Магнитомягкие стали і сплави, металургія

Загальні відомості

Магнітні матеріали по ГОСТ 19693-74 поділяються на магнитомягкие з коерцитивної силою по індукції не більше 4 кА / м і магнітотверді з коерцитивної силою по індукції не менше 4 кА / м. Коерцитивна сила по індукції - величина, що дорівнює напруженості магнітного поля, необхідного для зміни магнітної індукції від залишкової до нуля (до повного розмагнічування).

Магнитомягкие металеві матеріали (стали і сплави) легко намагнічуються і перемагнічуються і характеризуються вузькою петлею гістерезисного циклу. Поряд з малою коерцитивної силою вони повинні володіти високою магнітною проникністю і щодо великий індукцією насичення.

Магнитомягкие матеріали застосовуються для виготовлення сердечників реле постійного і змінного струму, магнитопроводов трансформаторів, електричних машин і апаратів, магнітних екранів і т.п. де потрібне швидке намагнічування з малими втратами енергії. Нелегована електротехнічна сталь не знаходить широкого застосування в електротехніці через низький питомого електроопору, що збільшує втрати енергії на вихрові струми. У потужних пристроях на змінному струмі ширше використовується електротехнічна кремниста сталь.

В кременистих сталях спостерігається анізотропія (неоднаковість) магнітних властивостей в різних напрямках кристалічної решітки. Найбільш легко намагнічується ребро куба, тому отримання текстури ребра куба, тобто структури з однаковою орієнтацією кристалів, підвищує магнітні властивості вздовж напрямку прокатки листа або стрічки. Це досягається холодної прокаткою, в результаті якої зерна, повертаючись, орієнтуються ребрами. Виготовлення текстурованої сталі призводить до менших втрат енергії на перемагнічування при підвищеній магнітної індукції.

Електричні втрати в сталі на вихрові струми зростають пропорційно квадрату частоти струму, квадрату товщини листа (стрічки) і обернено пропорційно питомій електроопору. Ось чому крем'янисті стали застосовуються у вигляді тонких листів і стрічок товщиною 1 мм і менше (в пристроях, що працюють на підвищених частотах, рекомендуються листи і стрічки товщиною до 0,1 мм).

Сталь електротехнічна тонколистова

по структурному станові й існувати виду прокатки на класи: 2-й - холоднокатана ізотропна; 3-й - холоднокатана анізотропна. Номери зазначених класів означають першу цифру в марках електротехнічної кременистої стали;

по основній нормованої характеристиці на групи: 0-я - питомі втрати при магнітної індукції 1,7 Тл і частоті 50 Гц, 1-я - питомі втрати при магнітної індукції 1,5 Тл і частоті 50 Гц; 2-я - питомі втрати при магнітної індукції 1,0 Тл і частоті 400 Гц для холоднокатаної ізотропної стали і питомі втрати бенкет магнітної індукції 1,5 Тл і частоті 400 Гц для холоднокатаної анізотропної стали.

Сталь електротехнічна холоднокатана анізотропна тонколистова

Для отримання передбачених стандартом ГОСТ 21427.1-83 магнітних властивостей сталь піддають відпалу з температурою нагріву 800-820 ° С і витримкою від 2,5 до 10 хв в захисній атмосфері. Щільність стали марки 3311 - 7750 кг / м3, питомий електроопір - 0,40 мкОм-м. Щільність сталей інших марок - 7650 кг / м3, питомий електроопір - 0,45-0,50 мкОм-м.

Сталь електротехнічна холоднокатана анізотропна тонколистова застосовується в магнітних ланцюгах електричних машин, силових трансформаторів і приладів.

Стрічка сталева електротехнічна холоднокатана анізотропна

Стрічку виготовляють по ГОСТ 21427.4-78 з сталей марок 342, 3422, 3423, 3424, 3425 товщиною від 0,05 до 0,15 мм. Стрічка призначена для магнітних ланцюгів електричних апаратів і приладів, в тому числі для силових і вимірювальних трансформаторів.

Сталь електротехнічна холоднокатана ізотропна тонколистова

Щільність стали - 7650-7850 кг / м, питомий електроопір - 0,14-0,50 мкОм-м. Застосовується сталь для статорів і роторів асинхронних двигунів потужністю до 100 кВт, що працюють при частоті струму 50 Гц, якорів і полюсів машин постійного струму, для низьковольтної та високовольтної апаратури.

Сплави прецизійні магнитомягкие. сплави прецизійні

Прецизійні сплави - високолеговані сплави зі спеціальними фізичними і фізико-механічними властивостями, рівень яких визначається точним хімічним складом, спеціальною технологією виплавки і спеціальної термообробкою. Магнитомягкие прецизійні сплави застосовують для отримання високих значень індукції в слабких магнітних полях.

ГОСТ 10160-75 поширюється на магнитомягкие нелегіровані та леговані подвійні железонікелевие, железокобальтовие, железохромістие і потрійні железонікелькобальтовие сплави з високою магнітною проникністю і малої коерцитивної силою.

Сплави прецизійні магнитомягкие виготовляють у вигляді холоднокатаних стрічок, холодно і гарячекатаних листів, гарячекатаних і кованих прутків і дроту.

Залежно від рівня магнітних властивостей постачають сплави трьох класів:

І - з нормальними магнітними властивостями;
IІ - з підвищеними магнітними властивостями;
III - з високими магнітними властивостями.

Рівень магнітних властивостей в основному досягається: для класу I - методом відкритої виплавки, для класу II - методом відбору або виплавкою в вакуумних печах, для класу III - спеціальними методами виплавки. Зазвичай продукцію класу III виготовляють за погодженням із споживачем.

Хімічний склад прецизійних магнитомягких сплавів повинен відповідати ГОСТ 10994-74.

З прецизійних магнитомягких сплавів найбільш широко застосовуються железонікелевие сплави - пермаллои. По складу пермаллои поділяють на нізконікелевие (39-65% Ni) і високо (75 84,5% Ni).

Нізконікелевие пермаллои (марки 45н, 50Н, 50НХС і ін.) Мають підвищену магнітну індукцію насичення і підвищений питомий електроопір, тому їх застосовують в апаратурі з невеликим підмагнічуванням. Нізконікелевие пермаллои з прямокутною петлею гистерезиса (марки 50НП, 65НП) мають близьке до одиниці значення коефіцієнта прямокутності Кп, що представляє відношення залишкової індукції при нульовій напруженості магнітного поля до максимальної індукції на даній симетричною петлі гистерезиса. Прямокутність петлі гистерезиса пов'язана з кристаллографической текстурою і забезпечується спеціальною технологією прокатки стрічки і її термообробкою.

Високо пермаллои (марки 79НМ, 80НХС, 81НМА, 83НФ) мають дуже високі значення магнітної проникності в слабких полях.

Пермаллои дуже чутливі до деформацій (наклеп), в результаті чого погіршуються їх початкові магнітні властивості. Легування сплавів молібденом зменшує їх чутливість до деформацій. Мідь стабілізує магнітну проникність в певних інтервалах напруженості, а хром, кремній, марганець і молібден збільшують питомий електричний опір, що дозволяє використовувати пермаллои в змінних полях. Магнітні властивості пермаллоев залежать від термічної обробки, яка полягає в відпалі зразків і готових виробів в вакуумі або в чистому сухому водні. Використовується також термомагнітна обробка, при якій охолодження проводиться в поздовжньому магнітному полі, що дає можливість отримати високі значення магнітної проникності.