一种温磁复合时效消减残余应力的方法及实现装置

本发明涉及金属材料应力消减，具体涉及一种温磁复合时效消减残余应力的方法及实现装置。

背景技术：

1、铁芯硅钢片是发电机、变压器等电力设备的核心软磁材料，其内部残余应力会严重影响材料的磁性能、力学稳定性及服役寿命。因此，消减残余应力是提升电力装备能效与可靠性的关键技术环节。

2、目前，针对残余应力的消减方法主要包括热时效、电磁时效、振动时效及各类复合时效。热时效通过加热至再结晶温度附近并保温来释放应力，效果显著但能耗高，易导致材料相变及性能劣化，且不适用于表面质量要求高的硅钢片。电磁时效利用交变磁场诱导磁致伸缩效应促使位错运动与应力重分布，具有非接触、能耗低的优点，但对硅钢片的应力消减效果有限，尤其在室温下效率不高。振动时效通过机械振动使材料发生微观塑性变形以消减应力，但可能导致表面压痕，破坏硅钢片的叠片结构完整性。现有的复合时效技术（如磁振复合、热振复合）虽结合了两种物理场以期获得协同效应，但仍存在能耗高、或导致材料变形/表面损伤等问题。

3、综上所述，现有技术难以在高效、非接触、低能耗且不损伤材料表面与性能的前提下，实现对铁芯硅钢片等铁磁材料残余应力的有效消减。对于高品质硅钢片，迫切需要一种新的消减策略。

技术实现思路

1、为了解决现有技术难以在高效、非接触、低能耗且不损伤材料的前提下有效消减铁磁材料残余应力的技术问题，本发明提供了一种温磁复合时效消减残余应力的方法及实现装置。

2、在一方面，本发明提供了一种温磁复合时效消减残余应力的方法，所述方法包括：s1：将待处理的铁磁材料置于处理工位；s2：对所述铁磁材料同时施加低热量温度场和交变电磁场，并保持5至90分钟的处理时长；其中，所述低热量温度场的温度低于所述铁磁材料的再结晶温度，所述交变电磁场的强度大于1t；s3：达到所述处理时长后，停止施加所述低热量温度场和所述交变电磁场，完成对所述铁磁材料的残余应力消减处理。

3、该方法通过耦合低热量温度场与交变电磁场的协同作用，克服了单一物理场作用的局限性。低热量温度场提升了材料内部原子的热活性，有效降低了位错等缺陷运动的能量势垒。与此同时，交变电磁场通过磁致伸缩效应在材料内部诱发了周期性的微观应变场，并驱动磁畴壁发生不可逆转动。两场并非简单叠加，而是通过热场改变磁弹性能量格局、磁场提供定向驱动路径的耦合机制，协同促进了位错的滑移、湮灭以及应力集中区的松弛，从而实现了远超单一方法简单叠加的应力消减效率。

4、在某些优选的实施方式中，步骤s2中，所述低热量温度场的温度不大于300℃，所述交变电磁场的磁感应强度大于1t。该参数组合被证明是触发显著温磁协同效应的优选窗口，既确保了磁致伸缩效应和磁畴动力学的高响应性，又严格避免了因温度过高导致的材料相变或性能劣化。

5、在某些优选的实施方式中，步骤s2中，通过协同控制使所述低热量温度场和所述交变电磁场同步施加于所述铁磁材料。这保证了两种物理场能够同时作用于材料，是实现其深度耦合作用的前提。

6、在某些优选的实施方式中，所述方法在步骤s2之前还包括：s0：根据目标铁磁材料的材料参数，基于预设的协同效应因子模型确定所述低热量温度场的温度和所述交变电磁场的强度的优化组合；其中，所述协同效应因子模型用于量化温磁复合时效相对于单一热时效和单一电磁时效的应力消减增强效果。该步骤实现了从经验试错到模型指导的工艺优化跨越。

7、在某些优选的实施方式中，所述协同效应因子s的计算公式为：

，其中：、、分别为温磁复合、单一热时效、单一电磁时效的应力消减量，为材料相关的协同系数（针对不同材料通过标准化标定实验获得的经验系数），为室温，为参考磁场强度，和分别为温度和室温下的磁致伸缩应变，和分别为温度t和室温t0下的磁畴壁迁移率，h为所述交变电磁场的磁场强度，为参考磁场强度。

8、该协同效应因子模型是基于以下揭示的温磁协同物理耦合机制推导建立的，用于量化“1+1>2”的增强效果，公式表明，当处于和的敏感区间，且足够大时，。实验观测到的≈1.41正是该模型在特定工艺参数下的一个实例。该模型为本发明工艺参数优化提供了理论依据。

9、其中，-1反映了温度对材料本征磁致伸缩能力的改变：分子：工作温度下的实际磁致伸缩应变。温度升高通常会通过降低磁各向异性和矫顽力，使得在相同磁场下更易磁化，从而增大；分母：室温下的实际磁致伸缩应变；“-1”：表示增强的部分。

10、反映了温度和磁场共同决定的、实际驱动磁畴运动（从而产生磁致伸缩）的有效能力：表示温度对磁畴活动性的放大因子；磁场强度的相对强度因子。

11、在某些优选的实施方式中，步骤s3中，停止施加所述低热量温度场后，在所述交变电磁场保持或自然衰减的过程中，使所述铁磁材料冷却至室温。该冷却方式有助于在应力消减后的弛豫阶段维持磁畴结构的稳定性，巩固处理效果。

12、在另一方面，本发明还提供了一种用于实现上述任一项方法所述的温磁复合时效实现装置，所述实现装置包括：装夹模块，用于固定待处理的铁磁材料；温度场发生模块，用于产生所述低热量温度场；磁场发生模块，用于产生所述交变电磁场；协同控制模块，用于控制所述温度场发生模块和所述磁场发生模块，以对所述铁磁材料同时施加所述低热量温度场和所述交变电磁场并保持预设的处理时长，所述处理时长为5至90分钟。

13、该实现装置为实现所述温磁协同工艺的精准、可控与可调提供了硬件基础。

14、在又一方面，本发明还提供了一种电子设备和一种计算机可读存储介质，用于实现上述方法。

15、本发明具有如下有益效果：

16、本发明通过同时施加低热量温度场与交变电磁场，利用两物理场的协同耦合效应，实现了对铁磁材料残余应力的高效、均匀、非接触式消减。该方法在远低于传统热时效温度的条件下工作，避免了材料相变、晶粒长大及表面氧化等问题，保持了材料原有的磁性与力学性能。同时，该方法能耗低、无污染，特别适用于表面质量要求高的铁芯硅钢片，易于集成到自动化生产线中，提升了工艺效率与绿色制造水平。此外，本发明提出的协同效应量化模型为工艺优化提供了理论指导，实现了从经验到模型的跨越。

1.一种温磁复合时效残余应力消减方法，其特征在于，所述方法包括：s1：将待处理的铁磁材料置于处理工位；s2：对所述铁磁材料同时施加低热量温度场和交变电磁场，并保持5至90分钟的处理时长；其中，所述低热量温度场的温度低于所述铁磁材料的再结晶温度，所述交变电磁场的强度大于1t；s3：达到所述处理时长后，停止施加所述低热量温度场和所述交变电磁场，完成对所述铁磁材料的残余应力消减处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述低热量温度场的温度不大于300℃，所述交变电磁场的磁感应强度大于1t。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，通过协同控制使所述低热量温度场和所述交变电磁场同步施加于所述铁磁材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤s2之前还包括：s0：根据目标铁磁材料的材料参数，基于预设的协同效应因子模型确定所述低热量温度场的温度和所述交变电磁场的强度的优化组合；其中，所述协同效应因子模型用于量化温磁复合时效相对于单一热时效和单一电磁时效的应力消减增强效果。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述协同效应因子s的计算公式为：，其中：、、分别为温磁复合、单一热时效、单一电磁时效的应力消减量，为材料相关的协同系数，为室温，为参考磁场强度，和分别为温度和室温下的磁致伸缩应变，和分别为温度t和室温下的磁畴壁迁移率，h为所述交变电磁场的磁场强度，为参考磁场强度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述低热量温度场由非接触式加热方式产生，所述交变电磁场由通有交变电流的励磁线圈产生。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，停止施加所述低热量温度场后，在所述交变电磁场保持或自然衰减的过程中，使所述铁磁材料冷却至室温。

8.一种用于实现权利要求1-7任一项所述方法的温磁复合时效实现装置，其特征在于，所述实现装置包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。