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13種熱處理工藝比較

本試驗對3種工藝處理后Fe-Co合金的磁性能進行了比較，具體見表1。3種熱處理工藝的具體制度分

別為:真空熱處理真空度優于10－2Pa，隨爐升溫，到溫后保溫2h，氬氣淬火，冷卻速度300℃/h。氫氣保護熱處理加熱爐到溫后將加熱容器馬弗罐入爐，零件到溫后保溫2h，罐體出爐空冷至200℃，全程高純氫保護，氫氣露點低于－40℃。氫氣保護磁場熱處理加熱爐到溫后將加熱容器馬弗罐入爐，零件到溫后保溫1．5h后施加環形磁場，保持0．5h后磁場停止，罐體出爐空冷至200℃，全程高純氫保護，氫氣露點低于－40℃。從表1可以看出，和真空氣淬工藝相比，氫氣保護處理可以明顯提升材料的磁性能，施加磁場后效果更加顯著。但隨熱處理溫度的升高，磁場作用下降，840℃時磁場基本不起作用。圖1比較了740℃溫度下，Fe-Co合金經氫氣保護熱處理及氫氣保護磁場熱處理后的磁化曲線和磁化率曲線。可見，材料在磁化過程中，外磁場達到200A/m時，氫氣保護磁場處理及氫氣保護處理合金的磁感應強度分別為1．6T和1．4T;外磁場達到400A/m時，二者的磁感應強度分別為1．9T和1．7T，這表明磁場熱處理使得合金在低磁場下就具有較高的磁感應強度。氫氣保護處理主要是通過氫氣在高溫下和材料的C、S等雜質元素發生化學反應，生成氣相化合物并排出爐外，從而達到凈化合金的目的，隨著溫度的提高，原子擴散速度加快，凈化作用得到提升;磁場處理主要通過干涉熱處理過程中材料組織的變化，如形核、晶化、晶粒長大過程，使之在磁場方向上形成一定的織構。這種織構的形成機理，目前認為是在組織變化過程中原子擴散受磁場影響，在磁化方向上形成了能量最低狀態，并在隨后的冷卻過程中保持下來，隨著溫度升高，原子擴散容易，磁性織構容易形成，對于磁性能的提升有益，但溫度繼續升高并接近居里溫度，原子磁矩排列趨于紊亂，磁場作用反而下降。從以上結果可以看出，高強Fe-Co軟磁合金熱處理的試驗結果符合這些原理，從應用需求角度出發，熱處理溫度的提高會降低材料強度［8］，為了確保材料強度達到1000MPa，一般熱處理溫度不宜超過760℃，所以磁場處理成為優化材料磁性能的首選工藝。

2磁場熱處理

由于磁場熱處理對高強Fe-Co合金性能影響顯著，因此，對不同保溫溫度、充磁時間和磁場強度等參數進行了研究，結果見圖2。從圖2可以看出，熱處理溫度對磁性能的影響明顯，隨溫度升高磁性能上升，這和常規熱處理結果是相同的;保溫時間對磁性能的影響相對較弱，隨保溫時間的延長磁性能上升，到2．0h后則基本不變，這和常規熱處理結果基本一致;充磁磁場強度對磁性能的影響不強烈，隨磁場增加，磁性能增加，150A之后變化不大，150A時產生的有效磁場為1330A/m。

3降溫速率

由于Fe-Co軟磁合金在730℃附近存在無序-有序化轉變，導致性能惡化，所以1J21、1J22等Fe-Co合金熱處理工藝中，必須控制降溫速率，通常是在730℃以上緩冷，730℃后快冷。如前所述，高強Fe-Co軟磁合金的熱處理溫度區間一般低于760℃，處于敏感區間，降溫制度對材料性能的影響至為關鍵。為此，利用真空氣淬設備對降溫速率可控技術，研究了不同降溫速率對高強Fe-Co合金性能的影響，結果如表2所示。從表2可見，降溫速率對材料的性能具有一定的影響，但總體變化不大。從數據對比來看，降溫速率為150℃/h和600℃/h時，力學性能略低，但磁性能和其他樣品差別不明顯。前者可以認為是無序-有序轉變的結果，后者則應該和過快冷卻造成的內應力有關。為了評估Fe-Co合金添加元素對合金升、降溫過程的影響，采用DSC測量了750～1050℃的差熱曲線，如圖3所示。3種Fe-Co軟磁合金中，1J21含V元素1．2wt%左右，1J22含V元素2．0wt%左右，而高強Fe-Co合金除含V元素2．0wt%外，還添加了Nb、Cr等其他元素。從圖3可以看出，隨著添加元素含量的增加，居里點(以極值點數值定義)呈下降趨勢，但升溫和降溫過程表現不同，升溫過程居里點相差不多，為964～972℃，降溫過程居里點相差較大，為867～926℃，而且放熱/吸熱峰寬也隨著增大。這說明添加元素的增加，合金的居里轉變滯后程度增加;降溫過程的影響更加顯著，表明添加元素起到的作用主要是對磁疇的釘扎。無序-有序化過程同樣受添加元素的影響，從居里點的變化來推斷，高強Fe-Co合金的無序-有序轉變會受到更大抑制，這也是降溫速率對性能影響不大的主要原因。從以上試驗結果來看，300～600℃/h的降溫速率都適用于高強Fe-Co合金熱處理的冷卻。

4結論

通過以上試驗分析可知，高強Fe-Co合金作為一種元素增強型軟磁材料，和真空、氫氣保護熱處理工藝相比，采用磁場熱處理技術可以獲得較高的磁性能，并且對1000A/m以內的磁化率提升十分明顯。熱處理時施加的有效磁場強度達到1330A/m以上即可達到比較好的效果;在降溫過程中，由于添加元素對組織結構轉變的滯后作用，可以選用300～600℃/h的降溫速率，冷速的變化對材料磁性能影響不大。

作者：韓勁倪志銘燕紹九單位：中航工業北京航空材料研究院