粉末軋制法制備高硅硅鋼片的工藝及過程原理的研究.pdf

1、高硅硅鋼片是一類性能優(yōu)異的軟磁合金，相比于傳統(tǒng)硅鋼片材料，它具有高磁導(dǎo)率、低磁致伸縮和低鐵損等更優(yōu)異的軟磁性能及高頻特性，因此它更適合應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器及各種電機(jī)、電器等，特別是其低鐵損和接近于零的磁致伸縮系數(shù)，對(duì)降低變壓器的噪聲和實(shí)現(xiàn)電機(jī)、電器的超小型化和超大型化、減少能耗都極為有利。但是，隨Si含量的增加，硅鋼片的質(zhì)地變脆，其加工性能變差，難以用傳統(tǒng)方法軋制成型，因而嚴(yán)重制約了其生產(chǎn)和應(yīng)用。 為了克服高硅鋼的脆性問題，使其

2、在致密成材之前具有良好的加工性能，本論文采用粉末軋制法來制備高硅硅鋼片，通過對(duì)原料制備、粉末軋制及后續(xù)燒結(jié)工藝等的過程調(diào)控，期望找到若干規(guī)律性的啟示。 論文研究了鐵硅復(fù)合粉末的制備和粉末級(jí)配對(duì)其特性的影響。采用球磨和粉碎的方法對(duì)硅粉原料進(jìn)行了超細(xì)化處理。將不同粒度級(jí)配的硅粉和鐵粉進(jìn)行混合，制備得到鐵硅復(fù)合粉末，以測(cè)試硅含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法來研究和評(píng)價(jià)復(fù)合粉末的均勻性，利用粉體綜合性能測(cè)試儀對(duì)不同粉末級(jí)配的復(fù)合粉末的特性進(jìn)行測(cè)試。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明粉末在混合2.5～3小時(shí)時(shí)可以達(dá)到最好的均勻性。不同粒度的硅粉以不同的形式與鐵粉復(fù)合在一起，即較大粒度的硅粉分布在鐵顆粒的間隙中，粒度為10μm左右的硅粉鑲嵌在鐵粉表面的凹槽內(nèi)，粒度更小的硅粉則是吸附在鐵粉的表面。采用較大粒度的硅粉來制備復(fù)合粉末時(shí)，由于與鐵粉的相容性差，出現(xiàn)粉末分層的不均勻現(xiàn)象；根據(jù)密堆積原理進(jìn)行Horsfield級(jí)配能夠提高復(fù)合粉末的松裝密度和振實(shí)密度。 基于粉末軋制理論的分析，采用模壓的方法進(jìn)行

4、模擬實(shí)驗(yàn)，得到粉末的壓實(shí)系數(shù)隨壓力的增加而增大，當(dāng)壓力達(dá)到350MPa時(shí)粉末的壓實(shí)系數(shù)為1.8，壓制試樣的致密度約80％；在相同的壓力下，粉末的壓實(shí)系數(shù)基本與試樣厚度無關(guān)。應(yīng)用有限元分析軟件ABAOUS對(duì)粉末軋制的過程進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：粉末軋制過程中存在滑移，最大壓力對(duì)應(yīng)的角度與中性角不一致；粉末的運(yùn)動(dòng)是不均勻的，靠近軋輥的粉末在水平方向的速度最大，在中心對(duì)稱軸的粉末水平速度比靠近軋輥粉末的速度低3～12％。通過粉末軋制的實(shí)驗(yàn)，分析了

5、輥縫大小影響帶材的厚度和密度。隨著輥縫的增大，帶材的厚度均增加，密度均減小。根據(jù)沿軋制方向帶材的密度和厚度的變化，粉末軋制過程可分為起始不穩(wěn)定階段、穩(wěn)定階段和結(jié)束不穩(wěn)定階段。實(shí)驗(yàn)確定了保持軋制的穩(wěn)定和連續(xù)的臨界堆料高度為60mm。在熱力學(xué)上利用Miedema半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算了Fe-Si體系在無序固溶體、金屬間化合物及混合物狀態(tài)的形成能，綜合分析了粉末燒結(jié)的具體過程，并對(duì)Fe、si組元的活度和擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。通過XRD、EPMA等測(cè)試技

6、術(shù)，研究了鐵硅復(fù)合粉末帶材在700℃～1200℃的燒結(jié)溫度條件下密度和物相組成的變化以及硅粉粒度對(duì)燒結(jié)的影響。采用DSC方法對(duì)燒結(jié)過程中鐵基體內(nèi)固溶硅的含量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)Fe和Si的擴(kuò)散系數(shù)和化合物層的生長(zhǎng)模型，分析了燒結(jié)過程中鐵硅的反應(yīng)擴(kuò)散機(jī)制。在反應(yīng)擴(kuò)散初期，界面處靠近Si一側(cè)形成富Fe區(qū)域，首先形成Fe<,3>si層，并迅速生長(zhǎng)。當(dāng)Fe<,3>Si層生長(zhǎng)到一定的厚度時(shí)，F(xiàn)e的快速擴(kuò)散使Fe<,3>Si/Si界面處靠近Fe<,3>

7、Si-側(cè)Fe含量減少，界面處形成FeSi層。 在粉末軋制分析和燒結(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得到最佳的制備高硅硅鋼片的工藝流程，即初次燒結(jié)1000℃3h，二次燒結(jié)1200℃3h和去應(yīng)力退火處理800℃3h。分析了制備過程各階段中帶材的物相組成與顯微結(jié)構(gòu)變化，并測(cè)試最終帶材的磁學(xué)和力學(xué)性能。在初次燒結(jié)階段帶材內(nèi)部主要發(fā)生了如下反應(yīng)：Fe+Si→Fe(Si)+Fe<,3>Si，經(jīng)過高溫的二次燒結(jié)后，帶材的物相為單一的鐵硅固溶體。在1kHz以上的