De gloeiprocessen van Alnico-magneten, waaronder spanningsverlagend gloeien en prestatieverhogend gloeien, zijn cruciaal voor het optimaliseren van hun magnetische eigenschappen en mechanische stabiliteit.
1. Spanningsverlagend gloeien
Objectief :
Het doel is om restspanningen die ontstaan tijdens productieprocessen zoals gieten, smeden, bewerken of lassen te elimineren, waardoor de dimensionale stabiliteit wordt verbeterd en het risico op scheuren of vervorming wordt verminderd.
Belangrijkste procesparameters :
- Temperatuurbereik : De test wordt doorgaans uitgevoerd bij temperaturen onder de kritische temperatuur (Ac1) van de legering, meestal tussen 400 en 650 °C . Voor dunwandige of gemakkelijk vervormbare onderdelen kan de temperatuur lager zijn (bijvoorbeeld 500-550 °C voor lasonderdelen).
- Opwarmingssnelheid : Langzame opwarming is essentieel om het ontstaan van nieuwe spanningen te voorkomen. Onderdelen kunnen bijvoorbeeld worden belast bij ≤300 °C en vervolgens worden opgewarmd met een snelheid van ≤100–150 °C/uur.
- Houdtijd : Afhankelijk van de dikte en complexiteit van het onderdeel. Voor laswerkzaamheden is 2-4 uur gebruikelijk; voor precisieonderdelen zoals zeer nauwkeurige bussen of assen kan de houdtijd oplopen tot 10-12 uur .
- Koelmethode : Ovenkoeling (FC) heeft de voorkeur om geleidelijke spanningsrelaxatie te garanderen. Voor sommige onderdelen kan koeling tot 300 °C in de oven, gevolgd door luchtkoeling, acceptabel zijn.
Mechanisme :
Restspanningen ontstaan door niet-uniforme plastische vervorming tijdens de fabricage. Spanningsverlagend gloeien bevordert gelokaliseerde plastische vloei bij verhoogde temperaturen, waardoor dislocaties zich kunnen herschikken en spanningen kunnen verdwijnen zonder de microstructuur van het materiaal significant te veranderen.
2. Prestatieverbeterende gloeibehandeling (magnetische gloeibehandeling)
Objectief :
Om de magnetische eigenschappen van Alnico-magneten te optimaliseren, zoals remanentie (Br) , coërciviteit (Hc) en maximaal energieproduct ((BH)max) , door een gewenste microstructuur te bereiken (bijvoorbeeld uitgelijnde spinodale structuren in anisotroop Alnico).
Belangrijkste procesparameters :
- Temperatuurbereik:
- Oplossingsbehandeling (homogenisatie) : Wordt doorgaans uitgevoerd bij 1200–1300 °C om secundaire fasen op te lossen tot een eenfasige vaste oplossing.
- Spinodale ontbinding (veroudering) : Na het afkoelen wordt de legering gedurende 4-24 uur bij 600-650 °C verouderd om een periodieke spinodale structuur te vormen, wat de magnetische eigenschappen verbetert.
- Veroudering in meerdere fasen : Voor sommige kwaliteiten kunnen meerdere verouderingsstappen bij steeds lagere temperaturen (bijv. 700 °C → 650 °C → 600 °C ) worden gebruikt om de microstructuur te verfijnen.
- Opwarmingssnelheid : gecontroleerd om thermische schokken te voorkomen. Het is bijvoorbeeld gebruikelijk om in twee fasen (langzaam → snel) op te warmen tot 800-850 °C .
- Koelmethode:
- Afkoeling : Na een oplossingsbehandeling is vaak snelle afkoeling (bijvoorbeeld in water of olie) nodig om de microstructuur die bij hoge temperatuur is ontstaan te "bevriezen".
- Verouderingskoeling : Ovenkoeling of gecontroleerde koelsnelheden (bijv. ≤50 °C/u boven 350 °C ) worden tijdens het verouderingsproces gebruikt om voortijdige faseovergangen te voorkomen.
- Toepassing van een magnetisch veld : Bij anisotroop Alnico wordt tijdens het afkoelen of verouderen een sterk magnetisch veld (bijv. 1250–4000 Oe ) aangelegd om de spinodale domeinen uit te lijnen, waardoor de directionele magnetische eigenschappen worden verbeterd.
Mechanisme :
Prestatieverhogende gloeibehandeling is gebaseerd op spinodale decompositie , een faseovergang waarbij een homogene vaste oplossing zich splitst in twee in elkaar grijpende fasen met een periodieke structuur. Deze microstructuur zorgt voor een lage magnetische anisotropie-energie, waardoor een hoge remanentie en coërciviteit mogelijk zijn wanneer de oplossing onder een magnetisch veld wordt uitgelijnd.
3. Vergelijking van procesparameters
| Parameter | Spanningsverlagend gloeien | Prestatiegloeien |
|---|---|---|
| Temperatuurbereik | 400–650 °C | 600–1300 °C (oplossing + veroudering) |
| Opwarmingssnelheid | Langzaam (≤150°C/u) | Geregeld (verwarming in twee fasen) |
| Houdtijd | 2–12 uur (afhankelijk van de grootte van het onderdeel) | 4–24 uur (rijping) |
| Koelmethode | Ovenkoeling (FC) | Afschrikken + gecontroleerde verouderingskoeling |
| Magnetisch veld | Niet vereist | Vereist voor anisotrope kwaliteiten |
| Microstructureel doel | Stressontspanning | Spinodale decompositie + fase-uitlijning |
4. Praktische overwegingen
- Spanningsverlagend gloeien:
- Vaak uitgevoerd na bewerking of lassen om dimensionale stabiliteit te garanderen.
- De temperatuur moet zorgvuldig worden gecontroleerd om oververoudering te voorkomen, aangezien dit de magnetische eigenschappen kan aantasten.
- Prestatiegloeien:
- Cruciaal voor het bereiken van hoge magnetische prestaties in Alnico.
- Vereist nauwkeurige controle van temperatuur, tijd en afkoelsnelheid om de spinodale structuur te optimaliseren.
- Anisotrope kwaliteiten vereisen uitlijning van het magnetische veld tijdens het verouderingsproces, wat de complexiteit ervan verhoogt.
5. Voorbeeldproces voor anisotrope alnico (bijv. Alnico 5)
- Oplossingsbehandeling : Verwarm tot 1250 °C in een magnetisch veld (≥1250 Oe), houd dit 2 uur aan en koel vervolgens af in water.
- Veroudering : Verwarmen tot 600 °C in een magnetisch veld (≥3000 Oe), 24 uur op deze temperatuur houden en vervolgens in de oven laten afkoelen tot kamertemperatuur.
- Spanningsvermindering (optioneel) : Indien nabewerking nodig is na veroudering, voer dan een spanningsverminderende gloeibehandeling bij lage temperatuur uit (500-550 °C) gedurende 2-4 uur .
Conclusie
Spanningsverlagend gloeien en prestatieverhogend gloeien dienen verschillende doelen bij de productie van Alnico-magneten. Het eerste richt zich op mechanische stabiliteit door spanningsrelaxatie bij lage temperaturen, terwijl het tweede de magnetische eigenschappen optimaliseert via spinodale decompositie en fase-uitlijning bij hoge temperaturen. Inzicht in deze verschillen is essentieel voor het selecteren van het juiste gloeiproces op basis van de gewenste prestaties en toepassingsvereisten.
