JPS6154106B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マンガン−アルミニウム−炭素
（Mn−Al−Ｃ）系磁石合金の製造法、特に切断条
件に関するものである。

Mn−Al−Ｃ系合金において、Mn68.0〜73.0の
重量％、Ｃ（１／１０Mn−6.6）〜（１／３Mn−22.2）
重量 ％、残部Alからなる合金を530℃〜830℃の温度
範囲で温間塑性加工することにより、磁気特性及
び機械的強度が極めて優れ、かつ切削加工ができ
るという特徴を有した永久磁石が得られる。この
Mn−Al−Ｃ系磁石合金は希少資源であるコバル
トを含まない高性能磁石として知られ、既に実用
に供されている。

このMn−Al−Ｃ系磁石合金の強磁性相はτ相
と称され、その結晶構造は面心正方晶構造（格子
定数：ａ＝3.91Å、ｃ＝3.63Å）である。このτ
相は、高温相のε相が不規則−規則変態を起こし
て中間相となり、この中間相がマルテンサイト変
態を起こして形成される相である。高温相のε相
は稠密六方晶構造（格子定数：ａ＝2.70Å、ｃ＝
4.40Å）を有し不規則相である。中間相は斜方晶
構造（格子定数：ａ＝4.39Å、ｂ＝2.76Å、ｃ＝
4.58Å）を有し規則相である。上述の３つの相の
格子定数はMn72重量％、C1.0重量％、残部Alの
Mn−Al−Ｃ三元系合金の場合のものであつて、
組成が変わると格子定数は多少変動する。中間相
は高温相のε相から変態によつて形成されるや直
ちにτ相に変態し、通常は室温で観察され難い。

又強磁性相のτ相は、準安定相で、Mn−Al二
元合金では安定相である非磁性のAlMn（ｒ）相
とβ−Mn相に分解しやすいが、Mn−Al−Ｃ三元
系合金ではＣの添加によつてτ相の安定性は著し
く改良されている。

このMn−Al−Ｃ系磁石合金の製造において、
溶解鋳造工程で作られた鋳造ビレツトは室温まで
冷却され、それから所定の寸法に切断されて、そ
れを次の熱処理工程にまわしていた。この切断工
程は、鋳造ビレツトの切断に対する強さと、切断
に使用する刃の強さ及び寿命とにより自ずと切断
速度に限界があり、その一番速い速度で切断して
も長い時間を要していた。たとえば、直径100mm
の鋳造ビレツトの切断では、ビレツトの切断面が
切断割れなしに良好な状態に切断するには、約15
分間を要するというように、特に大型磁石用の鋳
造ビレツトの場合には長い時間を要しており、短
時間化が望まれていた。

こうして得られた所定寸法のビレツトは、再び
加熱昇温され、有効な熱処理の１つとして、たと
えば約1100℃で１時間保持されてε相単相とさ
れ、その後ビレツトが割れない程度の速度で冷却
熱処理を施され、そのあと温間塑性加工を受けて
異方性化することにより、強力な永久磁石となつ
ていた。この熱処理での昇温の際には、ビレツト
の割れ発生を避けるため徐々に昇温しなければな
らず時間を要していた。又室温のビレツトを再加
熱することによる熱ロスは大きく、この熱ロスの
削減が望まれていた。

こうした上述の課題、すなわち切断時間の短縮
化と製造工程の短時間化及び熱ロスの低減化に対
して、本発明者らは種々の実験を試み、検討を重
ねた結果、従来無理とされてきたMn−Al−Ｃ系
磁石合金での高温における切断において、ε相に
高被切断性のあることを見い出し、本発明は、こ
の新しい現象に着目してなされたもので、Mn−
Al−Ｃ系磁石合金を、ε相を主とする相状態に
おいて切断することによつて、切断時間の大巾な
短縮化ができ、又再加熱による熱ロスを少なくす
ることができ、更に製造工程の短時間化を可能と
するMn−Al−Ｃ系磁石合金の製造法を提供する
ものである。

以下に代表的な実験データを示して、本発明を
詳細に説明する。

図面は、Mn−Al−Ｃ系磁石合金を溶解鋳造
し、凝固後直ちに鋳型から外して放冷し、その放
冷の途中段階の種々の温度で、薄刃砥石を用い
て、切断所要時間を常温切断の1/3として、高速
切断した際の、丸棒ビレツトの温度と切断機モー
タの電力量及びビレツト断面での割れの発生状態
との関係を示した図である。モータの電力量は切
断抵抗に比例すると考えられ、室温時の値を100
として示してある。ビレツトの温度は放射温度計
を用いて測定され、ビレツトの外周面の温度を測
定している。それ故ビレツトの内部は指示温度よ
りも高い温度になつていると測定される。

この図から、ビレツトの温度が700℃以上では
切断機モータの電力量、すなわち切断抵抗は低く
ほぼ一定で、ビレツトの切断面には割れは発生し
ておらず、Mn−Al−Ｃ系磁石合金が700℃以上で
は優れた被切断性を有していることが明らかであ
る。一方ビレツト温度が下がり、600℃台になる
と、切断機モータの電力量は増加し、かつビレツ
トの切断面には割れが生じており、700℃未満の
温度では被切断性は悪い。

700℃以上で切断後、直ちに水中急冷されたビ
レツトについて、その組織状態を金属顕微鏡及び
Ｘ線回折により調べたところ、主としてε相の樹
枝状晶と、その樹枝状晶の間に存在するAlMn
（ｒ）相が認められた。又同様の分析を700℃未満
の温度での切断ビレツトについて行つたところ、
樹枝状晶の部分はτ相になつており、樹枝状晶間
にはAlMn（ｒ）相が認められた。このことか
ら、700℃以上の温度における高被切断性はε相
にあることが明らかである。

ε相から中間相を経てτ相への変態は、約760
℃で生じるが、これは徐冷の場合であり、冷却速
度が速くなると過冷されて変態開始温度は下が
り、たとえば風冷では650℃程度まで低下する。
それ故700℃での切断においては、切断時の回転
する刃によつて巻き起こされる風によつてビレツ
トの外周面は過冷されて700℃になつても変態は
まだ生じておらず、又内部は外周部よりも高温で
あるためε相を主とする状態であると推定され
る。

次に鋳造ビレツトを1100℃で約１時間保持して
均質なε相単相にした後、炉中から取り出して冷
却途中において高速切断を行つたところ、図と同
様に、700℃以上の切断においては、切断機モー
タの電力量はほぼ一定で低く、切断されたビレツ
トの切断面には切断割れはなく良好な状態であつ
た。

その後更に実験を重ね、高温での切断条件を検
討した。その結果、切断用砥石としては、白色溶
融アルミナ質（WA）系強化薄刃砥石が砥石の強
さ及び寿命の点で適切であることが明らかとな
り、更に短時間切断が可能であることが判明し
た。このWA強化薄刃砥石を用いて、切断時間を
常温切断での最適所要時間の1/10になるよう試料
の送り速度を高速にして切断実験を行つたとこ
ろ、700℃以上では極めて良好に切断でき、切断
面には切断割れはなかつた。しかしながら、600
℃台では切断はできるが、切断面に切断割れが入
り易く、更に500℃台又はそれ以下になると試料
の送り速度を遅くしても切断割れは極めて入り易
く、従来の常温切断なみの試料送り速度にしてか
ろうじて割れを押えることができた。

ε相が優れた被切断性を有しているのに対し
て、700℃未満の温度では切断抵抗が高くかつ切
断割れが生じてしまう原因は、ε相がなく主とし
てτ相の状態での切断になつているためと推測さ
れる。ε相、τ相とももろく、割れ易い金属間化
合物であるが、ε相はMnとAlの原子位置が無秩
序な不規則相であり、その意味で合金的性格を持
つているのに対して、τ相は原子位置が定まつた
規則相であり、より金属間化合物の性格が強いた
めであろうと考えられる。又τ相の状態では、ε
相から中間相を経てτ相への変態時に収縮が起こ
るため、この時に残留歪が生じ易く、このことが
割れ易い原因の１つになつていると推測される。

又溶解鋳造して、表面が凝固を終了するや直ち
に型ばらしをすると、鋳造ビレツトの表面は1200
℃以上であり、鋳造ビレツトの内部は凝固温度の
1230℃以上であつて凝固がまだ終了しておらず、
このような内部が固液共存の状態で切断すると、
切断砥石の減りが激しく、砥石寿命の点で実用的
でなく、切断温度は完全に内部まで凝固したε相
領域の1200℃以下が望ましい。

上述のように本発明は、Mn−Al−Ｃ系磁石合
金を、ε相を主とする相状態において、望ましく
は700℃〜1200℃の高温において切断することに
より、切断の時間短縮ができ、又切断されたビレ
ツトを次の熱処理工程に送ることができて、熱ロ
スを少なくすることができると共に、昇温に要す
る時間を短縮することができるなど、製造工程の
所要時間を大巾に短縮することのできるものであ
る。

次に、本発明の代表的な実施例を示す。

実施例 １ 直径40mmのMn−Al−Ｃ系磁石合金を1050℃で
約１時間保持した後、放冷し、850℃でWA系強
化薄刃砥石を用いて切断した。切断所要時間は約
８秒で、常温切断時の最適所要時間４分間に対し
て1/30に短縮できた。切断されたビレツトの切断
面には切断割れはなかつた。

実施例 ２ Mn−Al−Ｃ系磁石合金を、適正組成となるよ
うにMn、Al、Ｃと少量の添加物とを配合して溶
解鋳造し、直径100mmの鋳造ビレツトを作成し、
凝固後直ちに型ばらしして徐冷し、この徐冷途中
の約1000℃にて砥石切断を行つた。切断用砥石は
WA系強化薄刃砥石を用い、砥石の適正周速度と
なるよう、砥石軸の回転速度を設定した。切断に
要した時間は15秒から20秒で、常温切断時の所要
時間15分に比べると約1/50に短縮化できた。切断
されたビレツトのうちで、切断割れを調べるため
熱処理割れを避けて徐冷されたビレツトについて
切断面を調べたが、切断割れはなく良好であつ
た。所定寸法に約1000℃にて高温高速切断された
鋳造ビレツトは、直ちに次の熱処理工程の均熱炉
に投入され、徐々に昇温されて約５分間で1100℃
に達した。

以上から、本発明は、Mn−Al−Ｃ系磁石合金
をε相を主とした相状態で、望ましくは700℃か
ら1200℃の温度範囲で、砥石切断することによ
り、従来たとえば数分から10数分かかつていた切
断時間を８秒から20秒という極めて短い時間に短
縮することができ、切断工程の生産性を大巾に向
上させることができる。

又本発明はMn−Al−Ｃ系磁石合金の溶解鋳造
工程から出てきた鋳造ビレツトを室温まで下げる
ことなく700℃以上1200℃以下の高温度にて切断
し、直ちに次の熱処理工程に移すことにより、従
来冷却に４〜６時間、加熱に２〜３時間という長
時間を要していたのを、おおよそ省略することが
でき、製造工程の大巾な時間短縮を可能とするも
のである。又再加熱に要していた熱エネルギーを
ほとんど削減することができ、熱ロスの大巾な低
減化を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はMn−Al−Ｃ系磁石合金を砥石切断した
際の、ビレツトの温度と切断機モータの電力量及
び切断面の割れの状態との関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金の
   製造における切断工程において、該合金をε相を
   主とする相状態にて切断することを特徴とするマ
   ンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金の製造
   法。 ２ 前記合金を、700℃〜1200℃の温度範囲にて
   切断することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のマンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金
   の製造法。 ３ 前記合金を、白色溶融アルミナ質系強化薄刃
   砥石を用いて切断することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載のマンガン−アルミ
   ニウム−炭素系磁石合金の製造法。