Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Какие металлы являются ферромагнетиками?



2 Что называется коэрцитивной силой?

3 Чем обусловлено название магнитнотвердые материалы?

4 В чем заключаются принципы формирования магнитнотвердых материалов?

5 Какие существуют основные группы магнитнотвердых материалов?

 

Лекция 14. Магнитномягкие сплавы. Принципы формирования магнитномягких материалов (МММ). Железоникелевые сплавы (пермаллои).

Высокая магнитная твердость достигается получением неравновесной, высоко-дисперсной структуры, для получения магнитной мягкости необходимо состояние материала максимально приблизить к равновесному, получить крупное зерно, устранить источники, вызывающие искажения решетки и дробление блоков. Кроме низкой коэрцитивной силы, МММ должны иметь высокую магнитную проницаемость в слабых, средних или сильных полях, низкие потери на перемаг­ничивание и т. д.

Естественно, что наиболее подходящим магнитномягким ма­териалом являются чистые металлы, в первую очередь чистое (технически чистое) железо, а также сплавы на основе железа, никеля и кобальта.

Техническое железо– практически чистое же­лезо, в котором все примеси, особенно углерод, являются вред­ными и поэтому их содержание строго ограничивается. Промышленность изготав­ливает две марки технического железа (по химическому соста­ву), каждая из которых в свою очередь разделяется на сорта по магнитным характеристикам (таблицы 14.1, 14.2).

Таблица 14.1 - Химический состав технического железа, % (не более)

Марка железа C Mn Si S P Cu
А 0,025 0,035 0,03 0,025 0,015 0,15
Э 0,040 0,20 0,20 0,030 0,025 0,15

Таблица 14.2 - Магнитные свойства технического железа

  Марка железа Магнитные свойства
коэрцитивная сила Нс, Э максимальная магнитная проницаемость. Гс/Э
Э 1,2
ЭА 1,0
ЭАА 0,8
Примечание. Для всех марок технического железа В10 = 15·103 Гс; В25 = 16,2·103 Гс.

Магнитные свойства желе­за (кроме его чистоты) зави­сят еще от структурного со­стояния. Наклеп резко ухуд­шает магнитные свойства, укрупнение зерна – улучшает. В обычных промышленных сор­тах железа коэрцитивная сила получается порядка 1 Э или не­много ниже, тогда как мини­мальное значение коэрцитивной силы 0,01 Э получено на очень крупнозернистом чистом же­лезе. Для получения крупного зерна и устранения наклепа металл подвергают отжигу при высокой температуре. Техниче­ски чистое железо применяют для изготовления сердечников, реле и электромагнитов посто­янного тока, магнитных экра­нов, полюсов электрических ма­шин и других деталей.

Электротехническая сталь представляет собой ферритный сплав железа с кремнием (3 % Si) при строго ограниченном содержании других при­месей. Железокремнистый твердый. раствор вследствие иска­жений в решетке, вызванных наличием в ней инородных атомов кремния, имеет более высокую коэрцитивную силу, чем чистое железо, однако в этом сплаве при нагреве можно получить круп­ное зерно, которое при охлаждении не измельчается, так как нет γ→α-превращения, и это на практике приводит к тому, что зна­чение коэрцитивной силы получается в таком материале не больше, чем в обычном железе. Более высокое электросопротивление легированного кремнием феррита уменьшает потери на токи Фуко. Электротехническую сталь изготавливают в виде тонких ли­стов, которые используют для изготовления сердечников транс­форматоров, магнитопроводов электрических машин и аппара­тов переменного и постоянного тока.

Листовая электротехническая сталь подразделяется по сортаменту (глав­ным образом по толщине), способу производства (холоднокатаный и горяче­катаный лист), степени анизотропии, а также основным магнитным характе­ристикам (магнитная индукция и удельные потери) и степени легирования кремнием.

Для листовых электротехнических сталей принята иная система марки­ровки, чем для обычных сталей. Эти стали маркируют следующим образом: после первой буквы Э следуют две или больше цифр. Первая цифра за буквой Э показывает содержание кремния1 (содержание кремния в пределах; 0,8–1,8 %, 1,8–2,8 %, 2,8–3,8 %, 3,8–4,8 % обозначается соответственно цифрами: 1, 2, 3, 4). Вторая цифра характеризует уровень электротехнических свойств (чем цифра выше, тем выше эти свойства). После первых двух цифр иногда ставят один или два нуля. Один нуль показывает, что сталь холодно­катаная текстурованная (смотри ниже), два нуля – холоднокатаная малотек­стурованная. Таким образом марка Э12 означает электротехническую горячекатаную сталь с 1 % Si и второго уровня по электротехническим свойствам, а марка Э1200 – такую же сталь, но холоднокатаную слаботекстурованную.

Из изложенного следует, что лишь сплавы Э3 и Э4 являются ферритными. Магнитные характеристики у них получаются выше, но они более хрупки. Сплавы группы Э3 и Э4 называются трансформаторным железом, а Э1 и Э2 – динамной сталью. В соответствии с этим трансформаторное железо (основное применение – сердечники трансформаторов), обладающее более вы­сокими магнитными свойствами, имеет более низкие механические свойства, чем динамная сталь (главное применение – детали динамомашин). Кристаллы α-железа отличаются резко выраженной анизотропией магнит­ных свойств. Ребро куба является осью наиболее легкого намагничивания, по­этому получение текстуры ребра куба повысило бы магнитную проницаемость в одном направлении, но уменьшило бы ее в другом (перпендикулярном к первому) направлении.

Итак, высокие магнитные свойства могут быть получены на. сплавах Fe–Si высокой чистоты (особенно по углероду), при крупном зерне и тексту­рованной структуре. Технология производства должна обеспечить получение такого состояния. Современная технология производства высших сортов электротехнической стали заключается в следующем:

- выплавка стали с заданным содержанием кремния и минимальным углерода (практически содержание углерода полу­чается около 0,05 %);

- прокатка в горячем состоянии на так называемый «подкат» толщиной 2,5 мм и последующая холодная прокатка на толщину0,5–0,35 мм.

Перед холодной прокаткой проводят отжиг при 800 °С. При этом содержание углерода уменьшается до < 0,02 % С. Заключительный отжиг проводят для снятия наклепа и укрупнения зерна при 1100–1200 °С в атмосфере водорода. Если предшествовавшая холодная деформация была значи­тельной (45–60 %), то получается текстурованная структура (степень тек­стурованности порядка 90 %); если деформация была меньше 7–10 %, то получается так называемая малотекстурованная структура. Наконец, если про­катку проводить только в горячем состоянии, то текстуры не будет, магнит­ные свойства вдоль и поперек прокатки становятся одинаковыми.

Следует еще добавить, что удельные потери на перемагничивание тем меньше, чем тоньше лист, поэтому электротехническую сталь изготавливают только в виде тонких листов толщиной 0,35 и 0,50 мм. Если в процессе изготовления деталей трансформатора сталь была под­вергнута даже незначительной пластической деформации (например, рубке листов, загибу), то магнитные свойства ухудшаются. Для восстановления магнитных свойств рекомендуется проводить отжиг для снятия напряжений (устранения искажений в решетке) при 750–800 °С с медленным < 50 °С/ч) охлаждением.

В заключение в таблице 14.3 приведены данные о свойствах электротехнических листовых сталей (ГОСТ 214273-75).

Таблица 14.3 - Электромагнитные свойства листовой электротехнической стали

Марка стали Магнитная ин-дукция1, В20, Гс Удельные потери Р*10 / 50 Марка стали Магнитная ин-дукция, В20, Гс Удельные потери Р*10 / 50
Горячекатаная сталь Холоднокатаная малотекстурованная сталь (δ = 0,50 мм)
Э11 3,3 Э1100 3,3
Э12 3,2 Э1200 2,8
Э13 2,8 Э1300 2,5
Э21 2,5 Э3100 1,7
Э22 2,2 Э3200 1,5
  2,0 Холоднокатаная текстурованная сталь (δ = 0,50/0,35 мм)
Э32 1,8
Э42 1,4 Э310 17500/17500 1,1/0,8
Э43 1,25 Э320 18000/18000 0,95/0,7
      Э330 18500/18500 0,80/0,6
1 При перемагничивании до индукции 10 000 Гс. * При напряженности магнитного поля 25 А/см.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) – в определенных, узких пределах содержания никеля (около 78,5 %) имеют исключительно высокую начальную магнитную проницаемость, достигающую 10000 Гс/Э1 (рисунок 14.1), тогда как у обычного технического железа она при­близительно в десять раз меньше, что очень важно для прибо­ров, работающих в слабых полях (радио, телефон, телеграф).

Рисунок 14.1 – Начальная магнитная проницаемость сплавов Fe–Ni

Свойства пермаллоя классического состава (78,5 % Ni) существенно зависят от термической обработки. Наиболее высокую начальную магнит­ную проницаемость сплав получает при высоко­температурном нагреве в атмосфере водорода (для укрупнения зерна, удаления примеси углеро­да и устранения остаточных напряжений). Охлаж­дение в магнитном поле повышает магнитные ха­рактеристики. Эффективность магнитной обработ­ки тем больше, чем выше лежит точка Кюри сплава. Поэтому магнитная обработка наиболее заметно улучшает свойства сплава с 77 % Ni, у которого точка Кюри имеет самую высокую температуру, повышая начальную магнитную про­ницаемость до 20000 Гс/Э.

Применяются также сплавы с 45–50 % Ni (гайперники). Без сложной обработки они превосходят пермаллои в магнитных свойствах, но уступают им, если такую сложную обработку провести. Кроме двойных железоникелевых спла­вов, применяют и более сложные по составу с дополнительным легированием кремнием, молиб­деном, марганцем, медью. Эти элементы повыша­ют электросопротивление, что позволяет приме­нять их на повышенных и высоких частотах, уменьшают чувствительность к наклепу (влияние молибдена), повы­шают стабильность свойств (влияние меди).

Состав пермаллоев техническими условиями точно не оговаривается, мар­ка указывает лишь примерный состав сплава, но магнитная характеристика должна быть обеспечена. Некоторые пермаллойные сплавы и их наиболее важные магнитные характеристики, зависящие от толщины листа и гаранти­руемые техническими условиями (ЧМТУ 5010-55), указаны в таблице 14.4.

Таблица 14.4 - Магнитные свойства сплавов типа гайперник и пермаллой

Марка сплава Толщина, мм Магнитная проницаемость. Гс/Э Коэрцитивная сила Нс, Э
μ0 μmax
45Н 0,35 – 2,5 0,20 – 0,34 0,10 – 0,19 0,05 – 0,09 0,20 0,15 0,30 0,30
50НХС 0,35 – 1,00 0,20 – 0,34 0,10 – 0,19 0,05 – 0,09 0,12 0,15 0,15 0,20
79НМ 0,35 – 2,50 0,2 – 0,34 0,1 – 0,19 0,05 – 0,09 0,02 – 0,04 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
79НМА 0,80 – 1,00 0,50 – 0,70 0,35 – 0,49 0,20 – 0,34 0,10 – 0,19 0,05 – 0,09 0,02 – 0,04 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,05 0,06

Первые две цифры в обозначении марки показывают содержание никеля в процентах; буква, следующая после буквы Н – дополнительное легирование (Х – хромом, С – кремнием, М – молибденом). В зависимости от фак­тических магнитных свойств сплав может быть высшего качества (с буквой А) или обычного качества (без буквы А).




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.