磁時效是指無取向電工鋼在服役過程中磁性能下降的現象。這種現象主要是由材料中碳和氮等雜質元素引起的。鋼鐵有兩種性能為其它金屬材枓所不及，一種是強性，一種是磁性。利用鋼鐵的強性建造橋樑、房屋和機器等；利用鋼鐵的磁性我們製造電氣機械等。鋼跌的強性,包括硬度、抗張力等，逐漸隨時間變化，這種現象稱為時效或機械的時效。鋼鐵的磁性同樣地也逐漸跟著時間改變，如軟磁材枓磁導率降低和矯頑力的增高。
基本介紹
- 中文名：磁時效
- 外文名：Magnetic aging
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 別稱：磁性材料的時效
- 材料：鋼鐵
簡介,磁時效過程中滲碳體析出的晶體學行為,晶體學取向和鋼板織構對磁化過程的影響,鋼板織構對磁時效的影響,
簡介
磁性材料的磁性隨使用時間而變化的現象稱為磁時效。這種現象主要是碳和氮等雜質元素引起的。如電工鋼板由高溫冷卻時，多餘的碳和氮來不及析出，形成過飽和固溶體。這種鋼板製成的鐵芯，在長期運轉期間，特別在溫度升高（20～80℃）時，碳和氮等以細小Fe3C和Fe16N2質點析出，以致使矯頑力和鐵損增高。
電工鋼在高溫下碳和氮的固溶度高，從高溫較快冷卻時多餘的碳、氮等原子來不及析出而形成過飽和的固溶體；鐵芯在長期運轉時，溫度升高，過飽和的碳、氮等原子就以彌散第二相質點析出；第二相粒子的析出會抑制鐵素體疇壁運動，導致矯頑力上升，劣化率增加，從而導致電工鋼性能磁下降。在連鑄和熱軋過程中，矽、鋁合金元素對矽鋼相變有很大影響，影響碳原子的分布和析出，因此矽、鋁元素含量對冷軋無取向電工鋼磁時效也有重要影響作用，研究碳、矽、鋁三種元素在時效過程作用和對磁時效影響的機理，對控制和改善電工鋼磁時效具有重要意義。
高溫時碳和氮等雜質原子固溶在矽鋼中，冷卻速度較快時來不及析出而過飽和於基體中。當鐵芯工作時，一部分電能轉化為熱能，導致矽鋼板溫度上升，促使固溶在基體中過飽和的碳、氮析出進而使鐵損增加，溫度進一步升高。所以在磁時效初期，隨著時間延長，磁時效效應會越來越顯著。
一般認為時效析出的第二相粒子對磁疇疇壁的釘扎作用是造成磁時效的原因之一。因此降低碳、氮等磁時效析出元素在矽鋼板中的含量，可以降低矽鋼磁時效效應。鋼中鋁含量較高時，AN顆粒析出尺寸較大、數量少，對磁時效影響較小。
眾所周知，碳化物的析出與鐵素體有一定的晶體學取向關係。對碳化物時效析出對矽鋼板磁時效的影響與矽鋼板織構的關係了解的還不夠透徹。由於鐵磁晶體的磁晶各向異性，在矽鋼板磁化過程中磁疇壁的運動與電工鋼板晶粒取向有一定的關係，所以不同的碳化物析出形貌及取向對磁疇壁運動的阻滯作用不同。
磁時效過程中滲碳體析出的晶體學行為
通常的生產加工過程不會造成鋼中過飽和碳的充分析出。在200℃的長時間時效時，固溶在基體中的少量過飽和碳通常會以滲碳體的形式，沿著a-Fe朔特定晶體學方向或晶體學平面以針狀或片狀彌散析出。滲碳體更易於沿著彈性模量較小的方向析出，以減小在析出過程中產生的局部應力。a-Fe單晶<100>晶向和<111>晶向的彈性模量值分別為 131GPa和283GPa，所以滲碳體會沿著a-Fe的<100>晶向呈針狀析出。含矽的a-Fe中沿著a-Fe{100}面時效析出的圓片狀滲碳體。滲碳體與a-Fe的彈性關係可能會影響時效析出滲碳體的幾何形貌及析出取向，因此需要分析a-Fe不同晶面的彈性模量對滲碳體析出形貌的影響。
晶體學取向和鋼板織構對磁化過程的影響
鐵磁材料內部自發磁化形成磁疇，且磁疇的磁化矢量大都沿<100>方向。電工鋼在磁場中的技術磁化過程包括疇壁位移和磁疇轉動這兩種基本運動方式。在低磁場強度下，以位移磁化為主。矽鋼板的磁疇基本占體積較大的180°片狀主疇和90°附加疇，矽鋼板的磁化應以180°主疇的運動為主。
多晶體的無取向矽鋼板磁化時，外磁場驅動鋼板的不同取向晶粒內磁疇壁運動的動力會各不相同。根據矽鋼板的織構計算反映整體矽鋼板的平均取向因子，以此衡量矽鋼板的磁化難易程度。設外磁場方向為板的軋制方向，根據兩組試樣測得的織構數據計算影響180°磁疇壁運動動力的平均取向因子。
鋼板織構對磁時效的影響
材料的內應力、第二相粒子、晶界等都對疇壁運動有阻滯作用，因此在一定強度的外磁場作用下，疇壁運動的距離是有限的。根據前面的分析，當鐵磁材料內沿<100>方向180°磁疇疇壁移動磁化時，應該是沿著垂直於<100>的方向，所以在{010}，{001}面內析出的碳化物最大化地與<100>方向的180°磁疇疇壁相作用，對於<100>方向的180°磁疇疇壁移動的阻滯作用就較大。
測定樣品鐵損P1.5是把樣品磁化到1.5T時的鐵損，對於有利織構差的材料需要更大的外加磁場強度。從統計角度來說，有利織構差的材料內單個晶粒的磁化強度要高於有利織構強的材料，只有這樣才能使得晶粒磁化強度的矢量和達到1.5T。
所以有利織構差的材料單個晶粒內磁疇疇壁運動的距離更長，在反覆磁化過程中，磁疇壁會與更多的析出顆粒相互作用，對磁疇疇壁運動起阻滯作用的時效過程中析出的碳化物顆粒增多，導致鐵損的增幅大於有利織構強的材料。
