一种精确控制铁镍软磁合金磁性能的退火工艺.docx

表 2 温度对零件胀大量的影响Ta ble 2 The inf luence of temperature on the dia meter expansion of parts直径胀大量/ mm12345678上端 ( 570 )下端 ( 580 )上 、下端差值0 . 0150 . 0200 . 0200 . 0250 . 0050 . 0100 . 0150 . 0150 . 0200 . 0050 . 0100 . 0150 . 0150 . 0200 . 0050 . 0150 . 0200 . 0200 . 0250 . 0050 . 01500 . 02000 . 0050 . 0150 . 0200 . 0200 . 0300 . 0050 . 0100 . 0100 . 0200 . 0150 . 0200 . 0050 . 0100 . 0150 . 005(3) 合金元素对 5CrNiMo 钢活塞进行氮碳共渗处理时 ,零件表面形成了由相和相组成的化合 物层 ,同时形成合金氮化物 。合金氮化物的形成 ,伴随零件直径 (体积) 胀大 。显然 ,含有氮化物形成元素的 合金钢 ,经过氮碳共渗后 ,受到铁的氮化物和合金氮化 物的共同作用 ,它的直径 (体积) 胀大量比碳钢要大 。细核对零件尺寸 。采取以上控制措施后 ,活塞零件直径胀大量控制 在 (01010 01015) mm , 零 件 尺 寸 达 到 技 术 操 作 条 件规定 ,结果见表 3 。该方法应用在凿岩机的活塞 、长轴 等零件的热处理中效果良好 ,每年可减少因变形超差 造成的损失 10 万多元 。表 3 采取措施后零件的直径胀大量Ta ble 3 The dia meter expansion of parts af ter ta king the measure3控制活塞直径胀大量的措施(1) 零件在精磨前 , 需进行 550 600 回火 , 以清除机械加工应力 。(2) 零件在气体氮碳共渗处理前 ,用清洗剂清洗 干净 ,表面不得有油渍 、锈斑污物等 。(3) 零件在气体氮碳共渗处理前 ,先进行活性气 体预处理 ,去除表面的钝化膜 ,提高零件表面金属的活性 ,促进渗层均匀性 ,防止零件直径局部胀大超差 。(4) 依据零件在气体氮碳共渗处理过程中直径胀 大规律 ,会同设计人员 ,提出零件在氮碳共渗前的尺寸 公差 。这是保证零件最终尺寸公差最重要的措施 。(5) 严格控制氮碳共渗工艺参数 ,炉罐内各部位 的温度偏差控制在 5 ,炉内气氛应充分搅拌 ,保证 炉气均匀 。(6) 在进行气体氮碳共渗处理前 ,操作者必须仔参考文献 :1沈本龙 ,王龙飞 . 控制软氮化零件变形的措施 J .处理 ,1990 ,15 (2) : .金属热一种精确控制铁镍软磁合金磁性能的退火工艺任卫斌 (中国空空导弹研究院 热表处理车间 ,河南 洛阳471003)Anneal ing Process of Prec ise Control Magnet ic Propert ies of Permall oyR EN Wei2bin ( China Airbo r ne Missile Academy ,L uoyang Henan 471003 ,China)中图分类号 :TG156 . 2文献标识码 :B文章编号 :025426051( 2004) 0320068203与其它软磁合金相比 ,铁镍软磁合金在低磁场下具有很高的导磁率和很低的矫顽力 ,广泛用于制作灵敏度 高 、尺寸精 、体积小 、高频损耗小 、时间和温度稳定性好的电子元器件 。但在特殊场合下 ,对其磁性能不仅要求一定的允许值 ,而且要求一定范围的精确值 ,这就对磁 性退火工艺提出了更高的要求 。通过对该类合金中的 典型材料 1J 79 合金 ( Ni79M04) 磁性退火工艺的研究 ,提出了一种精确控制铁镍软磁合金的退火工艺 。作者简介 : 任 卫 斌 ( 1969 ) , 男 , 陕 西 铜 川 人 , 学 士 , 高 级 工 程师 ,主要从事金属材料热处理工艺工作 ,已发表论文 2 篇 。联 系电话 :037924759278 E2mail : renweibin001 sina . co m 收稿日期 :20032022181试验材料与常规磁性退火工艺将厚度为 0112 mm 的 1J 79 合金冷拉带材绕制成68金属热处理2004 年第 29 卷第 3 期件号氮碳共渗前氮碳共渗后 直径胀大量/工艺直径/ mm 直径/ mm mm1234567891049 . 935 49 . 950 0 . 01549 . 865 49 . 875 0 . 01049 . 860 49 . 875 0 . 01549 . 940 49 . 950 0 . 010575 ×2 . 5 h 49 . 950 49 . 962 0 . 012油冷49 . 950 49 . 965 0 . 01549 . 950 49 . 965 0 . 01549 . 945 49 . 955 0 . 01049 . 945 49 . 955 0 . 01049 . 945 49 . 955 0 . 010尺 寸 为 <32 mm ×<25 mm ×10 mm 的 标 准 试 环 ( GB3657 1983 软磁合金直流磁性能测量方法) , 其化学 成分见表 1 。磁性退火试验在内热式预抽真空氢气保护退 火 炉 和 外 热 式 氢 气 保 护 退 火 筒 中 进 行 。 GB n198 1988铁镍软磁合金技术条件级静态磁性能 要求见表 2 ,表 3 为常规磁性退火工艺规范 。表 1 1J79 合金化学成分( 质量分数 , %)Ta ble 1Chemical composition of 1J79 alloy ( wt %)材料名称CPSMnSiNiMoCuFe1J 79 合金010301020102016011100130016078158010318041100120余量表 2 GBn 198 1988 级静态磁性能Requirement of static magnetism f or permalloyTa ble 2初始导磁率 U 0108/ m H·m - 1导磁率 U m/ m H·m - 1矫顽力 Hc/ A·m - 1磁感应强度 B s/ T指标3716922611311280175数值表 3 常规磁性退火工艺The usual process f or magnetic anneal ingTa ble 3保温介质升温方式加热温度/ 保温时间/ h冷却制度氢气或真空随炉升温1050115036以 200 / h 速度冷至 600 ,调整冷速2常规磁性退火工艺的不足特 殊 情 况 下 , 当 要 求 初 始 导 磁 率300 之间的冷却速度以获得合金的最大磁性能参数的合金退火冷却速度) 两侧附近寻找满足特殊磁性能 要求的冷速 。无论从理论和实际考虑 ,都可以得出如U 010837168 m H·m - 1 ,矫顽力 Hc 1120A·m - 1 ,磁感应强度B S 0175 T ,而对导磁率 U m 要求限制在一定范围如251126 314107 m H ·m - 1 , 314107 376188 m H ·m - 1 时 ,采用常规工艺退 火 , 保 温 后 以 150 200 / h 的速度降温 ,冷却至 600 后 ,需要调整冷速来提高合 金的磁性能 ,但此时 ,600 300 之间退火冷却速度 只要改变 ,往往发生表 4 中所示磁性能不合格的现象 。 表 4 常见的几种不合格磁性能现象Ta ble 4 A f e w of disqual if ication magnetic para meter a bout general anneal ing process下结论 ,即 :满足特殊磁性能要求的冷速为数不多 ,这就造成采用常规磁性退火工艺需要反复试验 ,有时往往花费 12 个月才能确定一批 1J 79 合金的精确磁性 能要求的退火工艺规范 ,对 1J 79 合金磁性退火过程的经济性和难易性都是一个考验 。3 新的退火工艺311对常规退火工艺的进一步理论分析在保证氢气纯度和流量的前提下 ,常规工艺退火 温度高 ,保温时间长 。由于晶粒长大和氢气净化作用充分 ,在最佳冷速下 ,得到使 和 K 趋于零的组织状U 0108/ m H·m - 1U m/ m H·m - 1Hc/ A·m - 1B s/ T现象态 ,即可得到最佳磁性能 ,即U 0108 和U m 最高 , Hc 最551576113746140461525712934188490182472151018501951159117011311138018001790177018101790178现象 1小 ;相反 ,在保持最佳冷速的前提下 ,降低退火温度或减少保温时间 ,同样可得到使和 K 趋于零的组织状 态 ,即虽然由于退火温度低使得晶粒长大不充分或保163152164120232164189197现象 2现象 3现象 4温时间 短 使 得 氢 气 净 化 作 用 不 够 充 分 , 造 成U 0108 、注 :下划线的数字为按常规热处理退火后磁性能不合格的项目通常 ,优良的软磁合金应具有小的磁各向异性 ,该 磁各向异性决定了材料的磁性能优劣 。由于 1J 79 合 金的成分在超结构相 Ni3 Fe 附近 ,所以在冷却过程中 发生明显的有序化转变 ,使磁晶各向异性常数 K 和磁 滞伸缩系数发生变化 ,因此 ,为获取理想的磁性能 , 必须控制冷速 , 以 得 到 适 当 的 有 序 转 变 , 控 制 K 和 的变化 。对于 1J 79 合金而言 ,常规磁性退火冷速主要 是在 600 300 之间控制的 ,即在保温温度和保温 时间不变的前提下 ,在最佳冷速 (指针对某一批次原材 料的 1J 79 合 金 , 通 过 试 验 调 整 退 火 冷 却 至 600 U m 和 Hc 下降 ,但这样始终能得到该退火温度和保温时间下的最佳配合 ,即导磁率降低的同时 , Hc 不会变 得太差 。312退火新工艺试验基于上述分析 ,我们采用在 1000 和 1050 两个 温度退火 ,在试验取得 1J 79 合金最佳冷速的前提下 ,单纯改变退火保温时间 ,通过两个批次原材料试验 ,得 到的磁性能数据如表 5 。313退火新工艺的特点(1 ) 降 低 退 火 温 度 , 在 1000 1050 之 间 退 火 ,随着时间的延长 ,晶粒可以充分均匀化 ,氢气净化金属热处理2004 年第 29 卷第 3 期69表 5 铁镍软磁合金在 1000 不同保温时间下退火的磁性能Ta ble 5 Magnetic change of the permalloy when anneal ing time was changed at 1000 保温时间/ U 0108/U m/m H·m - 1Hc/ A·m - 1退火温度/B s/ Tm H·m - 1h451905214758173175171196112297122210911661108017901790179100022154图 1 铁镍软磁合金磁性退火新工艺Fig11 New p rocess for magnetic annealing of t he permalloy 5 67111 358128 1102 0178 105011522125215431215115244137491141841820914279199311188114911301113111101760178017801784结语1J 79 合金是铁镍软磁合金中最具代表性的一种软磁合金 ,采用磁性退火新工艺后 ,达到了材料允许范围内的任意范围磁性能指标要求 ,简单而有效 ; 同时 ,上述工艺试验 ,对 1J 51 、1J 65 、1J 85 类等其它铁镍软磁 类合金均具有实用价值 。参考文献 :效果好 。由于退火温度低 ,晶粒长大慢 ,便于按要求的磁性能变化进行退火时间控制 。(2) 采用最佳冷速 ,以得到和 趋于零的最佳 组织结构 ,使 U 0108 、U m 降低的同时 , Hc 下降最少 。(3) 调整保温时间 ,可方便地得到所需的各种导 磁率范围 。(4) 由于退火温度低 ,退火后材料的硬度和强度 高 ,材料的弹性极限相应提高 ,制作的零件在装配过程中变形小 ,应力对磁性能的影响也小 。 一个新的完整的退火工艺曲线如图 1 所示 。1GBn198 1988铁镍软磁合金技术条件S . 北京 : 中国标准出版社 ,1989 .GB3657 1983软磁合 金 直 流 磁 性 能 测 量 方 法S . 北 京 :中国标准出版社 ,1983 .陈国钧 ,等 . 金属软磁材料及其热处理 M . 北京 : 机械工业出版社 ,1986 .23清洁热处理的生产实践闫满刚 (郑州机械研究所 ,河南 郑州450052)摘要 :简要分析了我国现阶段热处理工艺现状 ,指出与清洁热处理发展目标的差距 ,介绍了实施清洁热处理的一些做法 ,对企业有借鉴作用 。关键词 :清洁热处理 ;清洗 ;空气净化中图分类号 :X22文献标识码 :C文章编号 :025426051( 2004) 0320070203Product ion Pract ice of Clean Heat TreatmentYAN Man2gang ( Zhengzho u Research Instit ute of Mechanical Engineering , Zhengzho u He nan 450052 ,China) Abstract :In t his paper ,p resent sit uatio n of current heat t reat ment technology and equip ment in o ur co unt ry has been analyzed ,w hich show s a distance f ro m mo der n heat2t reat ment . So me p ractice of clean heat t reat ment has been given int ro duced. The p ractice co uld be available fo r reference in t he t rade .Key words :clean heat t reat ment ;cleaning ;air p urificatio n清洁热处理的概念来源于清洁生产 ,它是指通过生产过程全方位的控制 ,最大限度地保护自然环境 ,充 分利用自然资源1 。进入新世纪 ,应用和发展清洁热处理技术已经成为普遍共识 。一方面 ,清洁无害化的 技术得到发展 ,如真空 、离子 、可控气氛 、激光等热处理新工艺新技术已经进入应用阶段 ;另一方面 ,对热处理生产过程中的无害化处理是清洁热处理的重要内容 。 笔者对近年来我国热处理行业一些成功的清洁热处理生产实践作一介绍 ,供大家参考 。1热处理工艺现状与清洁热处理要求的差距由于中国机械工业的发展不平衡和机械行业长期效益低下 ,热处理装备投入不足 ,使得许多企业 ,尤其 是效益不太好的国有企业 、乡镇企业长期以来仍然使用传统的高污染 、高消耗的热处理工艺及设备 ,由此造作者简介 :闫满刚 (1965 ) ,男 ,河南灵宝人 ,高级工程师 ,工学硕士 ,主要从事感应淬火工艺设备及热处理清洁环保设备的开 发及应用 , 获 部 、院 科 技 奖 3 项 , 发 表 论 文 6 篇 。联 系 电 话 :037127710830收稿日期 :200320521370金属热处理2004 年第 29 卷第 3 期管理