Классификация магнитных материалов

Все магнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые, исходя из различий в коэрцитивной силе. Индукция насыщения и остаточная индукция у обеих групп материалов примерно одинаковы. Форма петель гистерезиса представлена на рисунке 5.10.

Петли гистерезиса магнитомягких (/) и магнитотвердых (2) материалов

Рис. 5.10. Петли гистерезиса магнитомягких (/) и магнитотвердых (2) материалов

Магнитомягкие материалы имеют малое значение коэрцитивной силы (Я = 0,4 А/м) и поэтому способны намагничиваться до насыщения даже в слабых магнитных полях. Их применяют в устройствах, работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке (в трансформаторах, электрических машинах, индуктивных катушках и т. п.).

Магнитомягкие материалы с петлей гистерезиса, близкой к прямоугольной, получили распространение в счетнорешающей технике, в устройствах автоматики.

В группу магнитомягких материалов входят электротехнические стали, железоникелевые сплавы (пермаллои) и др.

Магнитотвердые материалы имеют большие значения коэрцитивной силы (Я. = 800 кА/м), трудно намагничиваются, но способны длительное время сохранять намагниченность.

В группу магнитотвердых материалов входят углеродистые стали, вольфрамовые сплавы, платинокобальтовые сплавы и др. Из магнитотвердых материалов изготавливают постоянные магниты.

Магнитомягкие материалы

В постоянных и низкочастотных (до единиц кГц) магнитных полях применяют металлические магнитомягкие материалы: технически чистое железо, низкоуглеродистую электротехническую сталь, кремнистую электротехническую сталь, карбонильное железо, пермаллои (железоникелевые сплавы).

Технически чистое железо содержит менее 0,05 % примесей. Из всех магнитных материалов оно имеет наиболее высокое значение индукции насыщения, низкое удельное сопротивление. Это железо технологично (хорошо штампуется и обрабатывается на всех металлорежущих станках) и имеет низкую стоимость.

Технически чистое железо применяют как шихтовый материал для получения почти всех ферромагнитных сплавов.

Кирбонильное железо получают в результате разложения карбонила железа. При различных условиях разложения получают порошкообразное или губчатое железо. После термической обработки в водороде оно приобретает высокие магнитные свойства.

Применяют карбонильное железо в качестве ферромагнитной фазы магнитодиэлектриков. Вводя присадки в это железо, получают различные марки сталей.

Низкоуглеродистая электротехническая сталь подвергается термообработке (для повышения магнитных свойств), в процессе которой ее медленно нагревают до температуры 900 °C, выдерживают в течение 2-4 ч и медленно охлаждают со скоростью не более 30-40 градусов в час до температуры 600 °C. Процесс ведется в защищенной от окисления или в активной среде (смесь азота с водородом), которая обеспечивает дополнительную очистку стали от примесей.

После термической обработки сталь обладает коэрцитивной силой 64—96 А/м, максимальной магнитной проницаемостью цтах = 3500—4500 и содержанием углерода 0,1 %.

Кремнистая электротехническая сталь — это твердый раствор кремния в железе. Легирование кремнием существенно повышает удельное электрическое сопротивление стали (которое растет линейно от 0,1 мкОм м при нулевом содержа нии кремния до 0,6 мкОмм при содержании кремния 5 %) и соответственно позволяет снижать потери на вихревые токи. Кремнистая электротехническая сталь содержит менее 0,05 % углерода, от 0,7 до 4,8 % кремния и относится к магнитомягким материалам широкого применения. Легирование также приводит к увеличению магнитной проницаемости и уменьшению коэрцитивной силы, снижает потери энергии на гистерезис.

Для существенного улучшения магнитных свойств кремнистых электротехнических сталей их подвергают холодной прокатке. В результате в стали создается магнитная структура (большинство зерен сплава ориентируются вдоль проката с легким намагничиванием). Однако деформация в холодном состоянии приводит к появлению больших внутренних напряжений, что вызывает рост коэрцитивной силы. Эти напряжения снимают отжигом.

Полученные таким образом текстурированные стали применяют в трансформаторах, что позволяет снижать массогабаритные показатели на 20—40 %.

Марку стали обозначают буквой Э с последующими цифрами, которые соответствуют определенной степени легирования и определенным (гарантированным) электромагнитным свойствам. Электротехнические стали имеют такие основные свойства: начальная магнитная проницаемость — 200...600; максимальная магнитная проницаемость - 3000...8000; индукция насыщения — 1,95...2,02 Тл; коэрцитивная сила — 10...65 А/м; удельное электрическое сопротивление — 0,17...0,6 мкОмм. Кремнистые электротехнические стали марок Э1—Э4 имеют следующие значения удельного электрического сопротивления (р, мкОм м): 0,25 — Э1 (слаболегированная сталь с содержанием кремния 0,8...1,8 %); 0,40 — Э2 (среднелегированная, кремния 1,8...2,8 %); 0,50 — ЭЗ (повышеннолегированная, кремния 2,8...3,8 %); 0,60 — Э4 (высоколегированная, кремния 3,8...4,8 %).

Обычно стали в виде листов и рулонов поставляются заказчику в отожженном виде. В случае поставки их без отжига к обозначению марки стали добавляют букву Т.

Пермаллои — это сплавы железа с никелем или железа с никелем и кобальтом; обычно их легируют (молибденом, хромом и др.). В зависимости от содержания никеля пермаллои делят на низконикелевые (40-50 %) и высоконикелевые (70— 80 %).

В марках пермаллоев цифры означают процентное содержание никеля, а буквы: Н — никель, М - марганец, X — хром, Д — медь, К — кобальт, С — кремний, П — с прямоугольной петлей гистерезиса. Пермаллои с улучшенными свойствами обозначают дополнительной буквой У. Примеры марок пермаллоев: 45Н, 50Н, 65НП, 79НМ, 80НХС, 76НХД.

Низконикелевые пермаллои используют в качестве магнитных материалов в изделиях, работающих в переменных магнитных полях, особенно при повышенных частотах, а высоконикелевые - для сердечников мощных силовых трансформаторов и других устройств, требующих создания большого магнитного потока.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >