Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

薄带连铸Fe-2.7%Si铸带组织和析出物

研究了双辊薄带连铸Fe-2.7%Si合金铸带组织和析出物的形貌特征及分布规律。结果表明,实验钢铸带中间区域具有以表层柱状晶为主、中心细小等轴晶共存的组织,且细小等轴晶区厚度约为600μm,尺寸为10μm^40μm,晶内有大量亚晶。铸带初始织构较为漫散。铸带中的析出物主要为AlN和MnS的复合析出,通常以MnS周边包围AlN的形态存在,析出的位置主要在晶界、亚晶界附近及晶内。表层析出物尺寸为50nm^500nm,中心层尺寸更为粗大,甚至包括1μm以上的特大型析出物。同时,铸带中存在一定的位错,可在一定程度上促进第二相粒子的快速细小析出。

Fe-66.7%Si合金液滴落管实验的动力学和传热学计算

从动力学和传热学角度对Fe-66.7%Si(原子分数)合金液滴在充入不同种类和压力保护气体的落管中下落的运动过程和温度变化情况进行了计算分析.从重力水平和熔体冷却速率等方面对该合金液滴落管凝固实验的保护气体种类和压力选择进行了讨论.

高能球磨制备Fe-6.5%Si合金微粉的研究

Fe-6.5%Si(质量分数)合金具有优异的软磁性能,是高频电机铁芯的理想材料。采用高能行星球磨法制备了Fe-6.5%Si合金微粉。利用激光粒度分布仪、扫描电镜以及X射线衍射仪分别观测了球磨过程中粉末粒度、形貌及结构的变化。结果表明,随着球磨时间的延长,颗粒不断细化,但细化速度逐渐减小;Fe-6.5%Si合金在氩气保护下高能球磨过程中成分稳定,球磨产物为具有亚微米结构的过饱和固溶体;当球磨罐中装料量(mp=100g)一定时,理论计算和球磨实验得出最佳球料比为10∶1。

有序度与残余应力对Fe-6.5%Si合金塑性变形性能的影响

为了进一步提高Fe-6.5%Si合金的塑性变形性能,以1100℃保温1 h油淬处理后的Fe-6.5%Si合金为对象,重点研究了不同回火温度和保温时间下合金的有序结构回复和残余应力松弛行为及其对三点弯曲力学性能的影响。结果表明,合理的回火处理工艺可在有效抑制有序结构回复的情况下显著松弛合金的淬火残余应力,进而提升淬火试样的塑性变形性能。300℃回火60 min、400℃回火10 min和500℃回火10 min试样的最大弯曲断裂挠度与淬火态试样相比分别提高了20.7%,31.3%,21.8%。合金塑性变形性能提高的原因与回火处理导致合金无序-有序结构回复以及试样表面微观残余应力的松弛有关。以400℃回火处理保温10 min为例,合金试样的有序相畴尺寸由淬火试样的20~200 nm提高到50~300 nm,表面残余拉和压应力分别降低了16.5%和19.4%。

添加Ce的Fe-4%Si合金中稀土夹杂物的热力学预测与表征

利用FactSage软件系统的Phase Diagram和Equilib模块对Ce质量分数为0.0233%的Fe-4%Si合金中的Ce夹杂物进行热力学预测,结果表明:实验合金在凝固及随后的冷却过程中形成的大量稀土夹杂物是Ce2O2S,还有少量的Ce2O3和Ce2S3.通过EBSD相鉴定对实验合金中的Ce夹杂物进行大量表征,证实了热力学预测.研究结果为添加Ce形成的稀土夹杂物对δ铁素体异质形核效用的研究提供了重要的实验基础.

硼在体心立方Fe-3%Si合金中的晶界偏聚行为

利用硼径迹显微照相(PTA)技术研究了体心立方Fe—3%Si合金试样在冷却和淬火等温过程中硼向晶界的偏聚行为结果表明:Fe-3%Si合金中硼的晶界平衡偏聚趋势高于奥氏体合金,也不存在淬火诱导硼向晶界的非平衡偏聚.硼原子与晶界结合能Q=55.7 kJ/mol用淬火诱导非平衡偏聚的复合体机制解释了硼在Fe-3%Si合金与奥氏体合金中偏聚行为异同的原因.

基于正电子湮没寿命谱研究Fe-6.5wt.%Si合金中热空位的生成

正电子湮没技术(PAT)是一种无损伤的材料探测技术,它可以反映正电子所在处电子密度或电子动量分布的信息.由于正电子对原子尺度的缺陷非常敏感,所以正电子湮没技术(PAT)是研究纯金属及金属间化合物中热空位生成的有效工具.基于正电子寿命谱技术对金属间化合物Fe-6.5wt.%Si合金热轧板在不同温度退火后缺陷变化进行研究,发现了正电子平均寿命在673K左右迅速增加,673至1073K温度范围内平均正电子寿命的温度曲线为明显的S形状,1073K以上平均正电子寿命趋于常数,通过分析正电子平均寿命的温度变化曲线,得到了Fe-6.5wt.%Si合金中热空位生成的临界温度值,并计算得到了该合金的空位生成激活焓为HVF=0.54eV.

Fe-30Mn-2.7Si合金单宁酸化学转化膜研究

以优选工艺,进行单宁酸溶液处理Fe-30Mn-2.7S i恒弹性合金,在其表面形成化学转化膜.采用X射线衍射与扫描电镜及在1 mol/L Na2SO4溶液中测定阳极极化曲线与电化学阻抗谱等技术研究化学转化膜的结构、成膜机制与提高其耐电化学腐蚀性能的效果.依据在Fe-30Mn-2.7S i合金表面进行10%CuSO2滴浸的加速腐蚀实验,初步选定较优的单宁酸反应成膜工艺条件.这种转化膜很可能是由有一定孔隙的非晶态合金单宁酸膜层构成.在1 mol/L Na2SO4溶液中,由阳极极化曲线与电化学阻抗谱等参数表征单宁酸转化膜的抗腐蚀性能优于Fe-30Mn-2.7S i合金基体.文中还简要地讨论单宁酸转化膜的结构与电化学性能.

退火过程中Fe-6.5%Si冷轧薄板组织及织构的演变

观察分析了Fe-6.5%Si合金冷轧前后及在不同再结晶退火过程中的组织、织构及有序结构的特点及其演变规律,用以分析织构形成机制及其影响因素。结果表明,间隙溶质原子偏聚于{110}面的概率大于{112}面,明显提高位错在{110}面滑移的临界分切应力;代位溶质原子有可能同步提高{110}和{112}面的临界分切应力,降低这两面的临界分切应力差;因此溶质原子都会导致{112}面更活跃的滑移和更强的{100}<110>冷轧织构。退火过程中{111}<112>取向晶粒易于长入{001}<110>和{112}<110>取向形变晶粒,使{111}<112>再结晶织构增强。冷变形会降低合金的有序化程度;D03有序化过程的二级相变特点使之在退火加热过程中先于再结晶出现,再结晶之前的回复会促进有序化过程。

铁硅合金初次再结晶对立方织构形成的影响

Fe-3.2%Si合金通过真空退火发生二次再结晶,最终可形成立方织构电工钢。其中初次再结晶后的晶粒是发生二次再结晶的晶核。通过电子背散射衍射(EBSD)技术和取向成像显微(OIM)技术研究了硅钢初次再结晶对最终立方织构形成的影响。通过冷轧压下量70%和不同退火温度的工艺处理,研究了退火温度对初次再结晶的影响;发现在低温650℃下初次再结晶,形成的初次再结晶晶核有利于最终形成立方织构。

铁硅合金粉末的改性硅溶胶表面包覆及其磁粉芯性能

利用改性硅溶胶包覆液对气雾化Fe-6.5%Si软磁合金粉末进行表面绝缘处理并制备磁粉芯,考察了不同包覆液用量对铁硅磁粉芯性能的影响。结果表明,经包覆处理的合金粉末表面存在均匀的氧化物绝缘层;磁粉芯样品在测试频率范围具有良好的恒磁导率和高频特性;随着包覆液用量的增加,磁粉芯样品的磁导率相应减小、直流叠加性能明显提高,损耗则表现出先减小再增大的趋势。当包覆液用量为1.0 wt%时,样品的恒定磁导率为78,50k Hz、50m T条件下的功耗为170 m W/cm3,直流叠加场为10m T时磁导率百分比为55%,表明适当的粉末表面包覆层有利于获得高性能的铁硅磁粉芯。

快速凝固Fe-6.5%Si合金有序结构及力学性能研究

通过单辊快速凝固的方法制备出宽度为20 mm,厚度为35—50μm,连续成卷的Fe-6.5%Si合金薄带.与普通铸造方法相比,用快速凝固方法得到的Fe-6.5%Si合金具有良好的室温塑性.采用TEM及XRD研究了普通铸锭和快凝薄带的有序化结构和微观组织,并计算了这2种制备条件下B2有序相的长程有序度.结果表明,普通铸造方法得到的Fe-6.5%Si合金含有大量的B2和D0_3有序相,且有序度较高.而快凝薄带晶粒细小,快的冷却速率有效地抑制了D0_3有序相的形成,同时也降低了B2相的生长速度,使合金有序度较低,从而使带材塑性得到明显改善.

MnS粒子对Fe-3%Si合金晶界迁移的影响

统计观察了热变形Fe-3%Si合金中MnS粒子在900℃的析出行为,并利用过饱和固溶体中第二相粒子析出模型计算了MnS粒子的位错析出与晶界析出的相对关系;观察和计算都表明,MnS析出以位错形核为主.在二次再结晶过程中,晶界上MnS析出粒子的粗化过程决定了晶界的可迁移性;但在晶粒尺寸效应之外,晶界两侧晶粒内位错析出MnS粒子密度的差异对晶界迁移的方向也发挥了决定性作用.观察发现,迁移晶界两侧晶粒内往往显示出不同的MnS粒子密度,而晶界则倾向于向粒子密度较低的一侧迁移.不同取向晶粒内的位错密度等因素会影响到析出粒子的密度,高粒子密度的Goss取向晶粒易于长大.

铈对Fe-4%Si合金凝固特征温度的影响及机制

针对不加Ce和添加Ce的Fe-4%Si合金,采用NETZSCH STA 449C型综合热分析仪测定其示差扫描量热(DSC)曲线,探讨添加Ce对Fe-4%Si合金近平衡凝固过程中特征温度的影响。利用液态金属冷却(LMC)定向凝固技术,对添加Ce的Fe-4%Si合金试样通过定向凝固实验保留固-液界面。采用岛津EPMA-1720H电子探针(EPMA),对添加Ce的Fe-4%Si合金定向凝固样品,进行长时间点定量分析,探索Ce在固-液界面处的富集。结果表明,添加Ce使Fe-4%Si合金近平衡凝固过程中液相线温度和固相线温度都有降低的趋势、结晶温度区间有增大的趋势。EPMA长时间点定量分析,证实了凝固过程中Ce能够以原子或夹杂物形式在固-液界面前沿的液相富集。界面处Ce的富集,可能阻碍凝固生长过程中原子的供应,进而影响Fe-4%Si合金的近平衡凝固特征温度及结晶温度区间。

不同Ce含量Fe-6.5%Si合金的组织、有序结构和中温拉伸塑性

研究了Ce含量对铸造态Fe-6.5%Si(质量分数)合金显微组织、有序结构和中温拉伸性能的影响,分析了Ce微合金化改善合金塑性的机理。结果表明,Ce含量在150×10^(-6)以下时,合金铸造组织无明显变化;Ce含量在210×10^(-6)以上时,铸造组织明显细化。Ce的添加可大幅度降低合金的有序程度,显著改善中温拉伸塑性;当Ce含量为62×10^(-6)、150×10^(-6)和210×10^(-6)时,400℃拉伸试样的平均断后伸长率由无Ce试样的7.4%分别升高至10.1%、19.3%和23.0%;而Ce含量增加至260×10^(-6)和790×10^(-6)时,Ce在晶界明显富集导致试样拉伸断口呈现沿晶脆断特征,平均断后伸长率下降至15.5%和14.2%。有效改善Fe-6.5%Si合金塑性的合适Ce含量范围为(150~210)×10^(-6)。

Fe-6.5%Si轧制板材热处理制度工艺的优化

研究了热轧Fe-6.5%Si(质量分数)高硅钢薄板在不同温度、不同时间的热处理条件下其组织及合金力学性能的变化.结果表明,经过热处理的试样具有更好的力学性能,300℃拉伸延伸率比热轧态试样的延伸率(9.09%)高出近1倍,硬度也大幅下降,有利于后续轧制的进行.通过对比分析,确定在850℃下保温1 min并在盐水中淬火是较理想的热处理条件,在此条件下处理的Fe-6.5%Si合金板材组织均匀,塑性提高,硬度降低,有利于下一步轧制的进行,并且该条件也大大提高了现有的热处理效率,满足生产工艺的要求.

Nb微合金化Fe_(14)Si_2高硅钢温轧板织构演变规律

采用Nb对Fe-6.5%Si(质量分数)高硅钢进行微合金化处理,结果表明:Nb在高硅钢薄板制备过程中细晶效果明显.铸态、锻态和热轧态组织的晶粒分别细化了17.50%,24.51%和30.13%.铸态样品压缩强度由1365 MPa提高至1520 MPa,延伸率提高77.78%;温轧板试样室温拉伸强度由573 MPa提高至621 MPa,延伸率提高44.44%.利用XRD对厚度为0.30—1.68 mm的温轧板的板面织构演变过程进行跟踪测量,结果发现:初始织构以(011)〈100〉Goss织构为主,单道次变形量为26.2%的情况下,Goss织构完全转化为(100)〈011〉旋转立方织构,随后,在单道次变形为22.6%的情况下,旋转立方织构完全转化为{111}面织构,即纤维织构,并稳定保持至0.30 mm.

发蓝工艺制备铁硅软磁粉芯及其磁性能研究

开发了一种碱性发蓝+氧化硅辅助绝缘工艺,成功制备了性能优于传统磷酸钝化工艺的铁硅软磁粉芯,研究了发蓝液浓度对粉芯微结构和磁性能的影响。研究发现:磁粉表面形成了一层均匀、稳定的绝缘层。低浓度发蓝液的使用有助于提高磁粉的流动性,而大量发蓝膜在铁硅颗粒表面生成后,磁粉的流动性变差,由此导致粉芯密度随着发蓝液浓度的增加呈现先增大再减小的趋势。粉芯密度降低说明内部气隙增大,导致退磁场增强,磁滞增大,造成有效磁导率降低,直流偏置性能增强,磁滞损耗变大。损耗分离研究表明,粉芯损耗在100kHz以下的变化主要由磁滞损耗所决定。