退火工艺对1J22材料类零件尺寸及磁性能的影响

退火工艺对 1J22材料类零件尺寸及磁性能的影响

王宇、刘飞

新乡航空工业（集团）有限公司 ， 453049

摘要：1J22材料类零件经高温退火后，零件发生不规则变形，零件高度缩短、外圆涨大，导致零件尺寸超差报废。经试验、分析认为1J22材料经高温退火时，材料组织发生相变，产生塑性变形而造成零件形状畸变。通过三坐标测量机、磁性能等分析手段，研究退火工艺对零件尺寸及磁性能的影响。通过试验，获得工艺优化方案，采用高温退火、低温退火相结合的热处理手段，即保证零件尺寸又能满足磁性能要求，杜绝了零件报废。

关键词：不规则变形；高温退火；低温退火；磁性能

0引言

1J22是高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金，该合金能在其他软磁合金已经完全退磁的较高温度下工作，并保持良好的磁稳定性。^[1]

1J22材料类零件在机械加工后，材料磁性会出现明显的下降，因此，1J22材料类零件的高温退火工序都安排在加工流程中的最后一道工序进行，以便最大限度地保留1J22材料的磁性能。在生产中，某批次棒料1J22材料类零件依据HB/Z 192-2008《软磁合金热处理》中棒材工艺参数进行^[2]高温退火，零件为圆柱体，高温退火温度1080℃，保温4h，在真空炉中进行，热处理后，发现零件尺寸全部超差，出现不规则变化，我单位为解决该类材料零件尺寸超差的问题进行了如下试验。

1 试验材料与方法

1.1故障复现

按零件图生产5件1J22零件，编号为1#、2#、3#、4#、5#，由于磁性能检测需要特殊尺寸的环形试样，故按GB/T 13012-2008加工6#、7#环形试样，零件加工流程为：车外圆、端面——刻标记——测量——高温退火——测量，测量采用三坐标测量机进行，摸索高温退火对零件尺寸的影响。6#、7#环形试样与1#、2#、3#、4#、5#零件一同进行高温退火，高温退火后检测环形试样的磁性能。

1.2 零件低温退火试验

将1.1生产的5件1J22零件1#、2#、3#、4#、5#，高温退火后按标准中规定的低温退火（丝材）参数进行试验，低温退火后采用三坐标法测量零件的尺寸。研究低温退火对零件尺寸的影响。

2 试验结果

2.1 高温退火试验结果

1J22零件进行高温退火后，零件尺寸发生不规则变化，零件高度尺寸缩短变化率约为0.117%～0.192%，零件外圆尺寸涨大变化率约为0.079%～0.117%，变化尺寸约为0.1mm。

2.2 低温退火试验结果

1J22零件进行低温退火热处理后，零件尺寸发生未发生变化（0.002测量误差可忽略不计）。

2.3 改变加工流程

根据2.1零件的变形量确定环形试样及零件可靠的机加余量为0.2mm，将1J22环形试样加工及零件的加工流程进行改变，改为：半精加工（留加工余量0.2mm）——高温退火——精加工——低温退火，生产8#、9#、10#、11#环形试样。环形试样半精加工完成后进行高温退火，精加工后测量10#、11#环形磁性能，10#的磁性能（矫顽力）为156.4A/m。11#的磁性能（矫顽力）为162.8A/m。随后8#、9#环形试样进行低温退火，完成后检测8#、9#试样的磁性能，8#的磁性能（矫顽力）为86.9A/m。9#的磁性能（矫顽力）为92.6A/m。摸索加工流程的改变对磁性能（矫顽力）的影响。

3 原因分析

根据试验2.1的结果分析认为1J22材料在900℃温度以下时，组织结构为体心立方晶格的单相固溶体，在900℃～930℃附近发生α—γ相转变，即α铁转变为γ铁，由于奥氏体与铁素体的比容有所不同，当高温下发生α—γ转变，1080℃时，材料组织全部转变为γ相。γ相变时零件微观组织会产生内应力及热应力，发生不均匀的塑性变形而造成形状畸变，由于材料的屈服强度随温度的升高而降低，当零件的残余应力达到其屈服时，就会引起零件的不均匀塑性变形，从而导致零件不均匀塑性变形，引起体积变化。

根据试验2.2的结果分析认为1J22材料在进行860℃低温退火时，温度没有达到相变温度，内部组织没有发生改变，故未能对零件尺寸造成影响。

根据试验2.3的结果分析认为环形试样在经高温退火处理后，晶格形成超结构的有序排列。晶格间达到相对平衡的状态，故磁性能符合要求，当受到机加应力后，在晶格间就会产生畸变、位错，破坏原有的有序排列，导致10#、11#环形试样精加工后，矫顽力不符合要求。8#、9#环形试样精加工后进行低温退火恢复，发现磁性能恢复，虽然未能恢复到高温退火状态的磁性能，但是符合标准要求，确定低温退火能有效的恢复材料的磁性能，满足GB/T13012-2008标准要求（H_C≤144A/m）^[5]。通过试验验证采用高温退火、低温退火相结合的热处理手段可以满足生产要求，能避免1J22材料类零件热处理尺寸变化的影响，同时保证零件磁性能。

4 结论

1）1J22材料类零件进行高温退火，会产生尺寸超差的现象，零件直径方向尺寸缩短变化率约为0.117%～0.192%，零件外圆尺寸涨大变化率约为0.079%～0.117%。

2）1J22材料类零件在进行低温退火时，不会改变零件尺寸。

3）1J22材料机加工后采用低温退火的手段能恢复零件的磁性能。

4）零件采用高温退火、低温退火相结合的热处理手段能保证零件尺寸，同时保证零件的磁性能，避免废品的产生。

5 参考文献

[1]《中国航空材料手册》编辑委员会.第5卷 粉末冶金材料 精密合金与功能材料[M].第2版：北京：中国标准出版社，2001：187.

[2] HB/Z 192《软磁合金热处理》. [S].国防科学技术工业委员会，2008.

[3]石英珂，徐磊，胡晓霞，1J22软磁合金（带材）热处理工艺试验研究及其应用[J]微特电机，45（2017）：85.

[4]中国机械工程学会热处理学会.热处理手册 工艺基础[M].第4版：北京：机械工业出版社.2013；657.

[5]GB/T 13012-2008《软磁材料直流磁性能的检测方法》 . [S].中国国家标准化管理委员会，2008

作者简介；王宇（1990-）男，满族，山东莒南，工程师，学士，研究方向：金属材料热表处理。

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