CN111057820B - 一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法。该方法通过油浴的方式在100~200℃下对铁基非晶合金铁芯保温20~90分钟,进行低温退火;低温退火结束后,将热处理油导出退火炉,再将温度升到300~400℃保温20~90分钟,进行高温退火。本发明利用热处理油的高效热传导作用,可以缩短或消除升温过程,使铁芯内部温度迅速均匀化,可有效提高铁基非晶合金热处理效率,在改善材料磁性能的同时不降低材料的力学性能,从而获得具有优异综合性能的铁基非晶合金铁芯;同时热处理油可循环使用减少了加热时间和能源消耗。
Description
技术领域
本发明属于非晶变压器铁芯制造领域,特别涉及一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法。
背景技术
非晶合金是利用快速凝固技术制备的一类功能材料,在热力学上是一种亚稳定状态,微观结构中不存在如晶体中的晶界、位错、滑移面等缺陷。铁基非晶合金具有优异的软磁性能,如较低的矫顽力、高饱和磁感应强度、高的有效磁导率、低的铁损。用其制造的铁基非晶变压器铁芯的损耗明显低于硅钢变压器铁芯,能够有效实现节能减排。
铁基非晶合金变压器铁芯的生产工艺流程主要包括:非晶带材剪切、非晶铁芯成型、热处理、中间测试以及固化。因为非晶合金带材在极快的冷却过程中将产生极大的内应力,这种内应力通过磁弹耦合效应将在铁磁合金带中产生较大的应力磁各向异性。应力磁各向异性对非晶态合金的磁畴结构及其磁化过程起主要作用,对合金的磁性能有重要影响。故成型后的非晶铁芯需要进行热处理以尽量消除内应力,改善铁芯的磁性能。
实际工业生产的铁基非晶合金变压器铁芯的重量较轻的达数十公斤,重的甚至能够达到二百公斤以上。由于铁芯的重量、尺寸和炉子结构的原因,铁芯的加热很难迅速达到均匀,某些部分可能出现退火过度或退火不足的情况。因此,在实际的生产过程中为了保证铁芯内部和边部温度达到一致,需要在低温进行长时间保温,整个热处理流程可达5个小时以上。中国发明专利ZL200910104409.7公开了‘非晶合金铁心制作方法’,退火温度300℃~500℃,退火时间7~8小时。而实际生产以及相关技术文献指出,随着退火时间的增加,铁基非晶合金会产生退火脆性。这是因为非晶态合金在一定温度下退火一段时间后,合金的微观结构会向更稳定的状态转变,这种非晶态合金特有的现象叫结构弛豫。非晶合金在结构弛豫的过程中软磁性能和力学性能都会发生变化。中国发明专利ZL98803923.0公开了‘铁磁性非晶态金属合金及其退火方法’,在约355℃下采用不同的均热时间进行退火,获得最小功率损耗的基本退火保温时间约20分钟,而随着保温时间的增加,铁芯的励磁率均明显降低。可见,随着保温时间的增加,材料的软磁性能逐渐下降,退火后的脆化程度也逐渐增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的退火方法,可以缩短甚至取消保温步骤,实现铁芯退火时快速、均匀地升温至保温温度,保证铁基非晶合金铁芯在退火后获得最佳的磁性能,同时材料的脆性不显著增加,实现材料磁性能和力学性能的平衡,获得综合性能优良的产品。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,该方法包括以下步骤:
A.装炉:将产品放入退火炉103内的油池102中;
B.低温退火:采用高温油浴方式在100~200℃下对铁基非晶合金铁芯进行保温20~90分钟;
C.高温退火:在完成低温退火阶段后,将热处理油导出退火炉103,再将退火炉升温到300~400℃,并保温20~90分钟;
D.冷却至室温后取出产品。
在步骤B中,通过油浴循环装置105对热处理油进行加热和保温,经进油管106向退火炉内的油池102中通入已加热到100~200℃的热处理油,将铁基非晶合金铁芯浸没在上述热处理油中,达到保温时间后,再经出油管104导出到油浴循环装置105保温。
在步骤C中,进一步包括磁场热处理:在高温保温开始时打开磁化装置,对铁芯进行磁场热处理,所述磁化装置的磁场由100~1000A的电流产生。
在步骤D中,冷却方式选自空冷、随炉冷、气体淬火中的一种。
所述热处理油选自退火油、高温淬火油、回火油或硅油中的一种。
所述热处理油的燃点高于低温保温温度,低于高温保温温度。
在步骤C中,铁基非晶合金铁芯上残留的热处理油被加热后挥发分解。
在步骤C中,导出的热处理油经净化后保温存储,保持在加热的温度多次循环使用。
铁基非晶合金铁芯重量为20~300公斤。
一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,该方法包括以下步骤:
A1.装炉:将产品放入退火炉103内的油池102中;
B1.油浴保温:采用高温油浴方式在200~400℃下对铁基非晶合金铁芯进行保温,保温30~120分钟;
C1.高温除油:在完成油浴升温,将热处理油导出退火炉103,退火炉升温到300~420℃,并保温5~10分钟;
D1.到达保温时间后,冷却至室温后取出产品。
在步骤B1中,通过油浴循环装置105对热处理油进行加热和保温,经进油管106向退火炉内的油池102中通入已加热到200~400℃的热处理油,将铁基非晶合金铁芯浸没在上述热处理油中,达到保温时间后,再经出油管104导出到油浴循环装置保温。
在步骤C1中,进一步包括磁场热处理:在高温保温开始时打开磁化装置,对铁芯进行磁场热处理,所述磁化装置的磁场由100~1000A的电流产生。
在步骤D1中,冷却方式选自空冷、随炉冷、气体淬火中的一种。
在步骤C1中,铁基非晶合金铁芯上残留的热处理油被加热后挥发分解。
铁基非晶合金铁芯重量为20~300公斤。
本发明的有益技术效果:
本发明选用高温淬火油、回火油、硅油、退火油等高温油类作为热处理低温保温阶段用油,利用了油类物质热传导效率远高于气体的特征,有效提高加热速率,使铁芯内外温度迅速达到一致,提高了热处理效率。
常规的退火工艺中,具有升温、保温、冷却步骤,本发明基本取消了升温过程,是将预先加热到一定温度的油直接加入到油池内对产品进行加热,实现对产品的快速升温、加热、保温。在低温退火结束后,再进行高温加热保温。
本发明选用的热处理油可以循环使用,特别适合大规模工业生产。因为热处理油可一直保持在特定温度循环使用,减少了反复从低温加热到高温所需要的能量和时间,达到了高效节能的有益效果。
本发明选用的热处理油在300℃~400℃温度下能够挥发分解,避免了其附着在铁芯表面,不会影响后续工作。
本发明在低温退火阶段时热处理油完全浸没非晶铁芯,可有效防止非晶铁芯在该过程发生氧化。
本发明也可以取消低温保温,直接将热处理油加热到高温保温的温度,将产品浸没在高温的热处理油中,在200-400℃进行退火处理。
综合以上效果,本发明所述方法可以有效提高铁基非晶合金热处理效率,在改善材料磁性能的同时不降低材料的力学性能,从而获得具有优异综合性能的铁基非晶合金铁芯。
附图说明
图1为本发明改善铁基非晶合金铁芯综合性能的退火方法使用的装置的结构示意图。
其中的附图标记为:
101退火炉炉门,102油池,103退火炉,出油管104,油浴循环装置105,进油管106
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
相反,本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步,为了使公众对本发明有更好的了解,在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,所述方法是在非晶合金铁芯热处理过程时采用油浴的方式在低温阶段(100~200℃)对铁基非晶合金进行保温20~90分钟,使铁芯的内外温度迅速达到一致。即:热处理时采用油浴的方式是指将铁基非晶合金铁芯浸没在已经加热到一定温度的油中(100~200℃),优选的有高温淬火油、回火油、硅油等。
现有的铁基非晶合金铁芯的热处理工艺一般采取的是真空环境或者是通入氮气气氛进行,这些方式都是靠热辐射或者是气体作为热介质进行热传导,而用油作为介质进行热传导的效率更高。所以采用油浴的方式可以有效提高加热速率,提高热处理效率,达到使铁芯内部和边部温度迅速达到均匀化。
在完成低温保温阶段后,将热处理油导出退火炉,退火炉开始升温到高温(300~400℃)并保温20~90分钟。
高温保温过程中可对非晶合金铁芯施加磁场进行磁场热处理。保温结束后可选用空冷、随炉冷、气体淬火等方式冷却。
因为热处理油的燃点低于高温温度,升到高温温度后,附着在铁芯表面的油就可以完全挥发,挥发的气体需经过环保处理才可排出。
实施例1
采用国标牌号1K101的铁基非晶带材制造型号为SBH15-M-400/10的铁芯,对该铁芯进行如下热处理:
a.装炉:将产品放入退火炉103中,置于空的油池102中并摆放整齐;
b.低温保温:合上退火炉炉门101,检查退火炉密封完好后,由油浴循环装置105控制进油管106向油池102通入已经加热到150℃的1号回火油(商用产品),对产品进行低温保温,保温时间30分钟,使铁芯内部和边部的温度均匀化;
c.高温保温:低温保温结束后首先由油浴循环装置105控制除油管104导出油池中的1号回火油,再以10℃/分钟的加热速度将温度升高到390℃,保温40分钟;
d.冷却:保温阶段结束后,停止加热,冷却至室温后取出产品。
对上述制备的非晶铁芯产品进行测试,材料经退火后脆性无恶化,在1.35T,50Hz测试条件下的铁损为0.34VA/kg。
实施例2
采用国标牌号1K101的铁基非晶带材制造型号为SBH15-M-400/10的铁芯,对该铁芯进行如下热处理:
a.装炉:将产品放入带有磁化装置的退火炉中,置于空的油池中并摆放整齐;
b.低温保温:检查退火炉密封完好后,向油池中通入已经加热到150℃的1号回火油,对产品进行低温保温,保温时间30分钟,使铁芯内部和边部的温度均匀化;
c.高温保温:低温保温结束后首先导出油池中的1号回火油,再以10℃/分钟的加热速度将温度升高到390℃,保温40分钟;
d.磁场热处理:在高温保温开始10分钟后,打开磁化装置(磁场强度1500A/m),对产品进行磁场热处理;
e.冷却:保温阶段结束后,停止加热,冷却至室温后取出产品。
对上述制备的非晶铁芯产品进行测试,材料经退火后脆性无恶化,在1.35T,50Hz测试条件下的铁损为0.15VA/kg。
Claims (15)
1.一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
A. 装炉:将产品放入退火炉(103)内空的油池(102)中;
B. 低温退火:通过油浴循环装置(105)对热处理油进行加热和保温,经进油管(106)向退火炉内空的油池(102)中通入已加热到100~200℃的热处理油,将铁基非晶合金铁芯浸没在上述热处理油中,进行保温20~90分钟;
C. 高温退火:在完成低温退火阶段后,将热处理油导出退火炉(103),再将退火炉升温到300~400℃,并保温20~90分钟;
D. 冷却至室温后取出产品。
2.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤B中,将热处理油经出油管(104)导出到油浴循环装置(105)保温。
3.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤C中,进一步包括磁场热处理:在高温保温开始时打开磁化装置,对铁芯进行磁场热处理,所述磁化装置的磁场由100~1000A的电流产生。
4.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤D中,冷却方式选自空冷、随炉冷、气体淬火中的一种。
5.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
所述热处理油选自退火油、高温淬火油、回火油或硅油中的一种。
6.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
所述热处理油的燃点高于低温保温温度,低于高温保温温度。
7.根据权利要求3所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤C中,铁基非晶合金铁芯上残留的热处理油被加热后挥发分解。
8.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤C中,导出的热处理油经净化后保温存储,保持在加热的温度多次循环使用。
9.根据权利要求1所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
铁基非晶合金铁芯重量为20~300公斤。
10.一种改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
A1. 装炉:将产品放入退火炉(103)内空的油池(102)中;
B1. 油浴保温:通过油浴循环装置(105)对热处理油进行加热和保温,经进油管(106)向退火炉内空的油池(102)中通入已加热到200~400℃的热处理油,将铁基非晶合金铁芯浸没在上述热处理油中,保温30~120分钟;
C1. 高温除油:在完成油浴升温,将热处理油导出退火炉(103),退火炉升温到300~420℃,并保温5~10分钟;
D1. 到达保温时间后,冷却至室温后取出产品。
11.根据权利要求10所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤B1中,将热处理油经出油管(104)导出到油浴循环装置保温。
12.根据权利要求10所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤C1中,进一步包括磁场热处理:在高温保温开始时打开磁化装置,对铁芯进行磁场热处理,所述磁化装置的磁场由100~1000A的电流产生。
13.根据权利要求10所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤D1中,冷却方式选自空冷、随炉冷、气体淬火中的一种。
14.根据权利要求10所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
在步骤C1中,铁基非晶合金铁芯上残留的热处理油被加热后挥发分解。
15.根据权利要求10所述的改善铁基非晶合金铁芯综合性能的高效退火方法,其特征在于:
铁基非晶合金铁芯重量为20~300公斤。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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