提高软磁合金材料磁性和热处理后尺寸精度的方法.pdf

镕6 3 ≈蚺I m有色盒属 V o l6 3 ．N 0I 20 II { l j2J I N o n k ⋯M e t n l uF e b20 I I D O I1 0 ．3 9 6 9 ／．II 鹧n1 0 1 0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．O l0 1 0 提高软磁合金材料磁性和热处理后尺寸精度的方法 孙军艳、．汤健明2 1 陕西科技大学机电工程学院，西安7 1 0 0 2 1 ；2 航天1 6 所，西安7 1 0 1 0 0 摘要；* 拆Ⅻ* 兜热Ⅸ Ⅳ耿碚合盒m ％热n 月目∞R 寸精度髟■自机M ＆ 对t №能的Ⅳ喇，挺小踪 * e A Ⅻm m ％能目R 十精＆∞ 。≈” * 精m1 ，单m 目一≈胁h f 容■，再m “ t ％热扯a ，碱性能} 求№* n ”材 精Ⅲ【．* 目一定∞2 杂t ，矗口进盛性* 缸n 理．* E 鹰Ⅱ筲求R ￡目{ ∞A g K t 。※月诫 ＆日R * Ⅸ高轼m 台 “ 什Ⅻl 瑚音* 掣。 关薯词礁％科；鞔m 台； 惶热处目．R 寸辅＆；女m 研兜 中田分类号T G I3 22 文献标识珥A 文章螭号1 0 0 1 0 2 1 1 加l I 0 1 0 0 4 3 0 4 软磁合金是一种铁磁性精密合金，在弱磁场中 具有高导磁率和低矫顽力．可以用来制造磁导体铁 心、无线电通讯设备的磁屏蔽，在电力电子、宇航、激 光、自动化、计算机、仪表等工业中得到了广泛的应 用。现在我国使用的软磁合金材料按成分主要有铁 镍系软磁台金 如1J 7 9 ，I J s 0 ，1 J 8 5 、铁铝系软酷合 金 如l J l 2 ，1J 1 3 ，1 J 1 6 和铁钴钒系软磁合金 如 1 1 2 2 。这些软戳台金材料具有十分优异的磁性能， 经过合理的磁性能热处理能使其各自的磁性能得到 最大限度的发挥。 由于材料本身的组织敏感特性，软磁合金对环 境应力 热应力、机械应力 十分敏感。主要表现 为经磁性热处理的软磁合金零件在受到机械应力 作用后。磁性能出现明显下降，且伴随一定的变形。 因此．对于软磁合金零件的加工工序安排，都是将磁 性热处理安排在最后一道工序进行，以便最大限度 地保留热处理后的磁性能。这样的工序安排在各行 业中得到了普遍的应用。这在过去对零件最终尺寸 要求不高，为保证其使用状态磁性能的情况下是适 用的．也是唯一的加工方法。近年来，制造技术水平 不断发展．产品的小型化、精密化程度越来越高，对 零件尺寸公差和形位公差的要求日益严格，微米级 和纳米檄的尺寸公差和形位公差相继出现。磁性热 处理对零件尺寸公差和形位公差的影响随着对零件 尺寸公差和形位公差要求的提高日益凸现出来。如 收稿日期2 0 0 8 一t 2 一l i 作奢简介* № 1 9 7 8 ．g ，跌“Ⅻ啦【 ，讲，i _ ，{ 型n m * m Ⅻm ＆肚n 自化* Ⅲ∞* W 某传感器导磁环和陀螺转子，材料均为铁钻钒系软 磁合金1 J 2 2 。这两种零件结构特殊传感器导磁环 属典型的薄壁环状零件，而陀螺转子则是形状复杂 的薄壁零件 如图1 ，它们的壁厚最小娃仪04 m m 左右，尺寸公差最小为00 0 5 m m ，形位公差最小为 00 0 2 m m 。若按常规的软磁合金工艺流程加工，无 法同时保证两种零件的尺寸精度和磁性能。 因此．传统的加工方法已不适甩于当前对软醴 合金零件高尺寸精度的要求，需要对软磁台金在热 处理后的变形规律、机加应力对磁性能的影响加以 研究，以寻找出一套适合目前对软磁合金零件高精 度、高性能要求的加工方法。 田1 某陀■转于外形 F i g IO u t s i d ed r a w i n go f ⋯日。⋯I o r I热应力对软磁合金尺寸精度的影响 对常用的铁铝系、铁钻钒系和铁镍系三类软磁 合金材料栩图进行分析。由图2 可知，铝原子百分 比为2 2 ％的铁铝系软磁含金| J 1 2 由高温蹲卸副其 居翟温度时，发乍磁性转变．舟仓中产牛r 自发磁化 万方数据 有色金属第6 3 卷 区域磁畴，合金由顺磁性转变为铁磁性。当冷 却至4 7 0 E 左右，发生有序化转变，使高温下的无序 状态转变成原子按一定规律排列的有序状态，即发 生有序化转变，生产超结构相F e ，A l ，该有序状 态较为稳定。 图2 铁铝相图 F i g ．2 F e - A Ip h a s ed i a g r a m 由图3 可知，钴霞量百分比为5 l ％的铁钴钒系 软磁合金l J 2 2 在9 0 0 ～9 3 0 。C 附近发生y a 相转变。 当温度低于7 3 0 。C 时，产生有序化转变，无序的a 相 转变为有序的a 相。形成超结构。 l “X J l 象X I I 舢耵 l ⅣM I l2 I X ’ I l { I O I f x X l p 鲥l 恻疆x l 赠 柏耵 6 l X l 5 ‘耵 4 ‘耵 飘H ● 2 I X l I f x l J 1 0 ．53 I ．1 45 I ．3 5 7 l 1 2州I ．4 7 瞬 ■ d ． 一k l E 辱 磊 l l l I ． 够一 ●乍喀幸 1 n’专 ●1 ．．符～“爿 ≮＼ ■t 一童 ‘、j r } ，／j ．奠。 A f ”甲， 二L - 广、 ．●7 ●． ’ 、 ’。● 仆 m ’ ．I fJ ， 斗。． 。| | l I 一 I X 1 ． 笔 4j 。_ j； I ●●． ；| { ．j ； } 它I 12 0 H I剐I ■l “l _ I l疆l 嘎lC o [ C o l ／％ 图3 铁钴钒相图 F i g ．3 F e C o - Vp h a s ed i a g r a m 由图4 可知，镍蕈鼍百分比为7 9 ％的铁镍系软 磁合金l J 7 9 缓慢冷却时，在某一温度区| ．H 】发生有序 化转变。使高温下的无序状态转变为原子按一定规 A ～y 觉蠢性 漱r N i I 如＼ 加热a y畸童终止 E l Ⅵ ●● } 它 ＼ ／ 弋飞 热口一y 转E ／ 开始 ，＼ t 呛 ／鼍性转壹 pi p t| yt 矗性 ＼c ． ＼声却一y 蜂变昔培 图4 铁镍相图 F i g ．4 F e N ip h a s ed i a g r a m 律排列的有序形态，形成超结构N i ，F e 相。 从对三种软磁合金材料磁性处理机理分析可 知，零件在磁性处理过程中，当温度降至一定区间内 都存在着不同程度的有序化转变。为得到理想的磁 性能，必须控制有序化度，即合金成分从无序转变成 有序化成分的含量。由于有序化转变十分迅速，因 此，在磁性处理过程中都存在着不同程度的有序化 转变。由于有序化相的比容与基体的比容不一致， 当有序化成分析出后，零件的体积发生变化，表现为 零件的外型尺寸整体变大或缩小。此种变形方式不 但影响零件的尺寸精度，同时还严重影响到零件的 形位公差精度。 为验证上述理论，进行了相关试验。试验数据 表明铁铝系l j l 2 D Y 、铁钴钒系l J 2 2 、铁镍系l J 7 9 三 种软磁合金材料试样在经磁性热处理后外形尺寸和 形位公差发生显著变化，铁铝系l J l 2 D Y 平均变形 量为0 ．1 2 ％o ～0 ．3 8 ％o ，铁钴钒系l J 2 2 平均变形量为 0 ．2 0 ％o 一1 ．1 2 ％o 。铁镍系I J 7 9 平均变形量为o ．6 5 0 ／o o 一0 ．7 5 0 ／o o o 2 机械应力对软磁合金磁性能的影响 软磁合金在经磁性处理后，晶格形成超结构的 有序排列。此时，晶格间达到相对平衡的状态。磁 畴排列有序、贯通。在磁性能上表现为磁导率 肛。， 弘． 或磁感应强度 曰 升高、矫顽力 日。 下降，呈现 出较好的磁性能状态。当受到机加应力后，在品格 间就会产生畸变、位错，破坏原有的磁畴排列，甚至 出现断裂。在磁性能上表现为磁导率 肛。，弘． 或磁 感应强度 B 下降、矫顽力 日， 升高，磁性能恶化。 对j 种磁性热处理合格的软磁合金材料进行车 削加工后，发现磁性能有不同程度损失铁铝系 1 J 1 2 D Y 磁性能平均下降5 8 ．4 ％，铁钴钒系软磁合 鲫刚砌砌觚甜鲫嬲M。 p 、莓『理 万方数据 第1 期孙军艳等提高软磁合金材料磁性和热处理后尺寸精度的方法 4 5 金lJ 2 2 平均下降2 5 ．8 ％，铁镍系软磁合金1J 5 0 和 1J 7 9 平均下降7 5 ％一9 l ％。试验表明机械加工应 力对此三类软磁合金磁性能的影响是十分明显的。 通过对比试验还发现机械加．T 中的央紧应力对磁性 能影响较小，影响较大的足机械加工中产生的应力， 且磨削的加t 应力大于车削的加工应力，车削加工 比磨削要有优势。 3 提高软磁合金材料磁性热处理后尺 寸精度的方法 经过大甓的试验，找到了一种提高软磁合金材 半精车加工，单边留量o ．0 5 m m ，然后进行磁性热处 理，符合磁性能要求后再对零件进行精车加工，按照 设计图纸要求公差留景6 ，再进行磁性恢复处理，满 足磁性能要求后再复测零件的最终尺寸，合格后方 可入库。该方法流程图如图5 所示。 流程中恢复磁性热处理的方法指在加热到一定 的温度下 不使晶相结构改变的温度 ，再进行一系 列的降温和保温处理，最终使零件在较小变形的情 况下，将损失的磁性能恢复至标准水平。精车后的 预留量6 是根据较多的试验数据总结出的经验值， 通过预翻肇6 ，可以使因恢复磁性热处理而变形的 料磁性热处理后尺寸精度的方法，即先对零件进行尺寸“掉进”蓝图要求的公差带。 半辛奇车 精车 单丽预留f 1 0 5 r a m 磁性热处理按照没汁| 奎I 纸要求 加上余量 公差留量6 l ◇ 恢复磁性热处理 ◇ 图5提高软磁合金材料磁性热处理后尺寸精度流程 F i g ．5 F l o w s h e e to fi m p r o v i n gd i m e n s i o na c c u r a c yo fs o f tm a g n e t i ca l l o ym a t e r i a la f t e rh e a tt r e a t m e n t 机加后的试样经过恢复磁性热处理，已破坏的 磁性能得到了一定程度的恢复，但三种软磁合金的 恢复程度不同。 1 从铁铝系l J l 2 D Y 和铁钻钒系 合金lJ 2 2 磁性能影响情况看，磁性能下降越多的试 样，得到恢复的程度越大。l J l 2 D Y 经恢复磁性处理 后能恢复至磁性处理后的7 5 ％一9 1 ％，lJ 2 2 可恢复 至6 6 ％一8 2 ％，较为理想。此恢复磁性处理工艺方 法在生产中具有重大的实用价值。 2 从铁镍系软 磁合金l J 7 9 磁性恢复的程度看并不理想，能恢复至 磁性处理后的1 8 ％一2 8 ％，而该系列合金受到机加 应力后，磁性能损失在7 5 ％一8 8 ％。这与铁镍系软 磁合金较铁铝系 1J 1 2 D Y 、铁钻钒系软磁合金 1J 2 2 对机加应力更为敏感有关。因此，按目前的 恢复磁性处理工艺无法满足设计要求。 该流样的应用，可以将铁销系软磁合金l J l 2 D Y 和铁钻钒系软磁合金l J 2 2 的零件合格率由4 0 ％提 高至7 6 ％左右，但该流程对铁镍系软磁合金1J 7 9 的 零件合格率提高效果并不明瞳。某单佗按照该流程 生产了一批挠性陀螺转子，通过合理地增加、安排加 工工序，其磁性能及尺寸精度均满足设计指标要求， 合格率达到1 0 0 ％，而此前该零件生产的合格率仅 为1 9 ％。 4结论 1 软磁合金经磁性热处理后，零件的外形尺 寸和形位公差发生变化，对于尺寸精度要求较高的 零件，将磁性热处理作为最终热处理是不合适的。 2 软磁合金在受到应力后，磁性能得到破坏。 由于材料对应力的敏感程度不同，磁性能损失的程 度不同。 3 软磁合金磁性能发生破坏后，可采用合理 的恢复磁性能J 二艺，使其在一定程度上得到恢复。 4 按照所述方法对铁铝系软磁合金和铁钻钒 系软磁合金材料进行加工，可以提高磁性热处理后 的尺寸公差和形位公差精度，显著提高加工零件的 合格率．但该方法对铁镍系软磁合金的零件合格率 提高效果并不明显。 万方数据 4 6 有色金属第6 3 卷 参考文献 1 ] 2 0 11 年征稿征订启事 中国无机分析化学 刊号C N l l 6 0 0 5 ／0 6 是由中闷无机分析化学文摘变更而成的。 中国无机分析化学是由北京矿冶研究总院主办的无机分析化学专业性学术期刊，本刊设有岩矿分 析、冶金分析、材料分析、环境分析、化工分析、生物医药分析、食品分析、仪器研制、综述评论、技术交流、信息 之窗等栏目。读者对象为从事无机分析化学及相关技术的广大科研人员、工程技术人员、管理人员、大专院 校师生、相关公司及企事业单位。本刊也是相关图书、情报等部门必不可少的信息来源。 中国无机分析化学为季刊，大1 6 开国内外公开发行，单价1 0 ．0 0 元，全年4 0 ．0 0 元。由编辑部发行。 订阅和投稿清直接与编辑部联系。 联系人章连香电话 0 1 0 6 3 2 9 9 7 5 9传真 0 1 0 6 3 2 9 9 7 5 4 地址北京市丰台区南四环西路1 8 8 号总部基地十八区2 3 号楼9 0 4 北京矿冶研究总院 编辑部邮政编码1 0 0 0 7 0 E m a i l z g w j f x h x b g f i m m ．c o m ，z g w j f x h x 1 6 3 ．c o m 万方数据