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Aimants permanents et procédé de fabrication d'un alliage d'acier pour aimants permanents.
La présente invention a pour objet des aimants permanents ainsi qu'un procédé de fabrication et de traitement thermique d'un alliage d'acier servant à la fabrication d'aimants permanents.
On connaît déjà des alliages de nickel, de cobalt et )ne titane servant à la fabrication des aimants permanents et comportant éventuellement d'autres additions, par exemple de l'aluminium. Il s'est révélé que le traitement thermique recommandé pour ces alliages, à savoir le refroidissement très rapide dans un moule métallique de coulée ou un récipient ana-
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logue, ne conduit pas, en général, à des produits utilisables en pratique.
La présente invention est basée sur la constatation que les alliages de nickel, de cobalt, d'aluminium et de titane, à teneur en cobalt relativement faible, peuvent posséder de très bonnes qualités magnétiques si l'on compense plus ou moins la diminution du pourcentage du ,cobalt par une augmentation de la teneur en nickel et si l'on donne en outre à la vitesse moyenne de refroidissement pendant la trempe une valeur inférieure à celle qu'on obtient dans le cas du refroidissement dans un moule de coulée métallique.
D'après la présente invention, on prépare en conséquence, par fusion ou par concrétion, un alliage exempt de carbone ou pauvre en carbone, destiné à la fabrication d'aimants permanents et contenant 22 à 32 % de nickel, environ 2 à 15 % de cobalt, 7 à 0,5 % de titane, 5 à 12 % d'aluminium, éventuellement 0,5 à 8 % de cuivre et jusqu'à 1,5 % d'impuretés, le reste étant du fer, puis on porte cet alliage à une température élevée, soit immédiatement après la coulée, soit après réchauffage;
on le refroidit ensuite à une vitesse moyenne déterminée par sa composition, de préférence à raison de 3 à 7 C par seconde, depuis environ 1200 C jusqu'à environ 650 C, puis d'une façon quelconque, par exemple dans l'air, jusqu'à la température ordinaire, la vitesse moyenne précitée étant telle qu'on obtienne pour l'expression (B H)max une valeur au moins égale à 1.500.000. Il est bon de faire suivre ce refroidissement de l'un des traitements usuels de revenu.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention permet d'obtenir différents avantages. Il supprime le risque de rupture de l'alliage coulé résultant du procédé indiqué en premier lieu, c'est-à-dire du refroidissement dans un moule métallique de coulée d'un alliage de la composition indiquée,
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de sorte qu'on obtient à cet égard une économie de matière et de temps qui est considérable. D'autre part, on obtient une réduction du prix de revient également par le fait que la quantité nécessaire de cobalt est relativement faible et qu'il suffit de remplacer cette matière, qui est relativement coûteuse comme on le sait, par une quantité relativement faible de nickel, dont le prix est notablement inférieur.
Par le procédé conforme à la présente invention, on peut préparer des alliages d'acier magnétique ayant après aimantation une rémanence d'environ 5000 à 7000 gauss et une . force coercitive d'environ 1000 à 600 gauss, les aimants présentant une valeur de (B H)max qui atteint au moins 1.500.000 et pour certains d'entre eux même plus de 2.000.000.
La fabrication des alliages d'acier peut se faire non seulement par coulée mais aussi, d'une manière connue, par mélange des constituants, de préférence sous la forme d'alliages préliminaires et intermédiaires, à l'état broyé, par*-une compression plus ou moins poussée et finalement par homogénéisation au moyen d'une fusion agglomérante.
Bien qu'une addition de cuivre n'améliore pas sensiblement, en général, les propriétés magnétiques des alliages précités, la Demanderesse a observé que, dans certains cas, le cuivre peut être avantageux, du fait que par ce moyen on peut atteindre une force coercitive plus grande, avec toutefois une diminution de la rémanence.
D'autre part, on règle de préférence le rapport entre le titane et l'aluminium de telle façon que la somme des proportions de ces deux constituants soit comprise entre 8 et 16 %, et de préférence .égale à environ 11 à 13 %; la Demanderesse a observé en effet que ce pourcentage confère aux alliages considérés des qualités magnétiques très avantageuses.
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Bien entendu, on peut également obtenir la teneur de 0,5 à 7 % de titane par une addition correspondante du ferro-titane usuel pour les applications de ce genre et qu'on peut estimer contenir, suivant sa qualité, environ 20 à 40 % de titane. Mais, dans ce cas, il faut tenir compte des additions telles que l'aluminium, le silicium, le cuivre et le manganèse qui,existent dans l'alliage ferreux en plus du fer et du titane. Il est à noter que le silicium qui existe presque toujours dans le ferro-titane ne doit pas représenter un pourcentage trop élevé de l'alliage magnétique, c'est-à-dire qu'il ne doit constituer que moins de 1 % de cet alliage, sinon les qualités magnétiques des alliages indiqués sont influencées d'une façon défavorable. Le manganèse qui existe dans l'alliage ferreux ne modifie pas sensiblement les propriétés magnétiques des alliages.
Les pourcentages les plus élevés indiqués ci-dessus pour le nickel, le cobalt et le titane ne doivent pas, de préférence, être utilisés simultanément dans le même alliage, étant donné que dans ce cas on ne peut pas en général atteindre les valeurs maxima des qualités magnétiques par un traitement thermique industriel simple. Aux teneurs faibles en nickel correspond une teneur élevée en cobalt, et réciproquement.
Bien que les alliages soient relativement peu sensibles aux écarts par rapport au traitement thermique le plus favorable, il y a toutefois lieu de signaler que, pour pouvoir obtenir les valeurs maxima possibles de la rémanence et de la force coercitive, il faut pour chaque alliage d'acier magnétique une vitesse de refroidissement déterminée à partir de la température ci-dessus indiquée, cette vitesse étant fonction de sa composition.
En général, on procède au traitement thermique selon la présente invention en portant la pièce coulée à une tempé-
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rature aussi élevée que possible, et en tout cas à une température supérieure à 1150 C, après quoi on la refroidit jusqu'à 650 C environ à une vitesse qui est déterminée au préalable par des essais sur des éprouvettes, mais qui doit être inférieure à 35 C par seconde, puis on la refroidit d'une façon quelconque, par exemple à l'air.
Les moyens qu'on peut utiliser de préférence pour la trempe précitée sont, par exemple, l'huile ou l'eau argileuse, qu'on utilise de préférence pour les pièces de dimensions relativement grandes, l'air comprimé, le sable humide, l'air au repos, le sable sec ou des fours chauffés à une température appropriée.
L'opération de revenu que l'on fait en général suivre et qui consiste en un réchauffage de l'alliage jusqu'à une température de 600 à 700 C peut également s'effectuer immédiatement après le refroidissement de trempe, sans refroidissement intermédiaire jusqu'à la température ordinaire.
Dans certains cas spéciaux, par exemple dans le cas de pièces coulées de dimensions modérées et de forme favorable, il est même possible de refroidir la pièce par une simple coulée dans un moule approprié en sable de moulage sec ou humide, de façon à obtenir automatiquement, sans autres précautions, la vitesse de refroidissement nécessaire pour la pièce, de telle sorte qu'une trempe ultérieure devient superflue.
Pour faire ressortir nettement le progrès que repré- sente l'invention, quelques valeurs obtenues par des essais vont être indiquées ci-après à titre d'exemple.
Les pièces dont on est parti avaient des dimensions de 10 x 30 x 32 mm.
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Quelques-uns des résultats obtenus sont reproduits sur le tableau suivant, les constituants existant dans le ferro-titane, comme par exemple l'aluminium, étant compris dans les pourcentages indiqués.
EMI6.1
<tb>
<tb>
Composition <SEP> Vitesse <SEP> moyenne <SEP> de
<tb> de <SEP> refroidissement <SEP> valeurs <SEP> obtenues
<tb> l'alliage <SEP> entre <SEP> 1250 <SEP> et <SEP> 600 C
<tb> Brem. <SEP> 5.300
<tb> 28% <SEP> Ni
<tb> 12% <SEP> Co <SEP> H
<tb> 12% <SEP> Ferrotitane <SEP> (= <SEP> environ <SEP> 4.5 <SEP> C/sec <SEP> coerc. <SEP> 900
<tb> 2.6% <SEP> Ti <SEP> et <SEP> 1.2%
<tb> Al) <SEP> (BH)
<tb> 11.2% <SEP> Al <SEP> max. <SEP> 1.620.000
<tb> B
<tb> rem. <SEP> 6.750
<tb> 25% <SEP> Ni
<tb> 7% <SEP> Co <SEP> H
<tb> 12% <SEP> FeTi <SEP> environ <SEP> 6.5 <SEP> C/sec <SEP> coerc. <SEP> 650
<tb> 9.2% <SEP> Al.
<tb>
(BH)
<tb> max. <SEP> 1.700.000
<tb> B
<tb> rem. <SEP> 6.000
<tb> 27% <SEP> Ni
<tb> 4% <SEP> Co <SEP> environ <SEP> 6.5 <SEP> C/sec <SEP> H
<tb> 12% <SEP> FeTi <SEP> coerc. <SEP> 700
<tb> 10.2% <SEP> Al. <SEP> (BH)
<tb> max. <SEP> 1.540.000
<tb> B
<tb> rem. <SEP> 6.000
<tb> 27% <SEP> Ni
<tb> 4% <SEP> Co <SEP> H
<tb> 12% <SEP> FeTi <SEP> environ <SEP> 4 <SEP> C/sec <SEP> coerc. <SEP> 700
<tb> 10.2% <SEP> Al
<tb> 1.5% <SEP> Cu <SEP> (BH)
<tb> max. <SEP> 1.
<SEP> 600.000
<tb>
A titre d'exemple tiré de la construction des hautparleurs, on peut encore indiquer qu'un aimant annulaire ayant la grandeur actuellement adoptée dans les haut-parleurs électrodynamiques et une composition obtenue par la coulée d'un alliage comprenant environ 25 % de nickel, 7 % de cobalt, 12 % de ferro-
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titane (soit environ 2,5 % de titane), 8 % d'aluminium, le reste étant principalement du fer, a fourni les valeurs magnétiques suivantes:
EMI7.1
<tb>
<tb> B
<tb> rem <SEP> 6. <SEP> 900 <SEP> gauss
<tb> H
<tb> coerc <SEP> 650 <SEP> gauss
<tb> (BH)
<tb> max <SEP> 1. <SEP> 600.000
<tb>
Les dimensions de l'anneau étaient les suivantes:
EMI7.2
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> 74 <SEP> mm
<tb> Diamètre <SEP> intérieur <SEP> 47 <SEP> mm
<tb> Hauteur <SEP> 37 <SEP> mm <SEP>
<tb>
L'anneau a été coulé et ensuite porté à nouveau à une température de 1250 C, après quoi il a été refroidi jusqu'à 600 C environ, en deux minutes et demie, dans de l'eau argileuse à la température ordinaire, puis à l'air. Il en résulte une vitesse de refroidissement d'environ 4,5 C par seconde.