李東俠

(廈門宏發(fā)電聲有限公司，福建廈門，361021)

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導(dǎo)磁材料晶粒度與磁性關(guān)系的認(rèn)識(shí)

李東俠

(廈門宏發(fā)電聲有限公司，福建廈門，361021)

摘要：本文從晶粒的概念開始，分別研究其在加工過程中的變化以及熱處理對(duì)晶粒大小的影響，并分析出磁性大小與晶粒的關(guān)系。筆者認(rèn)為，如果晶粒度與材料的磁性之間有一個(gè)顯性的關(guān)系，將更能直觀反映材料及零件的導(dǎo)磁性的優(yōu)劣，從而在選材及熱處理質(zhì)量的評(píng)定方面將更直接。

關(guān)鍵詞：晶粒度； 熱處理；磁性吸力；影響因素

1晶粒度的概念

晶粒度表示晶粒大小的尺度，一般用晶粒的平均面積或平均直徑來表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級(jí)來表示晶粒大小。

標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分8級(jí)，1-4級(jí)為粗晶粒，5-8級(jí)為細(xì)晶粒。以繼電器導(dǎo)磁零件鐵芯為例，一般尺寸較小鐵芯晶粒度更大，在5-7級(jí)，尺寸較大的鐵芯，其晶粒度較小，在1-4級(jí)，具體可見下面調(diào)查表1：

表1不同尺寸鐵芯來料的晶粒度

2加工過程對(duì)晶粒度的影響

當(dāng)金屬受力超過彈性極限后，在金屬中將產(chǎn)生塑性變形，經(jīng)過較大的變形后即發(fā)現(xiàn)晶粒被拉長(zhǎng)，變形程度愈大，晶粒被拉得愈長(zhǎng)；當(dāng)變形程度很大時(shí)，呈纖維狀組織，見圖1所示。

圖1　金屬變形后的晶粒的纖維狀組織

由于變形的結(jié)果，造成臨界切應(yīng)力提高，使繼續(xù)變形發(fā)生困難，即產(chǎn)生了所謂加工硬化現(xiàn)象。隨變形程度的增加，金屬的硬度、強(qiáng)度、矯頑力、電阻增加，而塑性和韌性下降。

2.1　鐵芯材料拉制過程中晶粒度的變化情況

抽查A產(chǎn)品鐵芯與B產(chǎn)品鐵芯,對(duì)其原材料、拉伸后材料及鐵芯毛坯晶粒度進(jìn)行檢查，結(jié)果見表2：

表2　零件加工過程鐵芯晶粒度檢查情況

從結(jié)果可看出，兩種鐵芯的原材料的晶粒度在4級(jí)水平。拉伸后，沒熱處理的棒材及鐵芯毛坯件晶粒度均為8級(jí)，拉伸可導(dǎo)致晶粒的變小。

3熱處理對(duì)磁性材料性能指標(biāo)及晶粒大小的影響

加工硬化后的金屬，由于晶粒破碎，晶格歪扭、位錯(cuò)密度、空位和間隙原子等缺陷的增加，使其內(nèi)能增加，金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有力求恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，加熱則為之創(chuàng)造了條件，促進(jìn)這一過程的進(jìn)行。

變形后的金屬在較低溫度加熱時(shí)，金屬內(nèi)部的應(yīng)力部分消除，歪曲的晶格恢復(fù)正常但顯微組織沒有變化，原來拉長(zhǎng)的晶粒仍然是伸長(zhǎng)的。這時(shí)，金屬可部分地恢復(fù)機(jī)械性能，而物理性能，如導(dǎo)電性，幾乎全部恢復(fù)。

變形后，金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上時(shí)，發(fā)生再結(jié)晶過程，顯微組織發(fā)生顯著變化。生成新的無內(nèi)應(yīng)力的等軸晶粒，機(jī)械性能完全恢復(fù)。此后，溫度再升高，晶粒愈大。再結(jié)晶后晶粒的大小，不僅與再結(jié)晶退火的溫度有關(guān)，而且與再結(jié)晶退火前的變形度有關(guān)。

在進(jìn)行冷塑性變形時(shí)，要得到大的晶粒，應(yīng)盡量在臨界變形度下變形，而要獲得較細(xì)小的晶粒，應(yīng)盡量避免在臨界變形度下變形，而采用較大的變形度，以獲得較細(xì)小的晶粒。臨界變形度，因金屬的本性及純度而異，鐵為7~15%，鋁為2~4%。

3.1　鐵芯材料拉伸再熱處理晶粒度的變化

抽取A產(chǎn)品鐵芯及B產(chǎn)品鐵芯零件熱處理前后進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3、表4：

表3　外協(xié)廠零件加工過程鐵芯晶粒度檢查情況

表4　熱處理后晶粒度檢查情況

從上述對(duì)比圖中可看出，原材料晶粒度，熱處理后，從來料的4級(jí)水平，可變?yōu)?級(jí)水平，A產(chǎn)品與B產(chǎn)品拉伸后零件處理后的晶粒度差別較大，A產(chǎn)品晶粒度由8級(jí)可處理到1～2級(jí)，B產(chǎn)品由8級(jí)只可處理到7級(jí)。這主要與拉伸后晶粒破碎，晶格歪扭程度有關(guān),B產(chǎn)品鐵芯拉伸的程度大于A產(chǎn)品鐵芯零件。因而，晶粒的破碎程度更大,晶粒要增大需要的溫度及保溫時(shí)間應(yīng)更大,不同拉伸變形，應(yīng)有一個(gè)最佳的熱處理?xiàng)l件，這將是我們熱處理工藝要研究的一個(gè)課題。

4晶粒度變化對(duì)導(dǎo)磁性影響的理論分析

矯頑力是為了使已磁化的鐵磁質(zhì)失去磁性而必須加的與原磁化方向相反的外磁場(chǎng)強(qiáng)度。在制造永磁體時(shí)，需要選擇矯頑力大的材料。制造鐵芯、軛鐵等則需要電磁純鐵這樣矯頑力小的材料，以使電流切斷后盡快失去磁性。但是，由于材料結(jié)構(gòu)的不均勻性，在晶粒邊界、空隙、夾雜物處或局部應(yīng)力區(qū)都可能存在一些極微小的磁疇即反磁化核，這些會(huì)給矯頑力極大的影響。當(dāng)晶粒增大時(shí)，減少了晶界的數(shù)量，內(nèi)部的應(yīng)力也得到充分的釋放，矯頑力也隨之降低。當(dāng)晶粒愈小時(shí)，則產(chǎn)生的晶界就愈多，變形阻力越大，強(qiáng)度越大，磁導(dǎo)率愈小， 矯頑力愈大，晶界是妨礙磁化的一個(gè)重要因素。

電磁純鐵具有很強(qiáng)的組織敏感性，對(duì)材料中的晶體結(jié)構(gòu)及缺陷、雜質(zhì)等非常敏感，這取決于材料的成分、加工方法、熱處理制度等，只有在各方面規(guī)范操作、嚴(yán)格控制，才能使其電磁性能達(dá)到最好。同時(shí)，退火后在運(yùn)輸裝配過程中也要防止摔打碰撞而使零件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，影響其電磁性能。

因而，對(duì)于電磁純鐵熱處理重要目的是晶粒增大，消除內(nèi)應(yīng)力，從而降低材料的矯頑力，提高導(dǎo)磁性。但是，晶粒越大，材料機(jī)械性能會(huì)降低，會(huì)變軟及易腐蝕，這也是熱處理時(shí)，要考慮問題之一。

室溫下，純鐵的晶粒尺寸對(duì)最大導(dǎo)磁率μmax的影響見表5：

表5　純鐵的晶粒尺寸對(duì)最大導(dǎo)磁率的影響

5結(jié)束語

從目前論述及試驗(yàn)，我們可看出:

a)導(dǎo)磁零件晶粒的大小與其導(dǎo)磁性有必然的聯(lián)系，晶粒越大，其導(dǎo)磁性越好，矯頑力越小，具體兩者是如何的函數(shù)關(guān)系將是我們進(jìn)一步研究的問題。

b)熱處理結(jié)果會(huì)使晶粒度變化，如何對(duì)不同的零件采取不同的熱處理?xiàng)l件，促使晶粒向有利于導(dǎo)磁性方向變化，這將成為熱處理工藝研究的一個(gè)方向。

c)不同的變形量，其在熱處理后晶粒度的變化效果會(huì)存在差異。這向我們提出對(duì)材料變形量的一個(gè)控制要求，從而使導(dǎo)磁零件在熱處理后會(huì)有一個(gè)最佳狀態(tài)。

d)基于晶粒度與導(dǎo)磁性必然的聯(lián)系，將其作為導(dǎo)磁性強(qiáng)度的一個(gè)直觀的衡量指標(biāo)，將更有助于我們對(duì)原材料及過程零件導(dǎo)磁性的監(jiān)控。

中圖分類號(hào)：TN784

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6133(2015)02-0029-03

Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2015.02.007

收稿日期：2015-01-16