Cu对含Ce高强高效无取向硅钢磁性能的影响

无取向硅钢作为新能源汽车电机系统的核心部件材料,要求其磁性能和力学性能同时优异,但两者往往不能兼顾。如何获得强度和磁性能的良好匹配是高性能无取向硅钢需要解决的关键问题之一。对此,本工作通过Cu、Ce合金化研制了高强高效无取向硅钢样品,但是,目前Cu在硅钢中的作用尤其是对磁性能的影响机理尚不十分明确。因此,本工作采用光学显微镜、扫描电镜、背散射电子衍射和透射电镜等方法研究了Cu对含Ce高强高效无取向硅钢磁性能的影响及机理。结果表明,适量Cu的添加在显著提高强度的情况下同时降低高频铁损,较多Cu的添加使磁感降低、铁损升高。这主要是因为,适量的Cu以富Cu相析出,具有尺寸小、分布分散等特点,一方面促使再结晶的发生,提高晶粒均匀性,并且高温再结晶退火过程中Cu以固溶形式存在不会明显阻碍晶粒长大,对磁性能有利;另一方面促使有利织构的产生,抑制不利织构出现,提高磁感,从而在一定程度上抵消富Cu析出相阻碍磁畴转动对磁性能的不利影响。Cu含量较高时,富Cu析出相不仅尺寸较大,而且形态呈长条状或短棒状,恶化了磁性能。

新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢力、磁性能调控研究进展

新能源汽车能够有效缓解传统汽车行业对化石燃料的严重依赖和全球所面临的环境问题,是未来发展的必然趋势.驱动电机作为新能源汽车的动力核心,不仅需要具有优异的磁性能提高能源转换效率,同时需要具有高强度来抵抗高速运转时的离心力.然而,无取向硅钢的强度和磁性能难以兼顾,因此无取向硅钢力、磁性能的协同调控是新能源汽车驱动电机发展过程中的一个关键科学问题.本文综述了国内外有关高强无取向硅钢力学性能和磁性能调控的相关研究现状,分析了不同强化方式对无取向硅钢磁性能的影响,指出了新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢力学性能和磁性能协同调控的未来发展趋势,即多种强化方式共同作用或利用细小弥散的纳米共格析出相实现高强无取向硅钢力、磁性能的最佳匹配,为新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢的发展提供借鉴.

Ce、Cu合金化高强高效无取向硅钢中的夹杂物和析出相分析

设计并制备了含Cu和Ce的高强高效无取向硅钢。通过热力学计算、FactSage和JmatPro相图计算以及扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱仪(EDS)等研究了不同Cu含量的含Ce无取向硅钢中夹杂物和析出相粒子性质。结果表明:Ce的添加降低了试验钢中富Cu析出相的开始析出温度。Cu含量不仅影响富Cu析出相的尺寸、数量而且影响其形态,如1.24%Cu含量的钢中富Cu析出相尺寸细小、呈球状,2.24%Cu含量的钢中富Cu析出相尺寸较大且出现短棒状形态。Ce的添加改变了AlN、Al_(2)O_(3)等夹杂物的形态和尺寸,使夹杂物变性,降低了夹杂物对试验钢磁性能的有害影响。

退火温度对3.1Si-0.8Al-1.3Mn高强无取向硅钢组织与性能的影响

采用ZEISS多功能金相显微镜、电子背散射衍射技术、磁性能测试仪和万能拉伸试验机等研究了不同温度退火对3.1Si-0.8Al-1.3Mn高强无取向硅钢组织、织构和性能的影响。结果表明:冷轧实验钢在800~950℃退火3 min,均发生了再结晶,得到多边形铁素体,晶粒尺寸从13.53μm增大到41.19μm。随退火温度升高,对实验钢磁性能有利的{001}+{101}面织构体积百分数增大,对磁性能不利的{111}面织构的比例降低。800℃退火时的λ织构主要为{001}<130>、{001}<150>;到950℃时形成的λ织构主要为{001}<140>和{001}<160>。当退火温度由800℃上升到950℃时,实验钢的铁损P_(1.5/50)从4.27 W/kg下降至2.22 W/kg,P_(1.0/40)0从24.32 W/kg下降至17.08 W/kg;B_(5000)为1.67~1.70 T,屈服强度从491 MPa下降至432 MPa,抗拉强度从603 MPa下降至521 MPa。综合考虑实验钢的磁性能与力学性能,实验钢最佳的退火温度为850℃。

“双碳”背景下新能源汽车电机用软磁材料发展趋势与应用现状

大力发展电动汽车产业进而促进节能环保,是实现双碳目标的一个重要举措。新能源汽车驱动电机在半导体和永磁材料的基础上,很难通过结构优化突破效能瓶颈。随着多学科交叉融合和跨行业协调发展,新型软磁材料的应用将是带动电机技术创新的重要手段。针对驱动电机对软磁材料的性能需求,介绍了晶粒取向硅钢、极薄无取向硅钢、高强硅钢及非晶合金4种在电机中极具应用潜力的软磁材料,并对其应用在电机中的性能表现进行了分析。结合驱动电机发展对软磁材料的需求,总结了新能源汽车电机利用软磁材料的发展和应用趋势。

退火温度对含铜高强无取向硅钢强度和铁损的影响

新能源汽车驱动电机用硅钢需要具有高强度和低铁损,但两者难以兼得。利用纳米B2富铜析出相与基体错配度低的特性,通过退火工艺调控组织和铜析出相来实现无取向硅钢高强度和低铁损的协同优化,研究了退火温度对含铜无取向硅钢组织、析出相、强度和铁损的影响,制备出了高强度且低铁损的高性能无取向硅钢。结果表明,退火板中有高密度的纳米B2富铜析出相,随着退火温度升高,析出相尺寸先缓慢增大后显著增大,数密度和体积分数先显著减小后缓慢减小;在纳米B2富铜析出相的钉扎作用下,晶粒先显著长大后缓慢长大;纳米B2富铜相的析出强化贡献先减小后增大,细晶强化贡献逐渐减小,在两者的作用下,强度先降低后增加;由于纳米B2富铜析出相与基体错配度低,对铁损恶化作用较小,且晶粒尺寸增大使铁损降低,铁损先显著降低后缓慢增加。在950~1 000℃退火时,纳米B2富铜析出相尺寸和密度合适,可提高屈服强度200 MPa以上,且不会明显恶化铁损,此时能实现无取向硅钢高强度和低铁损的协同优化。

Cr对含Nb高强无取向硅钢组织、织构及性能的影响

高强无取向硅钢主要应用于高速电机,要求其具备高强度和优异磁性能,但目前无取向硅钢的磁性能和强度难以兼顾。因此,设计并制备了添加微量Cr的含Nb高强无取向硅钢,通过光学显微镜、EBSD、万能拉伸试验机、四探针测试仪和磁性能测量仪等研究了Cr对含Nb高强无取向硅钢微观组织、织构、力学性能及磁性能的影响。结果表明,添加质量分数为0.5%的Cr抑制了热轧组织的回复,使常化和退火组织再结晶减弱,常化和退火后有利织构面积分数增加,不利织构面积分数减小。添加质量分数为0.5%的Cr使含Nb无取向硅钢的屈服强度显著增大,磁感略升高,但对铁损几乎没有影响。Cr对屈服强度的影响一方面是由于Cr的固溶强化作用,另一方面Cr促进了Nb的析出而使Nb的析出强化效果增强;而Cr提高含Nb高强无取向硅钢的磁感主要是由于促进有利织构形成的同时抑制了不利织构的形成,使得织构因子增大;添加Cr使无取向硅钢的电阻率增加从而使铁损降低,同时Cr促进了Nb的析出,而这种富Nb析出相不仅抑制晶粒长大且会阻碍磁畴移动而使铁损增高,在两方面因素的综合作用下,添加质量分数为0.5%的Cr对含Nb高强无取向硅钢的铁损几乎没有影响。因此,含Nb高强无取向硅钢中添加微量Cr,会由于Cr的固溶作用以及其促进Nb的析出而提高钢的强度并提高钢的综合磁性能。