材料的選擇總是考慮許多材料屬性,這些屬性包括冶金特性以及工藝性和成本。對于軟磁合金汽車機電設(shè)備,最重要的材料屬性是:
(1)耐腐蝕性——必須滿足生產(chǎn)廠家對性能和質(zhì)量的要求。
(2)飽和磁感應(yīng)強度(B
s)——應(yīng)盡可能高,以減少部件的尺寸和重量。
(3)矯頑磁場強度(H
e)——應(yīng)盡可能低,以使部件的黏著性最小化。矯頑磁場強度與磁導(dǎo)率(u)呈反比。高磁導(dǎo)率是為了減少達到特定磁通密度所需的電流。
(4)電阻——應(yīng)盡可能高,以抑制渦流交替或脈沖電路。低渦流損耗使設(shè)備更加敏感,這點隨著設(shè)備運行速度增加變得更加重要。
(5)易于制作——即容易加工或改裝。
(6)成本——尤其是汽車應(yīng)用,合金的成本是—個關(guān)鍵問題。
對于許多汽車的應(yīng)用,腐蝕環(huán)境下不需要16%~18%的鉻含量,因此促進了低鉻含量鋼的發(fā)展,如鉻芯8-FM和12-FM合金。降低了鉻含量也略微降低了合金成本,但更重要的是,增加了飽和磁感應(yīng)強度。希望直接取代硅鐵組成部件激發(fā)了這些合金的發(fā)展。由于在設(shè)計這些部件時原本旨在利用硅鐵合金的高飽和磁感應(yīng)強度,所以要使用具有較低飽和磁感應(yīng)強度的16%~18%Cr合金需要重新設(shè)計。而且,使用醇基燃料的環(huán)境十分有利的一點是,將鉻含量從12%增加至18%對耐腐蝕性并沒有多少好處。鉻芯8-FM和12-FM這兩種合金已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)
不銹鋼工程上許多年,并已用于汽車機電元件。
盡管這些合金已經(jīng)成功應(yīng)用,但是還需要繼續(xù)改進設(shè)備性能且不會犧牲切削加工性和耐腐蝕性。鉻芯13FM合金就是按照這種想法開發(fā)出來的。鉻芯13FM合金中主要的改進就是更高的電阻率和更低的矯頑力。把鉻芯12FM合金的鉻含量略為增加和硅含量增加約1.5%就可以達到增加電阻率的目的。除了增加電阻率,更高的硅含量抑制了奧氏體的形成,允許更高的熱處理溫度。
通過進一步降低碳和氮的含量和改正棒材處理過程,可以改善軟磁性能。為了維持適當(dāng)?shù)那邢骷庸ば,需要使用相對較高的硫含量。硫化物阻礙晶粒生長,導(dǎo)致在熱處理部件中晶粒尺寸通常約為ASTM標(biāo)準(zhǔn)的7~8。增加退火溫度或時間幾乎不會增加晶粒尺寸或改進磁性。但是結(jié)果發(fā)現(xiàn),以前的冷拔退火棒材的一小部分,即應(yīng)變感應(yīng)晶界遷移將發(fā)生在最后熱處理階段。因為驅(qū)動力是應(yīng)變力,而不是減少與正常晶粒生長過程有關(guān)的表面面積,所以降低了硫化物的釘扎效應(yīng)。這導(dǎo)致晶粒尺寸更大,并因此具有更高的磁導(dǎo)率和更低的矯頑力。圖
為最終熱處理階段后,冷加工程度對矯頑力的影響。(請注意,最低的矯頑力發(fā)生在此特定實驗合金的15%附近。對于熱處理后獲得最低矯頑力所實際需要的應(yīng)力將取決于初次加工過程和鋼棒直徑。)
鉻芯13-FM合金的性能如表Ⅰ所示,
熱處理硅鋼B-FM, 卡彭特430FR電磁質(zhì)量不銹鋼和其他鉻芯合金的產(chǎn)品特性也列于表Ⅰ中。雖然硅鋼B-FM具有優(yōu)異的軟磁性能即較高的飽和磁化強度和磁導(dǎo)率,但它幾乎沒有有效的耐腐蝕性,并具有較低的電阻率和低劣的切削加工性。鉻芯13-FM合金和卡彭特430FR電磁質(zhì)量的主要區(qū)別是飽和磁化強度。值得注意的是,430FR和其他鉻芯合金的數(shù)據(jù)反映使用鉻芯13-FM合金開發(fā)的相同的受控捧材加工技術(shù),致使磁導(dǎo)率和矯頑力之間的區(qū)別非常小。
許多因素都能影響選擇軟磁合金,目標(biāo)是選擇一種能夠結(jié)合各種應(yīng)用特性的合金,如對于汽車燃料噴射器而言,希望得到最高磁感應(yīng)飽和強度與最低矯頑磁力,并結(jié)合適當(dāng)?shù)哪透g性。我們認為鉻芯卡彭特13-FM型不銹鋼是進一步研究各種特性之間最優(yōu)化結(jié)合的一種候選材料。