刘志坚
麦格磁电科技（珠海）有限公司
摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，采用天然气替代丙烷进行渗碳热处理，通过分析两种渗碳剂的原理，以及节能减排对比，发现使用天然气进行渗碳热处理，设备改造及工艺调整工作量小，且可显著降低生产成本，具有极大的推广应用价值。
关键词：发动机；电磁阀；软磁合金热处理工艺；方法
引言
采用软磁合金材料制作的阀芯、挡铁、导向筒及线圈骨架等是火箭发动机电磁阀上的主要零部件，其制造工艺的好坏直接影响电磁阀功能的实现。在液体火箭发动机某型号快响应动力系统中，新型电磁阀流量大，阀口直径较大。为了实现线圈结构的小型化，降低产品结构的重量，同时又能提高电磁阀的响应速度，在此系统中的电磁阀使用了具有饱和磁感应强度高、矫顽力小的BYR1软磁合金。在前期的预研工作中，BYR1软磁合金基本满足了实际的工作需求，但是在产品转型阶段仍存在以下问题需要解决：1)产品转型过程中热处理工艺参数的优化。在预研阶段，BYR1软磁合金采用氢气保护退火工艺，热处理工艺为1180℃×5h退火，之后以100℃/h速度冷至700℃，再以400℃/h速度冷至200℃以下出炉。在初始生产阶段采用真空充气退火工艺，产品在1200℃退火后按照150℃/h速度降温至600℃充气快冷，冷至200℃以下出炉。为了探索产品转型过程中热处理工艺参数变化对BYR1磁性能的影响，同时使产品具有更稳定可靠的磁性能数据，因此需要对BYR1软磁合金的热处理工艺进行优化。同时对新型软磁合金BYR1的耐蚀性进行考察是电磁阀工作的要求，有必要对合金在不同热处理制度下的耐蚀性进行研究。2)新型软磁合金BYR1较常规软磁合金磁性能有较大的提高。因此，有必要通过磁性能检测试验确定热处理工艺参数改变带来的磁性能变化，以保证测试结果的准确性和稳定性。3)BYR1合金组织对磁性能变化的影响。材料性能的改变不仅受到热处理、加工过程等的影响，也受到材料金相组织变化的影响。因此，有必要考察经不同退火温度及不同保温时间后BYR1软磁合金金相组织的变化。
1常用软磁合金及其特性
软磁合金是一种在外磁场作用下容易磁化，去除外磁场后磁感应强度又基本消失，矫顽力很低的磁性合金，属于精密合金，它在磁性材料中是应用最广的一类。目前应用的软磁材料，根据使用功率、频率要求不同、材料磁特性的不同可分为Fe-Si（硅钢）系、Fe-Ni系（埃莫合金）、铁氧体系、非晶及纳米合金系和其它。软磁合金的基本要求是在磁化或去磁时需要很小的磁场，即要求该材料磁滞回线较窄，矫顽力Hc较校同时根据材料使用的具体条件提出了不同的磁性能要求：磁屏蔽中（弱磁场中）使用的材料应当具有很大的初始导磁率μ0及最大的导磁率μmax；对于用在恒稳磁场中的导磁体材料则要求有高性能的饱和磁感应强度Bs及最大的导磁率μmax；对于磁放大器铁芯材料要求磁滞回线具有窄的面积，小的矫顽力Hc，高的磁感应强度Bs及高的微变导磁系数；在交变电流应用时，材料要求有高的电阻系数，即低的磁滞损耗。由此可见，软磁合金材料的使用必须满足其磁性能的要求。而软磁合金的磁性能是靠热处理来实现和完成的。
2软磁材料热处理方式分析
由于软磁材料产品在工艺、质量等方面有极严格的要求，以获得较高的磁感应强度、较低的矫顽力。从上述可以看出，合金的高温退火是在零件精加工之后，要求更高，而目前能够达到这些要求的热处理方式只有真空热处理和可控气氛热处理，这方面的资料又很少见，为此我单位在实际生产中进行了摸索、研究和改进。并进行了两种热处理方式的比较，从中得出真空热处理更适合车间实际的结论。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然可控气氛热处理中的还原气氛对材质的净化效果更为明显，磁性能的增长效果比真空热处理要略好一些，但是综合考虑，我单位还是采用真空热处理。
3软磁合金热处理工艺试验
软磁材料加工流程典型软磁合金的热处理加工流程为原材料一粗加工、去应力一精加工。高温退火一磁性能检测。装配。高温退火工序为最终热处理,一旦出现失误,必然导致零件的报废,造成损失。由于高温退火是在零件精加工之后,为保证零件表面质量,只有采取真空热处理和可控气氛热处理两种方式。虽然可控气氛热处理中的还原气氛对材质的净化效果更为明显,磁性能的增长效果比真空热处理要略好一些,但综合考虑到控制精度、操作方便性及成本,最终采取了真空热处理方式。真空退火高温、长时间退火可以使软磁材料的磁性能得到很好的发挥,但是对设备的要求极高。若真空设备长时间高温运转,很容易产生各种故障,从而导致零件的报废。综合考虑选用退火工艺一℃一,既能保证产品性能,又有利于设备的正常运转。
4热处理制度的优化
为了使电磁阀工作更加稳定可靠，将试验结果的优化选择条件设定为：B240大于均值，B3200大于均值，Hc小于均值，系列4和系列5试验具有较好的综合磁性能数据。根据金相组织的对比结果，系列4，5，7，8和9具有较大的晶粒尺寸和较少的孪晶数量；同时单一有序的α1相会使软磁合金的矫顽力下降，但却会使磁感应强度下降，单一的α1相需要较低的冷却速度，必然会带来产品制造周期的延长，使生产成本增加，因此，系列4和系列7中单一有序的α1相无需刻意追求。相比较而言，系列5中的磁性能数据具有试验组最高的磁感应强度，而矫顽力也处于较低的水平，同时考虑节约生产成本带来的经济效益，可选择系列5的热处理制度。综上可知，较优的热处理制度为：1200℃×360min，至600℃后的冷却速度为150℃/h。经过优化的热处理制度处理的BYR1软磁合金已经在液体火箭发动机内置先导电磁阀、高压磁自锁阀、电动气阀等多种阀门中应用。其中某些已完成多轮地面研制试验、高低温循环试验、力学环境试验、地面试车、高模试车及整机热试车等考核，使用优化热处理工艺的BYR1材料制造的电磁阀均可靠工作，性能稳定。
6软磁材料的磁性能检测结果与创新点
1）磁性能数据磁性能检测的试环与零件同炉热处理，试环平均直径与径向宽度比不小于8。经过不同退火工艺的比较得出最优工艺。通过工艺研究、改进所生产的零件磁性能完全满足设计要求，同时又兼顾了车间的实际情况，为软磁合金今后的生产积累了宝贵经验。2)工艺的创新点（1）首先确定了使用真空设备，使之能够满足对升降温速率的控制要求，尤其是控制降温的速率，这是对零件磁性能有着重要影响的参数。（2）对工艺进行了调整，保证全程真空度在10-3Pa以上，从而保证零件的表面粗糙度，同时使零件之间不产生粘连情况。（3）经过大量的试验，优选出用"中温退火，长时保温"的方法进行处理。
结语
（1）通过工艺研究，得到了处理软磁合金材料最佳的工艺方法，产品磁性能得到了很好的发挥。同时，在退火过程中未出现粘连现象，零件表面质量、表面粗糙度与精加工后表面粗糙度20190327基本无区别。热处理后的零件不需研磨，减少了加工工序，缩短了工时。（2）使用该工艺方法处理软磁合金材料能够使设备维修率降低，设备使用寿命延长，无论是产品质量还是经济效益都得到了满意的结果。
参考文献
[1]王昌辉.电磁阀用软磁合金热处理工艺[J].金属加工,2012(13):43-44.
[2]田世龙.高温退火对高饱和磁感应强度Fe-Co合金磁性能的影响[J].功能材料,2012,43(S1):81-83.
[3]周磊.铁钴基软磁材料合金化的研究进展[J].金属功能材料,2006,13(6):37-41.
论文作者:刘志坚
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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