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提高电磁纯铁耐磨性的方法

文章出处:未知责任编辑:admin作者:admin人气: 发表时间:2018-05-31 14:53 字体大小:【
电磁纯铁是一种广泛使用的软磁材料,它的磁感应强度较高,适合制作在强磁场中工作的磁性零件。电磁纯铁材料价格便宜,热处理工艺简单,目前在民机产品中的应用普遍。但是,电磁纯铁材料的合金元素含量几乎为零,不存在合金强化相,其硬度在铁金属中是低的。电磁纯铁常用作电磁阀的外壳、衔铁、阀芯、活动铁芯等零件。电磁阀的结构及执行动作,大体类似于一个小型的作动器。同时电磁纯铁零件起着一般结构件,甚至传动件的作用,具有机械强度以及较好的耐磨性。电磁阀中有很多电磁纯铁零件工作时相互之间进行着相对运动,发生表面摩擦,如材料硬度不够,会严重影响器件的工作寿命,所以,要对纯铁材料的表面进行强化。渗氮工艺可提高纯铁的表面硬度。然而,对电磁纯铁进行渗氮处理,存在降低其磁性能的风险,因此,寻找合适的渗氮工艺在提高纯铁材料的表面硬度的同时保持其磁性能在实际使用所需要求范围之内。
  北京航空材料研究院针对民用飞机中飞控伺服作动器强磁场中工作的特点,优化渗氮工艺,在保证B5000、B10000、矫顽力和磁导率的磁性能要求的同时,表面硬度提高到900 HV以上,取得了良好结果。他们的研究采用的是 DT4A 电磁纯铁材料,表面粗糙度控制在 1.6 μm,试样渗氮前进行 900 ℃ 退火,退火后表面硬度为 120 HV0.01,渗氮介质为纯氨气,在充入渗氮介质前,试样在350℃保温 40 min,保温期间充入压缩空气,渗氮完成后,充入 110 kPa 压力氮气冷却至150℃以下出炉。
  渗氮后表面致密层的均匀性和厚度是决定纯铁渗氮后硬度的关键因素,渗氮工艺保证形成连续的表面致密层,厚度应在5 μm 以上。通过对比试验,发现在以下工艺条件下:温度450℃、保温时间240min、氨气分解率6 ~ 7/%,可以获得这个表面致密层。X 射线衍射表明,表面相组成为 γ'相、Fe3N (ε相)和 α 相,在表面形成了致密的连续 γ'相和ε 相的混合层。混合层的存在提高了试样的表面硬度。测试证明,表面硬度达到了HV0.01 = 986。渗氮时间的增加可使混合层厚度也增加,但在达到5 μm 左右后几乎不再加厚。
  对试样进行磁性能测试表明,试样低磁性能 B500和 B1000分别下降了16% 和10% ,中磁性能 B2500下降了 4% ,但强磁性能 B5000和 B10000仅下降 1.5% 和 1%。与 GB /T 6983—1986《电磁纯铁棒材技术条件》中的技术要求进行对比,低磁性能和中磁性能偏低,但强磁性能能满足国标要求;试样的矫顽力和磁导率也满足国标要求。
  上述研究证明,针对飞控伺服作动器中电磁纯铁材料强磁场工作的要求,通过调整渗氮工艺参数,试样在渗氮后可以达到强磁性能、矫顽力和磁导率的技术指标,可以满足其磁性能和硬度的综合要求,使电磁纯铁零件的表面耐磨性问题得以解决,实现民机飞控伺服作动器产品的长寿命。

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