CN103680809B - 一种深水阀用电磁铁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了深水阀用电磁铁，属于电感技术领域。它解决了现有的电磁铁承受压力不大的问题。本发明包括磁轭、磁芯管以及骨架，磁轭的开口端密封有轭片，骨架上安装有线圈，磁芯管贯穿并安装在磁轭内，磁芯管内设有衔铁且衔铁上连接有推杆，衔铁开设有导流孔且导流孔位于衔铁水平中心线以下，磁芯管、轭片、骨架和磁轭的材料均为导磁不锈钢材料，导磁不锈钢由以下重量百分比的成分组成：C：0.02‑0.03%，Cr：15.0‑17.0%，Ni：1.1‑1.4%，Si：1.8‑2.2%，Al：0.05‑0.2%，N：0.05‑0.15%，Ti：0.08‑0.20%，P≤0.01%，S≤0.01%，余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明具有体积小推力大的优点。

Description

一种深水阀用电磁铁及其制备方法

技术领域

本发明属于电感技术领域，涉及一种电磁铁，尤其涉及一种深水阀用电磁铁及其制备方法。

背景技术

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁。电磁铁的工作原理是：当电磁线圈通电时，在线圈周围产生电磁场，磁力线穿过电磁线圈、壳体、轭铁和衔铁，形成闭合回路，在轭铁的内侧面和衔铁的外侧面就分别形成N极和S极，在强大的磁场作用下，衔铁克服在芯轴上外套弹簧的弹力，迅速外移，与轭铁吸合，穿过轭铁中信孔的芯轴随之向外产生一个相关位移，从而推动相应的机构动作。

现有的电磁铁虽然多种多样，但是多数不能承受很大的压力，更不能在深水中使用，在需要在深水中使用时候满足不了使用要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种承受压力大、体积小推力大的深水阀用电磁铁。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种深水阀用电磁铁，包括磁轭、磁芯管以及设置于磁轭内的骨架，所述磁轭的开口端密封有轭片，所述骨架上安装有线圈，所述磁芯管贯穿并安装在磁轭内，磁芯管内设有衔铁，衔铁上连接有推杆且推杆延伸至电磁铁外，所述磁芯管依次贯穿轭片、骨架和磁轭，所述衔铁开设有导流孔且导流孔位于衔铁水平中心线以下，所述的磁芯管、轭片、骨架和磁轭的材料均为导磁不锈钢材料，所述的导磁不锈钢由以下重量百分比的成分组成：C：0.02-0.03%，Cr：15.0-17.0%，Ni：1.1-1.4%，Si：1.8-2.2%，Al：0.05-0.2%，N：0.05-0.15%，Ti：0.08-0.20%，P≤0.01%，S≤0.01%，余量为Fe以及不可避免的杂质。

在不锈钢中，具有肥粒铁和麻田散铁相的不锈钢具有磁性，导磁不锈钢具有较好的导磁率，可降低在电磁场合下应用时产生的磁滞损耗和涡流损耗，减少设备在电磁转换时的发热和能量损耗，提高设备的效率和稳定性。同时，导磁不锈钢还具有良好的机械性能和抗腐蚀性能。

在导磁不锈钢材料中，其成分对其特性影响较大。其中，加入C可提高不锈钢的强度，但因敏化的影响，会有局部晶界腐蚀现象，因此，本发明将导磁不锈钢的含C量控制在0.02-0.03%。但是，将C含量控制在本发明范围内，导磁不锈钢的强度和硬度有所降低。为了提高因降低含C量而降低的强度和硬度，本发明在导磁不锈钢材料中添加N。0.05-0.15%的N元素可显著增加组织中马氏体的含量，使原单相铁素体组织变为铁素体+马氏体双相组织，降低材料中析出相的数目，使材料中硬脆σ相消失。由于N的固溶强化及降低σ相析出等作用.加N后导磁不锈钢材料的强度和硬度明显提高。

Cr是导磁不锈钢主要的添加元素，由于Cr可生成Cr₂O₃钝态保护膜，是导磁不锈钢抗腐蚀性能最大的原因。随着Cr含量的增加，保护膜的稳定度也相对提升，耐高温氧化及氧化酸性能提高，但还原酸（H₂SO₄、HCl）会溶去Cr₂O₃氧化膜使之无法重新生长，因此，仅含Cr的导磁不锈钢在还原酸的环境中受腐蚀的速率仍然很高，为了改变导磁不锈钢在还原酸环境的抗腐蚀性，本发明在导磁不锈钢中加入Ni增强导磁不锈钢钝态保护膜在还原酸中的耐蚀性。另外Cr还是肥粒铁相的安定元素（Cr当量表示肥粒铁相的安定度），使导磁不锈钢材料具有质软延展性好、高温强度佳的特性。Ni还可以降低导磁不锈钢的加工硬化性，使导磁不锈钢材料具有韧性。

本发明还在导磁不锈钢材料中加入了Si和Al，在进一步提高导磁不锈钢的抗氧化性能的同时，节约了Cr的用量。但是，Si和Al虽然能提高导磁不锈钢的抗氧化性能，也会使导磁不锈钢的晶粒粗化和脆性倾向增大。因此，Si和Al的添加量不能过大，必须严格控制在本发明范围内。

另外，本发明还在导磁不锈钢材料中加入了0.08-0.20%的Ti，在导磁不锈钢中取代Cr与C形成安定化的碳化物，减少Cr₂₃C₆的析出而产生缺铬区。但是，本发明导磁不锈钢的Ti含量不能过多，否则在铸造时容易堵塞铸嘴，控制在本发明范围内较为适当。而P和S都是导磁不锈钢中的杂质元素，本发明将其含量均控制在0.01%以下。

在上述的一种深水阀用电磁铁中，所述磁芯管的一端安装有拼帽，另一端安装有外套螺母，所述拼帽将磁轭抵紧至外套螺母。

在上述的一种深水阀用电磁铁中，所述磁芯管包括导套管和磁芯部，所述导套管和铁芯之间固连有分离部。

在上述的一种深水阀用电磁铁中，所述轭片中间凸出伸入磁轭内部与磁轭内部形成密闭。

本发明的另一个目的在于提供上述深水阀用电磁铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、按上述导磁不锈钢的组成成分及重量百分比进行配料，然后在冶炼炉内将配料熔化成金属液；

S2、将熔化后的金属液浇注成磁芯管、轭片、骨架和磁轭，再进行锻造；

S3、将锻造后的磁芯管、轭片、骨架和磁轭在900-1150℃温度下固溶30-60min，然后在900-1150℃的箱式电阻炉中油淬30-80min，油淬后在600-680℃的温度下回火处理1-3h，最后将制得的磁芯管、轭片、骨架和磁轭组装成最终产品深水阀用电磁铁。

作为优选，步骤S1中所述的冶炼炉内温度为1680-1700℃。

作为优选，步骤S2中所述锻造温度始锻温度为1140-1170℃，终锻温度为850-900℃。

与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：

1、拼帽和外套螺母分别安装于磁芯管两端且将磁轭抵紧，使得本电磁铁密封性能更加完善，承受更大的压力；

2、在分离部的两端与导套管和磁芯部的连接牢靠，分离部用于分隔线圈和衔铁，磁芯管内腔承压强，而气体或者液体等流质沿磁芯管进入到磁芯部，并通过导流孔进去到衔铁的后端，腔体内的压力一致，因而考虑导套管和铁芯及分离部的承压能力就可以保证电磁铁整体的承压能力，结构简单有效；

3、磁芯管、轭片、骨架和磁轭均由导磁的不锈钢材料制成，不仅承受压力大，而且防腐蚀性能好，导磁能力强。

附图说明

图1是本发明的半剖结构示意图。

图2是本发明轭片的剖视图。

图3是本发明磁芯管的剖视图。

图中，1、磁轭；2、磁芯管；21、导套管；22、磁芯部；23、分离部；3、骨架；31、线圈；4、轭片；41、凸出；5、衔铁；51、导流孔；6、推杆；7、拼帽；8、外套螺母。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本深水阀用电磁铁包括磁轭1、磁芯管2以及设置于磁轭1内的骨架3，所述磁轭1的开口端密封有轭片4，所述骨架3上均安装有线圈31，所述磁芯管2贯穿并安装在磁轭1内，磁芯管2内设有衔铁5，衔铁5上连接有推杆6且推杆6延伸至电磁铁外部，所述磁芯管2依次贯穿轭片4、骨架3和磁轭1，所述衔铁5开设有导流孔51且导流孔51位于衔铁5水平中心线以下，磁芯管2的一端安装有拼帽7，另一端安装有外套螺母8，所述拼帽7将磁轭1抵紧至外套螺母8，轭片4中间凸出41伸入磁轭1内部与磁轭1内部形成密闭。

本发明在初始状态下，磁芯管2依次贯穿轭片4、骨架3和磁轭1，磁轭1套设在磁芯管2外，两端又通过拼帽7和外套螺母8固定，可以使流质在完全在磁芯管2内流动，整体的密封性好，承压力强，同时安装方便，同时，由于气隙内也布满流质，因而位于腔体内的衔铁5前后压强一致，衔铁5移动的时候流质可以通过导流孔51前后流动，导流孔51位于中心线一下，避免推杆6卡入或堵塞导流孔51。线圈通电后，通过电磁感应，使衔铁5产生吸力向磁芯部22一侧运动，断电后，衔铁5通过重力作用自动复位，或者外部压力作用下移动。

作为深水阀用电磁铁，必须承受较大的压力，所以磁轭1厚度比一般的电磁铁磁轭1厚，与此同时，优选的，电磁铁在固定的外径尺寸下，衔铁5的截面半径与线圈31截面的厚度相等，可以达到吸力大且功率小的目的。

如图3所示，磁芯管2包括导套管21和磁芯部22，所述导套管21和磁芯部22之间固连有分离部23。分离部23的两端与导套管21和磁芯部22的连接非常牢固，分离部23用于分隔线圈41和衔铁5，磁芯管2内腔承压强，而气体或者液体等流质沿磁芯管2进入到磁芯部33，并通过导流孔51进去到衔铁5的后端，腔体内的压力一致，因而考虑导套管21和磁芯部22及分离部23的承压能力就可以保证电磁铁整体的承压能力，结构简单有效。

磁芯管2、轭片4、骨架3和磁轭1的材料均为导磁不锈钢材料，导磁不锈钢由以下重量百分比的成分组成：

表1本发明实施例1-3深水阀用电磁铁

的组成成分及质量百分比

实施例1：

按表1中实施例1中导磁不锈钢的组成成分及重量百分比进行配料，然后在温度为1680℃的冶炼炉内将配料熔化成金属液。然后将熔化后的金属液浇注成磁芯管、轭片、骨架和磁轭，再进行锻造。锻造温度始锻温度为1140℃，终锻温度为850℃。锻造后将磁芯管、轭片、骨架和磁轭在900℃温度下固溶30min，然后在900℃的箱式电阻炉中油淬30min，之后在600℃温度下回火处理1h。最后将制得的磁芯管、轭片、骨架和磁轭组装成最终产品深水阀用电磁铁。

实施例2：

按表1中实施例2中导磁不锈钢的组成成分及重量百分比进行配料，然后在温度为1690℃的冶炼炉内将配料熔化成金属液。然后将熔化后的金属液浇注成磁芯管、轭片、骨架和磁轭，再进行锻造。锻造温度始锻温度为1150℃，终锻温度为880℃。锻造后将磁芯管、轭片、骨架和磁轭在980℃温度下固溶40min，然后在980℃的箱式电阻炉中油淬40min，之后在630℃温度下回火处理2h。最后将制得的磁芯管、轭片、骨架和磁轭组装成最终产品深水阀用电磁铁。

实施例3：

按表1中实施例3中导磁不锈钢的组成成分及重量百分比进行配料，然后在温度为1700℃的冶炼炉内将配料熔化成金属液。然后将熔化后的金属液浇注成磁芯管、轭片、骨架和磁轭，再进行锻造。锻造温度始锻温度为1170℃，终锻温度为900℃。锻造后将磁芯管、轭片、骨架和磁轭在1150℃温度下固溶45min，然后在1150℃的箱式电阻炉中油淬50min，之后在680℃温度下回火处理2.5h。最后将制得的磁芯管、轭片、骨架和磁轭组装成最终产品深水阀用电磁铁。

将本发明实施例1-3制得的深水阀用电磁铁进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2本发明实施例1-3制得的深水阀用电磁铁

的性能测试结果

从表2可以得出，本发明深水阀用电磁铁具有良好的导磁率和机械性能，而且，其抗腐蚀性能也非常优秀，非常适合生产中使用。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种深水阀用电磁铁，包括：

磁轭、磁轭的开口端密封有轭片，轭片中间凸出伸入磁轭内部与磁轭内部形成密闭；

骨架，骨架设置于磁轭内，骨架上安装有线圈；

磁芯管，磁芯管依次贯穿轭片、骨架和磁轭并安装在磁轭内，磁芯管内设有衔铁，衔铁上连接有推杆且推杆延伸至电磁铁外；磁芯管包括导套管和磁芯部，导套管和铁芯之间固连有分离部；磁芯管的一端安装有拼帽，另一端安装有外套螺母，所述拼帽将磁轭抵紧至外套螺母，所述衔铁开设有导流孔且导流孔位于衔铁水平中心线以下；

其中磁芯管、轭片、骨架和磁轭的材料均为导磁不锈钢材料，所述的导磁不锈钢由以下重量百分比的成分组成：C：0.02-0.03％，Cr：15.0-17.0％，Ni：1.1-1.4％，Si：1.8-2.2％，Al：0.05-0.2％，N：0.05-0.15％，Ti：0.08-0.20％，P≤0.01％，S≤0.01％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

2.一种深水阀用电磁铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1、按权利要求1所述的导磁不锈钢的组成成分及重量百分比进行配料，然后在冶炼炉内将配料熔化成金属液；

S2、将熔化后的金属液浇注成磁芯管、轭片、骨架和磁轭，再进行锻造；

S3、将锻造后的磁芯管、轭片、骨架和磁轭在900-1150℃温度下固溶30-60min，然后在900-1150℃的箱式电阻炉中油淬30-80min，油淬后在600-680℃的温度下回火处理1-3h，最后将制得的磁芯管、轭片、骨架和磁轭组装成最终产品深水阀用电磁铁。

3.根据权利要求2所述的深水阀用电磁铁的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的冶炼炉内温度为1680-1700℃。

4.根据权利要求2所述的深水阀用电磁铁的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述锻造温度始锻温度为1140-1170℃，终锻温度为850-900℃。