Процессы отжига магнитов Alnico, включая отжиг для снятия напряжений и отжиг для повышения рабочих характеристик, имеют решающее значение для оптимизации их магнитных свойств и механической стабильности.

1. Отжиг для снятия внутренних напряжений

Цель :
Для устранения остаточных напряжений, возникающих в процессе производства, например, при литье, ковке, механической обработке или сварке, что повышает стабильность размеров и снижает риск растрескивания или деформации.

Основные параметры процесса :

• Диапазон температур : Как правило, измерения проводятся при температурах ниже критической температуры (Ac1) сплава, обычно в диапазоне 400–650 °C . Для тонкостенных или легко деформируемых деталей температура может быть ниже (например, 500–550 °C для свариваемых деталей).
• Скорость нагрева : Медленный нагрев необходим для предотвращения возникновения новых напряжений. Например, детали можно нагружать при температуре ≤300°C и нагревать со скоростью ≤100–150°C/ч.
• Время выдержки : зависит от толщины и сложности детали. Для свариваемых деталей обычно требуется 2–4 часа ; для прецизионных компонентов, таких как высокоточные втулки или валы, время выдержки может достигать 10–12 часов .
• Метод охлаждения : Для обеспечения постепенной релаксации напряжений предпочтительно использовать печное охлаждение. Для некоторых деталей может быть допустимо охлаждение до 300 °C в печи с последующим воздушным охлаждением.

Механизм :
Остаточные напряжения возникают из-за неравномерной пластической деформации в процессе производства. Отжиг для снятия напряжений способствует локализованному пластическому течению при повышенных температурах, позволяя дислокациям перестраиваться, а напряжениям рассеиваться без существенного изменения микроструктуры материала.

2. Отжиг для повышения эксплуатационных характеристик (магнитный отжиг)

Цель :
Для оптимизации магнитных свойств магнитов Alnico, таких как остаточная намагниченность (Br) , коэрцитивная сила (Hc) и максимальное энергетическое произведение ((BH)max) , необходимо достичь предпочтительной микроструктуры (например, выровненных спинодальных структур в анизотропном Alnico).

Основные параметры процесса :

• Диапазон температур:
  • Обработка раствором (гомогенизация) : обычно проводится при температуре 1200–1300 °C для растворения вторичных фаз в однофазный твердый раствор.
  • Спинодальное разложение (старение) : После закалки сплав подвергается старению при температуре 600–650 °C в течение 4–24 часов для образования периодической спинодальной структуры, которая улучшает магнитные свойства.
  • Многоступенчатая выдержка : Для некоторых марок стали может использоваться многоступенчатая выдержка при понижении температуры (например, 700°C → 650°C → 600°C ) для улучшения микроструктуры.
• Скорость нагрева : регулируется для предотвращения термического шока. Например, распространенным является нагрев до 800–850 °C в два этапа (медленный → быстрый).
• Метод охлаждения:
  • Закалка : После обработки раствором часто требуется быстрое охлаждение (например, в воде или масле) для «замораживания» высокотемпературной микроструктуры.
  • Охлаждение в процессе старения : для предотвращения преждевременных фазовых превращений в процессе старения используется охлаждение в печи или контролируемая скорость охлаждения (например, ≤50°C/ч при температуре выше 350°C ).
• Применение магнитного поля : Для анизотропного сплава Alnico сильное магнитное поле (например, 1250–4000 Э ) применяется во время закалки или старения для выравнивания спинодальных доменов, что усиливает направленные магнитные свойства.

Механизм :
Отжиг для повышения производительности основан на спинодальном распаде — фазовом превращении, при котором однородный твердый раствор разделяется на две взаимопроникающие фазы с периодической структурой. Такая микроструктура обеспечивает низкую энергию магнитной анизотропии, что позволяет достичь высокой остаточной намагниченности и коэрцитивной силы при выравнивании под действием магнитного поля.

3. Сравнение параметров процесса

4. Практические соображения

• Отжиг для снятия внутренних напряжений:
  • Эта процедура часто выполняется после механической обработки или сварки для обеспечения стабильности размеров.
  • Температуру необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать чрезмерного старения, которое может ухудшить магнитные свойства.
• Отжиг для повышения производительности:
  • Это крайне важно для достижения высоких магнитных характеристик в сплаве Alnico.
  • Для оптимизации спинодальной структуры требуется точный контроль температуры, времени и скорости охлаждения.
  • Анизотропные марки стали требуют выравнивания магнитного поля в процессе старения, что усложняет этот процесс.

5. Пример процесса для анизотропного Alnico (например, Alnico 5)

1. Обработка раствором : Нагреть до 1250 °C в магнитном поле (≥1250 Э), выдержать в течение 2 часов , затем охладить в воде.
2. Выдержка : Нагреть до 600°C в магнитном поле (≥3000 Э), выдержать в течение 24 часов , затем охладить в печи до комнатной температуры.
3. Снятие напряжений (необязательно) : Если после старения требуется механическая обработка, проведите низкотемпературный отжиг для снятия напряжений при температуре 500–550°C в течение 2–4 часов .

Заключение

В производстве магнитов Alnico отжиг для снятия напряжений и отжиг для повышения рабочих характеристик выполняют разные функции. Первый направлен на повышение механической стабильности за счет низкотемпературной релаксации напряжений, тогда как второй оптимизирует магнитные свойства посредством высокотемпературного спинодального распада и выравнивания фаз. Понимание этих различий имеет важное значение для выбора подходящего процесса отжига в зависимости от требуемых характеристик и области применения.