PL228029B1

PL228029B1 - Method for producing close-grained structure in castings made from AlNiCo alloy

Info

Publication number: PL228029B1
Application number: PL414948A
Authority: PL
Inventors: Lech Bulkowski; Urszula Galisz; Jerzy Pogorzałek; Artur Żak; Artur Zak
Original assignee: Inst Metalurgii Żelaza Im Stanisława Staszica
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2018-02-28
Also published as: PL414948A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania drobnoziarnistej struktury w odlewach ze stopu AINiCo, zwłaszcza pierścieni magneto - zwierciadeł, który polega na tym, że jako masę formierską przy ich odlewaniu stosuje się węglik krzemu o uziarnieniu poniżej 2 mm z dodatkiem od 0,5 do 9% wag. bentonitu oraz 2 - 5% wag. wody w stosunku do całkowitej masy mieszaniny.The subject of the application is a method for producing a fine-grained structure in castings from the AINiCo alloy, especially magneto-mirror rings, which consists in using silicon carbide with a grain size of less than 2 mm with the addition of 0.5 to 9% by weight as the molding sand for their casting. . bentonite and 2 - 5% by weight. water in relation to the total weight of the mixture.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drobnoziarnistej struktury odlewów ze stopu AINiCo, zwłaszcza pierścieni magneto-zwierciadeł.The subject of the invention is a method of producing a fine-grained structure of AlNiCo alloy castings, in particular magneto-mirror rings.

Wynalazek jest przeznaczony do zastosowania przy wytwarzaniu ze stopu AINiCo elementów obiektywu wyrobu specjalnego. Stopy oparte na układzie Fe-AI-Ni-Co są stopami twardymi i kruchymi. Odlewane syfonowo magnesy do form piaskowych ze stopów AINiCo są stopami charakteryzującymi się gruboziarnistą strukturą o twardości 45-65 HRC. Z tego względu ich obróbka mechaniczna, prowadzona w celu uzyskania wymaganego kształtu magnesu, ograniczona jest wyłącznie do operacji szlifowania. Kruchość odlewanych stopów AINiCo jest przyczyną pękania i wykruszania w czasie szlifowania i niskiej odporności na obciążenia dynamiczne. Jedną z możliwości otrzymania magnesów AINiCo o skomplikowanym kształcie z pominięciem obróbki mechanicznej jest produkcja magnesów z zastosowaniem technologii spiekania proszków odpowiadających składowi stopów AINiCo lub też odlewania ciśnieniowego lub podciśnieniowego. Spiekane magnesy AINiCo charakteryzują się większą wytrzymałością, drobnoziarnistą strukturą i mniejszą kruchością. W porównaniu do stopów odlewanych magnesy spiekane wykazują słabsze właściwości magnetyczne spowodowane mniejszą gęstością. W przypadku magnesów odlewanych ciśnieniowo lub podciśnieniowe, ograniczeniem ich zastosowania są wysokie koszty wytwarzania. Znane z patentów: JPS58107410, JPS59190338, CN102941335, US5520748 sposoby wytwarzania magnesów trwałych ze stopów AINiCo koncentrowały się na metodach wytwarzania, których celem było uzyskanie magnesów o jak najlepszych właściwościach magnetycznych, a jedynie w ograniczonym stopniu na poprawie ich właściwości mechanicznych. Znany jest sposób wytwarzania ze stopu AINiCo pierścieni magneto-zwierciadeł, odlewanych do form piaskowych, które cechują się słabym przewodnictwem, cieplnym i w związku z tym czas krzepnięcia ciekłego stopu jest stosunkowo długi, co sprzyja powstawaniu gruboziarnistej struktury. Sposób ten nie zapewniał wytworzenia odpowiedniej struktury pierścieni magneto-zwierciadeł, a tym samym w wyrobie końcowym nie uzyskiwano powtarzalnych właściwości mechanicznych oraz magnetycznych określonych strumieniem magnetycznym minimum 120 μ\Μ).The invention is intended for use in the fabrication of the lens components of a special product from the AINiCo alloy. Fe-AI-Ni-Co alloys are hard and brittle alloys. Cast siphon magnets for sand molds made of AINiCo alloys are alloys characterized by a coarse structure with a hardness of 45-65 HRC. For this reason, their mechanical processing to obtain the required shape of the magnet is limited only to grinding operations. The brittleness of AINiCo cast alloys is the cause of cracking and chipping during grinding and low resistance to dynamic loads. One of the possibilities of obtaining AINiCo magnets with a complicated shape without machining is the production of magnets using the powder sintering technology corresponding to the composition of AINiCo alloys or by pressure or vacuum casting. AINiCo sintered magnets are characterized by higher strength, fine-grained structure and lower brittleness. Compared to cast alloys, sintered magnets show weaker magnetic properties due to their lower density. In the case of die-cast or vacuum die-cast magnets, their application is limited by the high manufacturing costs. Known from patents: JPS58107410, JPS59190338, CN102941335, US5520748 methods of producing permanent magnets from AINiCo alloys focused on manufacturing methods aimed at obtaining magnets with the best magnetic properties, and only to a limited extent on improving their mechanical properties. It is known to manufacture magnetomirror rings from the AINiCo alloy, cast into sand molds, which are characterized by poor thermal conductivity, and therefore the solidification time of the liquid alloy is relatively long, which favors the formation of a coarse-grained structure. This method did not ensure the production of an appropriate structure of the magneto-mirror rings, and thus the final product did not obtain repeatable mechanical and magnetic properties defined by a magnetic flux of minimum 120 μ \ Μ).

Celem wynalazku jest uzyskanie odlewów ze stopu AINiCo o dużej odporności na obróbkę mechaniczną oraz dużej odporności na obciążenia dynamiczne, ponieważ gotowe pierścienie magneto-zwierciadeł są podczas pracy poddawane działaniu siły odśrodkowej.The aim of the invention is to obtain AINiCo castings with high resistance to machining and high resistance to dynamic loads, because the finished rings of magneto-mirrors are subjected to centrifugal force during operation.

Sposób wytwarzania drobnoziarnistej struktury w odlewach ze stopu AINiCo, zwłaszcza pierścieni magneto-zwierciadeł, polega na tym, że jako masę formierską przy ich odlewaniu stosuje się węglik krzemu o uziarnieniu poniżej 2 mm z dodatkiem od 0,5 do 9% wag. bentonitu oraz 2-5% wag. wody w stosunku do całkowitej masy mieszaniny.The method of producing fine-grained structure in castings made of the AINiCo alloy, especially the rings of magneto mirrors, consists in using silicon carbide with a grain size of less than 2 mm with the addition of 0.5 to 9% by weight as the molding sand for their casting. % of bentonite and 2-5 wt. water based on the total weight of the mixture.

Sposób według wynalazku polega na tym, że po zalaniu wnęki formy ciekłym stopem wymagane jest szybkie objętościowe i kierunkowe jego schładzanie w celu uzyskania odlewów o zwartej budowie bez porowatości, charakteryzujących się jednorodną i drobnoziarnistą strukturą. W tym celu jako osnowę masy formierskiej zamiast piasku stosuje się węglik krzemu o ustalonym uziarnieniu do 2 mm z dodatkiem spoiwa zagęszczającego na bazie bentonitu oraz wody. Masa formierska na osnowie węglika krzemu charakteryzuje się przewodnością cieplną w temperaturze 500°C powyżej 0,39 W/mxK, co powoduje zwiększenie przewodności cieplnej powyżej 0,1 W/mxK w stosunku do formy piaskowej.The method according to the invention consists in the fact that after pouring the mold cavity with the liquid alloy, it is required to rapidly cool it down in a volumetric and directional manner in order to obtain castings with a compact structure without porosity, characterized by a uniform and fine-grained structure. For this purpose, instead of sand, silicon carbide with a defined grain size of up to 2 mm with the addition of a bentonite-based binder and water is used as the matrix of the molding sand. Molding sand based on silicon carbide is characterized by a thermal conductivity at 500 ° C above 0.39 W / mxK, which causes an increase in thermal conductivity above 0.1 W / mxK compared to the sand mold.

Zwiększenie szybkości studzenia formy, a tym samym odlanych w niej pierścieni skutkuje wytworzeniem drobnoziarnistej struktury pierścieni magneto-zwierciadeł. W odlanych w ten sposób pierścieniach uzyskuje się w warstwie przypowierzchniowej strukturę złożoną z drobnych i wydłużonych kryształów, natomiast w środku pierścienia struktura złożona jest z drobnych kryształów równoosio-wych. Taka budowa struktury charakteryzuje się wysoką podatnością do szlifowania i polerowania, umożliwiając uzyskanie powierzchni o chropowatości odpowiadającej klasie 13 (Ra max 0,02 μπι), a także pozwala na uzyskanie stabilnych właściwości magnetycznych.Increasing the speed of cooling the mold, and thus the rings cast in it, results in the formation of a fine-grained structure of the rings of magneto mirrors. In rings cast in this way, the structure in the subsurface layer is composed of fine and elongated crystals, while in the center of the ring the structure is composed of fine equiaxial crystals. Such a structure of the structure is characterized by high susceptibility to grinding and polishing, allowing to obtain a surface with a roughness corresponding to class 13 (Ra max. 0.02 μπι), and also to obtain stable magnetic properties.

Sposób wytwarzania drobnoziarnistej struktury w pierścieniach magneto-zwierciadeł przedstawiono w przykładach.The method of producing the fine-grained structure in the rings of magneto-mirrors is shown in the examples.

Przykład 1Example 1

Na płycie podmodelowej ustawiamy dolną skrzynkę formierską obejmującą modele belki wlewowej, wlewu głównego, wychodów. Do skrzynki nasypujemy jednolitą masę formierską składającą się z węglika krzemu o uziarnieniu poniżej 2 mm oraz bentonitu w ilości 100 g na 1 kg SiC oraz 50 g wody i zagęszczamy przez ubijanie, następnie skrzynką obracamy. Po wyjęciu modeli przystępujemy do formowania kolejnej skrzynki formierskiej obejmującej modele pierścieni magneto-zwierciadeł. Tok postępowania i formowania wnęk jest taki sam jak skrzynki dolnej. Wykonane skrzynki formierskie zastawiamy w stos, formę zamykamy i nad otworem wlewu górnego nadstawiamy zbiornik wlewowy. Formę suszymy w temperaturze 150°C przez 12 godzin i następnie zalewamy ciekłym stopem AINiCo o temperaturze 1570°C wytopionym w próżniowym piecu indukcyjnym. Rozbrajanie formy następuje po jej ostygnięciu do temperatury otoczenia. Uzyskano odlewy o zadowalających właściwościach.On the sub-model plate, we place the lower molding box including the models of the headbox, main headbox and outlets. Pour a homogeneous mass into the box, consisting of silicon carbide, grain size less than 2 mm and bentonite in the amount of 100 g per 1 kg of SiC and 50 g of water, and compact it by tamping, then turn the box. After taking out the models, we start forming another molding box with models of magneto-mirror rings. The procedure and formation of cavities is the same as for the lower box. We stack the formed molding boxes, close the mold and place the filler tank over the top filler opening. The mold is dried at a temperature of 150 ° C for 12 hours and then poured with the liquid AINiCo alloy at a temperature of 1570 ° C, melted in a vacuum induction furnace. The mold is disarmed after it has cooled down to the ambient temperature. Castings with satisfactory properties were obtained.

Przykład 2Example 2

Postępując jak w przykładzie 1, użyto 50 g bentonitu na 1 kg SiC oraz 30 g wody. Uzyskano odlewy o właściwościach lepszych niż otrzymane według przykładu 1.Proceeding as in Example 1, 50 g of bentonite were used for 1 kg of SiC and 30 g of water. The obtained castings had better properties than those obtained according to example 1.

Claims

Patent claim

1. A method of producing a fine-grained structure in castings of the AINiCo alloy, in particular magneto-mirror rings, characterized in that silicon carbide with a grain size of less than 2 mm with the addition of 0.5 to 9 wt.% Is used as the molding sand for casting them. % of bentonite and 2-5 wt. water based on the total weight of the mixture.