铝镍钴工艺流程.docx
《铝镍钴工艺流程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铝镍钴工艺流程.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
铝镍钴工艺流程
重庆科技学院功能材料研究制造中心
4.1铝镍钴永磁场合金作业指导书
4.1.1铝镍钴永磁合金技术条件
4.1.2合金成份
4.1.3工艺流程图
4.1.4造型工艺作业指导书
4.1.5熔炼工艺作业指导书
4.1.6磁场热处理工艺作业指导书
4.1.7磨加工工艺作业指导书
4.1.8检验工艺作业指导书
4.1.1铸造铝镍钴永磁合金技术条件
按国标GB4753—84执行，一些特殊要求的产品（军品）则按合同及有关协议执行。
4.1.2合金成份
表一：
LNGT永磁合金主要化学成份：
（%）
元素
Al
Ni
Co
Ti
Cu
Nb
Fe
含量
6.5/7.2
13.5/14.5
33.5/34.5
4.6/5.1
2.8/3.2
0.7/1.0
余
表二：
LNG永磁合金主化化学成份：
（%）
元素
Al
Ni
Co
Cu
Fe
含量
7.6/8.2
13.5/14.5
23.5/24.5
2.8/3.2
余
4.1.3
工艺流程图
4.1.5熔炼工序作业指导书
本工艺包括坩埚制作、配料、熔炼、浇注取向、清砂、退火等项目内容。
其基本任务是熔炼铸造得到化学成份合格、柱晶生长良好，无明显外在缺陷的磁钢铸坯。
（1）主要设备、器具和原辅料
表一：
主要设备
序号
名称
规格型号
用途
1
高频炉
260型高频感应炉最大容量50公斤
熔炼磁钢
2
箱式高温炉
RJX-50-13
烘模
表二：
主要工具
序号
名称
规格
用途
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
坩埚模芯
契型锤
4、6、8磅榔头
台秤
天平
搅棒
打渣瓢
抱钳
地坑式水冷结晶器
保温罩
自制
自制
自制
10kg
0.5kg
自制
自制
自制
自制
自制
制造坩埚用
制造坩埚用
清砂用
配料
配料
搅拌金属液
打捞炉渣
从高温炉中夹取定向模型
定向冷却
结晶保温
表三：
主要金属材料的技术要求
序号
名称
牌号
主要化学成（%）
尺寸大小
1
工业纯铁
DT2
≥99.4
φ12—φ30×50—150
2
电解钴
进口或国产Co-0
≥99.9
片状或10×50×100
3
电解镍
Ni—1
≥99.9
10×50×100
4
电解铜
Cu—1
≥99.95
10×50×50
5
电解铝
Al—1
≥99.7
30×40×100
6
海绵钛
Ti—1
≥99.5
粒状或小块状
7
铌铁
Fe—Nb—1
≥70
小块状
8
硫化亚铁
分析纯
FeS＞80
小块状
9
结晶硅
Si—1
Si＞99
粒块状
10
硅钙合金
Si—Ca2
Si+Ca＞90
过0.3mm的细粉
11
电极碳
C≥99.9
2mm以下粒状粉
（2）坩埚制造工艺
表四：
坩埚用原材料及技术要求
序号
名称
规格
1
冶金镁砂
Mg≥90%粒度0.105mm细粉和0.5—3mm细粒
2
硼酸
工业纯粉状
3
水玻璃
4
玻璃丝布
A．配比
a）炉底、炉身用镁砂粉、粒各半，外加硼酸3%及适量的水。
b）炉口用镁砂细粉掺合用水稀释的水玻璃液。
B．镁砂的磁选与混合
将称好的颗粒镁砂倒入盆中，选出白、黑异物，然后将镁砂撒在干净的胶板上用磁钢选出铁磁性物质，再将称量好的细粉倒入、混匀后再次用磁钢吸选，判断已无铁磁性物后，撒入硼酸混匀并加适量水，反复翻混多次，盖上湿麻袋备用。
C．坩埚打结工艺
a）将感应圈人壁及底部置上玻璃丝布。
b）先打结坩埚底部，每次约加入1.5—2Kg的镁砂，用契形锤捣紧实，每加一层料前要用划钎划松打结层表面、以确保层间衔结。
c）放炉芯前，应仔细刮去松散的镁砂，用平锤将炉底捣平、捣实。
d）将园锥台形的炉芯放在平整的炉底中心位置并压紧。
用划钎沿炉芯周边，将炉底镁砂部份划松，加入1—2Kg镁砂用契形锤进行炉壁打结。
e）打结时务须用力均匀，确保四周紧实一致，为使层间衔接良好，在筑捣新的一层前务必将前层部份划松，再行加料筑打，这样层层捣实直至炉口。
f）将感应圈上沿炉口部份压平筑紧，并用弧形压圈紧贴炉芯上沿外壁将炉墙上端面压牢，取出炉芯，用镁砂水玻璃料敷好炉口。
D．坩埚烘烤
a）将打结好的坩埚用管式电阴炉予烘12小时以上。
b）加入低碳钢（最好是冲子）于坩埚中，启动高频设备，半波烘烤4小时后，方可全波送电、熔化、洗炉1—2次，直至炉壁光滑完整并烧结良好即可熔炼磁钢。
（3）配料
配料是按产品工艺卡规定的化学成份范围，根据原材料成份和单炉装入量进行计算称量的过程，磁钢熔炼分全新料和全返料两种，配料过程如下：
A．金属原材料的外在质量要求，工业纯铁必须滚光使用，Ni、Co、Cu、Al必须干燥、洁净、无异物。
B．全新料熔炼的投料配比：
（重量百分比）
Al
Ni
Co
Ti
Cu
C
Nb
Si
S
Si—Ca
余
LNGT
7.5
14.5
34.5
5.1
3.2
0.03
1.0
0.3
0.25
0.10
Fe
LNG
8.5
14.5
24.5
0.3—0.5
3.2
C．全返料熔炼的投配比：
a）按返料熔炼次数搭配，返回三次以上的回炉料将降级使用。
b）返回料熔炼只补Al.Ti.S元素，按装入量0.5%Al,0.3%Ti和0.1%S配料称重,熔炼第一炉料呆适当多补加0.2%左右的Al。
c）返回料称量前应彻底清除粘砂和异物。
D.Al、Ni、Co、Cu、Ti、Fe等金属料用10Kg台称量，Nb（或Fe—Nb）、Si、FeS、Si—Ca、C等材料用0.5Kg药物天平称量,用天平称量的料装入试样袋中,熔炼时倾入不锈钢铲中加入。
E．料配好称重后，应按工艺卡要求进行复核，配料人和复核者均应签名备查。
（4）熔炼和定向结晶
A．熔炼准备：
a）将定向型模平放在底板砖上，盖上保温帽砖装入RTX—50—13炉内。
b）用钢片尺检查结晶器钢板，如果平整或微凹则可用，否则更换新板。
c）用砂轮砂去结晶器钢板表面锈层，扫净异物，然后用红砖烘烤除去潮气。
e）将定向结晶过程的操作器具摆放到位。
f）依照260型高频加热设备操作规程作好启动准备。
B．熔炼操作
a）先将钴片Ni块，工业纯铁和电解铜等材料同时加入炉内大片料应顺炉壁摆放，电解镍板覆盖在最高层装料力求紧实，以迅速熔化。
b）启动高频加热设备，以最大功率进行熔化，熔化过程中，时时捅料，以防料悬空“架桥”。
c）料全熔后，将Si—Ca粉倒入不锈钢小铲，撒入液面进行预脱氧，捞去熔渣后，将碳粉均匀地撒在液面，让其充分地进行碳氧反应，反应时间隔30分秒。
d）待碳氧反应完毕后，将FeS放入加料不锈钢小铲中加入炉内，时时捞熔渣，并顺产欠加入Fe—Nb和结晶硅。
e）加入结晶硅后，液面出现羽毛花纹，待金属液面仅剩1/3羽毛状纹或全部消失时，立即加入钛铝金属，并用经950—10000C烘烤的搅拌棒对钢液进行充分地搅拌，为使成份均匀，上下搅拌次数不少于40次，搅拌后停电，静置2分钟加上1Kg返回料,提温,最后补加元素,搅拌出钢。
f）确认搅拌均匀后，停电、抬炉、浇注，渡注温度控制在16500C左右，在高压12-12.5Kv时，阳极电流3A左右,栅极电流0.6A左右时，正常熔炼时间，应控制在0.8公斤/分以内。
C．浇注
a）在搅拌钢液即将结束，冶炼工认为无其他异常时，下达出钢通知，浇注人员，迅速地用大抱钳将高温型模从13500C的高温炉中取出，判定型模底部平整无开裂现象后，立即放在定向结晶钢板上，放上压铁。
b）迅速抬起坩埚，大流快速浇注，与此同时将结晶器冷却水开至最大。
10Kg钢力求控制在5—6秒钟内浇完，夹型、施压、浇注、开水要求配合严密，动作敏捷。
整个过程应在1—2分钟。
c）浇注完后，取去压铁，从高温炉中夹出红砖，放在取向型模盖上，然后将整个浇注热型模用保温罩罩上静置不动，型在结晶器上，静置时间视产品大小而定，一般为20—30分钟。
d）浇注后用钢钎清理坩埚壁和炉底的熔渣，清净倒掉后立即装料，进入下一炉进行。
（5）清砂
将经过定向结晶的磁钢铸件，从型模中清理出来的过程叫清砂，清砂按下列程序进行。
a）用小钢钎起掉保温帽，把帽口上残余金属取下后，将完好的保温帽叠放好，下备用。
b）敲掉型模四周砂层，露出铸件后，用榔头敲击铸件保温层金属，使结晶取向的铸件沿保温层金属面自行掉落。
（3）逐根清理粘砂和残留的保温层金属。
（4）破坏一根铸件，检查断宏观状态，判断柱晶质量和化学成份。
（5）填写工艺卡，将合格的铸件送交中检工序。
（6）退火
为降低磁钢硬度，改善加工性能以利打毛刺和机床切磨加工，LNGT磁钢，需要在恒定的温度下进行退火处理，使γ相大量析出。
退火制度如下图：
温度0C
11000C×1—1.5小时
随炉缓慢升温
炉冷至2000C出炉
时间（小时
4.1.6磁场热处理工序作业指导书
本工序由磁钢预热，高温固溶，磁场冷却、磁场等温，多级时效（回火）处理构成。
通过对磁钢的磁场热处理，获得优良的永磁性能和几何形状满足要求的磁性元件。
表一：
主要设备与工器具
序号
名称
型号规格
数量
用途
1
高温箱式电炉
SX—10—131配KSr—12—16型可控硅温度控制器，炉膛尺寸400×200×160，功率10KW额定温度13000C
1
退火
2
高温箱式电炉
SX—10—131配KSr—12—16型可控硅温度控制器，炉膛尺寸400×200×160，功率10KW额定温度13000C
1
固溶
3
回火炉
SX—12—10，12KW，炉膛500×300×200，额定，温度1000oC，配KSr—12—16型可控硅温度控制
1
回火
4
等温电阻炉
自制功率3KW，炉膛尺寸600×140×115配DWK—702精密温度控制器
1
磁场
等温
6
热处理充磁机
自制非标准设备配200A/250V和100A/230V可控硅整流器，极间距为180中心场强大于3000Gs
1
提供等温
处理磁场
8
鼓风机
MG——3型，功率1.1KW，风压130mmHg柱
1
固溶风冷
9
比较表
2
检查处理产品性能
10
热处理工具
自制的不锈钢铲及夹钳等
取送产品
4.1.6.1LNGT磁钢的热处理工艺
磁钢的热处理工艺包括铸件毛坯退火，初磨产品的热处理，其中产品热处理由中温预热，高温固溶，磁场冷却，低温预热，磁场等温，多级失效六个阶段，处理程序如下：
（1）铸坯退火，将铸坏装入26KW高温炉中，随炉开温至11000C，保温1—2小时，炉冷。
（2）产品热处理
a）中温预热：
将粗磨加工的产品整齐排列，装入不锈钢盒中在高温箱形炉中加热到850—9000C保温30分钟以上。
b）高温固溶：
将预热透的产品用长把不锈钢铲送至12400C左右（校核温度）高温炉中，保温10—20分钟，为保证产品合金形成单一的固溶体和防止产品氧化，过烧变形除要特别注意掌握好温度和保温时间外，还应控制产品的装入数量和在炉中装入焦炭制造还原性气氛。
c）磁场风淬或磁场空冷：
将固溶好的产品从高温炉中用不锈钢勾迅速捞出放入磁场中风冷或空冷，根据重庆地区的天气情况，一般为夏天酷热季节吹急风冷却，其余时间可吹微风或在空气中自然冷却。
磁强度240KA/m（充磁机电50—60A）。
d）低温予热：
将固溶风淬后的产品退磁后装入不锈钢小盒中（一般装入量为20—40件），送入箱形电阻炉中予热，予热温度600—6500C保温时间不小于20—30分钟。
e）磁场等温：
将低温予热好的产品随同盛装的不锈钢盒一起迅速送入等温炉内，当702精密温度控制器偏差指示为-50C时施加磁场，将整流器输出电流调至50—60A，此时磁场强度为240KA/m左右，当温度达到8000C时开始计算等温时间，保温时间为15—20分钟左右。
当保温时间足够后，立即关掉磁场，取出产品缓冷。
并按5%的比例在比较表上检查等温后产品磁性能。
磁场控速处理：
当产品尺寸较大，形状较复杂时可采用此工艺，将固溶透的产品迅速从炉中取出，置于极头上空冷并不断翻动产品，以保证产品四周冷却均匀，当产品冷至900—9500C，及时将产品夹入磁场，复盖保温纤维，使产品在磁场中缓慢冷却，18分钟后，打开保温纤维，产品应呈暗红色（约600—6500C），冷速一般控制在15—200C/分为好。
此工艺技术性强，优点在于产品不易开裂，操作不当容易造成永磁性能低下的缺点。
f）多级时效回火:
将磁场处理后的产品，装入12KW箱式回火炉中，炉膛底部用不锈钢板，板垫放栅型铁架，产品按组以一定间隙装好，以利热传导良好，均匀，每次装入量控制20—30Kg左右，炉门口用耐火纤维封档。
g）回火制度：
6500C×3h+6000C×10h+5500C×20h，回火结束后，炉冷至2000C以下左右出炉。
4.1.6.2LNG磁钢热处理工艺
LNG磁钢热处理主要采用磁场控速处理，操作与LNGT磁钢控速处理一样，具体工艺参数如下：
预热：
900—9500C
固溶：
1270—12900C
磁场控速：
20—250C/分
回火：
6200C×2h+6000C×4h+5500C×8h
4.1.7磨加工工序作业指导书
本工序包括砂磨毛利，粗磨铸件坯外园，砂轮切割，粗磨产品端面，精磨外园和精磨端面等工作。
基本任务是对磁钢产品进行整型、切割、磨加工，提供外型尺寸合格的粗磨和精磨产品。
表一：
主要设备
序号
设备名称
型号
数量
用途
1
400mm立式砂轮机
SZSL——400型
1
砂轮磨铸坯毛刺
2
卧轴矩台平面磨床
M7230
2
磨平面
3
微机控制切割机床
1
切割磨具或产品
4
无心磨
M1040
2
外园
5
立轴圆台平面磨床
M7475B
1
磨平面
表二：
主要工具及量具
序号
名称
用途
1
管子钳
上下砂轮片
2
活络板手
上下砂轮
3
铁榔头
安装砂轮机、切片机
4
木榔头
安装工件
5
游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺
测量产品尺寸
6
砂轮平衡架
平衡砂轮
7
砂轮周边修整器
修整砂轮
8
金刚石笔
修整砂轮
4.1.7.1磨削工艺
本工序包括：
砂磨毛刺—无心磨床粗磨外园—多刀切割—立轴磨床磨平面—热处理—性能检测—无心磨床精磨外园—倒角—矩台平面磨床精磨－平面—倒角等工序。
（1）砂磨毛刺
将退火后的磁铸件，用MC3040型或S3SL—400型砂轮机砂去表面凸出部份和砂渣等异物，砂园形磁钢铸坯时，一手握着磁钢放在砂轮托架上自由转动，另一只手用磁钢铸坯对砂磨铸件施力靠近砂轮，当一端砂磨好后，将铸件倒头，再重复上述过程直至满足要求。
砂轮型号：
P400×40×30TL46K5V35或P400×40×203TL36K5V35。
（2）无心磨粗磨外园
经打毛刺的铸坯送无心磨床粗磨外园或立柱磨床粗磨表面。
主要工艺：
无心磨主要工艺参数：
磨头材质
磨头砂轮型号：
PSA350×125×127WA36K5V35
导轮材质及转速
材质G2
转速无级变速
粗磨削工艺：
进刀量：
0.2—0.3mm/次
冷却液：
碳酸钠（NaCo3）0.5%
亚硝酸钠（NaNo3）1—1.2%
甘油（C3H10O3）0.5—1%或B83—2固体削液
冷却液配制可根据实际使用效果进行调整，既要保证产品加工过程的冷却效果，又不能使产品造成腐蚀和锈蚀。
导轮转速：
30—40转/分
（3）立轴磨床粗磨平面
将砂好的园坯或切割好的半成品磁钢送中检工序检查外观和尺寸后，送立轴磨床粗磨平面。
a）立轴园台磨床主要技术参数
园磁台直径和转速：
直径：
750mm转速：
20转/分
磨头材质和转速：
转速：
1000转/分
磨头材持和型号尺寸：
N450×180×380WA或A36K5V35
b）磨削工艺
将切割好的工件用矩形挡铁在园磁台上均衡地呈三角形摆好挡紧，启动电磁吸盘开关，吸牢磁钢产品，再用木榔头敲击其顶部及挡铁，确知全部工件均紧靠电磁园盘，并挡好吸牢后，才可启动磨头和转动电磁园磁。
打开冷却液开关，启动磨头和电磁吸盘，缓慢进刀每次进刀量为0.03—0.04mm，当发现砂轮磨钝，磨削声音异常时应及时修理砂轮。
磨削过程就随时停机检查磨削工件尺寸，当一面基本全部磨光后，即时翻面再磨、翻面时应将电磁园台和工件冲洗干净后，再平整的安放在磁台上用挡铁重新档好再磨削，为了保证产品粗磨垂直度应多次翻面磨削。
产品磨削到位后，停机取下工件冲洗干净后，送中检工序检查，并且及时清整干净磨床电磁吸盘，磨头及磨头护罩周围的磨屑再进入下一轮次的磨削。
（4）无心磨床精磨外园
a）无磨床工艺参数：
同粗磨
b）精磨外园工艺
进刀量0.01—0.05mm/次
冷却液：
同粗磨
导轮转速：
20—30转/分
磨头砂轮：
PSA350×125×127WA46—80K5V35
应随时用外径千分尺检查产品尺寸和光洁度，适时修整砂轮和调整进刀量。
（5）M7130矩台平面磨床精磨平面
精磨平面在M7130矩台平面磨床上进行。
a）磨床工艺参数
磨头型号：
P350×40×127WA46—60K5V35
磨头电机转速和功率：
转速1440转/分，功率4.5KW
b）精磨平面工艺条件
冷却液：
同无心磨床
工作台纵向进给时：
5—20m/分
磨头横向进给时：
0.5—1.5mm/单程
进刀量（磨削深度）0.01—0.015mm/次，视产品掉晶倾向进行调整，易碎崩产品磨头横向移动一个来回进刀量0.01mm次。
c）精磨平面操作程序
将精磨好外园的工件装入孔板夹具中备用，无专用夹具的产品可用挡铁。
挡铁厚度应≥产品高度2/3左右。
调校修整砂轮直至其平衡为止。
将装好产品的孔板夹具放在矩形电磁吸盘上，用木榔头把产品敲平紧贴磁盘。
将电磁盘开关搬至吸合端用木榔头敲击档铁，使挡铁与工件夹紧后检查，夹具及磁钢工件应与磁台紧密吸合，启动磨头，打开冷却水。
调整好工作台纵向移动速度和磨头横向进给速度后将磨头缓慢下摇，一经接触磁钢产品，即按0.01—0.015mm/次进刀量进行靡削加工。
（6）倒角
为提高精加工合格率磁钢园边需进行0.25×450的倒角加工，其加工过程在经过改造的方能工具磨床上进行。
a）倒角机工艺参数
磨头电机转速:
1420转/分
磨头砂轮型号:
P200×25×32WA80—120K5V35
b）倒角工艺
将倒角夹具装配在倒角机上（万能工具磨床身工作台上，与磨头呈450角）。
修整磨头砂轮，将倒角工件装在自制专用夹具中旋紧，用手摇动工作台使其往复横向移动。
待移动至接近高速旋转的磨头时，转动手轮使其在相对运动中倒角。
取下倒产品，迅速装上待倒工件，重复上述过程。
夹持工件时应注意不要偏心，并且应及时修整砂轮，避免倒角单边或掉晶产生废品。
4.1.8检验工序作业指导书
铝镍钴永磁合金产品在外观质量和永磁性能方面要求严格，因此，各工序过程的检验把关显得格外重要。
检测工序包括生产过程的中间检验（工序产品检验），成品检验，包装入库等项内容，其基本任务是：
使不合格的产品消灭尖本工序中，保证制成品完全达到技术标准要求，并且及时将产品质量住处反馈到各工序和室全面质量管理小组。
表一：
主要设备和器具
名称
型号
数量
用途
1
可控硅脉冲退磁机
KC——1型
1
检测充磁
2
磁通表
CT10.5KV
3
检测磁性
3
高斯计
CT3CT5
各1台
检测磁性
4
外径与分天
0——25mm
检测尺寸公差
5
百分表
0——1mm精度1级
6
比较表
2
检测磁性
7
测量线圈
检测性能
8
放大镜
检查外观质量
4.1.8.1工序产品检验（中间检验）
包括结晶取向铸件，粗磨表面铸件，切割产品，精磨表面产品，热处理产品等的外观及性能检测。
要求各工序将其制成品自检后，送中检工序抽检，由检验员作好检查记录，操作者认可，签字后方可领取再加工产品。
a）定向结晶铸件检测
这是检验把关的首要环节，按如下内容检测：
柱状结晶质量：
观察铸件断口,柱晶生长良好纵断面宏观组织,应成平行整齐排列的条状结晶,横断面应光滑平整不呈现晶粒颗粒。
成份偏差：
观察铸件断口，呈银亮色则成分适中，呈灰白色则含Al量偏低。
外观质量：
铸件不允许有明显的大小头，椭圆度、凹坑、凸起和大面积夹渣，夹砂缺陷出现。
b）热处理产品检测
外观质量：
按工艺卡要求执行。
永磁性能：
样品和产品磁性能磁测量。
b）磁性能检测操作程序：
冲击法测定硬磁材料的退磁曲线和磁滞回线
一、实验目的：
（一）了解冲击法测定硬磁材料的退磁曲线和磁滞回线的测量原理。
（二）熟悉国家标准BG3217-92<<永磁（硬磁）材料磁性实验方法>>，初步熟悉模拟冲击法和磁场扫描法测量硬磁材料在静态（直流）条件下的退磁曲线和磁滞回线的方法。
（三）测定铝镍钴硬磁材料的退磁曲线和磁滞回线。
准确测量剩磁Br、矫顽力Hc和最大磁能积（BH）max磁特性参数。
二、设备
AMT-4磁化特性自动测量仪游标卡尺
三、材料
AlNiCo磁柱Φ10×15标准线圈
四、实验方法与步骤：
（一）实验方法：
模拟冲击法和磁场扫描法
本实验依照冲击法的测量原理，采用计算机控制技术和A/D、D/A相结合，以电子积分器取代传统的冲击检流计，实现微机控制下的模拟冲击法测量，不仅可以完全消除经典冲击法中因使用冲击检流计所带来的非瞬时性误差，而且测量精度高、速度快、重复性好、可消除各种人为因数的影响。
详见下原理方框图
MAT-4磁化特性自动测量仪原理方框图
（二）实验步骤：
1、正确理解国标BG3721-92<<永磁（硬磁）材料磁性实验方法>>和硬磁
退磁曲线和磁滞回线的意义
磁性材料在稳恒磁场作用下所定义和测量得到的磁参数不计及磁化的时间效应，就是所谓的静态磁参数，或称直流磁参数。
磁滞回线—若磁化场强度在+Hs和-Hs往返变化时，将形成通称的磁滞回线。
不同的磁化场强度对应有不同大小的磁滞回线。
并且，磁化场强度从+Hs开始减少到零再反向增大所对应的
升级会员 