Магнитный отжиг что это

Методика измерений

Образцы изготавливались в виде пакетов штампованных колец с наружным диаметром в 34 мм, внутренним — 26 мм. Заусеницы более 0.02 мкм не допускались. Всего было изготовлено 40 пакетов образцов по 15 колец толщиной 0.1 мм, и по 30 колец толщиной 0.05 мм.

Перед термической обработкой все детали и контрольные образцы проходили процедуру обезжиривания в ультразвуковой мойке. Термообработка образцов проводилась по режиму, указанному в табл. 1, 2.

Отожженные образцы помещались в каркасы из электроизоляционного материала (полиэтиленовая пленка толщиной 100 мкм), на которые наносилась вторичная обмотка, изготовленная из провода диаметром 0.1-0.2 мм марки ПЭЛ. Вторичная обмотка состояла из 210 витков. Первичная обмотка располагалась поверх вторичной обмотки и состояла из одного витка. Диаметр провода первичной обмотки составлял 2.5 мм.

Измерения амплитудной магнитной проницаемости контрольных образцов производились при частоте 100 Гц. Схема измерения представлена на рис. 1. При использовании в качестве контрольных образцов пермаллоя 81НМА напряженность поля составляла 0.079 А/м.

Рисунок 1. Схема измерения амплитудной магнитной проницаемости и магнитной проницаемости

Схема установки для измерения магнитных характеристик индукционным методом: Г — генератор; УПТ — усилитель постоянного тока; Т — трансформатор; R — резистор с известным сопротивлением; V1, V2 — вольтметры, К — пакет из колец с нанесенным обмотками (w₁ – первичная обмотка, w₂ – вторичная обмотка).

Величина напряжения на первичной обмотке составляла 53 мВ. В ходе экспериментов измерялась величина напряжения, индуцированная во вторичной обмотке (U₂). Амплитудная магнитная проницаемость рассчитывалась по формуле.

где К — коэффициент, величина которого изменяется в зависимости от толщины листов, применяющихся при изготовлении образцов (таблица 3).

Количество колец в образце, n

Результаты экспериментов

Результаты проведенных экспериментов, представлены в таблицах 3, 4. В таблице 3 представлены результаты термообработки образцов, имеющие разные значения начальной магнитной проницаемости до отжига. Термообработка таких образцов производилась в соответствии с температурным режимом, указанным в табл. 1.

Магнитная проницаемость без термообработки

Магнитная проницаемость после отжига

Данные, представленные в таблице, показывают значительное влияние термообработки на значение начальной магнитной проницаемости сплава 81НМА.

Установлено явное влияние отжига на магнитную проницаемость образцов. Увеличение значения магнитной проницаемости составляло от 18.5 раз (образец №2 с максимальным значением начальной магнитной проницаемости), до 76.5 раз (образец №6). В среднем, магнитная проницаемость образцов под влиянием отжига увеличивалась в 30-40 раз.

В таблице 4 представлены результаты термообработки образцов, отобранных по одинаковой величине начальной магнитной проницаемости до отжига.

Каждый образец подвергался температурной обработке в соответствии с режимами, указанными в табл. 2. Номер образца соответствовал номеру режиму.

Магнитная проницаемость без термообработки

Магнитная проницаемость при температуре отжига 870 С 0

В результате проведенных экспериментов установлено, что наивысшее значение магнитной проницаемости можно достичь с использованием температурного режима № 4. Значение магнитной проницаемости при этом составило 36580 и увеличилось в 90 раз. При этом, охлаждение в соответствии с температурным режимом 9 позволило достичь увеличения магнитной проницаемости лишь в 30 раз. Результаты увеличения магнитной проницаемости в зависимости от степени температурной обработки представлены на рис. 2.

Рисунок 2. Сравнение магнитной проницаемости образцов, отожжённых по различным температурным методикам

Заключение

Для повышения разрешающей способности вихретоковых преобразователей необходимо добиться наибольшего значения магнитной проницаемости сердечника ВТП. Это позволяет значительно увеличить индукцию магнитного поля, на генерации которого основан метод вихретокового контроля и, как следствие, повысить глубину проникновения и локальность контроля вихретокового преобразователя. Отжиг пермаллоя 81НМА позволяет добиться высокого значения магнитной проницаемости(до 60 раз выше, по сравнению с используемыми ранее ферритами). Однако при отжиге 81НМА крайне важно подобрать правильный температурный режим нагрева и охлаждения. Изменение скорости нагрева и последующего охлаждения всего на 50 о С/ч, в некоторых случаях(режимы 3 и 4) способно привести к изменению итогового значения магнитной проницаемости почти в два раза. Таким образом, крайне важно контролировать скорость нагрева и охлаждения при отжиге 81НМА для дальнейшего эффективного использования в вихретоковых преобразователях.

Список литературы

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник

Отжиг в магнитном поле

Основной механизм магнитного отжига пленок пермаллоя такой же, как и в массивных образцах: перемещение отдельных атомов на одну или две постоянные решетки, в результате которого образуется направленное упорядочение пар атомов железа или атомов примеси. Крупномасштабные перемещения атомов, необходимые для переориентации границ зерен или крупных дефектов, энергетически невозможны ни в пленках, ни в массивных образцах.

Важное различие между этими двумя случаями состоит, однако, в том, что плотность дефектов в пленках гораздо выше, чем в массивных образцах, особенно в пленках, получаемых в условиях технического вакуума или напыляемых на относительно холодную подложку. Подвижность атомов в возмущенной области вокруг дефекта значительно выше, чем в остальной части вещества. Имеются сообщения об отжиге некоторых пленок даже при комнатной температуре, тогда как для значительного отжига массивных образцов необходима температура выше 400° С.

Работа Уильямса и Шервуда является, по-видимому, первым сообщением об отжиге пленок пермаллоя при относительно низкой температуре. В ней сообщается об изменении оси легкого намагничивания, наблюдавшемся по картине доменной структуры, после прогревания пленки при 300°С в магнитном поле.

Эти пленки получались осаждением из паровой фазы на стеклянную подложку, нагретую до 300° С. Используя для измерения Hk прибор для наблюдения петли гистерезиса, Митчелл исследовал скорость изменения анизотропии со временем в пленках пермаллоя, приготовленных при аналогичных условиях. При поле 30 а, направленном вдоль оси трудного намагничивания, и температуре 75° С значение Hk через 100 час понизилось с величины около 3,3 э до предельного значения

2,5 э. При дальнейшем увеличении температуры до 150° С поле анизотропии падает до более низкого значения —1,6 э. (Автор сообщил об увеличении Hk при температурах выше 175° С при направлении поля Н вдоль оси трудного намагничивания, однако это, вероятно, кажущийся эффект, связанный с более высокой коэрцитивной силой и с попыткой использовать прибор для наблюдения петли гистерезиса для измерения Hk в пленках с раскрытой петлей в направлении оси трудного намагничивания.)

Источник

Вакуумная термообработка магнитных материалов и оборудование

Магнитные материалы широко используются в различных областях промышленности из-за их особых физических свойств. Для достижения проектных характеристик деталей необходима термическая обработка при обработке магнитных материалов на детали. После применения вакуумной технологии в индустрии термообработки был разработан новый тип процесса термообработки – вакуумная термообработка. По сравнению с традиционным процессом вакуумная термообработка имеет очевидные преимущества во многих аспектах. В этой статье технология вакуумной термообработки магнитных материалов будет представлена в соответствии с конкретными деталями нескольких типов оборудования вакуумной термообработки, разработанных нашей компанией в последние годы.

Магнитные материалы в основном используются для изготовления электрических и электронных деталей. Они широко используются в основных отраслях промышленности и в таких высокотехнологичных областях, как оборудование для передачи и преобразования электроэнергии, бытовая техника, двигатели, компьютеры и военная техника. В соответствии с магнитными характеристиками материалов магнитные материалы делятся на магнитомягкие и магнитотвердые материалы (также известные как материалы с постоянными магнитами). Мягкие магнитные материалы проявляют сильный магнетизм после намагничивания в магнитном поле. После выхода из магнитного поля магнетизм в основном исчезает, в основном это касается пермаллоя, электротехнической кремниевой стали и электрического чистого железа. Твердомагнитные материалы имеют постоянный магнетизм после намагничивания и размагничивать непросто, в основном это сплав Nd-Fe-B, сплав Al-Ni-Co и феррит. В процессе изготовления магнитных материалов из сырья в детали, термическая обработка должна выполняться для достижения проектной функции деталей. SIMUWU разработал несколько комплектов оборудования для вакуумной термообработки обработки магнитных сплавов. В процессе ввода в эксплуатацию мы провели несколько исследований и экспериментов с пользователями по процессу термообработки и накопили некоторый опыт в процессе термообработки и проектировании конструкции оборудования. Эта статья в основном знакомит с процессом вакуумной термообработки и оборудованием из магнитных сплавов, и в соответствии с некоторыми типичными заготовками в сочетании с несколькими типичными вакуумными печами, производимыми нашей компанией, в основном внедряется процесс вакуумной термообработки магнитомягких материалов.

Вакуумная термообработка магнитомягких материалов

Сырьем из магнитомягких сплавов являются в основном прутки, полосы и листы. Детали режутся, перфорируются, перфорируются или наматываются при холодной обработке. В процессе обработки исходная зернистая структура материала будет разрушена, что приведет к снижению магнитной проводимости материала. Между тем, технологическое напряжение в процессе приведет к нестабильности размера деталей. Поэтому детали, изготовленные из магнитомягких сплавов, должны быть отожжены после обработки и формования, чтобы материал мог восстанавливать равномерную равноосную зернистую структуру, уменьшать содержание примесей в материале, восстанавливать и улучшать магнитные свойства материала, в то же время устранять стресс обработки и стабилизировать размер деталей.

В соответствии с различными материалами и требованиями к применению отжиг деталей из магнитомягких сплавов может проводиться при высокой температуре (1150-1250 ° С) и средней температуре (800-850 ° С). Среди них пермаллой с высокой проницаемостью обычно отжигают при высокой температуре, а иногда отжигают в магнитном поле для дальнейшего улучшения его проницаемости. Для уложенных или намотанных листов кремнистой стали (обычно называемых сердечниками) трансформаторов, трансформаторов или двигателей, они отжигаются при средней температуре.

До введения вакуумной печи многие производители использовали печи с внешним нагревом и атмосферой, которые были защищены азотом или водородом. Этот метод обработки имеет явные недостатки, особенно когда азот используется в качестве защитной атмосферы. Во-первых, при обработке азотной защитой чистота атмосферы, получаемой при замене азота в печи, недостаточна, и направление потока азота оказывает большое влияние на качество поверхности заготовки. Часто после обработки одних и тех же частей печи возникает явное несоответствие цвета. Это связано с наличием потока азота в зоне печи, некоторые части заготовки слабо окисляются. Во-вторых, однородность температуры печи для наружного нагрева плохая, и производительность обработанных деталей сильно отличается, а квалифицированная скорость низкая. Кроме того, с точки зрения энергопотребления футеровка внешней нагревательной печи толще, мощность, потребляемая на футеровке в процессе нагрева, высока, а тепловой КПД низок; в процессе нагревания газообразный азот высокой чистоты должен непрерывно заполняться, а потребление азота велико; и срок службы резервуара из жаростойкой стали при высокой температуре является низким, что приводит к более высоким эксплуатационным расходам печи наружного нагрева. Если водород используется в качестве защитной атмосферы, в зависимости от сильной способности водорода к декарбонизации и восстановлению, рабочие характеристики и качество поверхности заготовки могут быть улучшены, но проблемы с неравномерной температурой и высокими эксплуатационными расходами все еще неизбежны.

Использование печи для внутреннего вакуумного отжига имеет большое значение для отжига деталей из магнитомягких сплавов. Внутренняя термовакуумная печь имеет очевидные преимущества не только с точки зрения эффекта обработки заготовки, стоимости эксплуатации, но также с точки зрения эффективности производства и производственной среды. Процесс вакуумного отжига и соответствующее оборудование для различных видов деталей будут представлены ниже.

Вакуумный отжиг пермаллоя

Пермаллой является разновидностью материала с высокой магнитной проводимостью. Он часто используется в качестве высокочувствительного элемента управления в бытовой технике, электротехнической и военной промышленности. Основными компонентами пермаллоя являются железо и никель, а также небольшое количество молибдена, вольфрама, меди и других легирующих элементов. Содержание углерода в пермаллое должно строго контролироваться. Если углерод проникнет в материал, его производительность будет значительно снижена. Поэтому, чтобы избежать проникновения углерода, следует избегать, насколько это возможно, наличия активных атомов углерода в вакуумной печи, используемой для отжига пермаллоя. Температура отжига пермаллоя обычно составляет 1150-1250 ° С. При этой температуре графитовая печь будет иметь небольшую атмосферу цементации. Поэтому в основном используется вакуумная печь с листом молибдена, а ее нагревательные элементы и отражающий экран выполнены из металлического молибдена.

Части пермаллоя обычно обрабатываются после шлифовки и полировки, и после обработки больше не обрабатываются, поэтому качество поверхности отожженных деталей должно быть высоким. Поскольку размер частей пермаллоя обычно невелик, форма правильная и легко прожигается, на стадии нагревания процесса особых требований нет. Конечно, для некоторых деталей с большими размерами и особой формой проблемы нагревания, деформации и прожига все же должны учитываться в процессе компиляции. С точки зрения вакуума, вакуум отжига из сплава Pomo должен поддерживаться порядка 10 – 2 Па, чтобы уменьшить примеси в материале и способствовать росту зерна.

В июне 2002 года наша компания предоставила клиентам печь для отжига пермаллоя. Печь оснащена катушками и вводными электродами. Магнитное поле может создаваться постоянным током, который выполняет функцию магнитного отжига. Его основные показатели эффективности:

Эффективная рабочая зона: 300 мм * 300 мм * 600 мм

Максимальная температура: 1300 С

Равномерность температуры печи (измерение температуры в девяти точках): +5 C (600 C)

Мощность нагрева: 3 х 20 кВт

Предельный вакуум: 4,0 х 10 – 3 Па

Скорость повышения давления: 0,4 Па / ч

Ручной / автоматический режим работы

Картина представляет собой процесс отжига для круглой заготовки. Внешний круг заготовки – менее 100, внутреннее отверстие – менее 60, толщина – 16, материал – 1J79, а нагрузка на печь – 40 кг. Перед обработкой заготовку очищают моющим средством и сушат. Оператор берет чистые перчатки для загрузки. После того, как вакуум нагнетается ниже 10 Па роторным лопастным насосом и корневым насосом, клапан высокого вакуума открывается, а высокий вакуум нагнетается диффузионным насосом. Через 8-10 минут вакуум достигает 8 * 10-2 Па, после чего можно запустить регулятор температуры для нагрева.

В процессе отжига основным принципом стадии нагрева также является обеспечение проникновения, то есть обеспечение того, чтобы температура внутри заготовки соответствовала температуре поверхности. Основное назначение вакуумного нагрева ниже 300 ° С – удаление большинства примесных газов путем обжига и вакуумирования. При температуре от 300 до 450 ° С применяется азотсодержащий защитный нагрев для увеличения скорости нагрева и уменьшения разницы температур внутри и снаружи заготовки. Вакуумный нагрев применяется после 450 C для контроля скорости нагрева и установки платформы для сохранения тепла, чтобы обеспечить равномерный нагрев всей заготовки. После сохранения тепла при 810 С он входит в стадию контролируемого охлаждения. В это время способность диффузии атомов внутри материала является сильной, и начинается восстановление зерна. Искажение решетки постепенно устраняется. Под вакуумом примеси, такие как углерод, азот и водород в материале, также постоянно диффундируют на поверхность и затем удаляются. Когда температура падает до 550 ° C, азот высокой чистоты может быть заполнен для ускорения процесса охлаждения. Время открытия охлаждающего вентилятора может быть определено в соответствии с производственными потребностями.

После вакуумного отжига все показатели сердечника из кремнистой стали соответствуют или превышают национальный стандарт, а поверхность листа из кремнистой стали сохраняет первоначальное качество. Производительность одного и того же печного продукта идентична, и нет явных переделок или брака. Кроме того, по сравнению с внешней печью отжига, внутренняя вакуумная печь обладает более высоким тепловым КПД, и сердечник из жаростойкой стали не теряется из-за окисления, что значительно снижает стоимость производства и имеет очевидные экономические преимущества.

Вакуумный отжиг мелких деталей из кремниевой стали

Небольшие трансформаторы или трансформаторы часто используются в бытовой технике, электронном оборудовании, компьютерных аксессуарах и других отраслях. Эти устройства также изготавливаются из сердечников из кремнистой стали, но размер их небольшой, форма правильная, количество серийных серий велико. Такие сердечники обычно формируют путем штамповки и ламинирования листов из кремнистой стали, а также их необходимо отжигать. Процесс отжига такой же, как и у других деталей из кремнистой стали, но у этого типа заготовки есть особенность: штамповочное масло, прилипшее к заготовке во время процесса штамповки, зажато между листом и листом после ламинирования, которое невозможно удалить обычная уборка. Штамповочное масло подается в вакуумную печь, которая загрязнит вакуумную камеру, приведет к выходу из строя изоляторов и серьезно повлияет на вакуумную откачку. В то же время сажа будет прикрепляться к поверхности заготовки после высокотемпературного прокаливания штамповочного масла. Кроме того, количество сажи не может быть удалено, что серьезно влияет на показатель производительности и качество поверхности заготовки.

В 2006 году наша компания предоставила вакуумную печь для отжига специально для обработки небольших стержней из кремнистой стали.

В конструкции печи учитывается специфика заготовки, и процесс очистки добавляется в процессе обработки. В систему специально установлен комплект противозадирных устройств, которые могут быть удалены до воздействия штамповочного масла на оборудование и заготовку, что обеспечивает надежность работы оборудования

Процесс обезжиривания проводится при температуре ниже, чем температура разложения штамповочного масла. Давление в печи понижается ниже давления насыщенного пара вакуумной откачкой, и в то же время температура в печи повышается. При совместном действии двух факторов давление в печи снижается ниже давления насыщенного пара.

Скорость испарения масла ускоряется, и масло сливается в виде пара. Когда масляный пар выходит наружу из печи, он не может попасть в вакуумную систему, в противном случае он будет смешиваться с маслом вакуумного насоса, что резко снизит производительность насоса. Поэтому, прежде чем пары масла попадут в вакуумный насос, они должны конденсироваться через конденсационное устройство, а затем выходить за пределы системы.

Посредством вышеуказанной обработки поверхность деталей после отжига становится яркой и находится в том же состоянии, что и до входа в печь. Изоляторы в печи остаются оригинального цвета. Большое количество масла может быть выпущено из deoiler, что показывает, что эффект загрязнения оборудования очень хороший. С момента поставки и использования оборудования в октябре 2006 года оно работало стабильно и обрабатывало детали с хорошими показателями, что было положительно воспринято пользователями.

Вакуумная термообработка магнитотвердых материалов

Большинство деталей из магнитотвердых сплавов получают методом порошковой металлургии, а затем обрабатывают твердым раствором или отжигом. Таким образом, термическая обработка магнитотвердых материалов – это в основном вакуумное спекание, вакуумная обработка твердого раствора и вакуумный отжиг. Поскольку содержание углерода в материалах из сплавов Nd-Fe-B и Al-Ni-Co необходимо строго контролировать, листы молибдена следует использовать при производстве деталей из магнитотвердых сплавов, таких как спекание, обработка твердым раствором, нагревательные элементы вакуума печь и отражающий экран.

Детали из твердого магнитного сплава штампуются или прессуются в матрице после равномерного смешивания порошка и клея. В процессе спекания из-за наличия адгезивов будет пик пика в заготовке между 300 и 600 ° С и второй пик пика в заготовке между 900 и 1000 ° С. Таким образом, вакуумная печь используется спекание магнитотвердых сплавов должно быть оснащено диффузионным насосом с большей скоростью откачки, чтобы избежать окисления.

После спекания и формования деталей из магнитотвердых сплавов некоторые из них нуждаются в обработке твердым раствором, чтобы сделать материал однородным по составу и стабильным по структуре, чтобы улучшить его постоянный магнетизм. Поскольку обработка твердым раствором имеет определенные требования к скорости охлаждения (> 100 ° С / м дюйм), для обработки твердым раствором можно использовать печь для закалки газа под давлением из листового молибдена.

Нормальная закалка и низкотемпературная структура закалки стали GC R15 должны быть тонко отпущенным мартенситом (включая темно-темный криптокристаллический мартенсит и более белый кристаллический мартенсит), мелкозернистым карбидом с равномерным распределением и небольшим количеством остаточного аустенита. Теперь металлографические испытания показывают, что существуют сетчатые карбиды. В результате проверки материалов было установлено, что карбиды в сырье представляют собой в основном сетчатые карбиды, а сетчатые карбиды относятся к 4 классу, которые принадлежат неквалифицированной организации. Существуют две возможности появления сетчатых карбидов: одна из них заключается в том, что температура закалочного нагрева слишком высока, а скорость охлаждения слишком низкая, что приводит к сетчатому выделению карбидов; другой заключается в том, что сфероидизирующий отжиг недостаточен. GC R15 – гиперэвтектоидная сталь с сетчатыми карбидами в оригинальной структуре. Если сфероидизация недостаточна, она останется в структуре после закалки и отпуска, что заставит сталь иметь слой хрупкой оболочки на границе зерна и резко. Уменьшите прочность и ударную вязкость стали и увеличьте хрупкость материала. Анализируя металлографическую структуру, он не должен быть первым. Поскольку, если температура закалочного нагрева слишком высока, получаемый мартенсит должен быть игольчатым мартенситом; если скорость охлаждения слишком низкая, это должен быть не криптокристаллический мартенсит, а бейнит; и если температура закалочного нагрева слишком низкая, то следует использовать закаленный торрентит. По данным металлографического исследования, структура после закалки и отпуска является тонким криптокристаллическим мартенситом. В результате этого анализа сетевые карбиды могут быть вызваны недостаточной сфероидизацией, или сетевые карбиды в сырье слишком серьезны, чтобы их можно было полностью устранить одним лишь сфероидизирующим отжигом.

На основании приведенного выше анализа, чтобы проверить правильность результатов анализа, на основе строгого контроля точечных включений в сырье, мы модифицировали процедуру обработки циклоидального колеса, то есть нормализацию при высокой температуре перед сфероидизирующим отжигом до подготовиться к сфероидизирующему отжигу, чтобы устранить сетевые карбиды, оставшийся состав и процесс не сильно изменились. В результате перелома не было.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1)Из анализа результатов физико-химических испытаний и результатов производственной проверки хрупкое разрушение циклоидальных колес в основном вызвано недостаточным сфероидизирующим отжигом и неметаллическими включениями в сырье, превышающими норму.

2) Нормализация материала при высокой температуре перед сфероидальным отжигом для обеспечения нормальной структуры перед закалкой, что может эффективно предотвратить хрупкое разрушение циклоидального колеса из стали GC R15.
Предложения: Усилить проверку сырья, чтобы убедиться, что его состав, организация и различные дефекты находятся в допустимых пределах стандартов, а также контролировать процесс отжига сфероидизатором.

Технология вакуумной термообработки магнитных материалов имеет очевидные преимущества в улучшении качества деталей, снижении затрат на производство и улучшении условий производства, поэтому эта технология заслуживает продвижения и долгосрочных исследований. Мы искренне надеемся, что огромное количество пользователей поймет и использует это. Мы также надеемся, что все больше работников и исследователей в области термообработки посвятят себя исследованию этой технологии, чтобы сделать ее более совершенной и лучше обслуживать огромное количество пользователей.

Источник