电磁纯铁的磁性能与其金相组织，硬度间的关系

尹祚霞

摘要  在继电器中，常常用到电磁纯铁这种软磁材料作为导磁体。矫顽力作为表征磁性的一个参数，是继电器生产中的一个重要参数，它的大小直接影响到继电器的调试及某些参数，所以，在生产中矫顽力值的测定很重要，我们在长期实践中发现，电磁纯铁的矫顽力同其含杂质、晶粒度、硬度等都有一定的相互关系。

关键词：矫顽力，晶粒度，维氏硬度，畴壁，铁素体

分类号：TG156;TG141

0前言

金屬及合金的磁性在现代科学技术中应用得很广，众所周知，物质是由原子组成，而原子则是由原子核和电子所构成，近代物理证明每个电子在作循轨和自旋运动，物质得磁性就是由电子的这些运动而产生的。在继电器中，常常用到电磁纯铁这种软磁材料作为导磁体。对软磁材料，具体以下几个要求，既容易磁化又易退磁，既要求有高的磁导率和很小的矫顽力Hc，具有支的饱和磁感应强度，在交变磁场中工作时，要求总的损耗小（包括磁带损耗，漏磁损耗）。矫顽力作为表征磁性的一个参数，是继电器生产中的一个重要参数，它的大小直接影响到继电器的调试及某些参数，所以，在生产中矫顽力值的测定很重要，我们在长期实践中发现，电磁纯铁的矫顽力同其含杂质、晶粒度、硬度等都有一定的相互关系，现就这一关系进行初步探讨，对电磁纯铁进行矫顽力、硬度检测，并对其进行一定的分析。

1电磁纯铁的介绍、矫顽力的定义及磁性热处理的目的

1.1电磁纯铁的介绍：电磁纯铁是一种含铁量在99.5%以上的优质钢，是一种低碳低硫低磷铁（国家标准GB6983-2008 电磁纯铁）。分类为：铁芯用纯铁，软磁纯铁，磁粉离合器用纯铁，电子锁用纯铁，汽车活塞用电工纯铁，磁屏蔽用纯铁带，航空仪器仪表，军工纯铁，镀锌锅用纯铁中厚板，电子元器件用纯铁薄板，电磁阀、磁选机用纯铁，无发纹纯铁，电子管用纯铁，易车削电工纯铁。

1.2矫顽力的定义：矫顽力是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度B并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。矫顽力用HC表示，单位是（安/米）。矫顽力来源于不可逆磁化过程，造成不可逆磁化机理的主要因素是材料中存在磁各向异性（包含磁晶、感生和应力等各向异性）以及杂质、气孔、缺陷等。

1.3磁性热处理的目的：金属经冷加工后都要产生加工硬化现象，电磁纯铁也不例外。加工硬化使其矫顽力比原材料约增加80%，磁性热处理的目的就是使金属纤维组织轴变成等轴晶及粗话晶，从而消除晶格畸变，减少金属内部应力（热应力、组织应力、冷作硬化）从而得到较好的磁性能，处理后进行矫顽力的测试。磁性热处理一般选用870℃进行磁性退火处理。

2检测设备、方法、检测样件、检测结果

2.1检测设备：维氏硬度计、冲击法直流磁特性测量仪、金相显微镜

2.2检测方法：GB4340-2009金属维氏硬度实验方法、冲击法

2.3检测样件：现选用DT4A、DT4E、DT4C三种不同牌号的电磁纯铁【根据电磁性能分为高级“A”、特级“E”、超级“C”】的板材进行比较，板材尺寸：长100mm20mm材料厚度。式样要求平整、不得有裂纹、毛刺和缺口。

2.4检测结果：综合多年检测结果，不同牌号、不同规格的几种电磁纯铁，经磁性热处理后其矫顽力、维氏硬度值见下表

3结果分析

综合多年实践经验，对它们进行一定的比较分析。从表中可见，同牌号同规格的材料，可得到不同的结果，这是因为虽然是同牌号、同规格，但因产地不同、批次不同、冷加工情况的不同，可能得到不同的结果，但是总的还是DT4C“超级”最好，DT4E“特级”第二，DT4A“高级”较差。究其原因很多，杂质含量的影响是个重要因素。当材料中含杂质较多时，就存在着较多的不均匀相，而不均匀想和母相的磁性相差很远时，畴壁就会收到杂质穿孔，（畴壁是指铁磁体在未被磁化前，其内部早已存在自发磁化的小区域，这些小区域称之为磁畴，磁畴之间必然形成一个过渡层，这个过渡层就称为磁畴壁，即畴壁）。杂质穿孔使畴壁移动时不仅发生表面能密度的变化，畴壁面积也显著变化，畴壁的能量增变就给畴壁的迁移造成阻力，对多相材料来说，按照杂质理论

所以，杂质的增多，导致矫顽力的升变。

另外，矫顽力的大小和其晶粒度很有关系，现取Hc=80A/m与Hc=35A/m的电磁纯铁做个金相比较，见图一、图二。

电磁纯铁的金组织约为100%的铁素体，其中含有少量杂质，如碳、硫等。由图可见，Hc=80A/m的其晶粒较细，Hc=35A/m的较粗，这是因为晶粒细的，其晶界愈多，位错愈多，晶界是妨碍磁化的因素，晶粒度大小对矫顽力的影响可用下面的经验公式

由经验公式可见，晶粒直径大的，其矫顽力小，晶粒小直径的其矫顽力大。

综合检测结果表格可以看出，不论是DT4C、DT4E、DT4C，其矫顽力的大小与其硬度值有一定的相应关系，即硬度是随着矫顽力的大小与其硬度值有一定的相应关系，即硬度是随着矫顽力的上升而上升，矫顽力大，硬度也相应的提高，这根本就是晶粒大小的影响，晶粒细的，其晶界就多，位错越多，它的机械性能越高，既硬度也就越高，矫顽力越高。同理，晶粒粗的，硬度越低，矫顽力越低。

4结束语

电磁纯铁的磁性能与许多因素有关，材料的选用及热处理情况很重要，杂质的含量和晶粒度大小直接影响到矫顽力的大小，杂质少的，晶粒粗大的，其矫顽力就小。杂质多的，晶粒细的，其矫顽力就大。硬度和矫顽力存在着一定的相应关系，硬度可以用来辅助判断其矫顽力，矫顽力大、硬度低、矫顽力小。

参考文献：

史美堂主编《金属材料及热处理》 上海科学技术出版社

宋学孟主编《金属物理性能分析》 机械工业出版社

吴传创、徐子辛主译《小型继电器工艺学》 仙子工业部继电器专业情报网

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