1J89,软磁合金应力状态与导磁性能

选好铁芯材料别让应力毁了导磁性能

做变压器铁芯或者磁屏蔽罩的师傅可能都遇到过这种事。同一批1J89软磁合金带材，冲片出来测试的时候磁导率挺漂亮，装到壳子里一测，电感量掉了一大截。拆开看表面也没划伤，尺寸也对得上，问题出在哪。我在车间干了十多年质检，这种状况见得太多了。今天不绕弯子，就聊聊1J89这种软磁合金在加工和装配过程中，应力状态到底怎么把导磁性能给拖下水的。

先说说1J89是什么来头。它属于铁镍基软磁合金，镍含量大概在79%左右，加上钼和少量其他元素。这东西的初始磁导率很高，矫顽力低，说白了就是特别容易被磁化，也特别容易被退磁。做弱磁场下工作的器件，比如精密互感器、磁放大器、高灵敏度继电器铁芯，选它准没错。但它的脾气也怪，对外界应力特别敏感。你拿手掰一下，或者冲床下料的时候模具间隙不对，哪怕只是轻微的塑性变形，磁导率就能给你掉下去三成。

这里得解释一个词，应力。应力就是材料内部单位面积上受到的力，你可以把它想象成材料里憋着一股劲没处撒。软磁合金里一旦有这股劲，磁畴壁移动就费劲了。磁畴壁是什么，你就当成材料内部一个个小磁铁之间的分界线。分界线移动得顺溜，材料就好磁化。应力把分界线卡住了，磁导率自然往下掉。

我们厂里常做的检测里有一项叫磁导率测试，用环形试样绕线测电感再换算。有一次客户寄来一批冲好的1J89片，说装出来的互感器比值差超了。我拿了几片没冲的原始带材测，磁导率在1.2毫亨每米左右。再拿他冲好的片测，直接掉到0.7。我问他冲床间隙留的多少，他说按普通硅钢的套路留的。问题就出在这。1J89比硅钢软得多，冲裁的时候边缘那圈材料被剪切应力影响，晶格都扭了。你看着冲出来的片尺寸合格，边缘毛刺也不大，但磁性能已经废了一半。

那怎么办。第一种办法是冲完之后做去应力退火。退火这个词听着专业，其实就是把材料加热到一定温度保温，再慢慢冷却，让内部那些被应力扭歪的晶格重新长正。1J89的去应力退火温度一般在800度到850度之间，得在氢气或者真空炉里做，不然表面氧化了更麻烦。退火完之后磁导率能恢复九成以上。但很多小厂没有氢气炉，或者嫌麻烦不愿意做，那冲片质量就全靠模具精度和冲床状态撑着。

第二种办法是选材的时候就把应力敏感度考虑进去。1J89本身对应力就敏感，如果你结构上没办法避免弯折或者冲裁，可以考虑用1J79或者1J85，镍含量更高，对应力的容忍度稍微好一点。但话说回来，1J89的优势在于饱和磁感比1J79高一些，在需要一定功率容量的场合还是它合适。所以关键还是看你怎么用。

上个月有个做磁屏蔽的客户来找我，说他们用1J89卷绕成圆筒，卷的时候没觉得怎样，装到设备上发现屏蔽效果不达标。我让他把卷好的筒子拿过来，我用手按了按筒壁，能感觉到局部有硬点。这就是卷绕的时候张力没控制好，局部产生了塑性变形。我让他把卷好的筒子重新做一次退火，退火温度降到780度，保温四小时，随炉冷却。做完之后再测，屏蔽效能从原来的40分贝恢复到62分贝。客户说原来一直以为卷紧就行，没想到卷太紧反而坏事。

这里还得提一个词，屈服强度。屈服强度就是材料开始产生永久变形的那个应力值。1J89的屈服强度不算高，大概在300兆帕左右。你卷绕的时候如果张力超过这个值，材料就屈服了，内部留下永久应力。退火能消除一部分，但如果变形量太大，退火也救不回来。所以卷绕或者弯折的时候，尽量把张力控制在屈服强度以下。怎么判断，简单的办法是看材料表面有没有起皱或者波浪边。有的话就是张力过了。

再说一个客户常问的问题。有人问1J89和1J50到底啥区别，看着都是铁镍合金。区别主要在镍含量和磁性能上。1J50镍含量一半左右，饱和磁感高，但磁导率低，矫顽力大。1J89镍含量高，磁导率能到1J50的好几倍，但饱和磁感低。你如果做的是弱信号下的高灵敏度器件，选1J89。如果是功率变压器，1J50更合适。还有一点，1J89的电阻率比1J50高，高频下涡流损耗小一些。所以选材不能只看一个指标，得看你的工作频率和信号大小。

我们车间昨天刚做完一批1J89带材的检测。来料是0.05毫米厚，宽度200毫米。先做光谱检测，确认镍含量在78.5%到79.5%之间。然后抽样做拉伸试验，抗拉强度在650兆帕左右，延伸率大概25%。这批料是准备发去做互感器铁芯的。发货前我特意叮嘱仓库，卷料的时候芯轴直径不能小于300毫米，不然卷紧了边缘容易产生应力。仓库老师傅说知道，上次有一卷就是因为芯轴太细，客户反馈展开之后有波浪边，磁性能不均匀。

说到发货，昨天还有个小插曲。有一卷1J89带材在分条之后做超声波探伤，发现中间有一段有内部裂纹。探伤就是用声波给钢材内部做B超，看有没有裂纹或者夹杂。那一段直接挑出来没发。客户后来知道了说幸亏你们挑出来了，不然冲片的时候裂边更麻烦。这种内部裂纹很多时候是轧制过程中产生的，跟原材料纯净度有关系。我们用的坯料是真空感应炉熔炼的，夹杂物控制得比较好，但偶尔还是会有漏网之鱼。所以每卷发货前都要过一遍探伤，这是规矩。

1J89的规格我们常备的有0.02毫米到0.5毫米厚度，宽度从10毫米到300毫米。带材表面分亮面和氧化面两种。亮面的一般做冲压件，氧化面的做卷绕铁芯。长度按卷重算，一般每卷10公斤到50公斤。交货期的话，常规规格有现货，三天内能发。特殊厚度或者宽度的需要定轧，大概十五天左右。急用的话可以跟车间协调插单，但得看当时的生产排期。

有客户问过，你们1J89的磁导率能保证到多少。这个得看厚度和测试频率。0.1毫米厚的带材，在1千赫兹下，初始磁导率一般在3万到4万之间。最大磁导率能到15万左右。当然这是退火之后的数值。如果客户自己冲片之后不退火，那数值就得打折扣。我一般会建议客户先拿我们的料去做个试样，冲片之后测一下，看看退火前后差多少。心里有数了再批量做。

还有一点得提醒，1J89在储存的时候要注意防潮。虽然它是铁镍合金，不像纯铁那么容易锈，但表面如果长期接触湿气，还是会有锈点。锈点本身影响不大，但除锈的时候如果打磨过度，局部产生应力，磁性能就受影响了。所以仓库里我们都是用防潮纸包好，放在货架上层。客户收到之后如果暂时不用，也建议原包装放着，别拆开散放。

选软磁合金这事，说复杂也复杂，说简单也简单。你就记住一条，1J89的导磁性能一半靠材料本身，一半靠你怎么加工和热处理。应力这东西看不见摸不着，但它就在那里。你尊重它，它就给你好性能。你忽略它，它就给你掉链子。有拿不准选材或者加工工艺的，可以发个消息聊聊。想试样管的随时说一声，我们这边有现成的检测报告可以一起发过去。欢迎拿我们的料去测一测，对比一下退火前后的数据，心里就有底了。