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　　80年代末， R型變壓器由日本北村機(jī)電株式會社首先研究和開發(fā)成功。它是替代傳統(tǒng)的E、C型變壓器的理想產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在復(fù)印機(jī)、計算機(jī)等高檔電子產(chǎn)品和醫(yī)療儀器設(shè)備中，大大提高了以上各類產(chǎn)品的性能。R型變壓器風(fēng)靡了整個變壓器行業(yè)，它的誕生使電子設(shè)備的品質(zhì)大為提高。

　　1990年國內(nèi)某企業(yè)從日本引進(jìn)該項技術(shù)的設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。此后還有企業(yè)陸續(xù)引進(jìn)。為了進(jìn)行國產(chǎn)化，某廠自己研制核心設(shè)備分條機(jī)和繞卷機(jī)，并使加工出來的產(chǎn)品外形和尺寸精度都非常理想，但是鐵芯的電磁性能參數(shù)分散、空載電流和空載鐵損大，Ⅰ級品只有三成左右，合格率不到80，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)和影響了經(jīng)濟(jì)效益。

　　1鐵芯材質(zhì)、工藝及對電磁性能的影響

　　R型變壓器鐵芯，選用牌號為DQ133G-30的電工用冷軋取向硅鋼帶。鐵芯生產(chǎn)工藝流程為：分條→繞卷→電阻點焊→熱處理→測試分等級→浸漆、烘烤→繞初、次級線圈并終制成R型變壓器產(chǎn)品。鐵芯是由單獨(dú)一根，分條成連續(xù)變寬的優(yōu)質(zhì)硅鋼帶一次卷繞而成，在始端和終端采用電阻點焊固定，制成的鐵芯所示。分條和繞卷成形應(yīng)保證成形鐵芯形位精度和尺寸精度。同時應(yīng)限制毛刺（邊）的高度，否則會引起片間短路從而增大渦流損耗。分條和繞卷是通過剪切和壓力加工進(jìn)行的，不可避免地產(chǎn)生塑性變形和應(yīng)力，導(dǎo)致組織變化和晶格的畸變，使硅鋼片已形成的擇優(yōu)取向結(jié)構(gòu)破壞，損害電磁性能。

　　熱處理的目的是消除應(yīng)力，使剪口塑變部位“再結(jié)晶”，并大限度地恢復(fù)擇優(yōu)取向結(jié)構(gòu)和電磁性能。常用的工藝有真空退火和保護(hù)氣氛退火。該廠采用保護(hù)氣氛退火（低真空充氮退火） ，在帶馬弗的RJJ-90- 9井式電阻爐（配置了用于換氣的一級機(jī)械真空泵）中進(jìn)行。為了保證鐵芯的形狀和位置精度，退火鐵芯連同模芯（鑄鐵制成）一起裝入爐內(nèi)。模芯與條料接觸面之間繞卷了二層紙墊，以方便熱處理后拆除模芯。每次裝爐量1000 kg左右。

　　（ 1）抽真空到- 0. 1MPa，充氮?dú)庵? 0. 06～+ 0. 07MPa（ 2）加熱過程中，若壓力超過+ 0. 2M Pa時，適時放氣（ 3）降溫階段，爐壓大于+ 0.04M Pa，不另加氮?dú)庖痂F芯電磁性能參數(shù)分散，Ⅰ級品少、合格率低的原因很多。鋼帶原材料質(zhì)量、成形鐵芯的形狀位置精度和尺寸精度、熱處理質(zhì)量等都是制約因素。對原材料鋼帶，金相分析顯示，其組織為粗大的單相鐵素體；電子探針分析表明原材料無明顯含碳的跡象；在原材料和成品鐵芯中分別取樣作法向反極圖試驗，表明成品與原材料擇優(yōu)取向程度相近，說明鋼帶原材料質(zhì)量合格。外觀檢查分條毛剌不明顯，并且在繞卷過程中得到修整，成形鐵芯形位精度和尺寸精度合格。至此可以初步判斷產(chǎn)生廢品的主要原因不在于原材料和鐵芯成形過程，很可能出在后道的熱處理（即氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛退火）工序上。

　　2鐵芯異常組織的產(chǎn)生原因分析

　　對熱處理后的鐵芯觀察發(fā)現(xiàn)，部分鐵芯局部表面有一層藍(lán)色的氧化膜。選擇廢品拆片時發(fā)現(xiàn)部分鋼片脆性極大，用手一彎就斷。

　　從廢品中取樣，將在料筐中心、邊緣等不同位置選取的樣品作好標(biāo)記，制備成金相試樣，對鐵芯相同部位（即剪口處）進(jìn)行晶粒大小比較。發(fā)現(xiàn)普遍的情況是位于料筐中心的比邊緣的再結(jié)晶晶粒細(xì)小。顯然爐內(nèi)邊緣溫度偏高而中心溫度偏低。塑變再結(jié)晶晶粒度與退火的溫度和時間有關(guān)，尤其對溫度敏感。“真空退火爐”爐內(nèi)工件溫度的均勻性依賴輻射和對流傳熱。因RJJ-90-9爐子的料筐直徑尺寸（ 600）大，在升溫過程中，中央和邊緣工件溫差大，層數(shù)越多屏蔽輻射的效果越強(qiáng)烈，中央工件到溫的滯后時間越長。按估計在1. 3～13Pa真空度條件下，這個滯后時間要超過3 h.按實際工藝條件，在1. 3×10 3～1. 3×10 4 Pa真空度范圍內(nèi)，對流傳熱仍然起到一定的作用，因此實際的滯后時間介于真空條件下和空氣爐二者之間，即滯后1～3 h。在冷卻過程中，爐內(nèi)壓力較高甚至是正壓，加速了對流傳熱，但降溫階段中央工件“滯后到溫”仍然未能完全補(bǔ)償升溫階段的滯后到溫時間。綜合結(jié)果是中央工件的實際加熱保溫時間短，實際的有效退火時間不足，所以再結(jié)晶晶粒細(xì)小，電磁性能普遍較差。

　　爐內(nèi)溫度的不均勻必然伴隨氣氛的不均勻。如果爐內(nèi)氣氛不良，就會引起氧化或滲碳。

　　可以看到鐵素體與滲碳體片層相間的珠光體組織。采用電子探針對珠光體和基體定量分析，結(jié)果所示。可見珠光體組織的含碳量為0. 61 ；基體的碳含量也高出原材料碳含量（ C≤0. 003）一個數(shù)量級。

　　在鋼廠供貨狀態(tài)下的硅鋼片中，沒有發(fā)現(xiàn)上述情況。

　　上述結(jié)果顯示，在退火過程中，確實出現(xiàn)了局部的滲碳現(xiàn)象。究其原因應(yīng)與以下工裝條件有關(guān)。繞卷R型鐵芯所用的模芯材料為鑄鐵，鑄鐵中的石墨是供C源；而模芯與條料間的墊紙在發(fā)生不完全燃燒時也會引致相鄰近鋼帶的滲碳。至于氧化膜，是在退火工藝初期形成的。從工藝可知，退火爐內(nèi)真空度甚低（僅為5×10 3～1. 3×10 4 Pa） ，雖然充氮保護(hù)，但爐內(nèi)的氧勢足以使鋼料在升溫過程中（主要是在< 570℃階段）發(fā)生氧化，生成以Fe 3 O 4為主的氧化膜。但在金相分析和外觀檢查中發(fā)現(xiàn)，并非所有的鐵芯都出現(xiàn)第二相和產(chǎn)生氧化膜，這是爐內(nèi)溫度和氣氛不均勻的反映。組織不一致是導(dǎo)致產(chǎn)品電磁性能參數(shù)分散的原因，特別是那些出現(xiàn)第二相的鐵芯，電磁性能劇烈變壞。

　　3防止產(chǎn)生異常組織的措施

　　原退火爐里、外溫差大，造成中心位置部分鐵芯有效退火時間不足，同時不能保證爐內(nèi)各工件所處的氣氛均勻一致，工裝所用的紙墊、鑄鐵模芯中的石墨成為C源，引起局部滲碳。通過改造設(shè)備，增加爐用風(fēng)扇強(qiáng)迫爐內(nèi)氣體循環(huán)，保證氣氛和溫度的均勻性；采用電工純鐵替代鑄鐵制造模芯，同時模芯設(shè)計成機(jī)械（如擰螺絲）膨脹式，取消紙墊，消滅C源。

　　熱處理工序，不但要保證爐內(nèi)各零件所處的溫度和氣氛均勻一致，而且要防止有害元素的侵入；退火的工藝參數(shù)要利于磁疇取向再結(jié)晶。這樣才能大限度地使產(chǎn)品電磁性能恢復(fù)到原材料供應(yīng)時的水平。

　　我們按照爐內(nèi)正壓采用風(fēng)扇強(qiáng)迫循環(huán)來保證爐內(nèi)各處溫度和氣氛均勻的思路，對RJJ-90-9進(jìn)行改造，選用爐用密封電機(jī)，加裝風(fēng)扇。調(diào)整熱處理工藝：升溫的同時抽真空，在350℃恒溫2 h，之后充氮?dú)獠⒔Y(jié)束抽真空； 800℃到溫再進(jìn)行一次換氣，其余參數(shù)按圖2退火工藝執(zhí)行。換氣就是將爐內(nèi)的氣體抽出并充入氮?dú)狻ｋS溫度的升高和工件表面吸咐的氣體的逸出使?fàn)t壓上升，當(dāng)爐壓上升到一定值時放氣并抽真空至極限真空度時再充入氮?dú)饧赐瓿梢淮螕Q氣。其目的是使?fàn)t內(nèi)氧氣更加稀薄，使工件處在“純”氮?dú)饨橘|(zhì)下進(jìn)行退火。由800℃起始到溫度降至400℃的全過程，充氮?dú)獗ＷC爐內(nèi)處于正壓下。這樣有利于對流傳熱，保證爐內(nèi)溫度均勻。照此作工藝試驗結(jié)果，產(chǎn)品外觀光亮，合格率達(dá)98以上，Ⅰ級品率也有較大的提高。選取其中的不合格產(chǎn)品取樣金相觀察未發(fā)現(xiàn)異常組織。事實進(jìn)一步說明熱處理爐溫不均勻和爐內(nèi)氣氛不一致，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、電磁性能參數(shù)分散；爐內(nèi)氣氛不良（含氧氣和碳源）而引起工件的氧化和滲碳，劇烈地引起鐵芯電磁性能變壞，空載電流和空載鐵損急劇增大。

　　4結(jié)論

　　（ 1）鐵芯在退火過程中，由于設(shè)備工裝和退火工藝不合理，致使材料表面生成Fe 3 O 4氧化膜，部分硅鋼帶基體中析出網(wǎng)狀Fe 3 C等異常組織；再結(jié)晶晶粒大小不均勻，這是造成R型變壓器鐵芯電磁性能低下、廢品率高的主要原因。

　　（ 2）采用電工純鐵替代鑄鐵制造模芯，同時將模芯設(shè)計成機(jī)械膨脹式，取消紙墊，消滅C源；工藝上采取換氣等方法，稀釋空氣中的氧氣，可有效防止異常組織的產(chǎn)生。

　　（ 3）對設(shè)備稍作改造后，只要工裝和工藝合理，低真空充氮（保護(hù)氣氛）退火便能適合R型變壓器鐵芯的技術(shù)要求。