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電工鋼及磁合金的退火熱處理
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作者:鼎言熱處理
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發(fā)布時(shí)間: 2019-11-17
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電工鋼及磁合金的退火熱處理
現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于電工鋼及磁合金除了磁導(dǎo)率、磁損外,還提出了穩(wěn)定性(如在60~400℃.<8×103~1.3×10-4Pa沖擊負(fù)荷和放射性照射下可穩(wěn)定工作)的特殊要求,對(duì)于硅鋼必須進(jìn)一步去除增高矯頑力、降低磁導(dǎo)率、加大磁損失的各種雜質(zhì)(碳、氧、氫、硫化物、氮化物等);消除沖剪等工序所造成的應(yīng)力畸變。目前廣泛采用的氫氣退火或真空退火。實(shí)踐證明,真空退火的溫度、保溫時(shí)間、真空度、冷卻條件與磁合金的磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力、磁導(dǎo)率等有密切聯(lián)系,其原因在于不同的真空退火工藝改變了雜質(zhì)成分、含量大小以及分布;改變了晶粒粗細(xì)均勻性、冷變形的不均勻狀態(tài),如取向、纖維分布、晶格缺陷、畸變程度等。文獻(xiàn)指出2經(jīng)真空退火的D820鋼代表比經(jīng)空氣退火,在1500GS的空載電流降低8.8%,鐵損減少6.4%、
(1)普通軟磁材料的真空退火軟磁材料用量最大的為硅鋼、成卷、成疊熱軋的變壓器電機(jī)硅鋼,在一般情況下,這類材料在罐式真空爐內(nèi)進(jìn)行850~1150℃的中溫退火(真空度為2.7×103~4×103Pa),漏氣率<1.33×103/h條件下即可脫除部分碳和硫,提高塑性并得到均勻磁性。微弱的氧化對(duì)于絕緣性是無(wú)害的,把真空度提高到13.3Pa,可進(jìn)一步提高磁感應(yīng)強(qiáng)度,降低單位鐵損。真空度提高到1.3×10-1Pa以上的高真空退火,夾雜物可減少至原來(lái)的1/2~2/3,損耗系數(shù)減少25%~40%,從而得到更高質(zhì)量的硅鋼。
低溫退火多用于硅鋼片的制成品,如冷軋鋼沖壓件、鐵芯等,為消除冷加工應(yīng)力,保持表面光潔,可在1.3×10-2-1.3×10-1Pa、700-850℃加熱2~4h,然后以40~60℃/h的速度冷至20-250℃或按鋼材出廠規(guī)定的規(guī)范進(jìn)行真空退火。
對(duì)于含ω(Si)>3%的熱軋硅鋼,為了獲得低矯頑力等高磁性指標(biāo)可進(jìn)行高溫(1120-1200℃)真空退火,用于消除氫、氮、碳、氧等雜質(zhì),同時(shí)還可徹底消除應(yīng)力,并進(jìn)行充分再結(jié)晶,從而獲得完善的纖維組織。
廣泛用于無(wú)線電、自動(dòng)控制方面的靈敏繼電器、電磁放大器等元件的高導(dǎo)磁鐵鎳合金(坡莫合金),在弱磁場(chǎng)下應(yīng)具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力與磁滯損耗。對(duì)于真空熔煉的含ω(N)5%的合金于1200~1250℃進(jìn)行退火,對(duì)于含ω(Ni)79%的合金于1100~1150℃進(jìn)行退火都可獲得良好的磁性,經(jīng)一般電爐熔煉的合金應(yīng)在1300℃進(jìn)行退火可獲得較高的磁性能對(duì)于退火后升溫速度一般無(wú)要求。軟磁材料與硬磁材料的區(qū)別是磁性不同。如表2-11所示。
矯頑力H<10奧斯特為軟磁,H。=10-300奧斯特為半硬磁,H>300奧斯特為硬磁目前廣泛應(yīng)用于氫氣退火和真空退火。電工純鐵的真空退火見圖2-1,硅鋼片的真空退火見圖22。FeNi系合金真空退火規(guī)范見表212,FeAl系合金真空退火規(guī)范見表213
(2)軟磁合金退火的工藝問(wèn)題一般認(rèn)為軟磁合金先在真空中500~600℃加熱,以排除表面潮氣,后在氫中1100℃保溫,再在氫中冷至600℃是較好的退火方法,高溫退火還必須防止工件疊片間或與卡具黏合,可在其間撒工業(yè)純氫氧化鎂或滑石粉等,也可將經(jīng)高于退火的溫度下除過(guò)氣體的氧化鋁粉撒布其間需要注意的是在石墨結(jié)構(gòu)材料的真空熱處理爐中加熱軟磁材料,磁性不會(huì)明顯下降,但此類材料不得與石墨直接接觸
要求高的導(dǎo)磁合金的含碳量越低越好,其基本化學(xué)成分也應(yīng)精確,當(dāng)以石墨氈隔熱和以石墨布作加熱元件的真空爐中的石墨與漏入的氧作用生成CO而具有滲碳作用時(shí),處理含碳量極低的坡莫合金將得不到令人滿意的性能2
(3)硬磁合金的燒結(jié)和退火在真空爐中燒結(jié)成分復(fù)雜的Fe-Ni- Al-Co-Cu等硬磁合金粉末,可以排除其中的所含的氣體,并顯著提高其磁性。其工藝過(guò)程及特點(diǎn)如下:在500℃以下加熱過(guò)程中,沾染物與塑性黏結(jié)劑揮發(fā)出大量的氣體,在700℃進(jìn)行預(yù)熱,此時(shí)可除氣50%,在繼續(xù)加熱到900~1000℃時(shí)再次出現(xiàn)氣峰,這可能與氧化鐵的分解有關(guān),最后在1300℃、5×10-2Pa下燒結(jié)成形。一般燒結(jié)不使用石墨元件的真空加熱爐,目的是避免因增碳而使磁性下降,實(shí)踐證明,燒結(jié)結(jié)果與爐子的元件無(wú)關(guān),但要求爐子的漏氣率要低,燒結(jié)件不得與石墨件直接接觸,可采用襯底鉬墊或涂以特殊材料,需要防止形成低熔點(diǎn)的共晶。
現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于電工鋼及磁合金除了磁導(dǎo)率、磁損外,還提出了穩(wěn)定性(如在60~400℃.<8×103~1.3×10-4Pa沖擊負(fù)荷和放射性照射下可穩(wěn)定工作)的特殊要求,對(duì)于硅鋼必須進(jìn)一步去除增高矯頑力、降低磁導(dǎo)率、加大磁損失的各種雜質(zhì)(碳、氧、氫、硫化物、氮化物等);消除沖剪等工序所造成的應(yīng)力畸變。目前廣泛采用的氫氣退火或真空退火。實(shí)踐證明,真空退火的溫度、保溫時(shí)間、真空度、冷卻條件與磁合金的磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力、磁導(dǎo)率等有密切聯(lián)系,其原因在于不同的真空退火工藝改變了雜質(zhì)成分、含量大小以及分布;改變了晶粒粗細(xì)均勻性、冷變形的不均勻狀態(tài),如取向、纖維分布、晶格缺陷、畸變程度等。文獻(xiàn)指出2經(jīng)真空退火的D820鋼代表比經(jīng)空氣退火,在1500GS的空載電流降低8.8%,鐵損減少6.4%、
(1)普通軟磁材料的真空退火軟磁材料用量最大的為硅鋼、成卷、成疊熱軋的變壓器電機(jī)硅鋼,在一般情況下,這類材料在罐式真空爐內(nèi)進(jìn)行850~1150℃的中溫退火(真空度為2.7×103~4×103Pa),漏氣率<1.33×103/h條件下即可脫除部分碳和硫,提高塑性并得到均勻磁性。微弱的氧化對(duì)于絕緣性是無(wú)害的,把真空度提高到13.3Pa,可進(jìn)一步提高磁感應(yīng)強(qiáng)度,降低單位鐵損。真空度提高到1.3×10-1Pa以上的高真空退火,夾雜物可減少至原來(lái)的1/2~2/3,損耗系數(shù)減少25%~40%,從而得到更高質(zhì)量的硅鋼。
低溫退火多用于硅鋼片的制成品,如冷軋鋼沖壓件、鐵芯等,為消除冷加工應(yīng)力,保持表面光潔,可在1.3×10-2-1.3×10-1Pa、700-850℃加熱2~4h,然后以40~60℃/h的速度冷至20-250℃或按鋼材出廠規(guī)定的規(guī)范進(jìn)行真空退火。
對(duì)于含ω(Si)>3%的熱軋硅鋼,為了獲得低矯頑力等高磁性指標(biāo)可進(jìn)行高溫(1120-1200℃)真空退火,用于消除氫、氮、碳、氧等雜質(zhì),同時(shí)還可徹底消除應(yīng)力,并進(jìn)行充分再結(jié)晶,從而獲得完善的纖維組織。
廣泛用于無(wú)線電、自動(dòng)控制方面的靈敏繼電器、電磁放大器等元件的高導(dǎo)磁鐵鎳合金(坡莫合金),在弱磁場(chǎng)下應(yīng)具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力與磁滯損耗。對(duì)于真空熔煉的含ω(N)5%的合金于1200~1250℃進(jìn)行退火,對(duì)于含ω(Ni)79%的合金于1100~1150℃進(jìn)行退火都可獲得良好的磁性,經(jīng)一般電爐熔煉的合金應(yīng)在1300℃進(jìn)行退火可獲得較高的磁性能對(duì)于退火后升溫速度一般無(wú)要求。軟磁材料與硬磁材料的區(qū)別是磁性不同。如表2-11所示。
矯頑力H<10奧斯特為軟磁,H。=10-300奧斯特為半硬磁,H>300奧斯特為硬磁目前廣泛應(yīng)用于氫氣退火和真空退火。電工純鐵的真空退火見圖2-1,硅鋼片的真空退火見圖22。FeNi系合金真空退火規(guī)范見表212,FeAl系合金真空退火規(guī)范見表213
要求高的導(dǎo)磁合金的含碳量越低越好,其基本化學(xué)成分也應(yīng)精確,當(dāng)以石墨氈隔熱和以石墨布作加熱元件的真空爐中的石墨與漏入的氧作用生成CO而具有滲碳作用時(shí),處理含碳量極低的坡莫合金將得不到令人滿意的性能2
(3)硬磁合金的燒結(jié)和退火在真空爐中燒結(jié)成分復(fù)雜的Fe-Ni- Al-Co-Cu等硬磁合金粉末,可以排除其中的所含的氣體,并顯著提高其磁性。其工藝過(guò)程及特點(diǎn)如下:在500℃以下加熱過(guò)程中,沾染物與塑性黏結(jié)劑揮發(fā)出大量的氣體,在700℃進(jìn)行預(yù)熱,此時(shí)可除氣50%,在繼續(xù)加熱到900~1000℃時(shí)再次出現(xiàn)氣峰,這可能與氧化鐵的分解有關(guān),最后在1300℃、5×10-2Pa下燒結(jié)成形。一般燒結(jié)不使用石墨元件的真空加熱爐,目的是避免因增碳而使磁性下降,實(shí)踐證明,燒結(jié)結(jié)果與爐子的元件無(wú)關(guān),但要求爐子的漏氣率要低,燒結(jié)件不得與石墨件直接接觸,可采用襯底鉬墊或涂以特殊材料,需要防止形成低熔點(diǎn)的共晶。
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