循环应力加载中电工钢磁性能变化规律
循环应力加载中电工钢磁性能变化规律
电机转子用铁芯材料工作时承受随速度循环变化的离心力作用,这种循环应力对转子用无取向电
工钢磁性能的影响已成为电机设计的重要考量因素。应力对电工钢磁性能的影响已被广泛研究,
并取得很多有意义的成果。
Poulnikov 等[1]研究了拉伸应力的残余作用对无取向电工钢磁性能的影响,并指出弹性应力应变
和塑性应力应变对磁性能的影响结果不同。LoBue 等[2]对比分析了-50~75MPa 范围内拉应力和
压应力对无取向电工钢磁性能和铁损的影响, 结果表明拉应力下铁损只 有 微小波动,压应力下铁
损大幅增加。Astie 等[3]认为材料的矫顽力与位错密度的平方根成正比。Makar 等[4]研究了塑
性变形对珠光体钢磁性能的影响,得出矫顽力与应力的平方成正比。Landgraf 和Sablik 等[5-6]认
为塑性变形后电工钢的磁性能与应变硬化指数有关,应变硬化指数越大,铁损恶化程度越大。然
而目前关于无取向电工钢经循环应力加载后磁性能变化规律的研究还鲜有报道。
材料磁性能的最大变化发生在循环应力加载初期[7],为此本文以无取向电工钢为研究对象,在外
加拉-拉应力下循环 104 次后移除外应力,利用磁性测量仪分析电工钢磁性能的变化规律,并对材
料磁畴结构和织构的变化特征进一步描述。
1、试验
1.1、试验材料
试验材料为 30WGP1600 高牌号无取向电工钢,厚度为 0.3mm,平均晶粒尺寸为 110~130μm,其主
要化学成分见表 1,常规力学性能见表 2。试验钢的静态拉伸真应力-应变曲线(1%应变范围内)如
图1所示。从图 1中可知,试验钢的弹性极限强度(Re)约为 300 MPa,是其屈服强度(400MPa)的
75%。
为避免循环加载过程中额外夹持力对电工钢磁性能测试结果的影响,本试验采用线切割加工方
式,将试样加工成 30mm×400mm 的板条样,长度方向平行于轧制方向,试样两侧表面用
180#~1200#砂纸研磨,上下表面用酒精清洗干净。
表1 30WGP1600 电工钢的化学成分(wB/%)表2 30WGP1600 电工钢的力学性能
图1 30WGP1600 电工钢的真应力-应变曲线(1%应变范围内)
1.2、试验与检测方法
循环加载试验在室温下于岛津 5kN 电磁力疲劳试验机上完成,加载比 r(即最小加载应力/最大加
载应力)为0.1,加载频率 f为50Hz,采用正弦波形,最大加载应力 Smax 分别为
160、220、280、300、320、340、360、400 MPa,每级应力下循环 104 次停止试验。
将加载完成的试样剪去两端夹持部位,按照 Epstein 方圈取样方法加工成 30mm×300mm 的标准试
样。用 4%酒精溶液清洗试样表面,采用德国 MPG-100D 磁性测量仪检测单片试样在 50Hz 下的
铁损 P1.0/50、磁感应强度 B50 和矫顽力 Hc 。采用 硅钢磁性材料自动测量系 统 MST-
400C 磁滞回线测量装置和动态应变仪 SDY2012 测量试样在 50Hz 下的饱和磁滞伸缩。
将加载后试样的中间部位进行切割、打磨和抛光等金相处理后,采用 Bitter 粉纹法观察其磁畴结
构。利用 EBSD 技术研究应力对材料表面织构的影响。为了全面分析加载后试样的位错特征,分
别取单片试样的 3个不同部位制成薄膜样,采用 JEM-2100F 型透射电镜观察其位错结构。
2、试验结果
2.1、循环应力对试验钢磁性能的影响
在50Hz 下最大循环加载应力 Smax 不同时,去除应力后试样的铁损 P1.0/50 和磁感应强度 B50 如
图2所示。由图2可见,Smax 小于材料的弹性极限强度 300MPa 时,试样的铁损和磁感应强度只
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循环应力加载中电工钢磁性能变化规律电机转子用铁芯材料工作时承受随速度循环变化的离心力作用,这种循环应力对转子用无取向电工钢磁性能的影响已成为电机设计的重要考量因素。应力对电工钢磁性能的影响已被广泛研究,并取得很多有意义的成果。Poulnikov等[1]研究了拉伸应力的残余作用对无取向电工钢磁性能的影响,并指出弹性应力应变和塑性应力应变对磁性能的影响结果不同。LoBue等[2]对比分析了-50~75MPa范围内拉应力和压应力对无取向电工钢磁性能和铁损的影响,结果表明拉应力下铁损只有微小波动,压应力下铁损大幅增加。Astie等[3]认为材料的矫顽力与位错密度的平方根成正比。Makar等[4]研究了...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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