陳敬區(qū)，劉志堅(jiān)，陳遠(yuǎn)星

1. 廣東省鋼鐵研究所，廣東 廣州 510640；2. 廣東省冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，廣東 廣州 510640

FeCo軟磁合金是一種重要的金屬軟磁材料，具有良好的磁性能(其居里溫度高達(dá)980 ℃，常溫下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高達(dá)2.4 T)，以及高的磁導(dǎo)率和低的矯頑力[1].FeCo軟磁鐵合金主要應(yīng)用于變壓器和電動(dòng)機(jī)中，以及用于制作電話機(jī)膜片、高速打印機(jī)嵌鐵及接收機(jī)線圈等.但是經(jīng)熱處理后的FeCo軟磁合金的機(jī)械性能差，使用一段時(shí)間后產(chǎn)生變形影響使用效果，而添加Nb等微量元素的鐵鈷軟磁合金經(jīng)熱處理后，機(jī)械性能好、抗壓強(qiáng)度高.為尋求FeCo軟磁合金較佳的力學(xué)性能及磁性能，本文對(duì)退火工藝對(duì)冷軋F(tuán)eCo軟磁合金及添加Nb微量元素的FeCo軟磁合金的微觀組織及力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試 樣

選取廣東省鋼鐵研究所開(kāi)發(fā)的1J22合金(G號(hào)試樣)和高強(qiáng)度FeCo合金(含Nb，X號(hào)試樣)為研究對(duì)象，合金試樣采用化學(xué)浸蝕法進(jìn)行處理.為了進(jìn)行比較，不同成分的帶材同時(shí)取樣.表1為1J22合金的組成成分，高強(qiáng)度FeCo合金由于正申請(qǐng)專(zhuān)利此處不便提供其組成成分.

表1 1J22合金的組成成分

1.2 方 法

首先在1550 ℃的真空中頻感應(yīng)爐中熔煉合金并獲得合金鑄錠，再將鑄錠鍛造成方板坯，然后經(jīng)熱軋、固溶、冷軋，最后制備出冷軋帶材.冷軋帶材經(jīng)沖壓及機(jī)加工，制成拉伸測(cè)試試樣.試樣的熱處理采用了真空和氫氣氣氛環(huán)境下兩種熱處理方式，試驗(yàn)溫度為650 ℃至880 ℃.

試樣的拉伸試驗(yàn)在常規(guī)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行[2]，試樣的磁性能用B-H測(cè)試儀檢測(cè)，試樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和矯頑力Hc按GB/T13012-2008標(biāo)準(zhǔn)中的方法進(jìn)行測(cè)試.

2 結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能

表2為在不同熱處理?xiàng)l件下1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金冷軋帶材的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果.

表2不同熱處理狀態(tài)下試樣的力學(xué)性能不同熱處理狀態(tài)下試樣的力學(xué)性能

Table2Themechanicalpropertiesofdifferentheattreatmentconditionsofspecimen

由表2可知：隨著熱處理溫度的升高，試樣的力學(xué)強(qiáng)度均降低；試樣經(jīng)較低溫度熱處理后力學(xué)強(qiáng)度就已有明顯地變化，當(dāng)達(dá)到一定的溫度后力學(xué)強(qiáng)度變化緩慢，其中G號(hào)試樣的力學(xué)強(qiáng)度在760 ℃時(shí)降低變緩慢，這時(shí)屈服強(qiáng)度約為300 MPa，而X號(hào)試樣的力學(xué)強(qiáng)度在850 ℃時(shí)降低變緩慢，這時(shí)屈服強(qiáng)度也約300 MPa.由表2還可知，隨著熱處理溫度的變化，試樣的韌性變化不太相同.在處理溫度為650 ℃時(shí)G號(hào)試樣的伸長(zhǎng)率為8.5%，隨著溫度的升高其伸長(zhǎng)率逐漸降低，當(dāng)溫度為850 ℃時(shí)降至3%；在低溫段X號(hào)試樣的伸長(zhǎng)率隨著溫度的升高逐漸增加，在760 ℃左右時(shí)達(dá)到最高為6.5%，然后逐漸降低到3%.結(jié)果表明，F(xiàn)eCo合金的力學(xué)強(qiáng)度隨熱處理溫度的升高而降低，然后趨于平緩；韌性在某一溫度達(dá)到最高，然后下降.

雖然G號(hào)和X號(hào)帶材在650 ℃時(shí)力學(xué)性能較高，但其磁性能較差.檢測(cè)650 ℃下試樣的磁性能，G號(hào)試樣在電流線密度為4000 A/m時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.15 T，矯頑力Hc大于200 A/m，X號(hào)試樣在4000 A/m時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.07 T，矯頑力Hc大于200 A/m.檢測(cè)760 ℃下試樣的磁性能，760 ℃下材料的磁性能均較高，而矯頑力均較低，其中G號(hào)試樣在4000 A/m時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.30 T，矯頑力Hc為63.6 A/m，而X號(hào)試樣在4000 A/m時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.26 T，矯頑力Hc為98 A/m.結(jié)果表明，F(xiàn)eCo合金的磁性能隨熱處理溫度的升高而提高，添加Nb元素對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B影響較小.

從以上分析可知：熱處理溫度的升高會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)強(qiáng)度降低，但合金中添加Nb元素后，試樣力學(xué)強(qiáng)度降低的程度變緩；韌性的變化和材料種類(lèi)有關(guān)，在760 ℃熱處理溫度下X號(hào)試樣的伸長(zhǎng)率由3%提高到6.5%以上，但G號(hào)試樣的則不明顯，說(shuō)明通過(guò)添加微量的Nb元素，對(duì)試樣力學(xué)性能的提高是有幫助的；而材料磁性能隨熱處理溫度的升高而提高，添加Nb元素對(duì)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的影響較小.

2.2 熱處理組織

用三氯化鐵溶液浸蝕處理試樣，用光學(xué)顯微鏡觀察經(jīng)處理后的1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金試樣在不同熱處理?xiàng)l件下的微觀組織.

圖1為在熱處理溫度為650℃、氫氣氣氛保護(hù)條件下，1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金試樣的組織形貌照片.從圖1可見(jiàn)，試樣組織晶界不明顯，表明650 ℃時(shí)1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金未發(fā)生完全再結(jié)晶.

圖1 650℃下1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金的微觀組織(a)1J22合金；(b)高強(qiáng)度FeCo合金Fig.1 The microstructure of 1J22 alloy and high strength FeCo alloy at 650 ℃(a)1J22 alloy；(b)high strength FeCo alloy

在低溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下試樣的組織屬于細(xì)微組織，圖2為經(jīng)760 ℃熱處理后1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金的微觀組織照片.從圖2可見(jiàn)：760 ℃時(shí)試樣組織比較均勻，1J22合金已經(jīng)完全再結(jié)晶，高強(qiáng)度FeCo合金也已基本完成再結(jié)晶；對(duì)比晶粒粒度的大小，含Nb元素的高強(qiáng)度FeCo合金的粒徑較小，約為20 μm，1J22合金的晶粒相對(duì)較粗大.

圖3為850 ℃下1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金試樣經(jīng)熱處理后的組織照片.從圖3可見(jiàn)：當(dāng)熱處理溫度升高到850 ℃時(shí)，1J22合金的晶粒已經(jīng)明顯粗化；高強(qiáng)度FeCo合金的晶粒還比較均勻，晶粒有略微長(zhǎng)大，合金已經(jīng)完全再結(jié)晶.

圖3 850 ℃下1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金的微觀組織Fig.3 The microstructure of 1J22 alloy and high strength FeCo alloy at 850 ℃(a) 1J22合金；(b) 高強(qiáng)度FeCo合金

圖4為1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金試樣經(jīng)880 ℃熱處理后的組織照片.從圖4可以看出，880 ℃時(shí)，1J22合金晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大且不均勻，含Nb的高強(qiáng)度FeCo合金的晶粒也明顯粗化.

圖4 880 ℃下1J22合金和高強(qiáng)度FeCo合金(含Nb)的微觀組織(a) 1J22合金；(b) 高強(qiáng)度FeCo合金Fig.4 The microstructure of 1J22 alloy and high strength FeCo alloy at 880 ℃

綜上所述，在熱處理過(guò)程中FeCo合金帶材的組織按以下規(guī)律進(jìn)行變化：冷軋組織—再結(jié)晶—完全再結(jié)晶的均勻細(xì)晶?！Я＞鶆蜷L(zhǎng)大—晶粒非均勻長(zhǎng)大—粗大晶粒組織[3].

3 結(jié) 論

隨著退火溫度的上升，合金力學(xué)性能下降，晶粒粒徑增大.在850 ℃時(shí)，1J22合金晶粒已經(jīng)明顯粗化，高強(qiáng)度FeCo合金的晶粒有略微長(zhǎng)大，晶粒較均勻.在880 ℃時(shí)，兩種合金晶粒均明顯粗化，且不均勻.

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉文昌.鐵鈷軟磁合金加工性能的研究[J].鋼鐵研究，2008(6)：36.

[2] 韓勁，楊根林，倪志銘，等.高強(qiáng)度Fe-Co軟磁合金研制[J].金屬功能材料，2010(1)：17.

[3] 韓勁，楊根林，倪志銘，等.高強(qiáng)度型FeCo軟磁合金微觀組織研究[J].材料工程，2010(8)：78.