1实验方法
试验选择一炉1J85合金,其化学成分如表1所示。
试样带材的厚度为0.35mm,冲片加工成更32/40mm/mm的环,由12片叠加起来测试,试样又经过的变形率为75%的加工而成。热处理在H?保护下进行,氢气露点小于一60℃,工艺参数见表2。
采用冲击法测量直流磁性能,起始磁导率μo是在0.Oe下测量,B,值是在10Oe下测量,阻抗磁导率是在0.4A/m下测量,弹性磁导率在0.1A/m下测量,损耗Ps/表示在Hz,磁感应强度峰值为Gs下测量。测试方法:软磁合金直流磁性能测量方法依据GB-的国家标准,软磁合金交流磁性能测量方法依据GB-的标准,金相显微组织检测方法依据GB/T-的标准。
2试验结果与讨论
2.1热处理工艺对直流磁性能的影响
当退火温度从℃升高至℃,合金的磁导率随着升高,矫顽力降低。其中,矫顽力下降比较明显。当合金冷却到Ni?Fe转变温度附近时,需要控制热处理参数,使合金达到一定的有序度,使得磁晶各向异性常数K?和磁致伸缩系数λ,趋近于零,进而获得高的磁导率和低的矫顽力。因此,第二阶段的冷却速度、冷却拐点温度以及在该温度下停留时间,都同时在影响有序化的程度。从图1可以看出,合金在℃下保温1h后以炉冷的冷速比较好。当冷却速度提高,方式改为推炉快冷时,合金的磁导率及矫顽力均变差,说明有序化的程度不够,没有达到最佳;当拐点温度降低,保温时间延长,则Ni?Fe有序化的程度又过多,同样对合金的磁性能不利。
考虑到退火温度高比较有利于直流磁性能,可以适当提高至℃或℃,最佳直流磁性能对应的热处理工艺为:1-℃保温5h,以℃/h冷速冷却到℃,保温1h,炉冷至℃出炉,H?保护。
2.2热处理工艺对交流磁性能的影响
在60Hz下合金的弹性磁导率随热处理工艺的变化而有很大的变化。从图2(a)可以看出,随退火温度的升高,弹性磁导率急剧下降,在℃时最好。随冷却拐点温度的升高,弹性磁导率大幅提高,保温时间和第二阶段冷却速度对弹性磁导率和直流磁性能的影响规律一样,也是℃保温1h,然后以炉冷的冷速得到的性能最好。这说明合金的有序化程度对交流磁性能与直流性能的影响规律是一样的。
从图2(b)可以看出,合金的损耗Ps/4随热处理工艺的变化趋势没有明显的规律,但可以看出,退火温度在℃时,损耗值最小。合金冷却到℃时不保温,推炉快冷比较好。
阻抗磁导率随热处理工艺的变化比较大,退火温度对不同频率的阻抗磁导率的影响趋势是相同的:退火温度从℃降低到℃,不同频率下阻抗磁导率均提高。因此,要得到较高的阻抗磁导率,退火温度应适当降低。拐点温度对阻抗磁导率的影响也很大,随拐点温度的升高,不同频率下阻抗磁导率均提高。第二阶段的保温时间及冷速对阻抗磁导率的影响趋势与响应频率有关,在低频下(1kHz以下)保温1h,然后以炉冷的冷速比较好;在较高的频率下不保温,推炉快冷比较好。从有序化的角度来看,冷却拐点温度℃较高,不保温和快冷均缩短了有序化时间,这三个方面都是抑制Ni?Fe有序化,因此,对高频下的阻抗磁导率而言,有序化程度少一些较好。最佳交流磁性能热处理工艺为:
低频下:℃保温5h,以℃/h冷速冷却到℃,保温1h,炉冷至℃出炉。
高频下:℃保温5h,以℃/h冷速冷却到℃,不保温,推炉快冷至℃出炉。
对比发现,交流和直流性能并不是对应一致的。退火温度越高,直流初始磁导率越高,交流磁导率越低;相反,退火温度越低,交流磁导率越好,损耗越低,直流磁导率也越低。退火温度的高低对交直流性能的影响正好想反。
其他参数对性能的影响趋势基本相同,如拐点温度,交直流性能均是在℃比较好;保温时间,交直流性能在1h比较好;炉冷对直流性能和低频率下的交流磁性能较好。在10kHz和kHz的高频下,阻抗磁导率μ在℃、不保温、推炉快冷下较好,也就是说,经过Ni?Fe转变区的时间越短越好,有序化程度相对少一些,对高频下的μz更有利。
2.3采用最佳直流性能热处理工艺得到的交直流磁性能情况
为了了解与高直流磁导率对应的交流性能情况,进行了最佳交直流磁性能热处理工艺试验,直流磁性能的对比结果如表3所示,交流磁性能对比见表4。
在℃退火时,得到的直流磁导率偏低,矫顽力也较高。因此,要得到较高的直流磁性能,需要采取高的退火温度。
在较低的退火温度℃下得到的交流性能比较好,验证了前面正交实验的结论:退火温度低,直流性能差,交流性能好。要同时提高交直流磁性能,可以根据应用频率的大小来控制有序化程度,并适当调整退火温度。
3组织结构分析
3.1晶粒分析
对最佳交、直流磁性能热处理工艺得到的样品进行组织分析,发现:随退火温度的提高而晶粒长大,经℃退火的晶粒度达0级见图4(a),而经℃退火得到的晶粒度为5级见图4(b)。在直流磁化过程中,晶粒越大,晶界、孪晶界越少,与晶界、孪晶界接触的几率减小,晶界对畴壁移动的阻力减小,μm增大。对大晶粒而言,铁损随晶粒尺寸的增大而增加。因此,在交流应用的情况下,高温退火温度应适当降低,让晶粒小一些。
3.2织构分析
织构定量结果见表5:
1J85--1号样品为典型的面心立方金属冷轧织构;
1J85--2,3号样品织构状况基本一致,℃和℃退火后得到的织构状况差不多。
4结论
(1)直流磁性能较高时,交流磁性能并不一定好,甚至会很差。同样,交流性能好时,直流磁性能也不一定好。
(2)要得到较好的直流磁性能,需要控制一定的有序化程度,同时退火温度相对高一些较好,最佳直流热处理工艺为:℃保温5h,以℃/h冷速冷却到℃,保温1h,炉冷至℃出炉,H?保护。
(3)要得到较好的交流磁性能,在控制一定的有序化程度的同时,尽量降低退火温度,最佳交流热处理工艺为:
低频下:℃保温5h,以℃/h冷速冷却到℃,保温1h,炉冷至℃出炉。
高频下:℃保温5h,以℃/h冷速冷却到℃,不保温,推炉快冷至℃出炉。
(4)同时提高交直流磁性能的方法是,控制合金具有一定的有序化程度,可以根据应用情况适当调整退火温度。
(5)合金晶粒越大,直流磁导率越高,交流磁导率越低,损耗越大。