Fe-Cr-Co變形永磁合金2J85具有可加工性和冷變形性。鈷含量低，磁效能相對較高，加工工藝簡單，主要用於電、聲、感測器、儀器、汽車等領域。

上海雄鋼2J85系列產品根據使用者要求的磁效能，透過拉伸、軋製、衝壓生產各種磁性元件。金屬磁性材料大致分為兩類：高磁導率的軟磁合金和高矯頑力的硬磁合金。而效能介於軟磁材料和硬磁材料之間的半硬磁材料，矯頑力Hc為0。79~19。89k A/m，剩磁Br大於1T。半磁性材料的發展可以歸結為兩個方面。首先，磁滯電機採用矯頑力Hc=3。97~19。89k A/m，剩磁Br>800 mT的永磁合金，具有啟動快、同步特性優良、噪音低等優點，目前正在廣泛使用；其次，自控系統中的鐵簧繼電器和門鎖繼電器需要低矯頑力Hc和高剩磁Br的材料。其他電子儀器也廣泛使用這種具有中間性質的半硬磁性材料，並且數量和種類不斷擴大，從而推動了這種具有中間性質的半硬磁性材料的發展。

對於2J85半硬磁元件，使用者的技術要求是：剩磁Br>1。20T，矯頑力Hc在15。91~19。89kA/m之間，矯頑力範圍很窄，超過範圍的都是不合格產品，需要保證產品的矯頑力穩定在這個範圍內。然而在實際生產中，矯頑力的波動總是難以避免的。甚至同批次產品的矯頑力也會有很大的波動，超出了要求的範圍。所以每一批的成分都要逐個測試，不僅影響生產效率還造成浪費。針對這一問題，透過觀察不同熱處理階段、不同磁效能零件的金相組織，進行了一系列實驗，尋找穩定半硬磁性2J85磁效能的方法。

以工業純鐵、金屬鉻、電解鈷、高純矽等合金元素為原料。根據表1中的成分，在200千克真空中頻感應爐中熔化合金，然後鍛造、熱軋和冷拔，最後加工成直徑為2。95×34毫米的棒材。

Fe-Cr-Co合金的磁硬化過程屬於亞穩態分解（調幅分解）反應。熱處理制度一般是高溫固溶後快速冷卻，然後在中溫磁場中熱處理，最後多級回火。一般的熱處理工藝是：

（1）固溶處理：在1200℃×20～30分鐘的冷水中淬火。

（2）磁場熱處理：在磁場強度大於200kA/m（2500Oe）的熱處理爐中進行（640 ~ 650）℃×1 ~ 2h的等溫處理。

（3）回火熱處理：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+560℃×4h+540℃×6h分級回火。

用光學顯微鏡觀察了磁棒的金相組織。用Cambridge-S250掃描電子顯微鏡（SEM/EDS）觀察微觀結構。用國產AMT-4磁效能測試儀檢測磁棒的剩磁Br和矯頑力Hc，並用Minitab15軟體處理實驗資料。

用掃描電鏡觀察了固溶+磁場熱處理和固溶+磁場+回火熱處理後試樣的橫向和縱向金相組織。如圖1所示，磁場熱處理過程中發生調幅分解α→α1+α2，強鐵磁相的α1單疇顆粒彌散分佈在非（弱）鐵磁相α2的基體周圍。在圖1a中，細小的白點是沉澱的鐵磁相α1，分散在弱磁性相α2中。而α1和α2相的成分差異不顯著，導致合金矯頑力低，磁能積最大。因此，需要進一步的低溫回火來增加兩相之間的成分差異。從圖1b可以看出，α1相的長度很短，樣品的磁性很低，剩磁為214。5 mT，矯頑力為3。74kA/m。

Fe-Cr-Co合金在低溫回火過程中顯微組織會發生以下三種變化：α1和α2相的成分差異增大，α1相的體積分數增大，調幅組織粗化。多級回火處理後，Cr向α2擴散，Fe和Co原子向α1擴散，α1和α2相的成分和晶格常數差異逐漸增大。此外，回火過程中α1相和α2相的相對量會發生變化。實驗表明，隨著回火溫度的降低，α2相的相對量減少，而α1相的相對量增加。多級回火後，α1相體積增加1。5~2。0倍。根據時效過程中調幅結構週期的不變性，可以推斷時效過程中α1相體積分數的增加不是由於新相的析出，而是由於α1相的拉長和長大。從圖1c和d可以看出，多級回火後，α1相明顯大於回火前（圖1a和b），α1相的截面直徑變大，縱向變長。樣品的磁效能為剩磁Br=1。34T，矯頑力Hc=18。86k A/m。。當兩相的相對比例不同時，磁性就不同。

因此，影響2J85磁效能穩定性的最關鍵因素之一是磁效能提高最快的熱處理階段——多級回火。

對於化學成分相同的2。95×34mm樣品，選擇了固溶處理和磁場處理工藝，並改變了回火處理工藝，具體如下：

固溶處理工藝：1200℃×20分鐘

磁場處理工藝：650℃×1小時

回火採用多級回火，分為A、B、C、D四組回火工藝：

第一組採用工藝A：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h三級回火；

第二組採用工藝B：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h四級回火；

第三組採用工藝C：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+560℃×3h五級回火；

第四組採用六級回火工藝D：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+560℃×3h+540℃×2h。

對應於上述不同回火工藝的樣品的磁性如表2所示。從表中可以看出，材料的剩磁變化不大，但矯頑力差異明顯。隨著回火級數的增加，矯頑力逐漸增大。回火工藝C對應的樣品矯頑力為18。78k A/m和19。41k A/m，滿足矯頑力HC = 15。91 ~ 19。89 kA/m的要求，因此該批產品應採用五級回火工藝C進行處理。

對回火工藝C的50個樣品的矯頑力進行測試，並透過直方圖進行分析，如圖2所示。矯頑力平均值為17。28kA/m，標準差為1。54 ka/m，標準差反映了任何工藝或產品特徵值相對於其平均值的離散程度。標準差越小，該批產品特徵值的離差越小。從圖2可以看出，少數成分的矯頑力超過了15。91~19。89kA/m的範圍，可以判斷該批產品的磁效能不是很穩定，不能完全滿足要求。

觀察了不同熱處理階段試樣的金相組織。結果如圖3所示，在固溶處理階段出現清晰的晶界，合金元素完全溶解在基體中（圖3a）。然而，在分級回火後，在具有低磁性的金相組織中發現了白色粒狀沉澱物（圖3c），而在具有相對高磁性的樣品中沒有發現白色沉澱物。透過觀察磁場熱處理階段樣品的金相組織，個別樣品的顯微組織中有顆粒狀的白色析出物（圖3b）。

合金中化學成分在不同微區波動，磁場熱處理階段發生調幅分解，形成富Fe、Co的α1相和富Cr的α2相。由於不同微區的化學成分不同，分解後無法擴散的元素以富集某些元素的形式析出。

在隨後的分步回火過程中，元素Cr和Co相互擴散，元素Cr不斷擴散到弱磁性相a2中，而元素Fe和Co不斷擴散到強磁性相α1中，α1和α2相透過擴散長大。但在成分不均勻的微區，仍有未溶解相存在，熱處理後仍殘留在金相組織中。當析出物達到一定量時，會對磁性產生相應的影響。對於鐵-鉻-鈷永磁合金，其磁性對成分極其敏感。例如，一些研究表明，對於具有相似Co成分的兩爐合金，當Cr波動近3%時，矯頑力Hc波動40%。

圖3d是在電子顯微鏡下放大50，000倍的基底的金相照片。發現基質上散佈著許多細小的絮狀物，這些絮狀物是不完全分解的殘餘相。有研究者用穆斯堡爾譜學研究了Fe-Cr-Co合金分級回火後的相變，發現弱磁性相α2佔13。3%，大量強鐵磁相α1。同時，他們還發現了調幅分解不完全的剩餘相位，佔總數的13%。因此，合金的化學成分是波動的。雖然固溶處理後形成單一的α相，但磁場熱處理後發生調幅分解時，分解不完全，仍有部分相未分解。即使經過多級回火處理，仍會有一定量未分解的殘餘相彌散分佈在基體上。

可以看出，合金中化學成分不均勻的現象越嚴重，殘留的未溶相就越多，對磁效能影響很大。消除化學成分不均勻的有效途徑是延長高溫保溫時間，使合金元素充分擴散，從而達到化學成分的均勻化。因此，影響2J85磁穩定性的第二個關鍵因素是化學成分不均勻。

取2。95×34 mm成分的電爐，矯頑力波動範圍大，達不到要求。其中一部分經過固溶處理，在1200℃保溫25分鐘和30分鐘。磁場熱處理和五段回火與上述工藝C相同，其他部分僅重複回火工藝C，分別檢測和分析50個數據，結果見表3和圖4。

從表3可以看出，測試後測得的剩磁沒有明顯變化，均大於1200 mT，滿足要求。

保持25分鐘的樣品的平均矯頑力遠高於試驗前，其平均值為18。61 kA/m，比材料所需的平均矯頑力（15。91~19。89kA/m）高17。90 kA/m；保持30分鐘的樣品平均矯頑力為17。82kA/m，接近客戶要求，其標準差最小，為720 A/m，明顯小於測試前的標準差（2。45kA/m）。因此，可以判斷穩定化產品的磁性具有良好的一致性。

從圖4可以看出，保持25分鐘（圖4b）和30分鐘（圖4c）的樣品的矯頑力分佈比測試前（圖4a）更集中。說明延長固溶處理的保溫時間有利於合金的均勻化，對穩定矯頑力有明顯作用。保溫25分鐘有利於材料矯頑力的整體提高，保溫30分鐘更有利於提高材料矯頑力的一致性。

與試驗前相比，僅經過分級回火的樣品的平均矯頑力為17。78kA/m，接近要求，但其標準偏差為2。81kA/m，且分散度最高。表明僅重複五段回火處理雖然可以使平均矯頑力略有提高，但不是整體提高，而是在較大範圍內出現波動（圖4d），甚至比試驗前更大。因此，矯頑力波動較大的成分，僅僅透過多次分級回火並不能從整體上提高矯頑力，更談不上起到穩定矯頑力的作用，其數值更加分散。

結論

（1）影響2J85磁效能穩定性的最關鍵因素是成分波動和多級回火熱處理。

（2）五級回火樣品在620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+560℃×3h的矯頑力在15。91 ~ 19。89 kA/m之間，是一種合適的處理工藝。

（3）1200℃固溶處理30分鐘的樣品矯頑力標準差最小（720 A/m），說明其分散度最小，分佈在平均值17。90 KA/m附近。

（4）矯頑力波動較大的部件，僅靠再次分級回火的補救方法，無法整體提高矯頑力，起不到穩定矯頑力的作用，所以效能波動較大。