автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Свойства и эксплуатационная стабильность сплавов для монолитной активной части роторов гистерезисных двигателей

ШШШЯ ГВСЗМРСТВЕНМ^ ИСПИТ СТАЛЯ 3 СПЛАВОВ (ТЕтяоГЙЧЕ^.дНйВЕРШЕТ)

1

На пркваг рцноппсп

Яла ея^мбйого йояъэввапяя

■зкз.> 93

БШТА ВПЯЙЙИЙР СЕРГЕЕВИЧ

СВОЙСТВА Й «ССМШАЦКОННАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ШШВ ЛЯЗ «вНОШЮТ АКТИВНОЙ ЧАСТИ РОТОРОВ ГйСТЕРЕЗИСШ ДЗНГаТЕЙЕЙ

Специальность - 05.16.01 веталлопеденпе и тсркйчгскаа

обработка яетаалсо .

Автореферат Яитсертации на соискание дченой степени кандидата технических надк

■ОСКАЛ 1994

- г -

Диссертационная работа выполнена в Научно-исследовательском институте прикладной мехоники им. академика В.И.Кцзнецова и Ииститчте прецизионных сплавов Ш1ИИЧИ мм. И.Л.Бардина.

Научный руководитель: кандидат физико-математических нацк. с.н.с. ПОТАПОВ H.H.

-Г Официальные оппоненты: доктор технических нацк СЕРГЕЕВ В.В. кандидат Физико-математических наук МШ8£НК0В В. 11.

Ведущее предприятие: Всероссиискии институт авиационных материалов (fiMftli)

' ' Завита состоится *JQ."____1Э95 г. п 10 часов на

заседании Диссертационного совета К.053.06.03 при Московском государственном институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва. ГСИ-1, Ленинский пр.. 4.

С диссертациеи можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов •

Автореферат разослан ~ J0-____

Мченыи секретарь Совета .*

к.т.п.". профессор 6.А.ШИРИН

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной техники оазирует-са на применении самих передовых достижений нации, требует создания высокоточных, надемных и стаоильных по своим параметрам элементов автоматики.

Новейшие системы автоматического управления летателышмн аппаратами используют оолмое количество разнообразных гнроскопи- ; ческих приборов.-вамнеймим элементом которых, во многом определяющим их характеристики,- является гиродвигатель.

Из синхронных гиродвигателей наиоолее распространены гисте-резисные; 8 гироскопических устройствах применяется гистерезиснме электродвигатели (ГД) различной мощности и конструктивного исполнения. Они такае используются й текстильной промамлснностн, производстве химических волокон, медицинской'технике там, где требу- ' ютса высокооооротные приводы с малой потребляемой мощностью.

Электромеханические характеристики ГД во многом определяются магнитными свойствами активной части его ротора. Последняя изготавливается из- магнитно-твердого материала, который в отличие от материала для постоянных магнитов раоотает на непредельной . петле гистерезиса, получаемой при перенагничивании в гиле каксн-мальной проницаемости, а такяе на всем семействе непредельная циклов.

Параметры рабочей петли являются основными гистереэнсннмн характеристиками материала активной части^ротора. К ниы относится - напряненность поля максимальной-проницаемости iHsfd и параметры, снятые при -намагничивании в этом поле: максимальная индукция (Вир), коэффициент выпуклости петли (кв<ч), удельные потери на гистерезис (Рг<ч). Очень ва»нымн являются функциональные зависимости птншений iBr/B») и (Нс/Нм) от текумсго значения индук-

цян, оиреавл$?1|йе семейства иепредедьир циклов.

......большинство- ^нтввнв» чвст^ роторов ГА ой^а-

,8ает-треоаещ{ед свойства« - В"очень -узкихиитервалах

раорчнж-ПОЯ8Я-, в Той'Чйсло н нввбаме распространеннне среди и^к сплааи -типа сикаляойГ' содергаяяе 52* дефуодтвого'р Дорогостоящего каНа^ыа. А поеяед»^ /особенно с прв^енериеи тер^ещш-

. чвсяой'(КЗр®еатки. внкаллой «арки 52К11ф используется в волях от 4 до 20 кй/и.

\

Однако, сицтави типа яика^лоя приобретает ^агннтвде свойства . в процессе сС** % превращения ара холодно^ ^еф-ориацин с высокой степеньр обжатия (8(3 - 96 X), что не позволяет изготавливать монолитную активнуо часть ротора. Поэтому болэ&инства ГД гиршскода-ческих устройств ицеет |ихтованн«й ротор, состояний из. склееннв* или спаяннцх кольцевых пластин. Такой ротор не технологичен и, кроме того, его использование в гиромоторах влечет за собой ряд сложностей, связанных с загрязнением рабочей полости двигателя.

6 связи с эти» возникла проблема разработки более технологичных материалов из которых ковно изготавливать монолитный ротор и которые, обладая высокими гистерезиспыаи свойствами в очеыь вироко» интервале рабочих полей, не содержат больрого количества остродефицитного кобальта.

На основании анализа современного состояния данной проблемы были выбраны сплавы системы Ре-Сг-Со, Эти сплавы являвтся на се-годнявний'день одними из самых перспективных магнитно-твердых материалов благодаря уникальному сочетанию магнитных свойств, прочности, пластичности, коррозионной стойкости, спосооности обрабатываться М(маллоре«у«ии инструментом. Однако, они использовались в основном как сплавы для постоянных магнитов и оольминство исследования было направлено на получение максимальных магнитных параметров. Поэтому появилась необходимость рассмотреть сплава

системы Fc-Cr-Co о плане создания универсального материала для монолитной активной части роторов ГД.

Под универсальностьи понимается зозиоаность получать на сплаве одного химсостава с понощьа различии регииов- термической обработки значений в интервале от 1;5 'до 40 кй/и при рйгцлп-ровапии■ указанных вкне гистерезискык характерггсткк. •

Цель работы.' Исследовать строктдоные особенности» • ■иагпвт-

¡ше, физико-иеханическке и -эксплуатационные характеркстг.кн спда-

\

вов на основе тистени Fe-Cr-Co для определения йознопносте! создания и использования универсального гистерезнсиого иатернада для ионолитной активной части роторов ГД.

Для достийения поставленной цели необходимо било рэгить следуицие задачи:

- определить оптимальный хиксостав и структуру гмстерезнских сплавов система Fe-Cr-Co;

- провести детальное исследование иагштшя и фязико-иехажчесиих характеристик выбранных сплазов;

- определить 'принципа регулирования магнитных свойств в диапазонах, которме тргбуятса для современных ГД, отяичазгдасз как по конструкции, так н по электромеханическим ■■ характеристикам, а также разработать на этой основе методику термической обработки исследуемых сплавов. 1

- разработать основные элементы технологии изготовления сплавов э условиях металлургического производства;

- исследовать эксплуатационные характеристики разрайотаикай .сплавов в конкретних'нздслиях, определить•эксплуатационная стабильность магнитных и физико-иеханическнх*свойств, а такне найти пути повынения этой стабильности.

Научная новизна. Определены способы и разработаны иетодн термической обработки снланвп системы Fe-Cr-Co. г.одеряацих 152

- б -

Со, обеспечивание создание■ушшерсаяьмвх -аатериалов jua еонолит- ' кой активной- части • роторов--Ч'!-с-задании«' дровней и сочетание^ • нагштшг ¡5 фязгшо~$екаш:ческих свойств'.-

• Установлено,'-4Î0' -»шгрсдепшпаг•■■ структура таких сплавов z а с с : ; т з i ш з и а т с • у г: г::; s: з ргспродгягккггобластей 8зг®еитернаго пе-'оЗратикого--перевапшчкз&лш-Ч-ОЗШ!)' "по-еедян епкзотропа5.\ а ех ocaSî -легкого îiQHarjis:4us£înîg cfliîS) по yrra?:;

Показано; что высокая -iresncpaïspues'стф5я£ькость вегцзтцах ■ -параметров смавоз- ка-Ре-Сг-Со всиеве-'вйеспечивагтса в •струитир-■ пах • cosïCH'iirn ¿«-кйпслп'оркг^вяеьса такой степсньп расслоения кзнпо-■»ei!îO|3- Hes^g сбзек:; оС, »г сС^ , что температура Керн oij-фазн находятся ¡isiae рабочего интервала температур.

• Практическая ценность работы. Разработанные па базе системы

Fs-Cr-Co текнологнз изготовлений и ветодика термической обработка упкзярсзльиик aarspisaios ■ res-Еоцеяатной активной части ротороо ГД nosDOMsr nojïiocTbB 'Зййокять goporocTOB5IÎ8-сплавы-типа вика'ллой, -SX13 и 32КЙВ Чиссго !2 -различная ьззрок.).

Использование Fe-Сг-Со сплавов в изделиях специальной к ой-вепроки^легшой техники обеспечивает возкогпвсть конструирования • ГЛ "со славно?, фаркой активной части ротора (с различными пазами, выступает, - отверстиям и т.д.J,'повывает пх надежность и сузест-•• венко сокращает технологические затраты на изготовление.

lia защиту выносятся:: •

1. Способы формирования ¡анкромагнитной структуры fe-Cr-Co сплавов. обеспечивавшие требования к универсальному материалу для ыонаяитной активной части роторов ГД.

2. Принципы формирования структурного состояния сплавов на Fc-Cr- Си основе с высокой стабильность!! магнитных свойств, требуемой для активной части роторов ГЛ.

3. Методика термической обработки двух групп сплавов системы Ке-

Cr-Со, соаеряазмх 15Z Со и отличается:

- виден зёгирувзиз элементов: йо и Т1 С1) н V и ТI (2);

- степеньо удаленности от "гребня" области расслоения на диаграмме состояния (с», рис. П;

- способом достижения оптимального двухфазного состояния. 4. Способ изготовления и терничесиой обработки активной части ро-

тороз ГД из,универсальных сплавов 26Х15Ш и 21Х15КЗФТ.

Апробация-работы. Основные результаты диссертационной рабо-тн докладывались на 1 Всесоюзной конференция по постояктш иапш-таа (г. Владимир..-' 1991 г.). на III Нетраслевоа совевакии "Состояние и перспективы развития иетрологичгского обеспечения испытания прецизионных сплавов" (г. Углич. 133! г.).

Публикации. По тейе диссертации опубликовано 5 печатных работ, получено авторское свидетельство на изобретение.

Диссертационная работа изложена на 128 страницах мавино-' писного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 31 странице и состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы, а также снабйена прилоаением на 9 страницах.

СОДЕРШИЕ РАБОТУ.

В диссертации сделан акцент на научной и практической^значимости создания ei использования универсальных сплавов для ионо-. литнои активной части роторов ГД. поставлены цель и зааачи раба-' ты, сфорнулированн ее практическая ценность и положения, которые выносятся на зациту.

В общих чертах рассмотрен принцип работы ГД и на его основе проанализированы требования, предъявляемые к материалам для активном части роторов. Проведен обзор наиболее распространении* гистерезисннх сплзвсе. указаны их особенности, методы формиоовз-

ния магнитных свойств, а также отмечены преимущества к недостатки .

На основании проведенного обзора был сделан вывод о том. что кк один из этих'материалов не обладает высокими гистерезисны-«и свойствами в диапазоне рабочих полей от 1,5 до 40 кА/м.

Детально разобраны иагнитно-твердые сплавы системы Ге-Сг-Со и сделано заключение о тон. что они являются наиболее перспективными материалами для разработки универсальных гистерезисных сплавов, из которых ыояно изготавливать монолитную активную часть роторов !%

Подробно описана методика проведения исследований.

Для приготовления опытных образцов использовались результаты, полученные ранее на сплаве 26Х15Ш. разработанном для постоянных магнитов.

Физико-механические свойства определялись на прецизионное оборудовании по общепринятым современным методикам.

Злектронномикроскопические исследования проводились на электронном микроскопе ЛЕМ-200 СХ при ускоряющем напряжении 200 кВ на фольгах, вырезанных вдоль и поперек направления магнитного поля, приложенного в процессе термомагнитной обработки (ТМО).

Магнитные свойства определялись как на цилиндрических (сте-рвневых), так и нз кольцевых образцах. Измерения проводились на установках, разработанных в ИПС ИНИИНМ и в НИИ ПН. в переменной и постоянном магнитном поле.

Термическая обработка исследуемых сплавов состояла из трех этапов: закалки на однофазный сх^-твердыи раствор. ТЙО и дополнительном обработки (ДО; без магнитного поля.

Для определения качества закалки сразу после нее проводилось измерение индукции насывения (Ве).

ТНО. формирующая магнитную текстуру исследуемых сплавов.

проводилась-двдиа способами. Образца цилиндрической тнодлнсь с тонкостенной печн'.'-котсрая располагалась кяхяд пегвга-sm •электроиаг<пптаг;Ля'11!-'обработ:га-кояьцових образцов, • прб.чиг^вягв-япх активная часть-роторов-ГД, -была --сконструирована я изготозлзпа оригинальна^ -установка;позвомй^йз'гоздпзать <крвгсвоз нгслитное пс.ча. • йсточникса 'крдгового-поя» 'авкялса »зягктрячесйнй ток грвЕиа-ленной частоти. который пропускался через гз.чкай стерчькь. Саш тока регулировалась' до 5 Kih»-So вргхя обработки кольцгззо з'ерзэгв развеиваясь непосредственно1, па-стеряие в спецйаяьчок еггрзватгле. йпразленао" реаяйами' -ТКО • ос«?вствя«лось с яокзцыз вкегюточного регулятора тенпературы ВРТ-3 и ашфопроцессориога рггудзторз П?9-ТЕРН-100.

Эксплуатациошше испытания проводились из оборудовании !!Н!1 ПИ по специальной иетодяке проверки натсряаяоэ для ротерпв ГД, используеинх в гироскопических устройствах приборов точной кепа-' пики.

Испытания проводились по следдгяей программа; . 1J. Териоциклироваиие п-диапазоне температур -60 - +159® С со скороетьп 1 град/мин'.

2). Герноударн -60 - +150° С- с видеракей при nnsHBft и верхней температурах-по 30 икнут; количество циклов - 3.

3). Линейные перегрузки с ускоренней 100 ад. з то':э;!:!2 5 ииз;«лт.

4). Вибрации с непрерывным изменением частоты от 5 до 5008 Гц за 30 нинут с ускорением 1-25 ед.

5). Удары с ускорением 35 ед. числом 1000 и дяительнзгтьо иаерзгз-го импульса 3-5 ис.

G). Кдиничнне удары с ускоренней до 150 ед. и1 длительмостьв ударного инпульса 1-3 не; форма ударов - полуволна синусоидо.

Перед испытаниями и после каадого вида испытаний измерялись магнитные и механические свойства ооразцоп.

Кроме того, проводились эксплуатационные испытания разработанных сплавов в макетах ГД. представляввих собой чувствительной эленентн гкроинтегратора линейных ускорений.

В диссертации- на основании анализа современных требовании

к материалам для монолитном активно« части роторов ГД. а таквэ

/

известных теоретических и экспериментальных работ в этоа области, 'выбраны физические-принципы, обеспечиваввие создание укиверсаль-■ .них сплавов этого назначения с заданными сочетаниями гистерезис них параметров и их функциональных зависимостей от текущего значения индукции. Показано, что кикроиагни+наз структура сплавов системы Ре-Сг-Со. содераавих 15/. Со должна характеризоваться т-роккии распределениями областей элементарного необратимого пере-магничивания (ОЗНП) по полям анизотропии и их осей легкого намагничивания '{ОЛЮ по углан. что совет быть обеспечено за счет создания структуры, характеризующейся статистический распределением -существенно различающихся по размерен и неидеально ориентированных внешний полем слабо вытянутых выделении сильнокапштнок Фазы схГ, в матрице слабокагнитнои фазы с(з.

Если вивод о достаточно широкой распределении по углам довольно очевиден (степень текстуры не долина превышать С.С - 0.9), то влияние распределения по поляи анизотропии на форму упомянутых Функциональных зависимостей является новик и далеко не. очевидным результатом.

Разработанная теоретическая модель пооиессов намагничивания-и пёремагничивания ферромагнетиков с учетом обратимых процессов и созданная на основе этой модели вычислительная программа на позволили проанализировать вид частных петель гистерезиса в зависимости от особенностей микромагнитнои структуры и получить распределения частиц по полям анизотропии и их 0/111 по углам, обеспечивающие необходимое сочетание магнитных сеоисте.

Сделан вывод о то«, что для Ге-Сг-Со сплавов возмогнн яза основных способа управления значениями

Первая основан на варьировании магнитной зесткэста, а. следовательно и Нар< ^епеиъа распада внсокотенператцрноге оС -твгр- ■ дого раствора на две изоворфнне фаза сС% и сСг. обогащении® .соответственно ферровагнипгани элементам (Рз н Со 5 и нефсррснапш-тннм Сг.

Второй связан с регулированием Ня^ за счет кзаенэшиа структуры сплава, сфораироваваейса в процесса ТИС. Йосягада^кй отпуск при этоы ведет к концентрационному расслоении, не нарувап норфо-логии выделения ¡?аз.

На основании анализа принципов регулирования иапштннх свойств проведено экспериментальное исследование гистерезнсннх параметров и их теипературнои стабильности, а такге тепловых, электрических, механических и эксплуатационных характеристик двух' групп сплавов системы Ре-Сг-Со с 15;: Со , отличапкихся:

- видоы яегируэтнх элементов: Мо и Т1 (I) и V и "П (2):

- стспекьв удаленности от "гребня" области расслоения на диаграмме состояния:

- способом достивеиия йптивзльного4двухфазного состояния.

Из первой группы был выбран сплав Ре-2б2Сг-152Со-22йв-О.ЭШ (26Х15КМТ), на которой гнетерезиенне свойства регулировались степеиьв распада високотеиператарного оС -твердого раствора. ■ Определены основные параавтри регииоз теркяческяй обработки сплава 26X15КИТ н соответствуячкв -ии'оагнитнив свойства. ТНО проводилась в ренине контрояируевого омаадеиия, который заклачаяса в нагреве вы«е температцри--облаета расслоениячТр}, ояяаваения с фиксированной скоростья а аагпитноа пола до определенной- температуры внутри области расслоения. /10 представляла собой отпуск вблизи температуры окончания ТМО.

Сплав -в состоянии после ТМО характеризуется сравнительно «газкихк значения*-« Пар. ДО,- •прявокйцоя-к-порерасиределенйЕ коипо-нептав нейду фазами оС, и сС2-, обеспечивает повиаеине -йгд» и следствие -увйличепий разности вакапшчекностей нзсааежш Фаз к tose? -бить- подобрана ташш •ооразоир-чтоСа -обеспечить лвзое значение S¡s¡i¡ из заданного чттервалй'.а"''< • '

Влияние ренинов тсраическвй обработка на температурнр! стабильность сплава-2(Ш5КЙТ исследовалось с погоцьи измерения тек-ператцрисго козффацкепта коля tTKll), опредеяявиого но фврзуде:

где ДТ - Tj - То ; Т| и Го - теыиератури нагрева и комнатная соответственно; ilf и lio - значения наиряяенностк магнитного поля при температурах и То и индукции В = 1,1) Тл.

пой фазн оСг П'с^Ь и IIe^í имеет место корреляция - снивеиис 1сЛг привадят росту 1(я(* и увеличении температурной стабильности сплава, lía основании диализа полученных результатов сделан вывод о той, что для достигегша трсоцвкых для ГЛ значений ТКП необходимо получить структурное состояние с Тс^, нигс рабочего интервала температур. Это реализуется ливь при полном расслоении об -твердого раствора, которое приводит к высокий значениям íím^h. Позтоку .применение сплава 26Х15КИГ (с формированием гистерезисных свойств по первену принципу) ограничивается низкой температурной стабильностью в области значений НВ(Ч < lfi кП/в.

Обеспечение высокой температурной стабильности гистерезисных параметров на сплавах системы Fc-Cr-Co осущесвлялось с понизь» второго принципа регулирования llsfi , который основан на изменении морфологии выделении фаз за счет использования лсимкетри-

Установлено, что uasjty IKI1, теыпературпй Кгри слаооиагннт-

чпой «орнц области • расслоения; Ара ;то» г.рйяепзгся четок стрдтст-ио-твркодчкеиячвсйвго• «одеяпрсв(ншя стрднтеря в тзерг.яя реетса-рах, распаг.гпзнхся -ч" вадвлекко» *агшт!5§яс?з£счзк»»*| фэзв 1вК • * •• йсшгсгргпгп?! •о^легтн'хстспо^я пс?гслг.э? кз а тон '¿'з сплаве пвсустсрусоорпсэгг"?:-с г!Л'?з/:о;:7м зте.та; при разхпч-К1!Х ■ 'техпгргицрсх- СТаУ,"Т£г'.• 'Т33рпг. П 1 ? гггстдта

изолгровзггаах •гякмеяяЗ флзц с^ э 5?а?р;«'со£д; ¿3 сгхтетк ¡шх яидгягаий-фшг;- -З-гснстшс кгойироэйшшг ввдгглйкй ?егз в матрице оС{ , Е-гкдз язолпропштик в'адлеикй зкпз^аст-эгза с узг.ь-гей ойт»еино1? ••щггй,'- -кри-'ярйкерио- рггашпг-оЭ'ьеках «рэрзшривтся структура со сйййз-книп вцдвяеикяйа

' Постепенный переход типов структуру от первого к третьему ведет с нарушения капштио;! изолироиттостя частхц Фззю?,. увел-чениэ магнитостатического взаииоденствиа' и, как следствие, я уяепь&ешга коэрцитивной сила толя нзкенваяьной проницагатстиI вплоть до значений 0.0 - 1,0 кй/н. Это позволяет варьировать значение не только степенью распада, а и при полиостья протекаем распаде (что ооеспечииает високчв терностаСильиость» за счет йзыпнеииа степени к.ичштной изолированности вацслепиа фаза оС\ ,

Показано, что требопанизх, яредъяядаше* к катернзлкх ак-тинноЗ части роторов Г/1, пмболрэ полно вдовтоерявт структура, состоярая кз скеяанных ооластей фаз, оркентировшшкх сисхипх иа-гнитниц полей. *

\

Определена схема термообработки для получения зтпй чстрь"*-тури (рис.2), которая вклвчает: гокпгвш'.знрунз^уа спраЗотггу И""?

1*] Яиитайкнн fi.ii. Структурно -термодинакнчеекаа 53оделпрсза;:::з Формирования структуры -и илтитпох спойств о тпгря:» растпорзх, распадаяцихся с выделением Игнштпоипаряял'юнной О<ззи. Дгшторсяая диссертация,- ИНС-ШШНчпрает, йосе.ва, 1У У1 г.

у

Сечение области расслоения

йсрфологиа виьеяенкй

го

40

С*-Сег+С«ыо)

60 С*. вес2

1). Тг = Тал

2). Т, = Т.

2.2

3). Т2 * Тм

О О О О

о о о о

Рис. 1. Сечение ооласти расслоения в сплавах систеын Ге-Сг-Со, содераа^кх 152 Со и аорфология выделений фаз; Тгд.Та.а.Тгз -тевпературп образования трех типов структуры в отпеченной на рисунке сплаве,Т)-теипаратура гоаогенизирувцей оораоотки.Тр-теиперату-ра рассяоеина.Тз -тенгература окончания дополнительной ойрасотки.

рра «випараТйрй иа 5 - 15*С виве граница области расслоения: Ш, состеягэда из как иоада более бистрого ояяагдення до теотератури, кегдв ифмшв® кода фяэ приверни -раиш вввдерккц при этой -теа-пера?вре„ достаточна яле-ястановяения равновесна; ДО - ступенча-тий отпдсв до 500 - 5204 иеяинии ступенями то 10 - 204» дяи-тельпостьс 1 - 2 часа каадая с окончательный отпусков 5-10 часов при 500 - 520*С. При атон скорость в процессе 1М0 доя!на

>----.---^

^----Тр- { Участок

• Т, • • ТйО

Х- Участок йно-гоступенчатого отпчека

| Участок ДО

'С , час

Рис. 2. Схена термической оораоотпп сплазсз скстака .Ге-Сг-Са-У-Т! ;Т,- прока вндергки при нзогерахчзской Л!.", 'Т, - про-долзителыюсть изотермического отпуска, Т3 - продолзиталыюсть ДЦ.

о

быть достаточной для предотвращения фораироваиня йзвлирозанних выделений фазы оС{.

Для облегчения'полученид структуры, састся^зй из енгзаЕ'лшх опластей фаз, выбирался состав с вадлешго протекавшей прзцзссаки распада; по этой причине сплавы первой группа ю частности 2(3X15КаТ) мало пригодны, т! к. получения необидпаой структуры в них требует чрезвычайно высоких скоростей еялагдення при Тк'О. Кроне того, на сплавах, леаавих блине к "гребнв"" сечения области расслоения системы Ре-Сг-Со, возможно болмев количество модификаций структурных состояний, а следовательно и лучвее регулирова-

киг «агкитках свойств. По этому были виОракы сплавы второй группи Fe-Cr-î52Co-32\M0,3-i .0)xTi. солергасиг 19: 21 и 232 Сг. для которых вичисленц параметры термической обработки.

Б sactcpTaujifi детально рассмотрена иапшиэд м физнко-кеха-ннчзскяе свойства выбранных сплавоа. а такве конкретные регикы теракческих обработок, обеспачйваааа« пояччзкие заданного спектра значений Hsf» и других гистерезиснкх параметров.

йсслгдовано влияние на кагнитккз свойства сплава 26Х151ШГ ДО, следовавшей за закалкой к "ТИО с различнвав скоростями охлав-Д5кня в Магниткой поле папсягенностьш 0. 1С. 40 кА/ы.

Особенно подробно изучено влияние ДО. следуьгаоа за TU0, прозеденнои в рениае контролируемого охлаждения со скоростьи Г С/пин. Установлено, что путем варьирования реишов АО иогно .попу-мать внрокий спектр значении HcfJ (6,3 - 40 кЬ/н) при высоких значениях параметров Bs, Ве<ч и кв,м .

Проведено исследование магнитных свойств и кристаллической структуры Fe-Cr-Co-V-Ti сплавов. На всех использованных составах (19,. 21 и 23>:Сг) резлизузтся необходимые значения Es > 1.2 Тл и Dafj > i.û Тл. - треСуекып интервал значенип Не(ч (1.5 - 40 ий/н) пояностьв 1Î0E8T бить получен только на сплаве, содерЕааек ZixCr С21Х15ИЗЛ).

На этом сплаве обнаружены два способа получения требуемого интервала йе,-ч. Первый - охлавяение в магнитном поле с высокими v 10 * 20*С/шш) скоростяик и Л0 с "полиан" отпуском. Величина Нвр< определяется тсипсратурой окончашш Îîàû - Та(рис. 2.)'. Второй -охлаждение в нагийткок поле с низкиан (0.5 - i.S'C/iîhhj скоростя-ии й ДО с "Hsnojr.ia-, tîngCKOH. Б этом случае величина Нвр определяется дяательностьв отпуска.

''¡полнены злектронноиикроскопичсскиг исследования сплава, содергавего 21^Сг в состояниях с Нвр = 16 кн/м и Нв<м = 44 к(1/м.

В состоянии, полученном в результате обработки с "неполным" отпуском наолпдаптся стержневиднне выделения ферроыапшткой оС1 -фазы, причем определенная доля стержней несколько отклонена от направления поля при Тйй. В состоянии с теа же значением На^н , но полученном путем обработки с "полный" отпуском, не наблпда-ется кардинальных отличий; для него характерный является повы-веннаа дисперсия в размерах частиц и степени их внтянутости. Сое- ' тояние с максимальным значением Нб(ч характеризуется пространственной упорядоченность!) в располоаеиии осей частиц фазыО^в направлениях типа <100>, образувпнх нространственнуэ йакрореяетку.

Сделан вывод, что во всех исследованных состояниях структура представляет собой систему сыезанных выделений фаз, которая, как установлено вызе (глава .}), является предпочтительной дла разрабатываемых материалов.

Экспериментально определена возможность получения на сплавах, содераапих 212 Сг с добавкаии V н Т1, заданной -форйы функцн-- опальных зависимостей гистерезнсных параметров от текущего значения индукции Он после термических обработок, обеспечивавших Формирование структуры, состоящей из саеаанных выделений фаз. Установлено, что для этих целей необходимо использовать достаточно слаоые магнитные поля (Ь.О - У,В кП/н) в процессе ТЙО.

Показано, что фориа упомянутых зависиаостей определяется степсньв магнитной текстуры -или -узостьа распределения ОЛН частиц вдоль направления-внеанего пола. Такиа образом, материалы, предназначенные к использования в-роторах ¡'Д, не долгий обладать со-вервенной 1002: - ной текстурой - определенное количество частиц доллю своими иЛП не совпадать с направлением пола. Для определения степени несовервенства текстуры использовался подход, изложенный п главе Неооходиность создания несовервенной текстуры к1п?,й!МЛ!,!К1 отличает сплавы Г е-сг-Ю, приыенянвые для ичгвтапле-

низ посюзшшх магнатов и активных частей роторов ГА.

Представлены результата нзаерении TKI3 сплавов снстева Fe-Cr-Co-V-Ti после различных итог термообработки с "похига" к "иеполаиа" отпусков. ' '&sa сплавов, содсргацнх 21 а 237.Сг. ТКП в состояниях, полученная в результате обраооток с "полета" отпуском, почти кг зависят от веяичиш )1в/^(регкаа термообработка) и ивеет очень низкое зкачекке (G.54 - Q.Q5 X/ *С>. 6 случае ге термических обработок, нспояьзусцхг "непоягшй" отпуск. ТКП существенно возрастает (при тех sc зиачггаЕ» ü£;w> si достигает величины 0.5 - 0.6 Х/'С.

Несвотря на существенное различав в кквкческо» составе Фазы cCt и, соответственно, $аза оСг в состозикзх с ишзкяа й високйв значенвсин ТКП. структурное различие этвн состояний незначительное.

Устаковяенко, что НШ авлается сяоакой характеристикой, в котсрмй вносят вклад текпературкае нзаекеняв канзгничешостн насвдетш в аффективное кагнатнэй Еинзотропйи. Проведенные теоретические н экспсрииентальгш исследования показали, что структурное состояние,- о0еспечйЕаз5ге треоуеаоа значений ТКИ, вовет Оать реализоваино в случае сплава с цойаекааа У n Ti для всего спектра значений tisp i2 -4Ü кА/н). а в случае сплава с добавкам Йо и Т1 аззь для top > 16 кй/н. Это явление связано. по-вмдинону, с различная ышашдов-Зо и U на «аяэткку распада пря форкировании высо-hOKOSpSJäTBSÜOrO состсякш,

Правгагив рэзуаьтета - исеяеаоааиая фазйяо-ааяакыческих свойств спяавоа 2Ш5Ш"н 21ШЫОТ оосяе различим ревиаов термической обработке еэ которых следует, что указаннме сплава полностью у&овяетваравт требованной, предъявлявшем к материалам для акивной части роторов ГД.

Проанализирована зависимости энергии,эффективной магнитной

аш'зортолии а среднего объгка перггсагиичгнчзх части от полз ка-кггккчивгняа на сплавах скстг»» ге-Сг-Са. рассчятая:;ав с покогьз нэтода динамических характеристик, • которая основа)! кз рзл^чсеип-оваов природе козршлтизкоа снлз з гвтерсггпяаг хгттэтз снстзкгх ■- ее зависимости от врензан дзпстпая знзгкего нзп'птпого гола, прнлогзнного в процессе изнарешя к текягратуря. Яогдчгно сяреков распределение частиц оС, -фаза по погзк еикззтрапсн яла состояния с различно,1 иапштнои гесткостъз. а относительна егззясоксз значение остаточной идукции (Сг) свидетельствует ой отсутствии идеальной текстуры. Такое распределение обеспечивает нгсбквгкЕоз сочетание кагнитнах свойств и подтвергзает представлен:« о характер? микромагнитноп структура, излотеннне зиге.

В работе представлены результаты эксплуатационных нспатгмаа сплавов С6Х15К&Т и 21Х16КЗЗГ из которая видно, что кзвеиеяеа ггг-нитных и «рнзико-яеханических свойств после всего комплекса воздействий не преаыяавт 0,1 у..

При испытаниях разработанных сплавов в конструкциях чувствительных элементов гироинтегратора линейных ускоренна электромеханические характеристики приборов сравнивались с аналогичными характеристикам устройств, е которая приигаялся стандартный сплав викаллои карки 52К110. Они оказалась -бяизкнаа. Однако прибора, в которых активная часть ротора ГД бала знпоянзна в виде ионолитной втулки из Ре-Сг-Со сплавов, оказались более устончизнии к дизико-иеханическим и зхсплутационинм воздействия. ■ Такин образои, разработанные сплава анззт предпочтение перед другими гистерезисныяи сплавами, традиционно прикенягкняи в гироскопии. Они более технологичны, способна обрабатываться кзта-ллорежузда инструментов, надежны в эксплуатации, облацаат.вирокям диапазоном применимости и при соответствчипих условиях могут использоваться в качестве универсальная натериалов для аонолН-

тной.активной части роторов 1Д.

В 'И 8 1) Д Н.

1, На исяогааки анализа современных треооваю'й к иатериалав дм монолитной активной части роторов ГД, а такзе кзвестню теоретический и экспериментальная работ в зтой области, внбраны физически принципа, • ооеспечизезцае *ссэданиг ушаерсаяькык сплавов зтого назначения •с-заданнииа сс-четамсан гистерэзискых параыотрос и кх: ^цккцкайвяышк'аавгюиаос^ей от текущего значение индукции.' ¡Зикроиагнятиая-стрдк'тэра-тгкг« -сплавов салака характеризоваться шнрокиои * • распрекеяепжш- обяьс^йа * заевеотеркого нгобратквогс пе-реиагнйчнваниа (03!Ш по гсояаа айизэтрэага зз их осей легкого иа-иагничкванкя ШШП по у г дай, что - иогет быть обеспечено за счет создания структур®, характерпзуацейса стэт1;стк'чйс:;:-:.к распредели— гаек сццественко разлэтаэдиг;сэ по разыераа н неидеально ориентированных бнзвнни полей слабо ватанцткх выделений фазы оС\ в матрице о^г в сплавах система (•'е-Сг-Со, содерва^их 18Х Со.

¿. Проведено экспериментальное исследование гкстерезисгшх свойств и ггх-тенпературной стабильности,-а такге тепловых, злакт-р::ч2с::::х, агхан.ччгскж- •и'-зксплуатационних характеристик да ух групп сяяаэов'-'систехн Ре-Сг-Со с 152 Со , отйичав;ихся:

- вндоа легирцадах злеиентоз: йо н Т1 Ш и V н П (2);

-• степекьв удаленности от "гребня" области расслоения на ди-аграше состошзя; • .:

- способов достнвения оптимального двухфазного состояния.

Показано, что при соответствув^ии ооразоы подооранных резинах терипческой оораоотки, сплавом с добавками 0 и П удовлетворятся все треоования. предъявляемые к универсальным материалам

для монолитной активной части ротора (.возногкость варьирован:« пола иаксинальной проницаемости в диапазоне от 2 до 40 îtfl/s, заданное функциональные зависй^ост!« гистерезвснвя sapassTepscîts» от индукции,-- ввсокаа тенператцрназстаояльивсть ganraTSBS свойств). Сплавой "сдойавкавв'йо-и Ti трвбозенн® пэ теэйератцриоЗ стайаеъ-ности удовлгтвораетЬа^Ъгза::".ас'?!Я;|ё (п.ря KSf» > 16 кЗ/sJ.

3. Исследована ?язическаз прирояа рризрозавд стрцктцрнаго состояния с внсоко!| стереиьв • тйряэстаяйгъксста f.is садавоа иа Fe-Cr-Co основе, tîacîjoibnj mjcTgnaassl s квчестзи gsgîj температурной стабильности температурные воздацйгит пз£з 1Ш1) йзягзтса слогпой характеристикой, в которой вносат валад sssetiensQ иоаег-иичеНноста населения и аффективной gartmînoS аиЗзотропЗЗ сндева, то вшш^изациз ТИП воз?о8на в струптщшс» состйенШ!» хараитеризу-вдеися такай распределение^ ковпоНеатоз seïj'J фазекн oCt si , что точка Нврн оСг~$аза находится инге раоочего интервала температуры ротора.

4. Исследованы особенности микровагнятной структура Fe-Gr-Co сплавов методов динамических характеристик й получена зироаза распределение ОЭНП oCf-фаза по поля» анизотропии для состояний с различной магнитной «есткостьв, а относительно невысокое значение отно«ения < Dr/Os ^свидетельствует о неидеально* распределения 015Î1 по углам. Такие распределения позволили получить неоОнодкиоэ дяа ГД сочетание гистерезисних свойств катериала в полной соответствии с исходники представлениями о характере ооеспечивавчей это микроиагнитной структуры.

5. На 1ч ново системы Fe-Cr-Co разработан и внедрен техноло-: :"1.'Г!'чй пр. цен. ии'птовлеиия универсального сплава для нонолит-

ной активной части роторов ГД, легированного Ко и Ti (26Х15Ш). который в настоящее время является единственным в навей стране материалов, выпускаемым дла подооных целей по заводской технологии. Подготовлено промымленное производство поковок из сплава, легированного У и Ti С2Ш5КЗФГ).

Разработаны элементы технологии изготовления и термической обработки активной части роторов ГД иэ обоих сплавов. Одним из элементов этой -технологии является применение установки для ГКО кольцевых образцов, -созданной на основе пакета, предложенного в данной работе. .

'6. Анализ физико-иеханических свойств разработанных сплавов, а также результатов их-эксплуатационных испытаний по специальной методике и в конкретных гироскопических приоорах показывает. что они предпочтительней-других гистерезисннх сплавов, традиционно применяемых как в гироскопии, так и в оодепроиыжленннх отраслях. Зти сплавы надежны в эксплуатации, более технологичны, способны-обрабатываться металлорежужии инструментом, ооладавт жи-роким диапазоном применйиости и могут использоваться в качестве -универсальных материалов для монолитной активной части роторов ГД.

7. Использование сплавов-26X15НМТ и 21Х15НЗФТ в гироскопи- . ческих приоорах и в синхронных двигателях ооцепромкиленкого назначения, изготовленных «а-ряде предприятий иажей страны, дало по- : ложнтельние результаты, что подтверждает теоретические и экспериментальные выводы данной раооты.

йзтериалы диссертации опубликованы в следущих раоотах:

1. Либман tt:ÖY. 1'тецеико Ф.И.. Борута в.С., Потапов H.H. Динамические характеристики и параметры иикромагнитной структуры магнитнотвердых сплавов на fe-ir-Co основе. "Фйй", И 12, 1991, с. 02-64.

2. Лиоман H.A.. Борута b.c. Ü механизмах* формирования гистерезисных свойств для активной части роторов гистерезисннх двигателей. "ФИ«". N 10, 1992, с. 78-82.

3. Борута B.C., Либман И.fl., Потапов II.П., Стеценко Ф.И. Параметры микромагнитной структуры гистерезисных сплавов на Fe-Cr-Co основе. X Всесоюзная конференция по постоянным магнитам, Г.Владимир, 1991г., тезисы докладов, с. 71-72.

4. Борута В.С:. Либман И.П., Невакина Л.В., Потапов H.H. О взаимосвязи характеристик магнитотвердых яелезо-хром-кооальтовых сплавов, измеренных в -статическое и•динамическом ^еиимах. Ш Ме-вотраслевое совещание "Состояние и перспективы развития метрологического ооеспечения испытаний прецизионных.сплавов", г.Углич, 1991 г.;-тезисы докладов, с.1И ;-19.

5. Бинтайкин • Б.Е.; Либман И.й;,' Потапов H.H., Артамонов £.В., Борута B.C.",' Логвинов Л.К, Рудановский H.H. Способ обработки магнитнотвердых материалов ; из сплавов системы fe-Cr-Co, ле-гированныхванадием и титаном. A.c. СССР Н 1670940, кл. С 21 О 1/04, 1991. 1

6. Борута B.C., Винтайкин Б.Е.. Либман М.Й., Потапов H.H. Иагнитотвердые сплавы системы Fe-Cr-Co -универсальные материалы для роторов синхронных гистерезисных двигателей. "Электричество" N 2, 1992. с.52 -54."

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ

Ленинский проспект, д. 4 Заказ 7.46 объем- • Тираж (00

Типография МИСиС, Орджоникидзе 8 9