CN112899447A - 一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法，包括如下步骤：周期球化退火，将铁芯在800至1500A/cm的横向磁场环境下，从室温以第一速率加热至450℃或更高的目标温度，并在此温度下保持0.5至1小时；之后，变化磁场方向及大小，在2000至3500A/cm的纵向磁场环境下，以第二速度加热至580℃，并在此温度下保持0.5至1小时；之后，停止施加磁场，用还原性保护气体保护铁芯，以第三速率将铁芯冷却至室温，并在此温度下保持0.5至1小时；感应加热表面回火后进行气体渗碳，在连续式渗碳炉中的不同时期采用不同的碳势；利用垂直加热整体淬火法进行淬火。

Description

一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法
技术领域
本发明涉及一种退火方法，尤其涉及一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法。
背景技术
纳米晶材料为主要用作互感器的铁芯材料，对于纳米晶材料，为了进一步提高输出线性度的特性，退火通常是至关重要的方法，现有技术中，为了通过应变等改善材料特性、对材料附加方向性的目的而进行的磁场中退火作业，磁特性会因退火条件(退火温度、退火时间)而大幅变化，所以难以制造一定特性的铁芯。
发明内容
本发明提出了一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法，包括如下步骤：
步骤1，周期球化退火，将铁芯在800至1500A/cm的横向磁场环境下，从室温以第一速率加热至450℃或更高的目标温度，并在此温度下保持0.5至1小时；之后，变化磁场方向及大小，在2000至3500A/cm的纵向磁场环境下，以第二速度加热至580℃，并在此温度下保持0.5至1小时；之后，停止施加磁场，用还原性保护气体保护铁芯，以第三速率将铁芯冷却至室温，并在此温度下保持0.5至1小时；
步骤2，感应加热表面回火，使感应器通过一定频率的交流电以产生交变磁场，使铁芯加热；回火后，铁芯的过渡层的厚度约为硬化层的一半；
步骤3，气体渗碳，在连续式渗碳炉中的不同时期采用不同的碳势；同时向连续式渗碳炉内滴入两种有机液体,分别形成稀释性气氛和渗碳气氛；
步骤4，利用垂直加热整体淬火法进行淬火，利用两根或多根沿轴线布置的导体,产生沿铁芯表面垂直方向流动的感应电流,对铁芯加热，达到淬火温度后,对铁芯整体表面进行喷射淬火或浸液淬火。
进一步地，所述第二速率<第三速率<第一速率。
进一步地，纵向磁场和横向磁场为恒定的磁场或是脉冲磁场。
进一步地，采用透入式加热方法,使得电流热透入铁芯深度为硬化层的三分之二。
进一步地，步骤3中，渗碳开始阶段,为强渗期,采用高的碳势；在渗碳的结束阶段，碳势降低,在气体渗碳结束后，维持一定的碳势,防止铁芯表面氧化和脱碳。
进一步地，步骤2中，采用高频感应加热，频率为550-650kHz，淬硬层深度为3-4mm。
附图说明
附图1为本发明的退火方法的步骤流程图；
具体实施方式
本发明为了提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度，提出了一种退火工艺，包括如下步骤：
步骤1，周期球化退火。首先将铁芯从室温以1到20℃/min的加热速率从室温加热到大约450℃或更高的温度，然后在达到450℃或更高的目标温度后，保持0.5至1小时；再以较低的加热速率0.1至1℃/min和/或以加热速率1至10℃/min加热至550℃-580℃，并在此温度下保持0.5至1小时。然后将铁芯以1至10℃/min的冷却速率冷却至室温。如此周期性以第一速率加热至450℃或更高的目标温度，并在此温度下保持0.5至1小时后，再以第二速度加热至580℃，并在此温度下保持0.5至1小时后，在以第三速率冷却至室温，并在此温度下保持0.5至1小时，如此重复，上下周期摆动,每阶段保温0.5～1h。这样获得的球化效果最好；
整个周期球化退火的过程需按照周期提供强度为800至3500A/cm的横向磁场和纵向磁场，具体如下：当以第一速率加热至450℃或更高的目标温度，并在此温度下保持0.5至1小时的过程中，施加800至1500A/cm的横向磁场；以第二速度加热至580℃，并在此温度下保持0.5至1小时的过程中，施加2000至3500A/cm的纵向磁场；当在以第三速率冷却至室温，并在此温度下保持0.5至1小时的过程中，停止施加磁场，并用空气或还原性保护气体(例如NH3，H2，CO2)或被动保护气体(例如He，Ne，Ar，N2，CO2)保护铁芯，能够保证在带表面上既不会发生氧化也不会发生其他反应。由于扩散的保护气体，材料内部也可能不会发生固态物理反应。纵向磁场和横向磁场可以是保持恒定的磁场，也可以是脉冲磁场。
步骤2，感应加热表面回火，把铁芯放在纯铜管做成的感应器内，铜管中通水冷却，使感应器通过一定频率的交流电以产生交变磁场，结果在铁芯内产生频率相同，方向相反的感应电流，该感应电流使电能变成热能，使铁芯加热。优选地，采用高频感应加热，频率为550-650kHz，淬硬层深度为3-4mm。
在感应加热表面回火过程中,为了得到高的生产率和良好的回火质量(表面硬度高、残余压应力大),应使过渡层与硬化层之间保持如下关系，即过渡层的厚度约为硬化层的一半,采用透入式加热方法,并使得电流热透入深度为硬化层的三分之二。
步骤3，气体渗碳，把铁芯装入在连续式渗碳炉中，炉内压力控制在50～80Pa,同时将铁芯加热到880-890摄氏度，铁芯便在这一温度下渗碳。在连续式渗碳炉中的不同时期采用不同的碳势,在渗碳的开始阶段,为强渗期,铁芯有极大的吸碳能力，为尽快形成较高的碳浓度梯度,加速碳扩散,因此该强渗期,阶段采用高的碳势；在渗碳的结束阶段，铁芯表面层已形成较高的碳浓度梯度,有一定的层深,吸碳能力减弱,这时应将炉内碳势适当降低,防止碳黑生成，在气体渗碳结束后，仍需维持弱的碳势,以防止铁芯表面氧化和脱碳。
在连续式渗碳炉滴入渗碳剂，在渗碳过程中可同时向炉内滴入两种有机液体,一种在高温下分解后形成稀释性气氛,另一种液体则形成渗碳气氛,渗碳效果较好。优选地，有机液体的分子中碳原子数与氧原子数之比等于1，即可主要裂化为CO和H2，其中CO也可作为一种极弱的渗碳气体,气氛中活性碳原子不多,可作为稀释剂使用。
步骤4，渗碳后，采用垂直加热整体淬火法进行淬火，垂直加热整体淬火法是利用两根或多根沿轴线布置的有效导体,产生沿铁芯表面垂直方向流动的感应电流,对铁芯加热,在加热和冷却的全过程铁芯必须旋转,待要被淬火的表面全部达到淬火温度后,对整体表面进行喷射淬火或浸液淬火。垂直加热整体淬火法的最大优点是铁芯的各段表面温度均匀、硬化层连续,因此优化了铁芯在互感器中输出的线性度。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，周期球化退火，将铁芯在800至1500A/cm的横向磁场环境下，从室温以第一速率加热至450℃或更高的目标温度，并在此温度下保持0.5至1小时；之后，变化磁场方向及大小，在2000至3500A/cm的纵向磁场环境下，以第二速度加热至580℃，并在此温度下保持0.5至1小时；之后，停止施加磁场，用还原性保护气体保护铁芯，并以第三速率将铁芯冷却至室温，并在此温度下保持0.5至1小时；
步骤2，感应加热进行表面回火，使感应器通过一定频率的交流电以产生交变磁场，使铁芯加热；回火后，铁芯的过渡层的厚度约为硬化层的一半；
步骤3，气体渗碳，在连续式渗碳炉中的不同时期采用不同的碳势；同时向连续式渗碳炉内滴入两种有机液体,分别形成稀释性气氛和渗碳气氛；
步骤4，利用垂直加热整体淬火法进行淬火，利用两根或多根沿铁芯轴线布置的导体,产生沿铁芯表面垂直方向流动的感应电流,对铁芯加热，达到淬火温度后,对铁芯整体表面进行喷射淬火或浸液淬火。
2.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：所述第二速率<第三速率<第一速率。
3.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：纵向磁场和横向磁场为恒定的磁场或是脉冲磁场。
4.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：步骤2中，采用透入式加热方法,使得电流热透入铁芯深度为硬化层的三分之二。
5.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：步骤3中，渗碳开始阶段,为强渗期,采用高的碳势；在渗碳的结束阶段，碳势降低,在气体渗碳结束后，维持弱的碳势,防止铁芯表面氧化和脱碳。
6.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：步骤2中，采用高频感应加热，频率为550-650kHz，淬硬层深度为3-4mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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