轧制Fe81Ga19合金薄板再结晶织构研究

论文摘要

Fe-Ga合金（Galfenol）是近年来国际上正在研发的一种兼具优良机械性能和磁致伸缩性能,并且环境适应性强、经济适用的新型巨磁致伸缩材料。与广泛应用的稀土超磁致伸缩Tb-Dy-Fe合金（Terfenol-D）相比,Fe-Ga合金拥有突出的优势：饱和磁场较低（8～17kAm-1）,仅为TbDyFe合金的1/10；固溶体合金结构,可热轧加工；抗拉强度（-500MPa）较高,不必需复杂的预应力结构,器件设计简单；磁导率较高（-100）,温度特性好,适用温度范围宽,价格低,仅为Terfenol-D的1/3。Fe-Ga合金磁伸性能呈显著各向异性,<100>方向磁致伸缩系数最大。由于单晶合金制备成本高,故需开发采用相对低廉的方法制备<100>织构的Fe-Ga多晶合金。同时,Fe-Ga合金的高电导率,在高频条件下使用时易产生严重涡流损耗,故需开发薄片状Fe-Ga合金以降低高频涡流损耗。轧制是制作金属板（带）最有效的方式,因此如何在轧制方式下实现薄带稳定成形和织构优化控制,是制造具有优异磁致伸缩性能的Fe-Ga合金薄带产品的两大核心和关键问题。本研究采用轧制这种金属薄板的常用制备方法,在解决冷轧成形性基础上,重点研究冷轧压下量对Fe81Ga19合金冷轧织构以及初次再结晶过程中组织与织构的演变规律,为研发具有理想织构特征的Fe-Ga合金薄板奠定重要基础。冷轧织构呈现显著的沿层厚方向的梯度,近表层形成以Goss（{110}<001>）为主的织构特征,板材内部则主要由以{001}<110>为峰值的α织构（RD//<110>）与γ织构（ND//<111>）组成。随冷轧压下率由50%增加至85%,表层Goss增强,1/8层Goss基本稳定,1/4层Goss剪切织构减弱；各层以{001}<110>和{111}<110>为强点的α和γ平面应变织构增强。表层剪切应变起主导作用,中心层主要受平面应变作用,1/8层是二者的过渡层。初次再结晶退火后1/4层及中心层均形成以{111}<112>组分和Goss组分为主的织构特征,且Goss在晶粒长大过程中始终处于主导地位并保持稳定,即获得了贯穿板厚的强Goss再结晶织构。这一现象可归因于热轧工艺、冷轧工艺（压下率和温度）产生的适当剪切带密度和强度。本研究表明,通过合理的轧制工艺流程和退火工艺,可成功实现大压下率冷轧制备具有优良织构特征的Fe-Ga合金冷轧和再结晶薄板,为高性能Fe81Ga19合金的高效率低成本制备提供了一条有效途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁致伸缩的基础理论
• 1.2 磁致伸缩材料的发展历程及应用
• 1.2.1 磁致伸缩材料的发展
• 1.2.2 磁致伸缩材料的种类及应用
• 1.3 Fe-Ga合金概述
• 1.3.1 Fe-Ga合金的发展和研究意义
• 1.3.2 Fe-Ga合金的制备方法
• 1.3.3 Fe-Ga合金的成分、相结构及性能特性
• 1.4 Fe-Ga合金的轧制织构研究
• 1.4.1 Fe-Ga合金织构的研究现状
• 1.4.2 以硅钢为代表的BCC立方金属组织、织构的演变规律
• 1.5 本论文的研究目的和内容
• 第2章 实验过程
• 2.1 实验工艺流程
• 2.1.1 实验方案
• 2.1.2 原料与合金铸锭
• 2.1.3 热轧
• 2.1.4 常化
• 2.1.5 冷轧及退火
• 2.2 分析测试
• 2.2.1 金相分析
• 2.2.2 宏观织构分析
• 2.2.3 磁致伸缩性能分析
• 81Ga₁₉薄板冷轧织构演变'>第3章 Fe₈₁Ga₁₉薄板冷轧织构演变
• 3.1 实验结果
• 3.1.1 热轧与常化
• 3.1.2 冷轧
• 3.2 分析讨论
• 3.3 本章小结
• 81Ga₁₉薄板初次再结晶织构演变'>第4章 Fe₈₁Ga₁₉薄板初次再结晶织构演变
• 4.1 实验结果
• 4.1.1 Fe-Ga合金初次再结晶过程中Goss织构的组织与织构演变
• 4.1.2 温度对Fe-Ga合金初次再结晶的影响
• 4.2 分析讨论
• 4.2.1 Fe-Ga合金初次再结晶过程中Goss织构的组织与织构演变
• 4.2.2 温度对Fe-Ga合金初次再结晶的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢