電磁純鐵的磁性能與其金相組織，硬度間的關(guān)系

尹祚霞

摘要? 在繼電器中，常常用到電磁純鐵這種軟磁材料作為導(dǎo)磁體。矯頑力作為表征磁性的一個(gè)參數(shù)，是繼電器生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)，它的大小直接影響到繼電器的調(diào)試及某些參數(shù)，所以，在生產(chǎn)中矯頑力值的測(cè)定很重要，我們?cè)陂L(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，電磁純鐵的矯頑力同其含雜質(zhì)、晶粒度、硬度等都有一定的相互關(guān)系。

關(guān)鍵詞：矯頑力，晶粒度，維氏硬度，疇壁，鐵素體

分類號(hào)：TG156;TG141

0前言

金屬及合金的磁性在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用得很廣，眾所周知，物質(zhì)是由原子組成，而原子則是由原子核和電子所構(gòu)成，近代物理證明每個(gè)電子在作循軌和自旋運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)得磁性就是由電子的這些運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。在繼電器中，常常用到電磁純鐵這種軟磁材料作為導(dǎo)磁體。對(duì)軟磁材料，具體以下幾個(gè)要求，既容易磁化又易退磁，既要求有高的磁導(dǎo)率和很小的矯頑力Hc，具有支的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，在交變磁場(chǎng)中工作時(shí)，要求總的損耗小（包括磁帶損耗，漏磁損耗）。矯頑力作為表征磁性的一個(gè)參數(shù)，是繼電器生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)，它的大小直接影響到繼電器的調(diào)試及某些參數(shù)，所以，在生產(chǎn)中矯頑力值的測(cè)定很重要，我們?cè)陂L(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，電磁純鐵的矯頑力同其含雜質(zhì)、晶粒度、硬度等都有一定的相互關(guān)系，現(xiàn)就這一關(guān)系進(jìn)行初步探討，對(duì)電磁純鐵進(jìn)行矯頑力、硬度檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行一定的分析。

1電磁純鐵的介紹、矯頑力的定義及磁性熱處理的目的

1.1電磁純鐵的介紹：電磁純鐵是一種含鐵量在99.5%以上的優(yōu)質(zhì)鋼，是一種低碳低硫低磷鐵（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6983-2008 電磁純鐵）。分類為：鐵芯用純鐵，軟磁純鐵，磁粉離合器用純鐵，電子鎖用純鐵，汽車活塞用電工純鐵，磁屏蔽用純鐵帶，航空儀器儀表，軍工純鐵，鍍鋅鍋用純鐵中厚板，電子元器件用純鐵薄板，電磁閥、磁選機(jī)用純鐵，無發(fā)紋純鐵，電子管用純鐵，易車削電工純鐵。

1.2矯頑力的定義：矯頑力是指磁性材料在飽和磁化后，當(dāng)外磁場(chǎng)退回到零時(shí)其磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不退到零，只有在原磁化場(chǎng)相反方向加上一定大小的磁場(chǎng)才能使磁感應(yīng)強(qiáng)度退回到零，該磁場(chǎng)稱為矯頑磁場(chǎng)，又稱矯頑力。矯頑力用HC表示，單位是（安/米）。矯頑力來源于不可逆磁化過程，造成不可逆磁化機(jī)理的主要因素是材料中存在磁各向異性（包含磁晶、感生和應(yīng)力等各向異性）以及雜質(zhì)、氣孔、缺陷等。

1.3磁性熱處理的目的：金屬經(jīng)冷加工后都要產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，電磁純鐵也不例外。加工硬化使其矯頑力比原材料約增加80%，磁性熱處理的目的就是使金屬纖維組織軸變成等軸晶及粗話晶，從而消除晶格畸變，減少金屬內(nèi)部應(yīng)力（熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、冷作硬化）從而得到較好的磁性能，處理后進(jìn)行矯頑力的測(cè)試。磁性熱處理一般選用870℃進(jìn)行磁性退火處理。

2檢測(cè)設(shè)備、方法、檢測(cè)樣件、檢測(cè)結(jié)果

2.1檢測(cè)設(shè)備：維氏硬度計(jì)、沖擊法直流磁特性測(cè)量?jī)x、金相顯微鏡

2.2檢測(cè)方法：GB4340-2009金屬維氏硬度實(shí)驗(yàn)方法、沖擊法

2.3檢測(cè)樣件：現(xiàn)選用DT4A、DT4E、DT4C三種不同牌號(hào)的電磁純鐵【根據(jù)電磁性能分為高級(jí)“A”、特級(jí)“E”、超級(jí)“C”】的板材進(jìn)行比較，板材尺寸：長(zhǎng)100mm20mm材料厚度。式樣要求平整、不得有裂紋、毛刺和缺口。

2.4檢測(cè)結(jié)果：綜合多年檢測(cè)結(jié)果，不同牌號(hào)、不同規(guī)格的幾種電磁純鐵，經(jīng)磁性熱處理后其矯頑力、維氏硬度值見下表

3結(jié)果分析

綜合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)它們進(jìn)行一定的比較分析。從表中可見，同牌號(hào)同規(guī)格的材料，可得到不同的結(jié)果，這是因?yàn)殡m然是同牌號(hào)、同規(guī)格，但因產(chǎn)地不同、批次不同、冷加工情況的不同，可能得到不同的結(jié)果，但是總的還是DT4C“超級(jí)”最好，DT4E“特級(jí)”第二，DT4A“高級(jí)”較差。究其原因很多，雜質(zhì)含量的影響是個(gè)重要因素。當(dāng)材料中含雜質(zhì)較多時(shí)，就存在著較多的不均勻相，而不均勻想和母相的磁性相差很遠(yuǎn)時(shí)，疇壁就會(huì)收到雜質(zhì)穿孔，（疇壁是指鐵磁體在未被磁化前，其內(nèi)部早已存在自發(fā)磁化的小區(qū)域，這些小區(qū)域稱之為磁疇，磁疇之間必然形成一個(gè)過渡層，這個(gè)過渡層就稱為磁疇壁，即疇壁）。雜質(zhì)穿孔使疇壁移動(dòng)時(shí)不僅發(fā)生表面能密度的變化，疇壁面積也顯著變化，疇壁的能量增變就給疇壁的遷移造成阻力，對(duì)多相材料來說，按照雜質(zhì)理論

所以，雜質(zhì)的增多，導(dǎo)致矯頑力的升變。

另外，矯頑力的大小和其晶粒度很有關(guān)系，現(xiàn)取Hc=80A/m與Hc=35A/m的電磁純鐵做個(gè)金相比較，見圖一、圖二。

電磁純鐵的金組織約為100%的鐵素體，其中含有少量雜質(zhì)，如碳、硫等。由圖可見，Hc=80A/m的其晶粒較細(xì)，Hc=35A/m的較粗，這是因?yàn)榫Я＜?xì)的，其晶界愈多，位錯(cuò)愈多，晶界是妨礙磁化的因素，晶粒度大小對(duì)矯頑力的影響可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式

由經(jīng)驗(yàn)公式可見，晶粒直徑大的，其矯頑力小，晶粒小直徑的其矯頑力大。

綜合檢測(cè)結(jié)果表格可以看出，不論是DT4C、DT4E、DT4C，其矯頑力的大小與其硬度值有一定的相應(yīng)關(guān)系，即硬度是隨著矯頑力的大小與其硬度值有一定的相應(yīng)關(guān)系，即硬度是隨著矯頑力的上升而上升，矯頑力大，硬度也相應(yīng)的提高，這根本就是晶粒大小的影響，晶粒細(xì)的，其晶界就多，位錯(cuò)越多，它的機(jī)械性能越高，既硬度也就越高，矯頑力越高。同理，晶粒粗的，硬度越低，矯頑力越低。

4結(jié)束語

電磁純鐵的磁性能與許多因素有關(guān)，材料的選用及熱處理情況很重要，雜質(zhì)的含量和晶粒度大小直接影響到矯頑力的大小，雜質(zhì)少的，晶粒粗大的，其矯頑力就小。雜質(zhì)多的，晶粒細(xì)的，其矯頑力就大。硬度和矯頑力存在著一定的相應(yīng)關(guān)系，硬度可以用來輔助判斷其矯頑力，矯頑力大、硬度低、矯頑力小。

參考文獻(xiàn)：

史美堂主編《金屬材料及熱處理》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

宋學(xué)孟主編《金屬物理性能分析》 機(jī)械工業(yè)出版社

吳傳創(chuàng)、徐子辛主譯《小型繼電器工藝學(xué)》 仙子工業(yè)部繼電器專業(yè)情報(bào)網(wǎng)

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