● 摘要
FeCoV 基合金因其具有高饱和磁化强度、高居里温度、低磁晶各向异性、低损耗等特性,是一类性能优异的软磁合金,受到广泛关注。然而在航空航天等领域的发电机转子与定子叠片材料以及磁力轴承等应用中,不仅需要材料具有良好的软磁性能,对强度、延伸率等力学性能也提出了要求。目前FeCoV基合金仍然存在磁学性能与力学性难以兼容问题。因此,在不损失材料软磁性能的基础上提高合金的力学性能,研究添加元素及其含量对FeCoV基合金组织结构及其软磁、力学性能匹配的影响,具有重要的意义。
本课题制备了不同Cr含量以及不同Mo含量添加的FeCoV基软磁合金,研究了添加元素含量和最终热处理工艺对Fe-49Co-2V-xM (M = Cr、Mo) 软磁合金组织结构与性能的影响规律,揭示了高温热处理后产生的析出相对合金强度、塑性同时提高以及软磁、力学性能兼顾的影响机制。
针对添加元素对合金微观组织结构研究表明:Fe-49Co-2V-xM (M = Cr、Mo) 合金的晶粒尺寸主要由添加元素的含量所决定。相同热处理温度下,Cr或Mo元素含量增加,合金晶粒尺寸减小。添加元素Mo的细化晶粒作用强于Cr元素。同时,析出相含量随添加元素Cr、Mo含量的增加而增加。Cr添加后合金的析出相均主要沿晶界分布,长径比较小,与添加含量无关,而随着Mo含量增加,析出相长径比变小,且均匀弥散地分布于合金中。
针对添加元素对合金软磁性能的影响研究发现,随着添加元素Cr、Mo含量的增加,Fe-49Co-2V-xM (M = Cr、Mo) 合金的矫顽力逐渐增加,然而添加元素Cr或Mo单独添加不超过0.5 at.%时可以保持合金较好的软磁性能,矫顽力小于2.6 Oe,交流损耗 P5/1K 也低于 40 W/kg。进一步研究发现添加元素通过影响再结晶晶粒尺寸、析出相含量与分布而影响合金的矫顽力。
进一步研究了合金力学性能随Cr、Mo含量的变化规律,结果表明,高于有序-无序转变温度下热处理后,随着添加元素Cr、Mo含量的增加,Fe-49Co-2V-xCr合金的抗拉强度和延伸率单调增加;Fe-49Co-2V-xMo合金的抗拉强度单调增加,而延伸率在Mo含量为0.5 ~ 0.7 at.%时达到最高值。结合组织观察,发现合金强度与塑性随添加元素含量增加主要是由于析出相含量的增加与晶粒细化所致,而Fe-49Co-2V-xMo合金塑性在高添加含量下的降低则与大量析出相在合金内均匀网状分布有关。
采用透射电镜观察分析对析出相进行了研究。Fe-49Co-2V-xCr合金中的析出相主要为体心立方结构的FeCo相,同时包含体心立方结构的FeCo-X (X = V, Cr)、Cr、FeV、FeCr相;且为无序态。此外合金中的析出相均为磁性相,可以使合金保持较低的矫顽力。且在部分有序化的较脆基体中形成较韧的无序态析出相有利于缓解裂纹扩展中的应力集中,此外析出相对晶粒长大的抑制作用也有助于提高合金塑性。析出相的结构、含量以及分布是同时提高合金强度与塑性的关键影响因素。
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