磁场热处理是指在磁场中居于居里温度附近将材料保温若干时间后冷却，或以一定的速度在磁场中冷却的热处理过程。通过磁场热处理，常常可以使合金中的磁性离子或离子对出现方向有序，从而引起所谓感生各向异性，使材料中原来易磁化方向各不相同的磁畴结构，变成易磁化的，方向大致平行于磁场取向的磁畴结构。

磁场热处理,在诸多新型热处理方法中受到了更广泛的重视。磁场淬火能有效地改善各种金属材料的力学性能,因此,已成为国际材料科学领域中重要的研究课题之一。

磁场淬火的实质,是利用外加磁场使奥氏体晶格发生形变(即晶格畸变) ,形成位错胞,使马氏体细化并增加位错密度,改善力学性能。这与钢的形变热处理有相似之处。这虽是不同的两种形变方式,但可产生相同的组织结构—位错胞,使材料得到强化。而磁场淬火提高材料的强韧化效果更突出,使用寿命的提高更显著。

1 磁场淬火工艺

磁场淬火工艺是从高温奥氏体冷却到马氏体点至马氏体转变结束全过程的连续晶格形变,所以,工件在磁场中的冷却曲线是一条自始至终的晶格形变曲线。

2 磁场淬火工艺曲线与形变淬火工艺曲线的对比

根据奥氏体在冷却过程中形变温度的不同,钢的形变淬火工艺可分为高温形变淬火、低温形变淬火及复合形变淬火三种。分析可知,磁场淬火与钢的形变热处理中的复合形变淬火相似。其中AB 线段代表高温奥氏体磁场晶格形变,CD 线段代表低温奥氏体磁场晶格形变,DE 线段代表马氏体转变过程中磁场晶格形变, EF线段代表马氏体转变后的磁场时效。总体为复合形变淬火。复合形变淬火对材料的力学性能改善最明显。

复合形变淬火时,材料的单位形变的屈服强度增量为0. 76 (kg/ mm2/ %) ;高温形变淬火时,材料单位形变的屈服强度增量为0. 50(kg/ mm2 %) ;低温形变淬火时,材料单位形变的屈服强度增量为0. 63 ( kg/ mm2/ %) 。复合形变淬火时的冲击值Ak 为47J ,延伸率A 为10. 5 % ,断面收缩率Z 为39 % ,与相应的低温形变淬火时的冲击值Ak 为37J ,延伸率A 为11. 4 %及断面收缩率Z 为36 %相比较,除了延伸率外,其余两项复合形变淬火时的冲击值和断面收缩率都比低温形变淬火的高。

通过比较得知,复合形变淬火的强化效果最佳。由此引出,经磁场淬火的材料的强化效果也应该是很突出的。作者在磁场淬火研究中, 对低铬耐磨材料经磁场淬火与普通淬火后的力学性能作了对比。经磁场粹火的低铬耐磨材料硬度提高了1～ 1. 5HRC , 冲击韧性提高了16 % , 强度提高了20 %～50 % ,铸造清理设备(Q635 型) 抛头上的低铬耐磨叶片经磁场淬火,在使用<2. 5mm 大铁丸的情况下,使用寿命提高了2 倍多。

用

自1988 年元月正式使用,六年来主要用于冲孔冲头,切边模、顶针等模具的淬火,平均寿命提高了0. 5～2 倍,大大降低了模具材料的消耗,降低了生产成本。

磁场回火

磁场回火所采用的磁场,一般以交流磁场和脉冲磁场为最多,而据有关资料报道,直流磁场采用的很少。

下面我们以高速钢的脉冲磁场回火为例,了解一下磁场回火的应用潜值。

试验材料选用国产W6Mo5Cr4V2 高速钢,加热设备为高温盐浴炉和高温箱式炉。常规回火在硝盐炉中进行,脉冲磁场回火在自制的脉冲磁场加热炉中进行,其功率为10kW ,介质为硝盐,磁场强度为1000A/ m 左右。冲击试样尺寸为10mm ×10mm ×55mm(无缺口) ,抗弯试样尺寸为10mm ×10mm ×120mm 方钢。

1 脉冲磁场回火最佳工艺的确定

选择最佳回火工艺,在常规回火温度560 ℃下改变磁场强度及回火时间,然后测定硬度变化,按560 ℃×45min ×2 次工艺对高速钢进行脉冲磁场回火时, 出现硬度最高值( ≥65HRC) 。而常规回火时,则是560 ℃×1. 5h ×3 次后硬度达到最高值( ≥64. 5HRC) 。最后确定为560 ℃×45min ×2 次为脉冲磁场回火最佳工艺。

2 脉冲磁场回火对力学性能的影响

脉冲磁场回火对力学性能的影响。经脉冲磁场回火的高速钢的抗弯强度值和冲击韧性值均高于常规回火后的数值。

3 脉冲磁场回火对残余应力及残余奥氏体量的影响

常规回火和脉冲磁场回火对其残余内应力的影响。高速钢的残余内应力经脉冲磁场回火后明显下降,而常规回火后的残余应力下降的幅度较小。

另外,对经淬火的W6Mo5Cr4V2 钢进行脉冲磁场回火和普通回火处理后,对残余奥氏体量进行了测定比较。脉冲磁场回火工艺: 560 ℃×45min ×2次;普通回火工艺:560 ℃×1. 5h ×3 次。

从中得知,经脉冲磁场回火和普通回火后钢的残余奥氏体量接近,但脉冲磁场回火次数比普通回火次数少并且回火时间缩短了1/ 2 。脉冲磁场回火后残余应力低,说明回火是充分的,所以脉冲磁场回火完全可以取代常规回火工艺。

对磁场热处理的展望

1 磁场淬火是属于复合晶格形变淬火工艺,所以强韧化效果突出,特别在对提高机械另件使用寿命方面的作用尤为显著。

2 磁场仅仅是改变晶格中原子之间的平衡距离,而不改变机械另件的几何尺寸,所以应用范围极其广泛。凡是可通过普通淬火工艺处理的机械另件都可通过磁场淬火来提高强韧化效果,延长机械另件的使用寿命,因此,也必将激起同仁们对耗能大、效率低、周期长的传统热处理工艺的全面改革。

3 高速钢的脉冲磁场回火的结果表明,磁场回火工艺具有可减少回火次数和回火时间,降低生产成本和缩短生产周期,提高生产效率等优点,这也是人们在长期的热处理生产中在不断追寻的一个重要经济目标,也必将引起大家对磁场热处理应用潜值的探索与开发。

参考资料

最新修订时间：2022-08-25 14:19