圓磨床等對產品進行磨削加工。
[0056](5)熱處理
[0057]對經過磨削加工的產品，按照鐵鉻鈷合金熱處理工藝要求在永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐內，以630-660°C，160KA / m的磁場下進行l_2h的等溫處理，然后在6200C _540°C溫度區間內進行分段時效處理。
[0058](6)磁性檢驗
[0059]對熱處理完成的產品，按照產品磁化方向進行飽和充磁，采取磁特性測量、磁通檢驗等方式對產品磁性進行檢驗。
[0060]所述金屬模具為小圓柱體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小圓柱體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板Al，所述模具排列板Al為方形，模具排列板A共設置有36個模具A101，以6行、6列設置(所述小圓柱體形產品的砂型澆鑄裝置的其他部分結構均為現有技術，在此不再贅述)。
[0061]產品的熱處理在永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐內進行，所述永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐的主體結構包括加熱爐和設置在加熱爐外圍的直流空心線圈3 ;所述直流空心線圈3是用銅管繞制而成，銅管中通入冷卻水和低電壓、高電流的直流電，通過直流空心線圈3產生均勻的磁場，直流空心線圈3中的冷卻水可以保證在通電的情況下，線圈的溫度保持相對恒溫；所述加熱爐包括不銹鋼爐殼4、保溫層5、裝有電阻絲的碳化硅加熱管6、馬弗管7，所述不銹鋼爐殼4、保溫層5、裝有電阻絲的碳化硅加熱管6、馬弗管7前部作為加熱爐的爐壁從外至里依次設置。
[0062]采用中頻感應爐冶煉、澆鑄的具體步驟如下:
[0063](I)在中頻感應爐爐底放置純鐵，純鐵上面放置少量的金屬鉻和金屬鈷；
[0064](2)開啟中頻感應爐，加熱到出現鋼水，再分數次加入金屬鉻和金屬鈷；
[0065](3) 20-40分鐘后，爐內的金屬材料逐步融化，鋼水溫度達到1550°C -1680°C ；
[0066](4)等爐內材料全部融化后，清理掉鋼水表面的雜質；
[0067](5)加入金屬釩鐵，融化后再加入金屬鈦，所加入的釩鐵的具體牌號有為FeV60和FeV80 ；
[0068](6)金屬鈦融化后，攪拌鋼水，使鋼水的成分均勻，在1600-1680°C時把融化好的鋼水澆入產品專用的砂型中。
[0069]磁性能得到很大改善。具體指標如下:
[0070]剩余磁感應強度: Br:1.3T-1.45T;
[0071]矯頑力:He:46_52KA / m ；
[0072]最大磁能積:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0073]實施例2:
[0074]如圖2、圖3所示，復合`釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其產品為小長方體形，其化學成分的各合金元素重量百分比為鉻Cr:24.8%，鈷Co:11.2%，釩V:1.5%,T1:1.2%。其余為鐵和不可避免的雜質。
[0075]所述金屬模具為小長方體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小長方體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板B2，所述模具排列板B2為方形，模具排列板B2共設置有64個模具B201，以4列設置(所述小長方體形產品的砂型澆鑄裝置的其他部分結構均為現有技術，在此不再贅述)。
[0076]余同實施例1。
[0077]實施例3:
[0078]如圖1、圖3所示，復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其產品為小圓柱體形，其化學成分的各合金元素重量百分比為鉻Cr:25.6%，鈷Co:10.7%，釩V:0.6%，T1:0.7%，其余為鐵和不可避免的雜質。
[0079]磁性能得到很大改善。具體指標如下:
[0080]剩余磁感應強度: Br:1.3T-1.4T;
[0081]矯頑力:He:48_53KA / m ；
[0082]最大磁能積:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0083]余同實施例1。
[0084]實施例4:
[0085]如圖2、圖3所示，復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其產品為小長方體形，其化學成分的各合金元素重量百分比為鉻Cr:25.6%，鈷Co:10.7%，釩V:0.6%，T1:0.7%，其余為鐵和不可避免的雜質。
[0086]所述金屬模具為小長方體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小長方體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板B2，所述模具排列板B2為方形，模具排列板B2共設置有64個模具B201，以4列設置(所述小長方體形產品的砂型澆鑄裝置的其他部分結構均為現有技術，在此不再贅述)。
[0087]磁性能得到很大改善。具體指標如下:
[0088]剩余磁感應強度: Br:1.3T-1.4T;
[0089]矯頑力:He:48_53KA / m ；
[0090]最大磁能積:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0091]余同實施例1。
[0092]以上所述的實施例，只是本發明較優選的【具體實施方式】的四種，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其產品的形狀為小圓柱體形或小長方體形，其特征在于:其化學成分的各合金元素重量百分比為:鉻Cr:23-28%，鈷Co:9_18%，釩V:0.5-2.0%, Ti:0.5-2.0% ;其余為鐵和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其特征在于:其化學成分的各合金元素重量百分比為:鉻Cr:24.8%，鈷Co:11.2%，釩V:1.5%, Ti:1.2% ;其余為鐵和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金，其特征在于:其化學成分的各合金元素重量百分比為:鉻Cr:25.6%，鈷Co:10.7%，釩V:0.6%，Ti:0.7% ;其余為鐵和不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法，其特征在于:所述加工方法包括造砂型，中頻感應冶煉、澆鑄，修磨，磨加工，熱處理，磁性檢驗步驟，具體為: (1)造砂型: 根據產品的形狀，制造合適的鑄造用型腔金屬模具，再通過鑄造用石英砂和金屬模具制造砂型澆鑄裝置，所述砂型澆鑄裝置包括底板、加熱板、導向板和模具排列板，所述模具排列板上排列有10至200個金屬模具； (2)中頻感應冶煉、澆鑄: 使用30-500Kg的中頻感應爐，通過感應加熱的方式把爐內的純鐵、金屬鉻、金屬鈷全部融化，再依次添加釩鐵和金屬Ti，等到Ti融化后，然后通過澆鑄系統把冶煉好的鋼水澆鑄到產品專用砂型中； (3)修磨: 等砂型中的產品冷卻后，把每個產品小心的敲下來，然后在砂輪機上修磨掉產品上的澆口 ； (4)磨加工: 修好澆口的產品，根據產品形狀，選用無芯磨床，立磨，平面磨床，內圓磨床等對產品進行磨削加工； (5)熱處理: 對經過磨削加工的產品，按照鐵鉻鈷合金熱處理工藝要求在永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐內，以630-660°C、160KA / m的磁場下進行l_2h的等溫處理，然后在井式爐內，以620°C _540°C溫度區間內進行分段時效處理； (6)磁性檢驗: 對熱處理完成的產品，按照產品磁化方向進行飽和充磁，采取磁特性測量、磁通檢驗等方式對產品磁性進行檢驗。
5.根據權利要求4所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法，其特征在于:所述金屬模具為小圓柱體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小圓柱體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板A，所述模具排列板A為方形，模具排列板A共設置有36個模具A，以6行、6列設置。
6.根據權利要求4所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法，其特征在于:所述金屬模具為小長方體形產品的金屬模具，所述砂型澆鑄裝置為小長方體形產品的砂型澆鑄裝置，所述模具排列板為模具排列板B，所述模具排列板B為方形，模具排列板B共設置有64個模具B，以4列設置。
7.根據權利要求4所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法，其特征在于:產品的熱處理在永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐內進行，所述永磁合金高效連續等溫磁場熱處理爐的主體結構包括加熱爐和設置在加熱爐外圍的直流空心線圈；所述直流空心線圈是用銅管繞制而成，銅管中通入冷卻水和低電壓、高電流的直流電，通過直流空心線圈產生均勻的磁場；所述加熱爐包括不銹鋼爐殼、保溫層、裝有電阻絲的碳化硅加熱管、馬弗管，所述不銹鋼爐殼、保溫層、裝有電阻絲的碳化硅加熱管、馬弗管前部作為加熱爐的爐壁從外至里依次設置。
8.根據權利要求4所述的復合釩、鈦元素的鐵鉻鈷永磁合金的加工方法，其特征在于:采用中頻感應爐冶煉、澆鑄的具體步驟如下: (1)在中頻感應爐爐底放置純鐵，純鐵上面放置少量的金屬鉻和金屬鈷； (2)開啟中頻感應爐，加熱到出現鋼水，再分數次加入金屬鉻和金屬鈷； (3)20-40分鐘后，爐內的金屬材料逐步融化，鋼水溫度達到1550°C-1680°C ； (4)等爐內材料全部融化后，清理掉鋼水表面的雜質； (5)加入金屬釩鐵融化后再加入金屬鈦； (6)金屬鈦融化后，攪拌鋼水，使鋼水的成分均勻，在1600-1680°C時把融化好的鋼水澆入產品專用的砂型中。`
【文檔編號】C21D1/04GK103667933SQ201310740383
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】李文軍, 王占國, 張秋明 申請人:寧波盛事達磁業有限公司