退火工艺对FeCo软磁合金微观组织与力学性能的影响*

陈敬区，刘志坚，陈远星

1. 广东省钢铁研究所，广东 广州 510640；2. 广东省冶金产品质量监督检测中心，广东 广州 510640

FeCo软磁合金是一种重要的金属软磁材料，具有良好的磁性能(其居里温度高达980 ℃，常温下的饱和磁感应强度高达2.4 T)，以及高的磁导率和低的矫顽力[1].FeCo软磁铁合金主要应用于变压器和电动机中，以及用于制作电话机膜片、高速打印机嵌铁及接收机线圈等.但是经热处理后的FeCo软磁合金的机械性能差，使用一段时间后产生变形影响使用效果，而添加Nb等微量元素的铁钴软磁合金经热处理后，机械性能好、抗压强度高.为寻求FeCo软磁合金较佳的力学性能及磁性能，本文对退火工艺对冷轧FeCo软磁合金及添加Nb微量元素的FeCo软磁合金的微观组织及力学性能的影响进行了研究.

1 实验部分

1.1 试 样

选取广东省钢铁研究所开发的1J22合金(G号试样)和高强度FeCo合金(含Nb，X号试样)为研究对象，合金试样采用化学浸蚀法进行处理.为了进行比较，不同成分的带材同时取样.表1为1J22合金的组成成分，高强度FeCo合金由于正申请专利此处不便提供其组成成分.

表1 1J22合金的组成成分

1.2 方 法

首先在1550 ℃的真空中频感应炉中熔炼合金并获得合金铸锭，再将铸锭锻造成方板坯，然后经热轧、固溶、冷轧，最后制备出冷轧带材.冷轧带材经冲压及机加工，制成拉伸测试试样.试样的热处理采用了真空和氢气气氛环境下两种热处理方式，试验温度为650 ℃至880 ℃.

试样的拉伸试验在常规试验机上进行[2]，试样的磁性能用B-H测试仪检测，试样的磁感应强度B和矫顽力Hc按GB/T13012-2008标准中的方法进行测试.

2 结果及分析

2.1 力学性能

表2为在不同热处理条件下1J22合金和高强度FeCo合金冷轧带材的力学性能测试结果.

表2不同热处理状态下试样的力学性能不同热处理状态下试样的力学性能

Table2Themechanicalpropertiesofdifferentheattreatmentconditionsofspecimen

由表2可知：随着热处理温度的升高，试样的力学强度均降低；试样经较低温度热处理后力学强度就已有明显地变化，当达到一定的温度后力学强度变化缓慢，其中G号试样的力学强度在760 ℃时降低变缓慢，这时屈服强度约为300 MPa，而X号试样的力学强度在850 ℃时降低变缓慢，这时屈服强度也约300 MPa.由表2还可知，随着热处理温度的变化，试样的韧性变化不太相同.在处理温度为650 ℃时G号试样的伸长率为8.5%，随着温度的升高其伸长率逐渐降低，当温度为850 ℃时降至3%；在低温段X号试样的伸长率随着温度的升高逐渐增加，在760 ℃左右时达到最高为6.5%，然后逐渐降低到3%.结果表明，FeCo合金的力学强度随热处理温度的升高而降低，然后趋于平缓；韧性在某一温度达到最高，然后下降.

虽然G号和X号带材在650 ℃时力学性能较高，但其磁性能较差.检测650 ℃下试样的磁性能，G号试样在电流线密度为4000 A/m时的磁感应强度B=2.15 T，矫顽力Hc大于200 A/m，X号试样在4000 A/m时的磁感应强度B=2.07 T，矫顽力Hc大于200 A/m.检测760 ℃下试样的磁性能，760 ℃下材料的磁性能均较高，而矫顽力均较低，其中G号试样在4000 A/m时的磁感应强度B=2.30 T，矫顽力Hc为63.6 A/m，而X号试样在4000 A/m时的磁感应强度B=2.26 T，矫顽力Hc为98 A/m.结果表明，FeCo合金的磁性能随热处理温度的升高而提高，添加Nb元素对磁感应强度B影响较小.

从以上分析可知：热处理温度的升高会导致材料的力学强度降低，但合金中添加Nb元素后，试样力学强度降低的程度变缓；韧性的变化和材料种类有关，在760 ℃热处理温度下X号试样的伸长率由3%提高到6.5%以上，但G号试样的则不明显，说明通过添加微量的Nb元素，对试样力学性能的提高是有帮助的；而材料磁性能随热处理温度的升高而提高，添加Nb元素对饱和磁感应强度B的影响较小.

2.2 热处理组织

用三氯化铁溶液浸蚀处理试样，用光学显微镜观察经处理后的1J22合金和高强度FeCo合金试样在不同热处理条件下的微观组织.

图1为在热处理温度为650℃、氢气气氛保护条件下，1J22合金和高强度FeCo合金试样的组织形貌照片.从图1可见，试样组织晶界不明显，表明650 ℃时1J22合金和高强度FeCo合金未发生完全再结晶.

图1 650℃下1J22合金和高强度FeCo合金的微观组织(a)1J22合金；(b)高强度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

在低温热处理条件下试样的组织属于细微组织，图2为经760 ℃热处理后1J22合金和高强度FeCo合金的微观组织照片.从图2可见：760 ℃时试样组织比较均匀，1J22合金已经完全再结晶，高强度FeCo合金也已基本完成再结晶；对比晶粒粒度的大小，含Nb元素的高强度FeCo合金的粒径较小，约为20 μm，1J22合金的晶粒相对较粗大.

图3为850 ℃下1J22合金和高强度FeCo合金试样经热处理后的组织照片.从图3可见：当热处理温度升高到850 ℃时，1J22合金的晶粒已经明显粗化；高强度FeCo合金的晶粒还比较均匀，晶粒有略微长大，合金已经完全再结晶.

图3 850 ℃下1J22合金和高强度FeCo合金的微观组织Fig.3 The microstructure of 1J22 alloy and high strength FeCo alloy at 850 ℃(a) 1J22合金；(b) 高强度FeCo合金

图4为1J22合金和高强度FeCo合金试样经880 ℃热处理后的组织照片.从图4可以看出，880 ℃时，1J22合金晶粒继续长大且不均匀，含Nb的高强度FeCo合金的晶粒也明显粗化.

图4 880 ℃下1J22合金和高强度FeCo合金(含Nb)的微观组织(a) 1J22合金；(b) 高强度FeCo合金Fig.4 The microstructure of 1J22 alloy and high strength FeCo alloy at 880 ℃

综上所述，在热处理过程中FeCo合金带材的组织按以下规律进行变化：冷轧组织—再结晶—完全再结晶的均匀细晶粒—晶粒均匀长大—晶粒非均匀长大—粗大晶粒组织[3].

3 结 论

随着退火温度的上升，合金力学性能下降，晶粒粒径增大.在850 ℃时，1J22合金晶粒已经明显粗化，高强度FeCo合金的晶粒有略微长大，晶粒较均匀.在880 ℃时，两种合金晶粒均明显粗化，且不均匀.

参考文献：

[1] 刘文昌.铁钴软磁合金加工性能的研究[J].钢铁研究，2008(6)：36.

[2] 韩劲，杨根林，倪志铭，等.高强度Fe-Co软磁合金研制[J].金属功能材料，2010(1)：17.

[3] 韩劲，杨根林，倪志铭，等.高强度型FeCo软磁合金微观组织研究[J].材料工程，2010(8)：78.