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1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介
1J22合金牌号
高饱和磁感应强度软磁合金中国国家标准中规定的牌号为1J22(Co50V2),其他国家的类似牌号是AFK502(法国),49КФ(俄罗斯),Permendur 49(英国),UNS R30005(美国),Supermendur(美国),HiperCo50(美国)。
1J22合金的化学成分
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合金牌号 |
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Cu |
Ni |
Co |
V |
Fe |
|
不大于 |
||||||||||
|
1J22 |
0.04 |
0.30 |
0.30 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.50 |
49.0-51.0 |
0.8-1.8 |
余量 |
备注:根据GB/T 15002-1994
1J22合金的物理性能
|
合金牌号 |
电阻率 μΩ·m |
密度 g/cm3 |
居里点 ℃ |
饱和磁感应强度,T |
饱和磁致伸缩系数,10-6 |
弹性模量,GPa |
抗拉强度,Mpa |
硬度 |
||
|
冷硬态 |
软态 |
冷态HRC |
软态HRB |
|||||||
|
1J22 |
0.4 |
8.2 |
980 |
2.45 |
60-100 |
216 |
1325 |
490 |
35 |
90 |
1J22经热处理后的磁性能
|
合金牌号 |
成品类型 |
在不同磁场强度(A/m)时的磁感应强度(T) |
矫顽力Hc(A/m) |
|||||
|
B400 |
B800 |
B1600 |
B2400 |
B4000 |
B8000 |
|||
|
不小于 |
不大于 |
|||||||
|
1J22 |
冷轧带材 |
1.6 |
1.8 |
2.0 |
2.1 |
2.15 |
2.2 |
128 |
|
丝材、锻(轧)材 |
—— |
—— |
—— |
2.05 |
2.15 |
2.2 |
144 |
|
备注:根据GB/T 15002-1994
1J22在不同厚度时的铁损(W/kg)
|
厚度/mm |
F/Hz |
磁通密度P |
||||
|
P1.5 |
P1.7 |
P1.9 |
P2.0 |
P2.1 |
||
|
0.1 |
50 |
3.54-4.74 |
4.40-5.93 |
5.49-7.52 |
6.32-9.05 |
8.29-11.8 |
|
400 |
30.15-39 |
31.5-48.6 |
42.5-58.4 |
48.7-63.2 |
55.5-69.4 |
|
|
800 |
62.7-82.4 |
78.3-102.1 |
94.5-122.5 |
103-131.5 |
114.1-153.1 |
|
|
1000 |
74.6-105.9 |
91.7-132 |
110.9-158.3 |
122-173.1 |
138.8-197.8 |
|
|
0.2 |
50 |
3.68-4.03 |
4.59-4.99 |
5.77-6.62 |
6.7-7.87 |
8.33-9.84 |
|
400 |
35.2-36.3 |
43.7-45.2 |
50.4-56.5 |
58.4-64.2 |
64.0-77.6 |
|
|
800 |
84.7-87.7 |
106.5-110.8 |
130.6-138.2 |
144-156.1 |
157.0-179 |
|
|
1000 |
115.2-121.4 |
146-153.1 |
182-192.3 |
198-210.8 |
222-241 |
|
|
0.3 |
50 |
3.79-4.19 |
4.66-5.30 |
5.48-6.95 |
6.29-9.27 |
7.00-9.75 |
|
400 |
45.1-51.3 |
56.9-65.1 |
70.2-79.6 |
77.5-88.4 |
85.7-99.8 |
|
|
800 |
125.1-145 |
161.1-188 |
204-233 |
227-258 |
241-290.5 |
|
|
1000 |
177.5-206 |
234-266 |
297-334 |
332-374 |
369.5-434 |
|
1J22合金的尺寸及允许偏
1J22尺寸及允许偏差
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产品种类 |
（δ或D）/mm |
B/mm |
L/mm≥ |
产品种类 |
（δ或D）/mm |
B/mm |
L/mm≥ |
||
|
尺寸 |
允许偏差 |
尺寸 |
允许偏差 |
||||||
|
冷轧带材 |
0.05-0.09 |
0-0.015 |
60-120 |
5000 |
冷拉丝材 |
＞0.49-0. 90 |
±0.03 |
— |
— |
|
＞0.09-0.19 |
0-0.02 |
500 |
＞0.90-3.00 |
±0.04 |
|||||
|
＞0.19-0.25 |
0-0.03 |
200 |
＞3.00-6.00 |
±0.06 |
|||||
|
＞0.25-0.40 |
0-0.04 |
200 |
热轧（锻）扁材和棒材 |
6.0-8.0 |
±0.5 |
— |
1000 |
||
|
＞0.40-0.70 |
0-0.05 |
200 |
＞8.0-12.0 |
±1.0 |
1000 |
||||
|
＞0.70-1.00 |
0-0.06 |
200 |
＞12.0-35.0 |
±1.5 |
250 |
||||
|
冷拉丝材 |
0.10-0.19 |
±0.01 |
— |
— |
＞35.0-50.0 |
±2.0 |
250 |
||
|
＞0.19-0.49 |
±0.02 |
＞50.0-80.0 |
±4.0 |
250 |
|||||
|
＞80.0-100.0 |
±5.0 |
150 |
|||||||
备注:根据GB/T 15002-1994
1J22合金的技术标准
GB/T 15001-1994 《软磁合金尺寸、外形、表面质量、实验方法和检验规则》
GB/T 15002-1994 《高饱和磁感应强度软磁合金技术条件》
A801/A801M-99 《UNS R30005和 K92650锻造铁钴高饱和磁感应强度软磁合金规范》
1J22合金的应用
1J22是高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金,是现有的软磁合金中饱和磁感应强度最高的(Bs=2.45T),饱和磁致伸缩系数最大(60～100×10-6),居里点也很高(980℃),是居里点最高的软磁合金。由于饱和磁感应强度高,在制作同等功率的电机时,可大大缩小体积,在作电磁铁时,在同样截面积下能产生大的吸合力。由于居里点高,可使该合金能在其他软磁材料已经完全退磁的较高温度下工作,并保持良好的磁稳定性。由于有大的磁致伸缩系数,极适于作磁致伸缩换能器,输出能量高,工作效率也高。该合金电阻率低(0.4μΩ·m),不宜在高频下使用。通过加入1.4～1.8的V元素,大大的改善了该合金的冷加工塑性,但V的加入降低了磁性。
由于1J22合金具有上述特点,因此,他被用于要求高Bs(磁感应强度)、高λs(饱和磁致伸缩系数)和低频、高温下使用的铁磁原件。如电磁铁极头,磁控管中的端焊管,电话耳机耳膜振动膜,力矩马达转子、微电子转子、磁致伸缩换能器铁芯、电源变压器、继电器、换能器等……。
1J22铁钴钒软磁合金已生产、使用多年,性能稳定,材料较成熟。成品规格主要是热轧材、锻材、冷拉丝、冷轧带。但1J22合金同时存在价格较贵、易氧化、加工性能差等缺点，一定程度上限制了其使用范围。
1J22合金的生产工艺
1J22合金的冶炼和铸造
1J22合金熔炼与铸造工艺采用真空感应炉(VIM)熔炼。生产过程中如采用全新料冶炼时, 由于含Co量高,气体较多,冶炼时很容易产生钢液溅射的现象,造成化学成分难于控制和粘结坩埚。因此在冶炼时可配入40～50%的返回料可以减少钢液的喷溅。配入的C也需在装料时全部加入坩埚中,这样可以避免在精炼时加C造成大量气体上升和钢液沸腾喷溅。
从《采用不同返回比试制软磁合金1J22热轧带材的研究》一文中可以看出,采用不同的返回比而制定的与其相应的工艺可以生产出符合GB/T 15001-94 和GB/T 15002-94标准的1J22合金热轧带材,且用不同的返回比生产出来的带材其性能也非常接近。随着返回比的增大,其带材成本也大幅下降。同时,如果全部采用全新料冶炼,锻造时容易出现肉眼可见的小裂纹,原因如下:全新料熔清后浮在钢水面上的炉渣较多(全新料加入的钒铁较多,而钒铁中的夹杂物较多,会形成较多的炉渣) ,而这些炉渣在真空浇注时残留在真空锭的表面,真空锭虽经剥皮并经局部打磨,但残留的个别未彻底清除微细缺陷在锻造时,容易产生应力集中而出现微小裂纹。
1J22合金锻坯的表面处理
1J22合金锻坯的表面处理
1J22合金热加工塑性良好,锻坯加热温度为1160～1180℃,保温时间15～20分钟,终轧温度大于850℃。热轧最终厚度一般控制在2.0～2.3mm左右。热轧带太厚,影响了热轧带的淬透性,在后续的冷轧过程中容易出现脆断和边裂;如热轧带太薄,又会影响到热轧的厚度精度及板形难以控制,影响到后续的冷轧加工。
1J22合金的淬火工艺
1J22合金在冷加工前必须进行淬火,淬火温度一般控制在880±15℃。淬火的目的是抑制α相的有序化过程,改善冷轧加工性能。1J22合金在900～930℃附近发生γ↔α相转变,当温度低于730℃时,产生有序化,形成FeCo超结构,无序的α相转变为有序α′相(硬而脆,冷加工性非常差),所以在730℃以下时要求快冷,尽量抑制α相的有序化。所以工业化生产时,为了提高淬火速度,提高热轧带的淬透性,降低脆性,改善冷加工性能,淬火介质一般采用冰水+NaCl(NaCl改善淬透性)。但是α相的有序化是非常快的,工业化的淬火冷却速度无法使α相完全无序化。
1J22合金的淬透性检测
1J22合金淬火后必须进行淬透性的检测,一般淬火带弯曲≥90o不断裂,说明淬透性良好, 可以进行后续的冷加工。如果淬火带弯曲90o出现断裂,说明淬透性不好,不能进行冷加工,必须进行二次淬火处理,待弯曲测试合格后方可进行后续的冷加工。
1J22合金的成品热处理制度
1J22合金组织结构为体心立方晶格的单相固溶体,在900～930℃附近发生γ↔α相转变,当温度低于730℃时,产生有序化,形成FeCo超结构,无序的α相转变为有序α′相转变为有序α′相。
软磁合金一般在露点不低于-40℃的净化氢气中进行热处理。如要求真空退火时,应在余压不高于0.1Pa的真空中进行。1J22合金的成品热处理制度见表6。
1J22的热处理制度
|
合金牌号 |
加热温度,℃ |
保温时间,h |
冷却制度 |
备注 |
|
1J22 |
850-900 |
3-6 |
以50～100℃/h的速度冷却到750℃,然后以180～240℃/h的速度冷却至300℃出炉 |
适用于冷轧带材试样 |
|
1100 |
3-6 |
以50～100℃/h的速度冷却到850℃保温3h,然后以130℃/h的速度冷却至700℃,再以200℃/h的速度冷却至300℃出炉 |
适用于锻坯取的试样 |
|
|
850 |
4 |
以50℃/h的速度冷却到750℃保温3h,然后以200℃/h的速度冷却至300℃出炉。由保温开始(750℃)加1200～1600A/m的直流磁场 |
适用于要求在低磁场下具有较高磁感应强度、较低矫顽力、较高矩形比的情况 |
备注:根据GB/T 15001-1994
生产工艺难点
① 1J22合金冶炼时容易产生喷溅;
② 表面修磨处理时容易产生发纹和开裂;
③ 猝火时需要的冷却速度非常快,对冷却介质的要求较高;
④ 冷轧过程中需要非常大的轧制力(冷硬态抗拉强度可达1325Mpa),对轧机的能力要求较高,同时冷轧容易出现断带、边部开裂等现象;
⑤ 1J22合金的焊接性能非常差,冷轧时难以焊引带生产,造成成材率偏低。
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