航空仪表中热轧硅钢带材料的替代

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【摘 要】 由于国内外热轧硅钢带材料的逐步停产，影响使用该材料的某些航空仪表正常生产。本文给出了航空仪表在低频下使用的D41～D44、高频下使用的DG41热轧硅钢带的替代材料，试验结果满意。

【关键词】 航空仪表 热轧硅钢带 冷轧硅钢带

1 概述

热轧硅钢带D41～D44、DG41在航空仪表中被广泛用于陀螺电机定子和转子、电动机、继电器、磁放大器等电器设备的铁芯。因热轧硅钢生产过程污染环境、劳动强度大、钢质量难以提升，大部分西方国家停止了热轧硅钢的生产，我国从2000年以后也逐年减少了热轧硅钢的生产规模，部分厂家还停止了生产，从而导致使用该材料的某些航空仪表交付困难，必须寻求可替代材料以满足生产。

2 材料性能分析

热轧硅钢带为磁性能沿各方向均相同的无取向硅钢带， 是一种碳含量极低的硅铁软磁合金，属于电工用钢，电工用钢的铁损值和磁感应值是影响铁芯性能的重要参数。铁损是铁磁材料在交变磁场中反复磁化所消耗的功率，这一损耗导致设备温度上升，直接影响设备的效率，所以希望用铁损小的材料制作铁芯；铁芯的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输，因此要求有较高的磁感应强度。鉴于以上原因，在选择替代材料时，要优先考虑铁损小、磁感应强度高的软磁材料。与热轧硅钢带磁性能相近的软磁材料为冷轧无取向硅钢带，与热轧硅钢带相比，其电功率损失较低、磁感应强度值高、力学性能好及表面质量好、厚度均匀、剪切和冲制损耗少、冲片性能好、迭装系数高等优点。冷轧无取向硅钢带与热轧硅钢带相近牌号的电磁性能参数见表1。

从表1中看出，在磁感应值及频率相同的情况下，冷轧无取向硅钢带比热轧硅钢带的单位铁损小，而在相同磁场下的磁感应强度值均比热轧硅钢带高，因此采用冷轧无取向硅钢带替代热轧硅钢带制作铁芯从理论上是可以满足产品要求的。

3 工艺试验方案

航空仪表所选用的热轧硅钢带材料牌号和厚度规格多，加之产品一般是多品种、少批量，因此造成了原材料在采购定货中成本高。在保证材料满足产品使用要求的前提下，替代选材中应考虑尽量减少材料品种和厚度规格的多样化，以便于集中采购，降低采购成本，提高生产效率。

通过材料的性能分析，选择铁损值最小的35W230（δ0.35）替代D41～D44（δ0.35～δ0.5）；WTG-200（δ0.2）替代DG41（δ0.2～δ0.3 5），用以上两种冷轧材料冲出的叠片迭装成铁芯组件，在航空仪表典型产品上按设计要求进行考核，通过对代表性产品的试验来判定替代材料是否满足不同类型产品的需要。

用冷轧代热轧冲切铁芯叠片时，为适应材料厚度应调整冲切模具的间隙，若模具间隙不当，冲出的叠片毛刺大，易造成片间搭接短路，致使涡流损耗增加。对冲切后的叠片需增加退火工序，因为热轧硅钢的应力对磁性影响较小，一般不进行消除应力退火，而冷轧硅钢对应力敏感性强，需退火以消除冲切产生的内应力，恢复磁性，退火时零件需带试片，用试片检测退火后的磁性是否恢复，退火温度不宜过高，以恢复到原磁性水平为限，退火时间以铁芯均匀烧透所需时间为准，退火前用酸洗的方法将表面污物清除干净。

4 材料代用验证

按工艺试验方案进行冲切铁芯叠片和试片，冲切后用刮削的方法去毛刺，把毛刺高度控制在δ≤0.03mm；对冲切后的叠片、试片进行酸洗，酸洗时间根据锈蚀程度确定；然后将酸洗干净的零件在2小时内进行真空退火（来不及入炉热处理的，放入真空储存柜内在真空条件下保存）。经过小批零件试生产摸索，退火参数为真空度≤1.33×10-1Pa、入炉温度

5 结语

用冷轧无取向硅钢带生产的铁芯，经过多批次的装表考核，仪表性能完全正常，可以证明在50Hz下使用的D41～D44（δ0.35～δ0.5）热轧硅钢带可以用冷轧无取向硅钢带35W230（δ0.35）替代；在400Hz下使用的DG41 （δ0.2～δ0.35）可以用WTG-200（δ0.2）替代。

参考文献

[1]航空材料手册，国防工业出版社.

[2]中国航空材料手册第2版，第5卷，中国标准出版社.

[3]GB/T2521-2008冷轧取向和无取向电工钢带（片）.

[4]刘代琦，梁宇青编译.磁性材料手册，153-125.