复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金及其加工方法
【专利摘要】复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金及其加工方法，属于铁铬钴永磁合金及其加工【技术领域】，其化学成分的各合金元素重量百分比为：铬Cr：23-28％，钴Co：9-18％，钒V：0.5-2.0％，Ti：0.5-2.0％，其余为铁和不可避免的杂质；所述复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法包括造砂型，中频感应冶炼、浇铸，修磨，磨加工，热处理，磁性检验步骤，使用30-500Kg的中频感应炉进行冶炼；本发明采用非真空铸造的方法，直接铸造铁铬钴元件毛坯，后续通过磨加工和热处理生产出尺寸和磁性能合格的铁铬钴元件；本发明的有益效果是：不需要进行固溶处理，降低了功耗，提高了合金成材率，降低了加工成本；本发明产品的磁性能得到很大改善，非常适用于传感器、扬声器和磁滞马达等中的磁性元件。
【专利说明】复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金及其加工方法
【技术领域】[0001]本发明为铁铬钴永磁合金及其加工方法，特别涉及复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金及其加工方法，属于铁铬钴永磁合金及其加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着机电产业和信息产业的高速发展，高磁性能的铁铬钴永磁合金的需求量越来越大。铁铬钴永磁合金是一种可加工永磁材料，可耐高温:40(TC以下保持磁性不衰退；可机械加工如:切削，攻丝，打眼，冲压等；耐撞击:弥补其他磁性材料易碎、易裂的缺陷；可加工成各种规格的丝、管、棒、带，再根据客户需要进行冲压、车、铣、刨、磨等加工制成磁性元件。传统的铁铬钴合金都要采用真空冶炼，冶炼好的钢锭再进行锻造、热轧、冷轧带(冷拉丝)、机械加工和热处理才能制成磁性元件。铁铬钴合金的真空冶炼、锻造、热轧、冷轧和加工过程中的软化处理都需要用到大型专用设备，其功耗很高，加工难度又比普通的钢材和不锈钢材料大，合金成材率只有60-80%，这些因素使得铁铬钴合金的加工成本达到材料成本的2-5倍。这使得铁铬钴合金的总体成本很高，加工周期也很长，制约了铁铬钴合金的大量使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对上述铁铬钴永磁合金加工规程的现有技术中，其功耗高、加工难度大、成材率低、加工成本高的缺陷，提供了一种复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金及其加工方法，可以达到其功耗低、易加工、成材率高、加工成本低的目的。
[0004]为了实现上述目的本发明采取的技术方案是:复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其产品为小圆柱体形或小长方体形等，具体的各类产品形状可达到五十至七十种，其化学成分的各合金元素重量百分比为:铬Cr:23-28%，钴Co:9-18%，钒V:0.5-2.0%, Ti:
0.5-2.0%。其余为铁和不可避免的杂质。由于Ti对细化晶粒的效果相当显著，所以虽然采用非真空冶炼，合金的磁性能也能达到要求；同时V的加入，使得合金在缓慢冷却的情况下也能保持单一的a中，不会有有害相Y的析出，采用非真空铸造的产品不需要进行固溶处理。
[0005]所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的化学成分中，各合金元素重量百分比为:铬Cr:24.8%，钴Co:11.2%，钒V:1.5%, T1:1.2%0其余为铁和不可避免的杂质。
[0006]所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的化学成分中，各合金元素重量百分比为:铬Cr:25.6%，钴Co:10.7%，钒V:0.6%，T1:0.7%。其余为铁和不可避免的杂质。
[0007]所述复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法包括造砂型，中频感应冶炼、浇铸，修磨，磨加工，热处理，磁性检验步骤，具体为:
[0008](I)造砂型
[0009]根据产品的形状，制造合适的铸造用型腔金属模具，再通过铸造用石英砂和金属模具制造砂型浇铸装置，所述砂型浇铸装置包括底板、加热板、导向板和模具排列板，所述模具排列板上排列有10至200个金属模具。
[0010](2)中频感应冶炼、浇铸
[0011]使用30_500Kg的中频感应炉，通过感应加热的方式把炉内的纯铁、金属铬、金属钴全部融化，再依次添加钒铁和金属Ti，等到Ti融化后，然后通过浇铸系统把冶炼好的钢水浇铸到产品专用砂型中。
[0012]⑶修磨
[0013]等砂型中的产品冷却后，把每个产品小心的敲下来，然后在砂轮机上修磨掉产品上的浇口。
[0014]⑷磨加工
[0015]修好浇口的产品，根据产品形状，选用无芯磨床，立磨，平面磨床，内圆磨床等对产品进行磨削加工。
[0016](5)热处理
[0017]对经过磨削加工的产品，按照铁铬钴合金热处理工艺要求在永磁合金高效连续等温磁场热处理炉内，以630-660°C，160KA / m的磁场下进行l_2h的等温处理，然后在6200C _540°C温度区间内进行分段时效处理。
[0018]当然也可以在普通电磁铁型的`磁场热处理设备内进行热处理，但功耗高、效率低。
[0019](6)磁性检验
[0020]对热处理完成的产品，按照产品磁化方向进行饱和充磁，采取磁特性测量、磁通检验等方式对产品磁性进行检验。
[0021]所述金属模具为小圆柱体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小圆柱体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板A，所述模具排列板A为方形，模具排列板A共设置有36个模具A，以6行、6列设置(所述小圆柱体形产品的砂型浇铸装置的其他部分结构均为现有技术，在此不再赘述)。
[0022]所述金属模具为小长方体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小长方体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板B，所述模具排列板B为方形，模具排列板B共设置有64个模具B，以4列设置(所述小长方体形产品的砂型浇铸装置的其他部分结构均为现有技术，在此不再赘述)。
[0023]产品的热处理在永磁合金高效连续等温磁场热处理炉内进行，所述永磁合金高效连续等温磁场热处理炉的主体结构包括加热炉和设置在加热炉外围的直流空心线圈；所述直流空心线圈是用铜管绕制而成，铜管中通入冷却水和低电压、高电流的直流电，通过直流空心线圈产生均匀的磁场，直流空心线圈中的冷却水可以保证在通电的情况下，线圈的温度保持相对恒温；所述加热炉包括不锈钢炉壳、保温层、装有电阻丝的碳化硅加热管、马弗管和送料机构，所述不锈钢炉壳、保温层、装有电阻丝的碳化硅加热管、马弗管前部作为加热炉的炉壁从外至里依次设置。
[0024]采用中频感应炉冶炼、浇铸的具体步骤如下:
[0025](I)在中频感应炉炉底放置纯铁，纯铁上面放置少量的金属铬和金属钴。
[0026](2)开启中频感应炉，加热到出现钢水，再分数次加入金属铬和金属钴。
[0027](3) 20-40分钟后，炉内的金属材料逐步融化，钢水温度达到1550°C _1680°C。
[0028](4)等炉内材料全部融化后，清理掉钢水表面的杂质。[0029](5)加入金属钒铁融化后再加入金属钛。
[0030](6)金属钛融化后，搅拌钢水，使钢水的成分均匀，在1600-1680°C时把融化好的钢水浇入产品专用的砂型中。
[0031 ] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0032](I)传统的铁铬钴永磁合金为时效硬化型可变形硬磁合金，其化学成分的合金重量百分比为:20%~33%铬、3%~25%钴、3%钥或0.7%~1.0%硅，其余为铁和不可避免的杂质，现有技术的热处理工艺为:固溶处理(1300~1330°C )—冷加工一磁场处理(620~640°C)—时效处理。本发明在上述传统的铁铬钴永磁合金基础上，对化学成分进行了调整，优化铁铬钴合金成分，采用非真空铸造的方法，直接铸造铁铬钴元件毛坯，后续通过磨加工和热处理生产出尺寸和磁性能合格的铁铬钴元件；本发明铁铬钴永磁合金中，把钴的含量控制在9-14%的较低的范围，并以钒V:0.5-2.0%, T1:0.5-2.0%的少量合金元素代替3%钥或0.7%~1.0%硅。由于Ti对细化晶粒的效果相当显著，所以虽然采用非真空冶炼，合金的磁性能也能达到要求；同时V的加入，使得合金即使在砂型中缓慢冷却的情况下，也能保持单一的a中，不会有有害相Y的析出，所以不需要进行固溶处理。
[0033](2)所述加工方法包括造砂型，中频感应冶炼、浇铸,修磨,磨加工,热处理,磁性检验步骤，传统的铁铬钴合金加工通常包括真空冶炼钢锭、锻造、热轧、冷轧带(冷拉丝)、机械加工和热处理等，所述热处理包括高温固溶处理；说本发明避免了需高能耗的大型加工设备的真空冶炼、锻造、热轧、冷轧带(冷拉丝)和高温固溶处理程序，从而降低了功耗，提高了合金合金成材率，降低了加工成本。本发明的铁铬钴合金的生产工艺简单，生产周期短，适合短期大批量化生产。和传统真空铸造铁铬钴合金比较，生产成本减少40-60%，生产周期减少50%。
[0034]真空铸造铁铬钴合金，真空熔炼、锻造、热轧、冷轧带(冷拉丝)、机械加工和高温固溶处理的成本合计为100-130元/公斤，加工时间为30-60天。而非真空铸造铁铬钴合金，造砂型、中频感应冶炼、烧铸、修磨、磨加工的成本合计只有40-60元/公斤,加工时间为15-30天。
[0035](3)本发明主要是替代YB / T5261-93中的2J85铁铬钴合金，与2J85的磁性能比较，非真空铸造的铁铬钴合金磁性能得到很大改善。具体指标如下:
[0036]剩余磁感应强度: Br:1.3T-1.45T;
[0037]矫顽力:He:46-53KA / m ；
[0038]最大磁能积:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0039]本发明产品非常适用于传感器、扬声器和磁滞马达等中的磁性元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1是:小圆柱体形广品的|吴具排列图；
[0041]图2是:小长方体形广品的|旲具排列图；
[0042]图3是:永磁合金高效连续等温磁场热处理炉主体结构截面图。
[0043]附图标记说明:模具排列板Al、模具A101、模具排列板B2、模具B201、直流空心线圈3、不锈钢炉壳4、 保温层5、装有电阻丝的碳化硅加热管6、马弗管7。【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
[0045]实施例1:
[0046]如图1、图3所示，复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其产品为小圆柱体形，其化学成分的各合金元素重量百分比为铬Cr:24.8%，钴Co:11.2%，钒V:1.5%，T1:1.2%。其余为铁和不可避免的杂质。由于Ti对细化晶粒的效果相当显著，所以虽然采用非真空冶炼，合金的磁性能也能达到要求；同时V的加入，使得合金在缓慢冷却的情况下也能保持单一的a中，不会有有害相Y的析出，采用非真空铸造的产品不需要进行固溶处理。
[0047]所述复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法包括造砂型，中频感应冶炼、浇铸，修磨，磨加工，热处理，磁性检验步骤，具体为:
[0048](1)造砂型
[0049]根据产品的形状，制造合适的铸造用型腔金属模具，再通过铸造用石英砂和金属模具制造砂型浇铸装置，所述砂型浇铸装置包括底板、加热板、导向板和模具排列板，所述模具排列板上排列有10至200个金属模具。
[0050](2)中频感应冶炼、浇铸
[0051]使用30_500Kg的中频感应炉，通过感应加热的方式把炉内的纯铁、金属铬、金属钴全部融化，再依次添加钒铁和金属Ti，等到Ti融化后，然后通过浇铸系统把冶炼好的钢水浇铸到产品专用砂型中。
[0052](3)修磨
[0053]等砂型中的产品冷却后，把每个产品小心的敲下来，然后在砂轮机上修磨掉产品上的浇口。
[0054](4)磨加工
[0055]修好浇口的产品，根据产品形状，选用无芯磨床，立磨，平面磨床，内圆磨床等对产品进行磨削加工。
[0056](5)热处理
[0057]对经过磨削加工的产品，按照铁铬钴合金热处理工艺要求在永磁合金高效连续等温磁场热处理炉内，以630-660°C，160KA / m的磁场下进行l_2h的等温处理，然后在6200C _540°C温度区间内进行分段时效处理。
[0058](6)磁性检验
[0059]对热处理完成的产品，按照产品磁化方向进行饱和充磁，采取磁特性测量、磁通检验等方式对产品磁性进行检验。
[0060]所述金属模具为小圆柱体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小圆柱体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板Al，所述模具排列板Al为方形，模具排列板A共设置有36个模具A101，以6行、6列设置(所述小圆柱体形产品的砂型浇铸装置的其他部分结构均为现有技术，在此不再赘述)。
[0061]产品的热处理在永磁合金高效连续等温磁场热处理炉内进行，所述永磁合金高效连续等温磁场热处理炉的主体结构包括加热炉和设置在加热炉外围的直流空心线圈3 ;所述直流空心线圈3是用铜管绕制而成，铜管中通入冷却水和低电压、高电流的直流电，通过直流空心线圈3产生均匀的磁场，直流空心线圈3中的冷却水可以保证在通电的情况下，线圈的温度保持相对恒温；所述加热炉包括不锈钢炉壳4、保温层5、装有电阻丝的碳化硅加热管6、马弗管7，所述不锈钢炉壳4、保温层5、装有电阻丝的碳化硅加热管6、马弗管7前部作为加热炉的炉壁从外至里依次设置。
[0062]采用中频感应炉冶炼、浇铸的具体步骤如下:
[0063](I)在中频感应炉炉底放置纯铁，纯铁上面放置少量的金属铬和金属钴；
[0064](2)开启中频感应炉，加热到出现钢水，再分数次加入金属铬和金属钴；
[0065](3) 20-40分钟后，炉内的金属材料逐步融化，钢水温度达到1550°C -1680°C ；
[0066](4)等炉内材料全部融化后，清理掉钢水表面的杂质；
[0067](5)加入金属钒铁，融化后再加入金属钛，所加入的钒铁的具体牌号有为FeV60和FeV80 ；
[0068](6)金属钛融化后，搅拌钢水，使钢水的成分均匀，在1600-1680°C时把融化好的钢水浇入产品专用的砂型中。
[0069]磁性能得到很大改善。具体指标如下:
[0070]剩余磁感应强度: Br:1.3T-1.45T;
[0071]矫顽力:He:46_52KA / m ；
[0072]最大磁能积:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0073]实施例2:
[0074]如图2、图3所示，复合`钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其产品为小长方体形，其化学成分的各合金元素重量百分比为铬Cr:24.8%，钴Co:11.2%，钒V:1.5%,T1:1.2%。其余为铁和不可避免的杂质。
[0075]所述金属模具为小长方体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小长方体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板B2，所述模具排列板B2为方形，模具排列板B2共设置有64个模具B201，以4列设置(所述小长方体形产品的砂型浇铸装置的其他部分结构均为现有技术，在此不再赘述)。
[0076]余同实施例1。
[0077]实施例3:
[0078]如图1、图3所示，复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其产品为小圆柱体形，其化学成分的各合金元素重量百分比为铬Cr:25.6%，钴Co:10.7%，钒V:0.6%，T1:0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0079]磁性能得到很大改善。具体指标如下:
[0080]剩余磁感应强度: Br:1.3T-1.4T;
[0081]矫顽力:He:48_53KA / m ；
[0082]最大磁能积:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0083]余同实施例1。
[0084]实施例4:
[0085]如图2、图3所示，复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其产品为小长方体形，其化学成分的各合金元素重量百分比为铬Cr:25.6%，钴Co:10.7%，钒V:0.6%，T1:0.7%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0086]所述金属模具为小长方体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小长方体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板B2，所述模具排列板B2为方形，模具排列板B2共设置有64个模具B201，以4列设置(所述小长方体形产品的砂型浇铸装置的其他部分结构均为现有技术，在此不再赘述)。
[0087]磁性能得到很大改善。具体指标如下:
[0088]剩余磁感应强度: Br:1.3T-1.4T;
[0089]矫顽力:He:48_53KA / m ；
[0090]最大磁能积:(BH)m:44_53KJ / m3。
[0091]余同实施例1。
[0092]以上所述的实施例，只是本发明较优选的【具体实施方式】的四种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其产品的形状为小圆柱体形或小长方体形，其特征在于:其化学成分的各合金元素重量百分比为:铬Cr:23-28%，钴Co:9_18%，钒V:0.5-2.0%, Ti:0.5-2.0% ;其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其特征在于:其化学成分的各合金元素重量百分比为:铬Cr:24.8%，钴Co:11.2%，钒V:1.5%, Ti:1.2% ;其余为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金，其特征在于:其化学成分的各合金元素重量百分比为:铬Cr:25.6%，钴Co:10.7%，钒V:0.6%，Ti:0.7% ;其余为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的复合钒、钛元素的铁铬钴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，中频感应冶炼、浇铸，修磨，磨加工，热处理，磁性检验步骤，具体为: (1)造砂型: 根据产品的形状，制造合适的铸造用型腔金属模具，再通过铸造用石英砂和金属模具制造砂型浇铸装置，所述砂型浇铸装置包括底板、加热板、导向板和模具排列板，所述模具排列板上排列有10至200个金属模具； (2)中频感应冶炼、浇铸: 使用30-500Kg的中频感应炉，通过感应加热的方式把炉内的纯铁、金属铬、金属钴全部融化，再依次添加钒铁和金属Ti，等到Ti融化后，然后通过浇铸系统把冶炼好的钢水浇铸到产品专用砂型中； (3)修磨: 等砂型中的产品冷却后，把每个产品小心的敲下来，然后在砂轮机上修磨掉产品上的浇口 ； (4)磨加工: 修好浇口的产品，根据产品形状，选用无芯磨床，立磨，平面磨床，内圆磨床等对产品进行磨削加工； (5)热处理: 对经过磨削加工的产品，按照铁铬钴合金热处理工艺要求在永磁合金高效连续等温磁场热处理炉内，以630-660°C、160KA / m的磁场下进行l_2h的等温处理，然后在井式炉内，以620°C _540°C温度区间内进行分段时效处理； (6)磁性检验: 对热处理完成的产品，按照产品磁化方向进行饱和充磁，采取磁特性测量、磁通检验等方式对产品磁性进行检验。
5.根据权利要求4所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法，其特征在于:所述金属模具为小圆柱体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小圆柱体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板A，所述模具排列板A为方形，模具排列板A共设置有36个模具A，以6行、6列设置。
6.根据权利要求4所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法，其特征在于:所述金属模具为小长方体形产品的金属模具，所述砂型浇铸装置为小长方体形产品的砂型浇铸装置，所述模具排列板为模具排列板B，所述模具排列板B为方形，模具排列板B共设置有64个模具B，以4列设置。
7.根据权利要求4所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法，其特征在于:产品的热处理在永磁合金高效连续等温磁场热处理炉内进行，所述永磁合金高效连续等温磁场热处理炉的主体结构包括加热炉和设置在加热炉外围的直流空心线圈；所述直流空心线圈是用铜管绕制而成，铜管中通入冷却水和低电压、高电流的直流电，通过直流空心线圈产生均匀的磁场；所述加热炉包括不锈钢炉壳、保温层、装有电阻丝的碳化硅加热管、马弗管，所述不锈钢炉壳、保温层、装有电阻丝的碳化硅加热管、马弗管前部作为加热炉的炉壁从外至里依次设置。
8.根据权利要求4所述的复合钒、钛元素的铁铬钴永磁合金的加工方法，其特征在于:采用中频感应炉冶炼、浇铸的具体步骤如下: (1)在中频感应炉炉底放置纯铁，纯铁上面放置少量的金属铬和金属钴； (2)开启中频感应炉，加热到出现钢水，再分数次加入金属铬和金属钴； (3)20-40分钟后，炉内的金属材料逐步融化，钢水温度达到1550°C-1680°C ； (4)等炉内材料全部融化后，清理掉钢水表面的杂质； (5)加入金属钒铁融化后再加入金属钛； (6)金属钛融化后，搅拌钢水，使钢水的成分均匀，在1600-1680°C时把融化好的钢水浇入产品专用的砂型中。`
【文档编号】C21D1/04GK103667933SQ201310740383
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】李文军, 王占国, 张秋明 申请人:宁波盛事达磁业有限公司