Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы по назначению можно разделить на две группы: материалы для работы в сильных токах (машино- и аппаратостроение) и материалы для работы в слабых токах (приборостроение, автоматика, проводная связь, радио). К первой группе относятся технически чистое железо и электротехническая сталь, ко второй - сплавы железа с кобальтом (пермендюр), железа с никелем (пермаллой) и железа с аллюминием и кремнием (альсифер), магнитомягкие ферриты, а также сплавы и ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса.

Магнитомягкие материалы должны иметь высокую магнитную проницаемость, малую коэрцитивную силу Н( (менее 400 А/м), большую индукцию насыщения, узкую петлю гистерезиса, малые магнитные потери [14].

Технически чистое железо и электротехнические стали

и электротехнические стали

Наименование «железо» условно дано низкоуглеродистой стали, получаемой с помощью электролитического, карбонильного процессов или методом прямого восстановления чистых руд.

Карбонильное железо получают при термическом разложении пентакарбонила железа Fe(CO)5 в виде порошка с небольшими примесями кремния, марганца, серы и содержанием углерода до 1,2%, азота до 1% и кислорода до 1,2%. Используется оно для изготовления магнитодиэлектриков.

При использовании карбонильного железа в качестве сырья для изготовления магнитомягких материалов его рафинируют в токе водорода и поставляют в виде кусков произвольной формы или гранул.

Железо электролитическое изготовляется методом электролитического рафинирования в расплавленных солях и поставляют в виде порошка (марки ПЖЭ-1 и ПЖЭ-2) или кусков (марка ЖЭ-МП). Средняя удельная теплоемкость возрастает с увеличением температуры. Коэффициент теплопроводности уменьшается при увеличении содержания примесей и при повышении температуры. Температурный коэффициент линейного расширения возрастает при увеличении температуры. Содержание примесей в стали менее 0,3% не оказывает существенного влияния на ее линейное расширение. Удельное сопротивление возрастает при увеличении содержания любого элемента, и в наибольшей степени при увеличении содержания кремния и алюминия.

Железо чистое марок 005ЖР и 008ЖР получают из продуктов прямого восстановления руд и поставляют в виде прутков различного размера.

Все эти материалы предназначены либо для получения изделий методами порошковой металлургии, либо в качестве шихтового материала при выплавке специальных сталей и сплавов, в том числе и магнитомягких.

Высокая стоимость электролитического и карбонильного железа ограничивает широкое применение этих материалов.

Физико-механические свойства технически чистого железа зависят от содержания в нем примесей, и особенно углерода.

Приведем некоторые физические свойства технически чистого железа с общим содержанием примесей до 0,02%:

Плотность

Температура плавления

Температура возгонки в вакууме

  • 133-10’5Па(10’5 ммрт. ст.)
  • (X —У

Температура превращения

Средняя удельная теплоемкость Коэффициент теплопроводности при 20°С Температурный коэффициент линейного расширения при 0°С

Удельное сопротивление при 20°С

Температурный коэффициент сопротивления

Модуль упругости

Модуль упругости при сдвиге Температура Кюри

  • 7,88 Мг/м3
  • 1539°С

> 1100 ... 1200°С

при нагревании 911 °C

  • 0,46 кДж/(кг-К) 71,5 Вт/(м К)
  • 44,6 Ю^К1 0,1 мкОмм 610’3 К1 210 ГПа 84 ГПа 770°С

Из электротехнических сталей изготовляют магнитопроводы всех видов и самых сложных форм детали: реле, сердечники, полюсные наконечники электромагнитов, элементы магнитоэлектрических, индукционных и электромагнитных приборов, экраны, телефонные мембраны, магнитопроводы двигателей переменного и постоянного тока малой и средней мощности и т. д.

В обозначении марок стали цифры означают:

первая - класс по виду обработки давлением (1 - горячекатаная и кованая, 2 - холоднокатаная и калиброванная);

вторая - тип по содержанию кремния (0 - сталь нелегированная с содержанием кремния до 0,3%, 1 - то же, но с заданным коэффициентом старения);

третья - группу по основной нормируемой характеристике (8 - коэрцитивная сила);

четвертая и пятая - значение коэрцитивной силы в амперах на метр:

  • - Сталь электротехническая горячекатаная тонколистовая марок 1561, 1562, 1571 и 1572 с содержанием кремния около 4%;
  • - Сталь электротехническая холоднокатаная тонколистовая марок 3471 и 3472 с содержанием кремния около 3%.

Широко используются сплавы железа с кремнием. Легирование кремнием вызывает: 1) уменьшение магнитной анизотропии и магнитострикции и, следовательно, уменьшение коэрцитивной силы; 2) увеличение удельного сопротивления и снижение потерь на вихревые токи; 3) некоторое снижение индукции насыщения; 5) возрастание индукции в слабых и средних полях вследствие большей магнитной мягкости материала. Еще более высокие значения индукции получают в текстурованных электротехнических сталях, в которых путем специальной технологии удается ориентировать оси легкого намагничивания (ребра куба) большинства зерен в направлении прокатки листа. Такая текстура называется ребровой. При этом материал становится магнитоанизотропным, приобретая улучшенные свойства в направлении прокатки.

Высокие магнитные свойства вдоль и поперек направления прокатки получают, создавая кубическую текстуру. Получение плоскостной кубической текстуры обеспечивает улучшенные свойства в любом направлении в плоскости ленты

Горячекатаные стали существенно уступают холоднокатаным, особенно текстурованным, по магнитным свойствам, по точности размеров листов, качеству отделки, коэффициенту заполнения и постепенно вытесняются последними.

Электротехнические кремнистые стали - наиболее широко распространенный магнитомягкий материал, сочетающий высокие магнитные свойства с низкой стоимостью и удовлетворительной технологичностью. Эти стали широко применяются для изготовления двигателей и генераторов всех типов, дросселей и трансформаторов, электромагнитных механизмов и реле, других механизмов и приборов, работающих как на постоянном, так и на переменном токе различной частоты.

В последнее время для изготовления магнитопроводов двигателей постоянного и переменного тока небольшой мощности, особенно для двигателей бытовой техники, применяют нелегированные стали. Применение этих сталей вместо слаболегированной динамной стали обусловлено их более низкой стоимостью и позволяет за счет большей индукции повысить мощность двигателя или снизить расход стали или меди при изготовлении двигателя такой же мощности.

Разнообразные технические требования, предъявляемые к электротехническим сталям, удовлетворяются путем изменения их химического состава, толщины листов или ленты, применения специальных технологических процессов изготовления и термической обработки.

Классификация и маркировка электротехнической стали, изготовляемой в виде рулонов, листов и ленты, устанавливается ГОСТом. В обозначении марок цифры означают: первая - класс по структурному состоянию и виду прокатки (1 - горячекатаная изотропная, 2 - холоднокатаная изотропная, 3 - холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой, 5 - холоднокатаная изотропная с плоскостной кубической текстурой); вторая - содержание кремния (0 - с содержанием кремния до 0,4% - нелегированная, 1 -0,4...0,8%, 2-0,8...1,8%, 3-1,8...2,8%, 4-2,8...3,8%, 5-ЗД.,4,8%); третья - группу по основной нормируемой характеристике (0 - удельные потери при магнитной индукции 5=1,7 Тл и частоте f = 50 Гц; 1 -удельные потери при В=1,5 Тл и f = 50 Гц; 2 - удельные потери при В=1,0 Тл и f = 400 Гц; 4 - удельные потери при В = 0,5 Тл и f = 3000 Гц; 6 - магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля Н = 0,4 А/м; 7 - магнитная индукция в средних магнитных полях при Н ,10 А/м); четвертая - порядковый номер типа стали.

Вместе первые три цифры марки означают тип стали.

Горячекатаную изотропную сталь марок типов 121, 131, 141, 151, 152, 156 и 157 поставляют в виде листов толщиной 0,1... 1,0 мм, шириной 500... 1000 мм и длиной 600...2000 мм. Листы поставляют в термически обработанном состоянии с травленой поверхностью или без травления.

Холоднокатаную изотропную сталь типов 201, 211, 221, 231, 241 и 242 поставляют толщиной 0,28; 0,35; 0,50 и 0,65 мм в виде листов шириной 500 ... 1100 мм и длиной 1500 и 2000 мм, рулонов той же ширины и ленты шириной 90 ... 445 мм.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >