锰-铝-碳永磁合金的磁性与组织

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1982.s1.014 北京铜铁学院学报 1982年增刊2 锰-铝-碳永磁合金的磁性与组织 精密合金教研室 史振华胡龙孙龚宝琴 摘 要 研究了锰67.61~73.58%，碳0.51~0.96%范围内的锰一铝一碳永磁合金的磁性、显微 组织和亚稳态铁磁性τ相的稳定性。从高温平衡态ε相控速冷却或淬火随后回火均能获得t相， 但控速冷却样品的碳性能低。由于碳的作用，使e相转变减缓，e相区下移，临界湿度降低80 ℃~100℃。T相的稳定性随锰、碳含量而变化，在合适的含C量范围内，随Mn含量增加，T 相稳定性降低：淬火样品在不同温度加热60分钟，组成为71.76%Mn0.96%C的样品700℃r 相开始分解，组成为72.48%Mn0.7%C的样品600℃τ相开始分解。 一、前言 具有优良磁性的各向异性锰-铝-碳永磁合金的出现引起了人们的关注。这种永磁合金是 通过热挤压制成的1。这是由于在锰-铝合金中添加适量的碳，增加了亚稳铁磁性τ相的稳定 性，从而使合金有可能在一定温度范围内进行热塑性变形，由形变引起晶体易磁化轴的定向 排列而形成各向异性的永磁体。因此，合金的磁性不仅受成分和挤压工艺的控制，也受挤压前 后的热处理和相变的影响。本工作的主要目的是通过对较广泛成分范围的磁性、显微组织和τ 相稳定性的研究，以便对合金的最佳成分和改善其工艺性能的可能性作出估计。 二、实验方法 合金原料选用电解锰、工业铝锭和石墨电极，用氧化铝坩埚在真空感应炉内充氢熔炼， 在1400℃~1450℃熔炼25~30分钟，浇注在铝锐土“蜂窝模”中。所研究的合金成分（化学分 析值)见表1。 样品热处理在空气中进行。用磁导计测量磁性能。 X光相分析，将平板或粉末样品经适当热处理后，在带有石墨单色器的X射线衍射仪上 进行。 观案显微组织的样品，经机械抛光后，用2.5m1日C1+8m1HNO,+7.5m1HF+1000m1 H,O溶液作漫蚀剂，能清楚地分辨各相，并用扫描电镜和电子探针确定化学成分来区分各 相。把在光学显微镜中看到的开始出现痕量的第二相，作为发生相变的主要标志。ε相呈白 一122一

北 京 钥 铁 学 院 学 报 1. 8 2年 增刊 2 锰 一铝 一碳永磁合金的磁性与组织 精密 合金教研 室 史振华 胡 龙孙 裘 宝琴 摘 要 研 究 了锰 67 . 61 ~ 7 3 . 5 8 % , 破 0 . 51 ~ 0 . 96 % 范 围 内的锰一 铝一破 永磁 合金 的磁 性 、 显徽 组织 和 亚德 态铁磁 性针目的德 定性 。 从 高温平衡 态 。 相 技速 冷却或淬 火 随后 回 火 均 能获得 T 相 , 但拉速 冷却样 品 的磁 性能低 。 由 于破 的 作 用 , 使。 相 转 变减缓 , 。 相 区下 移 , 临界 温度 降低 8 0 ℃~ 1 0 0 ℃ 。 T相 的德 定性 随锰 、 碳 含童 而 变化 , 在合 适 的含 C童 范 围内 , 随 M n 含量 增加 , 二 相 德 定性 降低: 淬火 样品 在 不 同温度加 热60 分钟 , 组 成 为71 . 76 % M n0 . 96 % C 的 样 品 7 0 ℃二 相 开始 分解 , 组 成 为72 . 48 % M n O . 7% C的样 品 60 0 ℃丫 相 开始 分解 。 一 、 前 一. ~ 九 ~ 一目 . ~ ~ 曰 . 「习 具有优良磁 性的各 向异性锰 一 铝 一 碳永磁合金 的 出现引起了 人们的 关注 。 这 种永磁 合金是 通 过热 挤压制成的川 。 这是 由于在锰 一 铝 合金 中添加 适量 的碳 , 增 加 了亚 稳铁磁性 T 相的稳定 性 , 从而使合金 有可 能在一定温 度范围 内进行热 塑性变 形 , 由形 变弓!起 晶体易磁 化轴 的定 向 排列而 形成各向异性的永磁体 。 因此 , 合金 的磁性不 仅受成分和挤 压工艺的 控制 , 也受挤 压前 后的热处理和相 变的影响 。 本工作的主 要 目的是 通过对较广泛成分 范围的磁性 、 显微 组织 和 T 相稳定性的研究 , 以便 对合金 的 最佳 成分 和改善其工艺性能的 可能 性作出估计 。 二 、 实验方法 合金原料选用 电解锰 、 工业铝锭 和石 墨 电极 , 用 氧化铝柑祸在真空感应 炉内充氮熔炼 , 在1 4 0 0℃ ~ 1 4 5。℃ 熔炼25 ~ 30 分钟 , 浇注 在铝钒土 “ 蜂窝模 ” 中 。 所 研究的合金 成分 ( 化学分 析值 ) 见表 1 。 样品 热处理在空气 中进行 。 用磁导计测 量磁性能 。 x 光相分析 , 将 平板或粉末样品经适 当热处理后 , 在带 有石墨单色器的 x 射线衍 射 仪上 进行 。 观察显微组织的样品 , 经机械抛光后 , 用 2 . s m l VC I + 8 m l H N O 。 + 7 . s m 1H F + 1 0 0 0 m l H : O 溶 液 作浸蚀剂 , 能清楚地分辨各相 , 并用 扫描电镜和电子探针确定化学 成分来区分 各 相 。 把在光学显微镜 中看到的开始 出现痕量 的第二相 , 作为发生相变的主要标志 。 ￡ 相 呈 白 e 12 2 一 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1982. s1. 014

表1 合金成分 (化学分析值) 炉号 11* 1° 9* 10* 6= 3◆ 4 4 成分 Mn 67.61 69.00 69.22 69.27 71.76 72.48 73.58 重量 Al 31.70 29.50 29.52 29.50 26.70 26.37 25.00 % C 0.61 0.84 0.65 0.51 0.96 0.70 0.87 色，相颜色较暗且呈现李晶表面，回火后τ相基体上析出纲状或弥散质点状的碳化物，就更 容易区分这两个相影BMn相呈白色形貌不规则，而AIMn(r)相是光滑发亮的孤立沉淀质 ,点，大块A1Mn(r)相则呈现微细的片层状显微组织。 用示差热分析观察加热和冷却过程中热效应来确定相变临界温度。 三、实验结果和讨论 在锰-铝系合金中亚稳铁磁性r相可以从高温ε相控速冷却(10℃/秒)【2或者从e相淬火 随后低于600℃回火3)来获得。在锰-铝合金中加碳后，改变了相变温度并有碳化物析出，对 τ相稳定性和磁性能产生有利影响，而三元系合金的相变过程和相结构仍与二元系合金十分 相似。S·Kogima等提出了e→e'→τ相变机制【)，并为用透射电镜直接观察相变的研究工 作所证实(5]。ε相是六角晶系结构，有序ε'相具有正交晶系结构(B19型)，t相是四角晶 系结构L1。(AuCuI型)。e→e'有序化转变是扩散型相变，e←t是马氏体型相变。由于 有序ε‘相显微区域十分细小，本工作所用的研究方法是难以观察到的。 1.e相和淬火温度 为了获得铁磁性相，合金成分的选择必须处于存在高温ε相范围之内。由锰一铝系二元 平衡状态图【】可知，e相和e+AlMn(h)两相区的相边界线具有明显的倾斜度，其二元成 分比例大致为69~71.5%M血，相变温度对成分的波动非常敏感。用不同炉号(11、1·、 9·、6)样品在1150℃固熔2小时后，以10℃/分冷至不同温度保温10分钟，然后水淬，结 果示于表2.11◆样品因锰含量低于69%，处于两相区，1150℃水谇得到的便是e+A1Mn 表2 淬火温度 11 1* 9* 6 (℃) 1150 e+AlMn(r) 1000 990 &+AlMn(r) e 970 e 960 e+AlMn(r) E 800 E 一123-

表 1 合 金 成 分 (化学 分 析值 ) _ 竺 _ _ _ … _ 1 : _ { _ _ _ 1一 _ _ 件 _ _ _ _ 竺上 , _ _ _ _ …二 一 6 3 7 1 。 。 6 7 1 0 匕 0 . 6 1 6 9 。 0 0 2 9 . 5 0 0 。 8 4 6 9 。 2 2 2 9 . 5 2 0 。 6 5 7 2 . 4 8 1 2 6 . 3 7 } 一 0 。 7 0 1 7 3 。 5 8 2 5 . 0 0 0 。 8 7 内 0 . 月了片才 O OU 口 … 土八,甘OC 件`O 1 匕. .,匕 . 匕J 甲日 n `二ù. `O归0一勺 … 八匕口八U0Otl 1 曰, 1 , 成分 MAC 重 t % 色 , : 相颇色较暗且呈现孪 晶表面 , 回 火后 T相 基体 上析出纲 状或弥 散质点 状的 碳化物 , 就更 容易区分这 两个相 ; 刀M n 相呈 白色 形貌不规则 , 而 A IM n ( r) 相是 光滑 发 亮的 孤 立 沉 淀质 . 点 , 大块A I M “ (r ) 相 则 呈现微细 的 片层状显微组织 。 用示 差热分 析观察加热和冷 却过 程中热效应来确定相变 临界温 度 。 三 、 实验结果和讨论 在锰 一 铝 系合金 中亚稳铁磁性 : 相可 以从高温 。 相控速冷 却 ( 10 ℃ /秒) tz] 或者从 。 相 淬火 随后低于 6 0 ℃ 回火 L3〕来获得 。 在锰 一 铝合金 中加碳后 , 改 变了相变温度并有 碳 化物析出 , 对 丫相稳定性和磁 性能 产生有 利影响 , 而三元系 合金 的相 变过 程和 相结 构仍与二 元 系合 金 十分 相似 。 S , K 。 彭m a 等提 出了。 , 。 尹 , T相变机制 [ ` ’ , 并 为用透射 电镜直接观察相变的 研 究 工 作所证实 【” ] 。 。相是 六角晶系结构 , 有 序 。 ` 相具有正交 晶系结 构 ( B 1 9型 ) , , 相是 四角晶 系结构 L l 。 ( A u C ul 型 ) 。 : , 。 产 有序化转变是扩散型相 变 , 。 ` ~ T 是 马氏体 型 相变 。 由 于 有序 。 产相 显微 区域十分细小 , 本工作所用 的研究方 法是难 以观察到 的 。 1 . 。 相和淬火 温度 为 了获得铁磁 性相 , 合 金成分 的 选择必须 处于存在高温 。相 范围 之 内 。 由锰一铝 系 二元 平衡状态 图 〔 。 】可知 , 。 相和 。 十 A I M n ( h) 两相 区的 相边界线 具有 明 显的倾斜 度 , 其 二元成 分 比例大致 为 69 ~ 7 1 . 5 % M n , 相 变温 度对成分 的波动非 常 敏 感 。 用不 同炉 号 ( 1 1 。 、 1 ’ 、 .9 、 .6 ) 样品在1 1 5。 ℃ 固熔2小时 后 , 以 10 ℃ /分 冷至 不 同温 度保 温 10 分 钟 , 然 后 水 淬 , 结 采示于表 2 。 1 1 # 样品因锰含量低于 69 % , 处于两相区 , 1 1 5 。℃ 水淬得到的 便 是 。 十 A IM n 表 2 一 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 一一- ~ ~ 一 -~ 淬 火温 度 ( ℃ ) 1 1 5 0 1 0 0 p 9 9 0 9 7 0 9 6 0 8 0 0 ￡ + A I M n ( r ) c + A IM n ( r ) e + A I M n ( r ) 一 1 2 3 一

(r)相（高温AlMa(h)相在室温下不能稳定存在而转变为A1Ma(r)相见图1a,图1b所示为 1样品在900℃淬火后得到的e+AIMa(r)相组织，AIMn(r)相)首先在晶界析出，图1C (a) (b) 图1a,11#秤品1150C水猝e+A1Mn(r)×300 图1b.1#样品900℃水摔e+A1Mm（r)+A1,C,×300 图tC.A:a(r)片层状组织×500 是AlMn(r)相微细片层状显微组 织，与koster!31在42.6at%Mn样 品中观察到的组织相一致，X射战 分析AIMn(r)单相粉末样品，用 FeKa幅射，衍射曲线如图2，与 K.Yoshida等I7)用Crka幅射结 果相符合。AlMn(r)相为体心菱 形结构(CrAl,型)。 从表2可知，1样品在990℃析 出A1Mn(r)相，9样品在960℃析 出AIMn(r)相，而6样品在800℃ 水淬仍是e单相组织。实验证明锰~ 铝合金中加人碳后，使飞相转变减 缓，飞相区下移。用示差热分析观 察了加热和冷却过程中的热效应， 10、6、3、4°样品经1150℃固 溶2小时后水淬，以4℃/分的速度 里 22)入 加热和冷却，相变温度的初步测定 结果见表3。各炉样品由于含碳量 不同，其转变温度也稍有差异，相 对锰-铝二元系而言，e相转变温度 下降了80℃~100℃。三元系共析 70° 65 609 55 50 45 10 转变温度的精确测定，有待于进一 +28 图2. AIMm(r)相暂来样品FeKa幅射X线行射曲线 步做严格、审慎的工作。 -124-

1 A A ) 相r 高温 M 的 相n 在室温下不能稳定存在而转变为 M l n ( ( ( ( r 1 ) 相见图 a , 图比 所示 为 1 ’ 样品在 9 0 ℃ 淬火后得到的 。 + A IM 。 (r ) 相组织 , A IM。 ( r) 相) 首先在晶界析 出 , 图 I c 圈 l a : 1 1# 祥品 1 15 o c 水淬。 + A I枷 ( r ) x 30 0 田 l b . l # 样品。 0 0℃ 水淬 已 + A I M 。 ( r ) + A I ` C : x 3 0 0 图 t C . 声 ’ : 和 ( r ) 片层 状 组织 x 5 0 o 是 A I M n (r ) 相微细 片 层状显微组 织 , 与 k o s t e r 二3 1在 4 2 . 6 a t % M n 样 品 中观察到 的组 织 相一致 , X 射线 分析 A IM n (r ) 单相粉末样品 , 用 F e K 。 幅射 , 衍射 曲 线 如 图2 , 与 K . Y o s h id a 等` 7 J 用 C r k a 栩射 结 果相符 合 。 A I M n ( 玲 相为体心菱 形结构 ( C r 。 A l 。 型) 。 从表2可知 , .l 样品在 9 90 ℃析 出 A IM 从 ( r )相 , 9 , 样品在 9的 ℃ 析 出 A I M n ( r )相 , 而 .6 样品在 8 0 ℃ 水淬仍是 e 单相组织 。 实验证明锰 - 铝合金 中加人碳后 , 使 巴 相 转变减 缓 , e 相区下移 。 用示差热分析观 察了加 热和冷却过程中的热效应 , 1 0气 ’6 、 .3 、 .4 样品经 U 50 ℃ 固 溶 2小时后水淬 , 以 4 ℃ /分的速度 加 热和冷却 , 相 变温度的初步侧定 结果见表 3 。 各炉 样品由于含碳t 不同 , 其转变温度也稍有差异 , 相 对锰 一 铝二 元系而言 , 。 相转变温度 下降了 80 ℃~ 10 0℃ 。 三元系共析 转变温 度的精确侧定 , 有 待于进一 步 做严格 、 审慎的 工作 。 ǎ的巴八:O-,)卜 夏ǎ钾卜1) 日 的巴ǎ卜N 品月巴、 ǎ扣àN、, ǎ入N à产卜N, à,^ ǎ。ó叻试叫`,)卜 困 2 . A IM . ( r ) 5 5 a 5 0 . 4 5 0 4 0 。 十 Ze 相粉 末 样 品 F e K a 拐 射x 线衍 射 曲 线 一 1 2 4 se

表3 不同合金ε相转变温度 炉号 加热转变温度. 冷却转变温度 加热冷 (℃) (℃) 却速度 10* 781 765 4℃/分 6* 781 746 3 773 714 4* 792 从上述结果可以看出，处于能获得磁性合金的成分范围内，样品在1100℃~1150℃固溶 后，淬火温度可根据成分不同而变化。 2.不同热处理制度产生的亚稳铁磁性τ相 所研究合金在1150℃固溶2小时，以不同速度冷却和淬火回火后得到的相组织和磁性，经 X光相分析和磁性测量，结果示于表4，图3一图7示出了10·、6”、3◆样品相应状态的显微组：. 织表5列出了几种不同状态的X射线衍射数据。结果表明： (a)10样品e (b)6样品？ (c)3‘样品e 图3,1从1150℃(2小时)水淬后合金的星微组织×100 (a)1o'样品e+t (b)6·样品e+Mm3A1C (C)3·样品e 图4。于1150℃图溶2小时，风冷后合金的显微组织×300 -125-

表 3 不 同合金 : 相转变温 度 护 号 加热转变温度 ( ℃ ) 冷却转变温度 ( ℃ ) 加热冷 却邃度 . 4℃ /分 几, 即厅才`月了月匕任几1j尸任八abJ 工叹, 吕厅一00I é 7 了仲t 1 0 . 6 , 7 9 2 曰O #* 通 ó 从 上述结果可 以 看出 , 处于熊获得 磁性合 金的成 分范 围 内 , 样品 在1 1。。 ℃ ~ 1 1 5。℃ 固溶 后 , 淬 火 温度 可 根据成分不 同而变化 。 .2 不 同热处理制度产生的亚稳铁磁性 : 相 、 所 研究合 金 在1 1 5 0℃ 固溶2小时 , 以不 同速度冷却和淬火回 火后得到的 相组织和磁性 , 经 , 一 X 光相分析和磁 性测呈 , 结果示于表 4 , 图 3 ~ 图7示 出 了 1 0 ’ 、 6 ’ 、 3 ’ 样品 相应 状态 的 显微组 职冬 表 5列 出了几种不同状态的X射线衍射数据` 结果表 明 : , ( a ) 10 . 样品 。 一 ( b ) 6 ’ 祥品导- 目 3 爪从肚 50 亡 ( 2 小时 ) 水淬后合 金的且 徽组权 x lo 。 ( C ) 3 ’ 丈蚤 样晶 - 瓤爵 攀 ` ( a ) 一0 . 样 品e + : ( b ) 6 ` 样品。 + M l l 3 A l c ( C ) 3 ’ 禅 品 已 图 4 . 于 互1 5。 ℃ 固溶 2 小 时 , 风 冲后 合 金 的且 徽 组软 x 3。。 一 及 5 一

(8)1样品1 (b)6样品E+t (心)3·样品1十碳化物 图5，从1150℃(2小时)空冷后合金的显微组织×300 (a)10'样品r+AM:(r) (b)6·样品r+AMn(r) (e)3·样品r+Mn 十碳化物 +Mn,AlC 十A1M:(r)+碳化物 图6，从1150℃(2小时)缓冷后合金的显搬组织×300 (a)10样品t十碳化物 (b)6样品ī+M知，AC (C)3'样品ī+碳化物 图7.于1150℃圆溶2小时，粹火十回火后合金的是撒组织×300 .全部样品水淬后均获e单相组织，如图3a~c。 〈2〉。以不同速度冷却，可以得到截然不同的显微组织和磁性。风冷后6和3样品中不 产生r相，仅使10样品在晶界上产生少量r相，如图4a,6样品经高温固溶后，以10℃/分 的速度慢冷至840℃保温20分钟，再风冷，此时在ε相基体上沉淀出层状MnsA1C相，如图4b 所示。 -.126-

撇蘸熟癫蘸黔撇慈靡鑫巍蘸渝巍瓤 ( a ) l 〕 . 样品 , 月 ( b ) 6 . 样品: + : ( c ) 3 ` 样 品: + 砚 化 钧 图 5 . 从 1 1 5 0亡 ( 2 小 时 ) 空 冷后合 金 的显 徽 组 织 x 3 0 0 ( a ) 一0 . 样品 T + A I M : : ( r ) ( b ) 6 ’ 样 品: + A IM , 1 ( r ) ( 。 ) s ` 样 品 , + p M n + 碳 化 物 + M u , A l c + A I M I飞 ( T ) + 俄化物 图 6 . 从 1 1 5 。℃ ( 2 小时 ) 缓 冷 后 合 金 的 显 徽 组织 x 3 o o ( a ) 1 0 . 样 品 T + 成化 物 ( b ) 6 ’ 样 品 T + M n : A I C ( C ) 3 . 样品 丫 + 破 化物 图 7 . 于 1 1 5。℃ 固 溶 2 小时 , 淬 火 + 回 火 后 合金 的显 徽 组 织 x 3 0 (1 > . 全部样品水 淬后均获 。单相组 织 , 如 图a3 ~ c 。 . 以不 同速度冷 却 , 可 以 得到 截然不 同的显微 组织 和磁 性 。 风冷后.6 和 3 . 样 品 中不 产生 丫 相 , 仅 使 1。 。 样品在晶界上产生 少量 : 相 , 如图 a4 ; .6 样品经 高 温固溶后 , 以 ( 10 ℃ /分 的速 度慢 冷至 8 40 ℃保 温20 分 钟 , 再风冷 , 此时 在 。 相基 体 上沉淀 出层状 M n : A IC 相 , 如图峨b 所示 。 一 12 6 一

表4 不同处理制度的磁性能和相结构 风冷 空· 冷 缓 冷 回 火 炉号 Br,Hc(BH)m相分BrHc(BH)m 相分析（高）（奥）（兆高奥）析 (高)（奥）'（兆高奥） 相分析 Br Hc (BH)m (高)（奥）（兆高奥 相分析 10e+t1320210 0.1 人 1130 100 T+Y 2530730 0.55 6 E+ e 2530 735 0.60 t+r 28601220 1.10 3◆ 1860550 0.38 x1475175 0.11 +BMn 2550950 +Y 0.70 810460 0.11 BMn 1270710 0.24 BM +t 表5 样品经不同热处理后X射线相分析衍射数据 10 3◆ 罗海 1150℃×2小时 1150℃×2小时 1150℃×2小时 1150℃×2小时 1150℃×2小时 ◆水淬 +空冷 +缓冷 +缓冷 +缓冷 4 相 面 相 相 相 和 指 d 和 指 d 和 指 晶 数 数 晶品 2.344,32e(100)2.775 9t(110)2.772 9.x(110)3.61214x(001)4.53415B(110) 2.19227e(002)2.201100x(111)2.198100x(111)2.7728τ(110)3.70410B(111) 2.067100e(101)1.96123x(200)2.1341r(411)2.194100t(111)2.19259t(111) 1.60130e(102)1.8086t(002) (330)2.1456B(221)2.142100B(221) 1.35210e(110)1.7235(201)2.1131r(411)2.1344r(411)2.03244B(310) 1.2398e(103)1.3855t(220)2.1001.r(330) (330)1.95413r(200) 1.96018τ(200)2.1143.r(411)1.93831B(311) 1.8076t(002)2.1013r(330)1.7835r(002) 1.7226t(201)2.0344B(310)1.71812,B(321) 1.35810τ(220)1.96071t(200)1.3862r(220) 1.9404B(311)1.3244r(202) 1.80111(002)1.26211(431) 1.3852τ(220)1.19511B(432) 空冷后，10（含0.51%C)样品和3◆（含0.7%C)样品均获得x相，由表5X射线衍射 数据表明，10·样品空冷后为单一的τ相组织（图5a),3样品有少量碳化物析出（图5©）， 但它们的磁性能较低，而含C量为0.96%的6样品，空冷后仪在晶界产生少量τ相（图5b), -127-

表 4 不 同处理制度 的 磁性能和 相 结构 凤 冷 · } 一 空 缓 冷 炉号 冷 相分析 { 、警 ) , (资 (宽装资 ) 一 黔 · (臀 )…(剔 (宽警翻 相 分析 } _ . 回 火 】B r H e ( B H ) m l , , 、 , } (高 ) 。 (奥 ) (兆 高奥 ) }相 万价 T e + 丫 2 , 。… 。 · ` { 1 1 3 0 1 0 0 T 十 丫 2 5 3 0 7 3 0 2 5 3 0 0 。 6 0 { T + r 2 8 6 0 11 2 2 0 0 。 5 5 1 。 1 0 5 5 0 { 0 . 3 8 1 4 7 5 0 。 1 1 二 + 口M n + 丫 2 5 5 0 9 5 0 0 。 7 0 8 1 0 0 。 1 1 尹M n 1 2 7 0 { 7 1 0 0 。 2 4 刀M 。 + T 匕一户O ō U 行了厅才八nOJ 占,任J +T丫丫￡ 它 ù O 冉 U 注八0 `丹OO 一 ! - | 卜匡l 、 . es . | !| l es l… 、,.几吸tr . ù . U … 二丹匕,nO弓J 表 5 样品经 不 同热处 理后X 射线相 分析衍射数据 1 0 . … 3 . 1 1 1 5 0 ℃ x Z小时 , 水淬 1 1 5 0℃ x Z小时 一空冷 1 1 5 0℃ x Z小 时 ~ 缓冷 1 1 5 0℃ x Z小时 , 缓冷 1 1 5 0℃ x Z小时 ` 缓冷 相 面 和 指 晶 数 ù二. ,上. 人 一 d 一I, ù 相和晶 指数面 相和晶 指面数 …一 一 人 ù d 相和晶 面指数 一,I 入 . d 相和晶 指数面 土,I 人 . d 2 。 3 4 4 , 3 2 2 。 1 9 2 1 2 7 1 2 . 0 6 7 1 0 0 1 . 6 0 1 { 3 0 “ 1 ” o ) , 2 · 7 7 ”… ” e ( 0 0 2 ) 2 . 2 0 1 一1 0 0 e ( 1 0 1 ) 1 . 9 6 1 2 3 。 ( 1 0 2 ) 1 . 5 0 5 , 6 e ( 1 1 0 ) 1 . 7 2 3 5 ￡ ( 1 0 3 ) 1 . 3 8 5 ’ 5 T ( 1 1 0 ) {2 . 7 7 2 9 丫 ( 1 11 ) 2 . 1 9 8 1 0 0 T ( 2 0 0 ) { 2 . 1 3 4 1 T ( 0 0 2 ) ’ 丫 ( 2 0 1 ) 2 . 1 1 3 1 丫 ( 1 1 0 ) 3 . 6 1 2 } 1 4 , T ( 0 0 1 ) 4 . 5 3 4 丫 ( 1 1 1 ) 2 . r ( 4 1 1 ) 2 . ( 3 3 0 ) 2 . r ( 4 1 1 ) 2 . r ( 3 3 0 ) 丫 ( 2 0 0 ) 2 . T ( 0 0 2 ) 2 . 7 7 2 S T ( 1 1 0 ) 3 . 7 0 4 } 1 9 4 J1 0 0 T ( 1 1 1 ) 2 . 1 9 2 1 5 ’ 刀( 1 2 0 ) 1 0 刀( 1 1 1 ) 5 9 T ( 1 1 1 ) 。 3 5 2 。 2 3 9 1 4 5 , ! 1 3 4 , T ( 2 2 0 ) 2 1 1 1 , 1 。 1 0 0 。 9 6 0 。 8 0 7 。 7 2 2 。 3 5 8 6 } 下 ( 2 0 1 ) 2 1 1 4 1 0 1 : 0 3 4 : 6 夕( 2 2 1 ) 2 . 1 4 2 1 0 0 刀( 22 1 ) 4 } r ( 魂1 1 ) 2 . 0 3 2 ’ 。 4 刀( 3 2 0 ) ( 3 3 0 ) 1 。 9 5 4 1 3 丫 ( 2 0 0 ) 3 r ( 4 1 1 ) 1 . 9 3 8 3 1 刀( 3 1 1 ) 3 ` r ( 3 3 0 ) 1 . 7 8 3 4 J尹( 3 1 0 ) 1 . 7 1 8 人, ǎ吕八O 月上 1 0 ` , ( 2 2 0 ) ’ 1 · 9 6 0 { 7 1! 。 9 4 0 。 8 0 1 T ( 2 0 0 ) 「 1 . 3 8 6 口( 3 1 1 ) 1 . 32 4 5 「 丫 ( 0 0 2 ) 一 1 2 。刀( 3 2 1 ) 2 、 下 ( 2 2 0 ) 4 丫 ( 2 0 2 ) 1 . 3 5 5 { 1 l l T ( 0 0 2 ) _ 1 · 2 6 2 1 1 夕( 峨3 1 ) 2! T ( 2 2 0 ) 1 l q ; { 1 , o , J . 。 、 空 冷后 , 10 吞 数据表 明 , 1 0 . 样 ( 含。 . 51 % C ) 样 品和3 ’ ( 含0 . 了% C ) 样品均获得 : 相 , 由表 S X 射线 衍射 品空冷 后为单一的 二 相组织 ( 图 s a) 但它们的磁性 能较低 , 而 含 C 量 为。 . 96 % 的 6 , 样品 , , 3 . 样品有少量碳化物析出 ( 图 s c) , 空冷后仅在 晶界产生少 t : 相 ( 图 5b ) , 一 12 7 一

看来含C量增高后产生τ相的临界速度降低了。 所有缓冷样品在产生x相的同时均发生e→AlMn(r)+BMn共折转变，使10和3·样品 的磁性能显得更低。图6a所示10样品晶界上有A1Mn(r)相，X光相分析未发现BMn衍射 线条（见表5），可能是由于PMn相量比较少的缘故，图6b所示，6·样品的e相几乎全部转 变成t相，层状Mn,AIC和网状碳化物弥散分布，在晶界也有少量AIMn(r)相，样品的磁 性能较高，3样品缓冷后，在t相基体上析出大量BMn和AIMn(r)相（图6C),与表5X射 线衍射数据相对应。 (3).在ε相范围内淬火随后回火，可以使所有样品得到更高的磁性能，组成为71.76% M1、0.96%C的6样品性能最佳。图7显微组织表明回火样品由τ相和碳化物构成了细小弥散 的不均匀组织。 从上述分析可以看出，控速冷却对不同成分的样品，要求各种适当的冷却速度，在操作 上存在很大困难，且磁性能低于淬火回火样品，因此一般均采用淬火一回火工艺。为了获得 高性能的铸态合金，合金的锰、铝二元成分比例应稍大于72/28，含碳量应高于其溶解度极 限，含碳量>1%时，可继续提高合金的磁性能。 文献C1]给出了碳溶解度的数学式，当锰含量为68~73时，含碳量应为(1/10Mn-6.6) ~(1/3Mn-22.2)%,若含碳量超过(1/3Mn-22.2)%上限时，会产生易于潮解的A1.C 碳化物。图1b和图8a所示，在1和11◆样品中A1,C3以条状析出的显微组织，图8b是1样品 中A1,C,发生潮解的照片。 前面已经说过11*样品成分处于两相区而不能得到单一的磁性相。4样品含锰>73%， 图8a,11·样品中A1,C,(未经浸烛)×300 图8b,1·样品中A1:C,潮解×300 尽a (a)1I50℃×2小时缓冷x+BMn×300 (b)1150℃×2小时风冷550℃回火1小时e+t+BMm×500 图9,75,58%Mn、0,87%C4‘合金的显薇组织 一128-

看来含C里增 高后产生 : 相的 临界速度降低了 。 所有缓冷 样品在 产生 T相 的 同时均 发生 e , A I M n ( r ) 十 刀M n共 折转变 , 使 1 0 . 和 3 。 样品 的磁 性能 显得更 低 。 图 6 a 所示 1 0 . 样品晶界上 有 A I M n ( r ) 相 , X 光 相分析未发现尹M n 衍射 线 条 ( 见表 5) , 可 能 是 由于尹M n 相量 比较少的缘故 , 图 6b 所 示 , .6 样 品的 。 相几 乎全部转 变成 : 相 , 层 状 M n 。 A I C和 网状碳 化物弥 散分 布 , 在 晶界也有 少量 A I M n ( r ) 相 , 样品的 磁 性能较 高 , 3 ’ 样品缓冷后 , 在 : 相 基体 上析 出大量刀M n 和 A I M n ( r ) 相 ( 图6 C ) , 与表S X 射 线 衍射 数据相对 应 。 (3 ) . 在 。 相范围内淬 火随后回火 , 可以使所 有样品得 到更 高的 磁性能 , 组 成 为71 . 76 % M , 、 0 . 9 6 % c 的 6 , 样品性能最佳 。 图 7 显 微组 织表明回 火 样品 由f相 和碳 化物构成了细 小弥 散 的不 均 匀组织 。 从上述分 析可以 看出 , 控速 冷却对 不 同成分的 样品 , 要 求各种 适 当的冷 却速度 , 在操作 上存在 很 大困难 , 且磁性能低于淬 火 回火样品 , 因此一 般均采用淬 火一回 火工 艺 。 为了获得 高性能的铸态合 金 , 合金 的锰 、 铝二元成分比 例应稍 大 于 7 2 / 2 8 , 含碳量 应高于其溶 解度极 限 , 含碳 量 > 1 % 时 , 可继续提 高合金 的磁 性能 。 文献〔幻 给 出了碳溶 解度 的数学 式 , 当锰含量 为 68 ~ 73 时 , 含碳 量应 为 ( 1 / l o M n 一 日 . 6) ~ ( 1 / 3 M n 一 2 . 2) % , 若 含碳 量超 过 ( l/ 3 M n 一 2 . 2 ) % 上限时 , 会产生 易于潮解 的 A I ` C奋 碳化物 。 图 1b 和图 8a 所 示 , 在 1 * 和 1 1 吞 样品 中A I ` C 3 以 条状析 出的显微组织 , 图 s b是 1 . 样品 中A l ; C 3 发 生潮 解的 照片 。 前 面已经说 过 1 1 * 样品成分 处于两 相 区而不能 得到 单 一的磁 性相 。 4 # 样品含锰 > 73 % , 扮 图 s a . 一 ` 样 品 中 A ] . C 。 (未 经 及 蚀 ) x 3 0 0 图 s b 一样 品 中 A I ` C : 溯 解 x 3 0 0 犷 舜 (妞 ) 一 50 ℃ x Z 小 时 级冷 , + 日M o x 3 0 0 ( b ) x l s o ℃ x Z 小时风 冷 5 5 0℃ 回 火 l 小时 。 + , + 日M n 火 5 0 0 · 二 { 困 口 . 7 5 . 5 8 肠 M n 、 。 . 8 7 肠 C 4 ` 合金 的显 报组 织 一 1 2 8 一

同样不能得到单相组织。由图9和表4、 530*0 表5的数据表明，4°样品在相变过程 中，从e相产生T相和BMn相共析组织 600C (图9a),而使磁性能降低，图9b是在 650C 700* 500℃回火1小时的显微组织，呈现出在 ε相转变初期即同时产生t+BMn相的 500 状态。 3.T相的稳定性 研究了6*合金的恒温转变，样品经 600 1150℃固溶2小时后，以10℃/分冷至 840℃保温20分钟后风冷，然后在450℃ ~700℃之间两点间隔50℃回火，观察 700C τ相形成和分解，同时测量磁性能的变 5u0( 化。在各回火温度，回火时间与磁性能 之间的关系示于图10。 从中可以看出，样品在500℃回火， 350t 650 604C 磁性能上升十分缓慢，达到一定的极限 200 值需要的时间很长，回火15小时后性能 还有上升趋势。泪度升高，，磁性能达到 某一极限值的速度加快，在550℃.有一 00( 突变，回火30分钟磁性能即迅速上升， 达到极限值的时间为4小时，而在700℃ 回火就只需30分钟。但在600℃以上回 火磁性能逐渐降低，娇顽力的下降尤为 图10.6·样品回火时闻和藏性能的关系 明显。回火温度升高，磁性能降低，是 由于样品组织结构发生变化引起的，开 始是碳化物的集聚，改变了弥散细小的结构，使矫顽力下降，而后则是相的分解，使磁性 能明显降低。 测定了6*样品和3·样品在500℃~750℃之间各个温度分别回火1小时后的磁性能和相结 构，结果列于表6，图11是3样品τ相发生分解后 的显微组织。 可见，τ相稳定存在的温度区间是因成分而异 的。6·样品碳的过饱和程度高，t相从700℃开始 分解，而3◆样品含锰量高，碳的过饱和程度低， T相从600℃就开始分解。Mn和A1Mn(r)相的 形核长大是比较缓慢的，可以从图106样品磁性 能随回火时间变化曲线得到证实，在700℃回火30 图11,3*品1150℃×2小时顶0， 分钟，Br=2400高斯，在回火6小时后Br值仍接近 50℃回火1小时r+BMn+碳化物×300 2000高斯。然而，3样品磁性能的下降速度却快得多，样品在650℃回火30分钟Br值为 一129一

科 翩 一 U - J 江 ` U 比. é三 、 1一二ǎà 一 - . - 一 口 一 一 一一 - · 一 - - 一 : 厂二二 卿〔 / ~ ~ 一 O ~ 一~ . ~ 州ǎ ) ó 一 三· 一 ` 一巡二之:) 卜之 ~ 之安芝 布ǎé山ó 几0 《一r ` 。气飞 { .,J 沐卜 , 留 、 。 . 护 样品 回火 时间 和毯 性翻 的 关 系 同样不 能得 到单相 组织 。 由图 , 和表召 、 表 5 的 数据表 明 , 4 口 样品在相 一 变 过 程 ` 中 , 从 : 相产生 : 相和 夕M n 相共析组织 ( 图 g a ) , 而使磁 性能降低 , 图 gb 是在 5 0 0 ℃回 火 1小 时的显微组 织 , 呈现 出在 。 相转变初 期即 同时 产生 T 十 刀M n 相 的 状态 。 3 . : 相的稳定 性 研究了 6 # 合 金的 恒温 转变 , 样品经 1 1 5。 ℃ 固 溶 2 小时后 , 以 10 ℃ /分 冷至 8 40 ℃保温 2 0分钟后风冷 , 然后在 月50 ℃ ~ 70 0℃之 间两点间隔 50 ℃ 回火 , 观察 T 相形 成和 分 解 , 向时侧 t 磁性 能的变 化 。 在各回火温 度 , 回火时 间与磁性 能 之 间的关系示于图 1 0 。 从 中可以 看出 , 样品在 5 0 ℃ 回火 , 磁 性能 上升十分缓怪 , 达到一 定的 极限 值需要的 时 间很长 , 回火 1 5小 时后性能 还 有上 升趋势 。 沮度 升高 , . 琳性能洛到 某一极 限值的速 度加快 , 在 5 50 补有一 突 变 , 回火 3 0 分钟滋性能即迅速上升 , 达 到极限值的时间为 4小时 , 而在7 0 ℃ 回 火就只需 30 分钟 。 但在 6 0 ℃ 以上回 火 磁性能逐 渐降低 , 矫顽力的 下降尤为 明显 。 回火温 度升高 , 磁性能降 低 , 是 由于样品组织结构发 生 变化引起的 , 开 始是碳化物的集 聚 , 改变 了弥 散细 小的结构 , 使矫 顽力 下降 , 而 后则 是 : 相的分 解 , 使磁 性 能 明显降 低 。 测 定了 6 禅 样品和 3 . 样品在 50 。℃ ~ 75 。℃ 之间各个温 度分别 回 火 1小时后 的磁性 能 权相结 构 , 结果列 于表 6 , 图 1 是 3 . 样 品 T 相发 生 分解后 ~ ! 的显 微组 织 。 可见 , T 相稳定存在的 温度 区间是因成 分而异 的 。 6 . 样品碳的 过饱 和 程 度高 , T 相从 7 0 ℃ 开 始 分解 , 而 3 禅 样 品 含锰量高 , 碳 的 过饱和程度低 , : 相从 6 0 0 ℃ 就开 始分解 。 刀M n 和 A IM n (矛) 相的 形核长大 是 比较缓慢的 , 可以 从图 10 .6 样品磁 性 能随回火 时 间变 化 曲线得 到证实 , 在 7 0 ℃ 回火 30 分钟 , B r = 2 4。。高斯 , 在 回火 6小 时后 B r 值仍接近 2 0 0。 高斯 。 然而 , 3 . 样品磁 性能 的 下降速 度却快得 多 , 田 1 1 . 3 。 样品 一2 5 0 ℃ x Z 小 时 风玲 , 6 5 0 ℃ 回火 1 小时: + p M n + 峨 化 物 x 3 0 0 样 品在 6 50 ℃回 火 30 分钟 B r 值为 一 1 2 9 一

表6 不同温度回火1小时后的磁性能和相结构 回火 6样品 3样品 温度 Br Hc (BH)max Br Hc (BH)max (℃)高)（奥） (兆高奥) 相结构 (高)（奥） (兆高奥) 相结构 500 e十T◆ 2400890 0.70 T+e 55026501130 0.96 T+e◆ 2300880 0.60 t+e 60026201060 0.86 t 2300810 0.58 BMn" 6502510720 0.62 1630:580 0.27 +BMn 7002370570 0.50 π+BMn" 1230 420 0.16 +BMn 7202260430 0.32 +BMa 1190420 0.14 BMn+AlMn (Y) 75019901430 0.30 BMa 1170.380 0.10 BMn+AlMn (Y)+ 注：(·)号表示少量 1940高斯，在回火6小时后， Br值只剩415高斯。似乎含锰量高而含碳量较低的样品τ相的 分解速度也加快了。 谢 本文的X光相分析和示差热分析工作，得到了我院全相教研室刘慕怡老师、物质结构中 心藏敏珠老师和稀有金属教研室乔芝郁老师的热忱指导和帮助，并协助做了大量实际工作。 谨致深切的谢意。 参考文献 [1]美国专刊3.976.519 [2]H.Kono:《J·phys.soc,Japan》,V13,1444(1958) [3]W.Koster et al.:Z.Metallkunde>,B51,271 (1960) [4]S.Kojima et al.:AIP conf.proc>,No.24,768 (1974) [5]J.J.Van Den Broek et al.:KActa Met.>,V27,1497 (1979) [6]V.T.Godecke et al.:Z.Metallkunde>,B62,727 (1971) [7]K.Yoshida et al.:(Japanese J.Appl.phys>,V10,7 (1971) -130

表 6 不同温度回 火 1小时后的磁 性 能和 相结 构 样 品 样 B r { H e ( 高 ) }(奥 ) ( BH ) m a x ( B H ) m a x (兆 高奥 ) 相结构 B r H e (高 ) ’ (奥 ) (兆 高奥 ) 相 结 构 翻比民火度力 n ù “ ó了丹匕Ot 任J ē 丹若 U 勺口`八ó01几, I `L l . … ón ó 0 ō U ē U 几UU 八V 6 5 0 {1 1 3 0 6 2 0 }1 0 6 0 e + t . 丫 + e . 自óUlJ . U 目合ùb 八勺 2 5 1 0 2 3 7 0 2 2 6 0 1 9 9 0 丫 : + 夕M n ’ T + 尹M .n 二 + 夕M n 2 4 0 0 ’ 2 5 0 0! 2 3 0 0 { 1 6 3 0 ! } 12 3 0 1 1 9 0 1 1 7 0 8 9 0 8 8 0 8 1 0 5 8 0 4 2 0 4 2 0 3 8 0 T + ` ￡ . 丫 十 e . : + 口M n ’ T + 夕M n , + 夕M n 丫 + 夕M n + A I M n ( 丫 ) 口M n + A I M n (丫 ) + 二 八匕丹七曰, 0 口八石内七户0d心口Oo 自八0U : … 甘nn l`U0 C ǎ. U 八甘` U 门`一勺马任` `月n了no o 八血U 月` 2 曰自`9,n . 司ō川训l 廿侧l^ | | 01 1 自óUlJ . U 工知八甘目, 几0 7 州| l 付了一勺 注 : ( · ) 号表示少量 1 9 4。 高斯 , 在回 火 6小时后 , B r 值 只剩 4 15 高斯 。 似乎 含锰 量 高而 含碳量较 低的 样 品: 相的 分解 速 度也加 快了 。 致 幼 . 本文的 X 光相分析和示差热 分 析工作 , 得到 了我院 全相 教研室 刘慕 怡老师 、 物质结构中 心藏旅珠老师和稀有金 属教研室乔芝 郁老 师的 热忱指导和 帮助 , 并协助 做了大量实际工作 。 谨致 深 功的谢意 。 参 考 文 献 [ 1 〕 美国 专刊 3 . 9 7 6 . 5 1 9 [ 2 〕 H · K o n o : ( J · p h y s . s o e . J a p a n 》 , V i s , 1 4 4 4 ( 1 9 5 5 ) [ 3 ] W · K 6 s t e r e t a l . : ( Z 一 M e t a l lk u n d e 》 , B 5 1 , 2 7 1 ( 1 9 6 0 ) [ 4 ] S 一 K o ji m a e t a l . : 《 A I P e o n f . p r o e 》 , N o . 2 4 , 7 6 5 ( 1 9 7 4 ) 〔5 ] J . J 一 V a n D e n B r o e k e t a l . : 《 A e t a M e t . 》 , V 2 7 , 1 4 9 7 ( 1 9 7 9 ) [ 6 〕 V 一 T · G o d e e k e e t a l . : 《 Z . M e t a l lk u n d e 》 , B 6 2 , 7 2 7 ( 1 9 7 1 ) 〔7」 K · Y o s h i d a e t a l . : ( J a p a n e s e J . A p p l . p h y s 》 , V z o , 7 ( 1 9 7 2 ) 一 1 3 0 一