权利要求
1.一种高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，包括快冷处理步骤，其中：棒材在锻造或热轧成型后的冷却阶段，使棒材从不低于900℃的高温以至少320℃/h的冷速冷却至650℃以下。
2. 根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述冷处理步骤中，棒材从900℃至1000℃的高温以320℃/h至350℃/h的冷速冷却到650℃以下。
3.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述冷处理步骤中，使棒材从不低于1000℃的高温以至少350℃/h至500℃/h的冷速冷却至300℃至650℃。
4.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述快冷处理步骤之前还包括如下加工工序：
(1)真空熔炼：根据1J22合金棒材的化学组成配置成1J22合金原材料，将1J22合金原材料装入
真空感应炉中进行真空熔炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，并持续净化钢液，真空感应炉的真空度≤1.3Pa，炉内加热温度为1660-1750℃;
(2)浇注：将真空熔炼后的钢液进行真空浇铸;
(4)锻造：将扒皮清理后的材料送入加热炉加热至1250-1300℃、保温5-6h后进行锻造成棒材。
5.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述1J22合金棒材的化学组成以重量计包括：
47.20%≤铁(Fe)≤50.20%;
0.80%≤钒(V)≤2.10%;
0.04%≤合金化元素(R)≤2.20%;
0%≤碳(C)≤0.03%;
其余由炼制中不可避免的杂质组成;
所述合金化元素(R)包括
锰(Mn)、
镍(Ni)、铬(Cr )和
铜(Cu)其中：0.01%≤锰(Mn)≤0.10%、0.01%≤镍(Ni)≤0.30%、0.01%≤铬(Cr )≤0.80%、0.01%≤铜(Cu)≤1.00%。
6.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，使用带温控功能的合金棒材的冷却箱进行快冷处理，其中：
所述箱体(1)内水平固定安装有若干个用于固定合金棒材的固定夹具(3)，所述固定夹具(3)由梯形板(11)、限位圆柱(14)以及限位环(15)组成，所述限位圆柱(14)有若干个且均插装在梯形板(11)上，所述限位环(15)有若干个且分别固定套设在若干个限位圆柱(14)上，所述箱体(1)上且在若干个固定夹具(3)之间固定安装有用于驱动合金棒材转动的驱动组件(4)，所述驱动组件(4)由液压缸(16)和推动板(17)组成，所述推动板(17)固定安装在液压缸(16)的活塞杆上;
所述箱体(1)的下侧壁体上开设有第一通风窗(5)，所述箱体(1)的侧面壁体上开设有第二通风窗(6)，所述箱体(1)的下侧内壁上且在第一通风窗(5)的内侧固定安装有第一散热扇(7)，所述箱体(1)的侧面内壁上且在第二通风窗(6)的内侧固定安装有第二散热扇(8)，所述箱体(1)的侧面壁体上固定插装有热电偶(9)，所述箱体(1)的上端安装有上盖(2);
所述上盖(2)的内壁上固定安装有红外测温摄像头(10)。
7.根据权利要求6所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述固定夹具(3)上的梯形板(11)固定安装在箱体(1)的内壁上，且所述梯形板(11)同时位于第一散热扇(7)和第二散热扇(8)之间;所述固定夹具(3)上的梯形板(11)上对称开设有两个通风槽(12)，所述梯形板(11)上且在两个通风槽(12)之间均匀开设有若干个定位插孔(13)，所述定位插孔(13)将梯形板(11)上下贯穿，所述限位圆柱(14)插装在定位插孔(13)内，所述限位环(15)位于梯形板(11)的上方。
8.根据权利要求7所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述驱动组件(4)上的液压缸(16)固定安装在箱体(1)的外壁上，所述液压缸(16)的活塞杆向内穿过箱体(1)的侧壁，所述推动板(17)活动安装在相邻两个固定夹具(3)之间，所述推动板(17)的上端设置有防滑凸起。
9.根据权利要求8所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述第一通风窗(5)和第二通风窗(6)的外侧通过密封法兰、管路、减压阀和开关阀连接有液态的惰性气体源。
10.根据权利要求9所述的高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，所述惰性气体源装有液态氦气，输入冷却箱的氩气的温度为8-15℃、压强为8-10Mpa。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于精密合金材料加工技术领域，尤其涉及一种高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺 。
背景技术
[0002]1J22铁钴钒合金作为典型的高性能
软磁材料，凭借其高达2.4T的饱和磁感应强度，在精密电磁器件、高速电机转子和特种变压器等高端装备领域具有不可替代性。然而，该合金固有的高脆性特征严重制约了其工业化应用进程。在机械加工环节(包括车削、钻孔、铣槽等工序)，材料频繁出现崩牙、掉角及轴向开裂等失效形式，加工废品率长期维持在15-25%之间，显著增加了制造成本。尤其在高精度螺纹加工和微型结构成型过程中，脆性导致的边缘碎裂现象更为突出，直接影响器件的电磁性能一致性。
[0003]现行工艺多采用双阶段处理方案：首先在机加工前进行退火处理以降低材料表面硬度，随后通过降低刀具进给量(常规参数的30-50%)配合低速切削(线速度<15m/min)进行加工。该方案虽可在有限程度上改善加工性能，但存在三方面技术缺陷：其一，退火处理导致磁性能劣化，经测试饱和磁感应强度下降约8-12%，矫顽力上升15-20%;其二，附加的热处理工序使加工周期延长40%以上，能耗成本增加约35%;其三，加工效率的被动降低使单位工时成本提升2倍以上，且对脆性裂纹的抑制效果不足，复杂结构件成品率仍低于70%。
[0004]上述工艺不仅提高了成本，降低了效率，依旧无法从根本上解决棒材脆性的问题，如何解决上述技术问题长期困扰本领域的技术人员。
发明内容
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，采取如下技术方案：
一种高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺，其特征在于，包括快冷处理步骤，其中：棒材在锻造或热轧成型后的冷却阶段，使棒材从不低于900℃的高温以至少320℃/h的冷速冷却至650℃以下。
[0006]优选的，所述冷处理步骤中，棒材从900℃至1000℃的高温以320℃/h至350℃/h的冷速冷却到 650℃以下。
[0007]优选的，所述冷处理步骤中，使棒材从不低于1000℃的高温以至少350℃/h至500℃/h的冷速冷却至300℃至650℃。
[0008]优选的，所述快冷处理步骤之前还包括如下加工工序：
(1)真空熔炼：根据1J22合金棒材的化学组成配置成1J22合金原材料，将1J22合金原材料装入真空感应炉中进行真空熔炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，并持续净化钢液，真空感应炉的真空度≤1.3Pa，炉内加热温度为1660-1750℃;
(2)浇注：将真空熔炼后的钢液进行真空浇铸;
(4)锻造：将扒皮清理后的材料送入加热炉加热至1250-1300℃、保温5-6h后进行锻造成棒材。
[0009]优选的，所述1J22合金棒材的化学组成以重量计包括：
47.50%≤钴≤51.00%;
47.20%≤铁≤50.20%;
0.80%≤钒≤2.10%;
0.04%≤合金化元素≤2.20%;
0%≤碳≤0.03%;
其余由炼制中不可避免的杂质组成;
所述合金化元素包括锰、镍、铬和铜，其中：0.01%≤锰≤0.10%、0.01%≤镍≤0.30%、0.01%≤铬≤0.80%、0.01%≤铜≤1.00%。
[0010]优选的，使用带温控功能的合金棒材的冷却箱进行快冷处理，其中：
所述箱体内水平固定安装有若干个用于固定合金棒材的固定夹具，所述固定夹具由梯形板、限位圆柱以及限位环组成，所述限位圆柱有若干个且均插装在梯形板上，所述限位环有若干个且分别固定套设在若干个限位圆柱上，所述箱体上且在若干个固定夹具之间固定安装有用于驱动合金棒材转动的驱动组件，所述驱动组件由液压缸和推动板组成，所述推动板固定安装在液压缸的活塞杆上;所述箱体的下侧壁体上开设有第一通风窗，所述箱体的侧面壁体上开设有第二通风窗，所述箱体的下侧内壁上且在第一通风窗的内侧固定安装有第一散热扇，所述箱体的侧面内壁上且在第二通风窗的内侧固定安装有第二散热扇，所述箱体的侧面壁体上固定插装有热电偶，所述箱体的上端安装有上盖;所述上盖的内壁上固定安装有红外测温摄像头。
[0011]优选的，所述固定夹具上的梯形板固定安装在箱体的内壁上，且所述梯形板同时位于第一散热扇和第二散热扇之间;所述固定夹具上的梯形板上对称开设有两个通风槽，所述梯形板上且在两个通风槽之间均匀开设有若干个定位插孔，所述定位插孔将梯形板上下贯穿，所述限位圆柱插装在定位插孔内，所述限位环位于梯形板的上方。
[0012]优选的，所述驱动组件上的液压缸固定安装在箱体的外壁上，所述液压缸的活塞杆向内穿过箱体的侧壁，所述推动板活动安装在相邻两个固定夹具之间，所述推动板的上端设置有防滑凸起。
[0013]优选的，所述第一通风窗和第二通风窗的外侧通过密封法兰、管路、减压阀和开关阀连接有液态的惰性气体源。
[0014]优选的，所述惰性气体源装有液态氦气，输入冷却箱的氩气的温度为8-15℃、压强为8-10Mpa。
[0015]一种高机械性能及高磁性能的1J22合金的制作工艺，具有如下有益效果：
该工艺包括快冷处理步骤，其中：棒材在锻造或热轧成型后的冷却阶段，使棒材从不低于900℃的高温以至少320℃/h的冷速冷却至650℃以下，由于 1J22棒材在730℃存在有序-无序转变，为了防止在730℃有序化后产生脆性，需要使棒材在特定温度范围内快速冷却至，以改善材料的脆性。与现有技术相比，基于该工艺生产的1J22合金棒材能够保证磁性能优于国标GB/T14986.3-2018，同时提升机械性能，改善脆性，降低了机加工过程中出现的崩牙、掉角、开裂现象。
[0016]该工艺生产的棒材的测试数据如下：未经热处理的硬态：屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥320Mpa，断后伸长率≥5%。
[0017]其中，采用了新型的冷却箱，冷却箱内部设置有热电偶及红外温度摄像机，可以实时监控棒材冷却时的温度变化，并且可以监控棒材沿直径方向的温度梯度，以判断热应力的情况。同时箱体内部设置有加热元件及排气扇，可以根据设置的程序控制箱体内部温度。根据温控控制曲线，此箱体能够控制棒材的冷却速度。
[0018]此外，通过在箱体内设置由梯形板、限位圆柱以及限位环组成的固定夹具，可将待冷却的合金棒材放置到梯形板的上端，同时利用限位圆柱对其进行限位，梯形板、限位圆柱与合金棒材的接触面积较小，有效降低了接触热阻，提升了散热效率，且增强了气流流通性，确保棒材表面冷却均匀，避免了传统夹具因接触面积过大导致的散热不均问题。
[0019]最后，通过在箱体上设置由液压缸和推动板组成的驱动组件，驱动组件能够驱动放置在固定夹具上的合金棒材进行旋转，使合金棒材在冷却过程中动态调整位置，确保其表面各部位均匀接触冷却气流，显著减少了内外温差和残余应力。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0021]图1为本发明拆分后的俯视图;
图2为本发明的拆分后的仰视图;
图3为本发明的箱体的结构示意图;
图4为本发明的固定夹具的拆分图;
图5为本发明的驱动组件的结构示意图。
[0022]图中：1、箱体;2、上盖;3、固定夹具;4、驱动组件;5、第一通风窗;6、第二通风窗;7、第一散热扇;8、第二散热扇;9、热电偶;10、红外测温摄像头;11、梯形板;12、通风槽;13、定位插孔;14、限位圆柱;15、限位环;16、液压缸;17、推动板。
具体实施方式
[0023]现在将更具体地而非以限制性的方式描述本发明，并通过实施例进行说明，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0024]实施例一
该高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺包括快冷处理步骤，其中：棒材在锻造或热轧成型后的冷却阶段，使棒材从不低于900℃的高温以至少320℃/h的冷速冷却至650℃以下。
[0025]具体实施过程有两个方案可以参考：
1)冷处理步骤中，棒材从900℃至1000℃的高温以320℃/h至350℃/h的冷速冷却到 650℃以下。
[0026]2)冷处理步骤中，使棒材从不低于1000℃的高温以至少350℃/h至500℃/h的冷速冷却至300℃至650℃。
[0027]需要说明的是，冷却方式采用风冷，不能使用水冷，避免应力集中。
[0028]本实施例中，1J22棒材在730℃存在有序-无序转变。为了防止在730℃有序化后产生脆性，需要使棒材以>200℃/h的冷速冷却到700℃以下，这样就可大幅度改善脆性。
[0029]实施例二
实施例一的快冷处理步骤之前还包括如下加工工序：
(1)真空熔炼：根据1J22合金棒材的化学组成配置成1J22合金原材料，将1J22合金原材料装入真空感应炉中进行真空熔炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，并持续净化钢液，真空感应炉的真空度≤1.3Pa，炉内加热温度为1660-1750℃;
(2)浇注：将真空熔炼后的钢液进行真空浇铸;
(4)锻造：将扒皮清理后的材料送入加热炉加热至1250-1300℃、保温5-6h后进行锻造成棒材。
[0030]本实施例中，1J22合金棒材的化学组成以重量计包括：
47.50%≤钴Co≤51.00%;
47.20%≤铁Fe≤50.20%;
0.80%≤钒V≤2.10%;
0.04%≤合金化元素R≤2.20%;
0%≤碳C≤0.03%;
其余由炼制中不可避免的杂质组成;
合金化元素R包括锰Mn、镍Ni、铬Cr 和铜Cu其中：0.01%≤锰Mn≤0.10%、0.01%≤镍Ni≤0.30%、0.01%≤铬Cr ≤0.80%、0.01%≤铜Cu≤1.00%。
[0031]需要说明的是，针对1J22铁钴钒合金的加工脆性与磁性能矛盾，该工艺通过真空熔炼真空度≤1.3Pa，1660-1750℃配合多级净化实现材料高纯度控制，采用梯度热加工策略：1250-1300℃高温锻造与热轧保温5-6h形成均匀奥氏体组织，800-850℃冰盐水淬火诱导细晶强化，结合冷轧加工硬化与800-1000℃真空/氢气保护热处理保温3-6h快冷实现晶粒尺寸调控。工艺创新点在于：通过熔炼净化降低杂质元素偏析O、C含量分别控制在≤30ppm、≤0.01%，优化热加工参数组合锻造变形量40-60%、热轧压下率75-85%，创新引入冰盐水淬火冷却速率达200℃/s细化晶粒至10-15μm，最终热处理阶段精准控制有序化进程。该全流程控制使材料兼具HV350以上硬度和2.36T高饱和磁感强度，晶界脆性相较传统工艺降低60%，实现机械加工合格率提升至92%且磁性能衰减率<3%。
[0032]实施例三
如图1至图5所示，使用带温控功能的合金棒材的冷却箱进行快冷处理，图中，箱体1内水平固定安装有若干个用于固定合金棒材的固定夹具3，固定夹具3由梯形板11、限位圆柱14以及限位环15组成，限位圆柱14有若干个且均插装在梯形板11上，限位环15有若干个且分别固定套设在若干个限位圆柱14上，箱体1上且在若干个固定夹具3之间固定安装有用于驱动合金棒材转动的驱动组件4，驱动组件4由液压缸16和推动板17组成，推动板17固定安装在液压缸16的活塞杆上。
[0033]具体的，箱体1的下侧壁体上开设有第一通风窗5，箱体1的侧面壁体上开设有第二通风窗6，箱体1的下侧内壁上且在第一通风窗5的内侧固定安装有第一散热扇7，箱体1的侧面内壁上且在第二通风窗6的内侧固定安装有第二散热扇8，箱体1的侧面壁体上固定插装有热电偶9，箱体1的上端安装有上盖2;上盖2的内壁上固定安装有红外测温摄像头10。
[0034]本实施例中，固定夹具3上的梯形板11固定安装在箱体1的内壁上，且梯形板11同时位于第一散热扇7和第二散热扇8之间;固定夹具3上的梯形板11上对称开设有两个通风槽12，梯形板11上且在两个通风槽12之间均匀开设有若干个定位插孔13，定位插孔13将梯形板11上下贯穿，限位圆柱14插装在定位插孔13内，限位环15位于梯形板11的上方。
[0035]需要说明的是，驱动组件4上的液压缸16固定安装在箱体1的外壁上，液压缸16的活塞杆向内穿过箱体1的侧壁，推动板17活动安装在相邻两个固定夹具3之间，推动板17的上端设置有防滑凸起。
[0036]需要说明的是，冷却箱内部设置有热电偶及红外温度摄像机，可以实时监控棒材冷却时的温度变化，并且可以监控棒材沿直径方向的温度梯度，以判断热应力的情况。同时箱体内部设置有加热元件及排气扇，可以根据设置的程序控制箱体内部温度。根据温控控制曲线，此箱体能够控制棒材的冷却速度。此外，通过在箱体内设置由梯形板、限位圆柱以及限位环组成的固定夹具，可将待冷却的合金棒材放置到梯形板的上端，同时利用限位圆柱对其进行限位，梯形板、限位圆柱与合金棒材的接触面积较小，有效降低了接触热阻，提升了散热效率，且增强了气流流通性，确保棒材表面冷却均匀，避免了传统夹具因接触面积过大导致的散热不均问题。最后，通过在箱体上设置由液压缸和推动板组成的驱动组件，驱动组件能够驱动放置在固定夹具上的合金棒材进行旋转，使合金棒材在冷却过程中动态调整位置，确保其表面各部位均匀接触冷却气流，显著减少了内外温差和残余应力。
[0037]具体实施时，第一通风窗5和第二通风窗6的外侧通过密封法兰、管路、减压阀和开关阀连接有液态的惰性气体源。其中，惰性气体源装有液态氦气，输入冷却箱的氩气的温度为8-15℃、压强为8-10Mpa。
[0038]需要说明的是，氦气和氩气均为惰性气体，可隔绝氧气，避免材料在冷却过程中与氧气接触，从而维持合金的化学成分稳定性和磁性能。输入8-15℃、8-10MPa的氩气，通过高压气体快速带走热量，同时避免因冷却过快导致材料脆性增加或内部应力集中。惰性气体的稳定热传导特性有助于实现均匀冷却，减少晶粒异常生长或相变缺陷。
[0039]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
说明书附图(5)
声明：
“高机械性能及高磁性能1J22合金棒材的制作工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：陕西新精特钢研精密合金有限公司
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