материал предоставили к.т.н. СМИРНОВ Геннадий Алексеевич и СМИРНОВ Михаил Геннадьевич
в соавторстве с ЕМЕЛИНЫМ Д.М.
ООО “КБ Передовых технологий” (г. Заречный, Пензенская область, Российская Федерация)

Электротехническая низкоуглеродистая сталь марки 10895, поставляемая в горячекатаном не отожженном состоянии, имеет величину зёрен феррита 20-40 мкм и коэрцитивную силу 160-190 А/м. Магнитопроводы, получаемые литьём по выплавляемым моделям, имеют структуру с неравноосными зёрнами 20-120 мкм и коэрцитивную силу 270-350 А/м. Основная цель термообработки – снижение коэрцитивной силы до 95 А/м. Термообработку (отжиг) осуществляют в вакуумных печах, стоимость часа работы которых велика. Применяемые в промышленности режимы сводятся к многократным длительным выдержкам при 1173-1323 °К с последующим медленным охлаждением со скоростью 30-50 °К/ч до температуры 873 °К [1, 2]. Увеличение температуры отжига до 1473 °К и времени выдержки до 8-10 ч, уменьшение скорости охлаждения до 5-10 °К/ч существенно улучшает магнитные свойства, но значительно увеличивает затраты [3, 4]. Оригинальным можно считать способ термообработки с предварительной закалкой деталей, в котором используется эффект фазового наклёпа [5]. В описанных способах в первом случае сделана попытка уменьшить влияние фазового наклёпа, а во втором – использовать внутреннюю энергию явления для улучшения магнитных свойств.

Для изучения влияния фазового наклёпа на магнитные свойства было проанализировано 37 плавок; к дальнейшей работе отобраны 3 плавки с минимальным, средним и завышенным содержанием углерода (таблица 1).

Таблица 1 – Значения критических точек и содержание углерода
Номер плавки Ac1 Ac3 Ar3 Ar1 Содержание углерода,%
1 1183 1203 1163 1143 0,010
2 1163 1183 1143 1123 0,025
3 1145 1163 1128 1113 0,037

Характерно, что значения критических точек не согласуется с диаграммой железо-углерод. Это связано с наличием примесей в стали, погрешностью определения критических точек, вызванной необходимостью применения сравнительно высоких скоростей нагрева и охлаждения при их фиксации на дилатометре ДКМ. Анализ таблицы 1 показал, что при нагреве садки следует учитывать интервал фазовой перекристаллизации 1145-1203 °К, а при охлаждении – 1143-1113 °К. Практически установили, что садка деталей в вакуумных печах охлаждается в интервале температур фазовой перекристаллизации со скоростью 800-1500 °К/ч.

Минимальные значения коэрцитивной силы получены при отжиге по режиму 3 (таблица 2), где после фазового наклёпа следует выдержка при температуре выше конца фазовой перекристаллизации на 40 °К с последующим охлаждением в интервале фазовой перекристаллизации со скоростью 10 °К/ч [6]. Однако наиболее приемлемым для промышленного использования является режим 4, обеспечивающий удовлетворительные результаты при одновременном значительном сокращении продолжительности процесса. Окончательная выдержка при температуре 1123 °К, то есть ниже начала фазового превращения (точка Аr1) позволяет избежать медленного охлаждения. Поэтому скорость охлаждения от 1123 до 933 °К увеличили до 100-170 °К/ч. [7]. Следует отметить, что с увеличением содержания углерода в стали эффект фазового наклёпа увеличивается. Так, при минимальном содержании углерода (плавка 1) применение режима отжига с фазовым наклёпом незначительно улучшило магнитные свойства (снижение на 1,5-5,5 А/м). Снижение коэрцитивной силы у плавки 2 составило 16-20 А/м; у плавки 3 на 22,5-27,5 А/м.

Таблица 2 – Влияние режимов отжига на коэрцитивную силу, А/м
Номер плавки Режим 1 Режим 2 Режим 3 Режим 4
1 65,5 64 60 64
2 84 77 64 68
3 117,5 112 90 95

В результате проведенных исследований показано положительное влияние фазового наклёпа на магнитные свойства низкоуглеродистой электротехнической стали марки 10895 (рисунок 1). Разработанные режимы термообработки введены в технологическую документацию.

Графики режимов термообработки низкоуглеродистой электротехнической стали

Рисунок 1 – Графики режимов термообработки низкоуглеродистой электротехнической стали

Перечень ссылок

  1. Экономичные режимы отжига нелегированной электротехнической стали. Информационный листок. – Хабаровск: ЦНТИ, 1983. – № 85.
  2. ГОСТ 11036-75. Сталь сортовая электротехническая нелегированная.
  3. А.с. 289131. СССР. Способ термической обработки низкоуглеродистой стали / Сокол Я.И., Капустина Е.П. // Б.И. – 1963. – № 8. – С. 57.
  4. Ступенчатый отжиг низкоуглеродистой стали // Информационный листок. – М.: ВИМИ, 1977. – №1918.
  5. Гутнов Р.В. Производство низкоуглеродистого железа. – М.: Металлургия, 1973. – 290 с.
  6. Смирнов Г.А. Сокращение длительности режима отжига низкоуглеродистой электротехнической стали // Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении. – М.: ЦНИИатоминформ, 1979. – № 6. – 29 с.
  7. А.с. 825656. СССР. Способ термообработки низкоуглеродистой электротехнической стали / Смирнов Г.А. // Б.И. – 1984. – № 8.