загрузка...
загрузка...
На головну

Магнітно-м'які і магнітно-тверді сталі і сплави

  1. quot; Пану Йосипу Сталіну
  2. Алюмінієві і магнієві сплави
  3. АЛЮМІНІЙ І АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ
  4. Алюміній і його сплави
  5. Алюміній і його сплави
  6. Алюміній і його сплави.
  7. Алюміній і сплави на його основі

У матеріалознавстві за магнітними властивостями матеріали поділяють на магнітно-м'які, магнітно-тверді і немагнітні матеріали.

Перш ніж розглядати ці групи матеріалів, нагадаємо, як відбувається процес намагнічування матеріалів при додатку зовнішнього магнітного поля.

Відомо, що навіть в монокристалах, а тим більше в полікристалічних матеріалах весь обсяг тіла розділений на області - домени, розділені вузькими межами, що носять назву стінок доменів. Розміри доменів різні для різних речовин, і навіть в одному матеріалі вони залежать від структури і властивостей певного зразка. Як правило, розміри доменів складають 10-3... 10-2 см, а товщина стінок між доменами - близько 10 ... 100 нм. Кожен з доменів орієнтований в притаманному йому напрямку легкого намагнічування (рис. 19).

При безладному розташуванні енергія стінок доменів, вклади магнітокрісталліческой і магнітострикційному енергій - мінімальні і матеріал - немагнітний. Додаток магнітного поля, перш за все, призводить до зростання доменів за рахунок приєднання сусідніх доменів близькою орієнтації, а потім їх зростання відбувається шляхом звернення полів доменів, орієнтованих близько до напрямками зворотним прикладеному полю. Крім цього процесу, відбувається інший процес - обертання доменів, що приводить до зміни напрямку їх спонтанної намагніченості, т. Е. До орієнтування їх у напрямку прикладеного поля.

Процесом технічного намагнічування називається створення в феромагнетиках результуючої намагніченості - М, Що дорівнює сумарному магнітному моменту атомів в одиниці об'єму. При цьому на відміну від парамагнетиків, для яких характерна лінійна зв'язок між прикладеним зовнішнім полем і намагніченістю, для феромагнетиків при додатку поля намагніченість змінюється нелінійно, досягає насичення, а потім, якщо змінити напрямок намагнічує поле, крива піде вище, ніж первісна, і при поле рівному нулю існуватиме залишкова намагніченість.

Мал. 19. Орієнтація магнітних моментів в феромагнетиках

за відсутності зовнішнього магнітного поля:

а - Монокристал; б - поликристалл

При неодноразовому зміні напрямку намагнічує поле поступово формується замкнута крива (Петля гистерезиса). Максимальна магнітна індукція називається індукцією насичення. Величина магнітної індукції ± В, зберігається після зняття прикладеного магнітного поля, називається залишкової магнітної індукції.

Існування явища залишкової магнітної індукції призвело до створення постійних магнітів. Напруженість магнітного поля Н (А / м), при якій магнітна індукція зводиться до нуля, називають коерцитивної силою Нс (Затримує напруженістю). Магнітної енергією або енергією перемагничивания називається твір В.Нс.

Мал. 20. Петлі магнітного гистерезиса для магнітно-м'яких матеріалів (а) І магнітно-твердих матеріалів (б). Зверніть увагу на масштаб по осі абцісс

Магнітно-м'якими називають матеріали з високою початковою проникністю і малої коерцитивної силою. Для цих матеріалів характерна мала робота перемагничивания (рис. 20).

Магнітно-твердими матеріалами називають матеріали з високою коерцитивної силою Н і малої початкової проникністю. Для більшості магнітних матеріалів спостерігається лінійна залежність між початковою проникністю і коерцитивної силою.

Магнітно-м'які матеріали використовують в трансформаторах, генераторах, перемикачах та інших пристроях. До числа цих матеріалів відносяться чисте залізо, трансформаторна і динамная стали (сплав заліза з кремнієм), альсифера(сплави Fe - Si - Al).

У приладобудуванні і слаботочной промисловості також застосовують магнитомягкие матеріали - пермалоя (Fe + 78,5% Ni) і супермалоі (Fe-5% Мо-79% Ni). Як правило, це однофазні матеріали.

Для зменшення втрат енергії необхідно використовувати матеріали з вузькою петлею гістерезису. При малій площі петлі гістерезису співвідношення між Ви Нс практично лінійно. Коефіцієнт пропорційності цього співвідношенняm - магнітна проникність. Для звичайного заліза проникність дорівнює кільком тисячам, а для сплаву супермалий - близько мільйона.

Для виготовлення трансформаторів та електромоторів необхідні такі магнітно-м'які матеріали, в яких намагніченість помітно змінюється навіть при додатку невеликих магнітних полів. Для цього стінки магнітних доменів повинні легко рухатися, що досягається в матеріалах з невеликою кількістю дефектів (включень другої фази, дислокацій).

Високі властивості пермаллоев обумовлені фізичними властивостями компонентів, що входять в них. Напрямок легкого намагнічування в нікелі - <111>, А в залозі - <100>. При змішуванні їх в певній пропорції виходить, що в сплаві ці два напрямки стають еквівалентними, т. Е. В сплаві нічого не буде пріоритетним напрямки легкого намагнічування і для намагнічування сплаву буде необхідна лише невелика енергія. Крім того, в цих сплавах практично не проявляється магнітострикція. Оскільки наклеп підвищує коерцитивної силу і знижує магнітну проникність, ці сплави зазвичай використовують в відпаленого стані. Велике зерно сприяє підвищенню магнітної проникності, тому матеріали намагаються рекрісталлізовать на велике зерно.

Технічне залізо (марки Е, ЕА, ЕАА) Використовують для магнітопроводів постійного струму (електромагніти, реле і т. П.). Недоліком чистого заліза є великі втрати потужності через вихрових токовФуко, Що виникають при перемагничивании.

Легування заліза кремнієм (трансформаторна і динамная стали) значно підвищує електроопір і знижує втрати за рахунок вихрових струмів. Кремній також підвищує магнітну проникність і індукцію, знижує коерцитивної силу і втрати на гістерезис. Але кремній, при його вмісті в залозі вище 3%, викликає крихкість.

Електротехнічну сталь випускають у вигляді листів холоднокатаних і гарячекатаних. Для збільшення розміру зерна при рекристалізації і випалювання вуглецю сталь піддають відпалу при 1100 ... 1200 ° С (в вакуумі, водні або диссоциированном аміаку). Динамную сталь випускають у вигляді листа товщиною 0,5 мм, причому відпалом домагаються ізотропної структури. Трансформаторну ж сталь (завтовшки 0,35 мм) випускають обов'язково у вигляді текстурованих листів і стрічки, т. Е. Домагаються переважної однаковою орієнтування всіх зерен вздовж напрямку прокатки. Найбільш поширеною текстурою, яку намагаються отримати в трансформаторній стали, є текстура Госса - {110} <001>, Тому що в напрямку <100> залізо легко намагнічується. Останнім часом в промисловості починають використовувати стали з кубічної текстурою, т. Е. З такою переважної орієнтуванням зерен, коли з площиною прокатки збігається грань куба {100}, А з напрямком прокатки його ребро <100>. При такій текстурі в площині прокатки розташовуються два напрямки легкого намагнічування - уздовж і поперек напрямку прокатки. Як текстура Госса, так і кубічна текстура створюються в трансформаторних сталях шляхом складних технологічних переділів. Текстура Госса виходить шляхом поєднання гарячої прокатки, дво- або триразових холодних прокаток і остаточного високотемпературного відпалу в вакуумі або захисній атмосфері. Для отримання кубічної текстури використовують три способи: отримання її в результаті вторинної рекристалізації, в результаті багаторазової первинної рекристалізації з литих заготовок з кубічної аксиальной текстурою <100>. Для отримання кубічної текстури необхідно застосовувати дуже чисті шихтові матеріали і плавку проводити в вакуумі. Утворенню кубічної текстури сприяє легування стали марганцем (0,3 ... 0,35%) або нікелем (1 ... 2%). В даний час кубічна текстура виходить як в стрічці товщиною 0,10 ... 0,20 мм, так і в стрічці товщиною 0,35 ... 0,5 мм.

Електротехнічні стали прийнято маркувати буквою Э, Перша цифра за якою відповідає змісту кремнію в процентах, друга цифра - питомими втратами на перемагнічування (1 - Нормальні питомі втрати, 2 - Знижені, 3 - Низькі), 0 в кінці марки вказує, що сталь холоднокатана текстуровані, 00 - Холоднокатана малотекстурованной. Отже, гарячекатані сорти сталі маркуються Е11, Е12, Е21, Е32, Е41, Е42, Е43. Холоднокатані стали маркуються Е1100, Е310, Е3100 і т.д.

Зі збільшенням вмісту кремнію в стали втрати на перемагнічування (так звані ватні втрати) зменшуються. З ростом частоти струму втрати збільшуються. Для істотного їх зниження слід підвищувати електроопір матеріалів. Тому при високих частотах доцільно використовувати ферити. Ферити отримують спіканням порошків Fe2O3 і оксидів двовалентних металів: ZnO, NiO, MnO та ін. Провідникові феритів високе і становить 106... 107 Ом / см, у них порівняно невелика намагніченість насичення, яка дорівнює 100 ... 2000 Гс. Для характеристики феритів зазвичай використовують початкову магнітну проникність mо, Яку вказують на початку марки фериту: 2000 НС, 6000 НМ і так далі (НС - Означає нікелькремніевий, НМ - Нікельмарганцевий). Застосування феритів дозволило зменшити розміри багатьох приладів. Їх застосовують також в запам'ятовуючих пристроях ЕОМ. Ферити виробляють з дуже високим електроопору (108... 109 Ом / см). Їх недоліком є ??висока твердість і крихкість, низька точка Кюрі (нижче 200 0C) і низька індукція насичення.

Пермаллои широко використовують в слаботочной промисловості (радіо, телеграф, телефон). Широко застосовують також альсифера (5,4% Аl, 9,6% Si, 85% Fe), Перевага яких перед пермаллоев - їх недефіцитним.

Для створення постійних магнітів використовують матеріали з широкою петлею гистерезиса (мал. 20, б), Щоб при знятті зовнішнього що намагнічує поле намагніченість залишилася великий (магнітно-тверді матеріали). Енергія постійних магнітів .Hс) буде тим більше, чим вище значення обох співмножників. оскільки значення В обмежені магнітним насиченням феромагнітних матеріалів (Fe, Ni, Со), То для збільшення енергії збільшують коерцитивної силу.

Структура, що забезпечує такі властивості сплавів, повинна бути дуже неоднорідною (або це мартенсит з великим числом дислокацій, меж зерен, або це старіючі сплави з дрібнодисперсного розподіленої в матриці другою фазою, або сплави із сверхструктурами, тобто впорядкованою структурою).

Одним з дуже ефективних матеріалів, використовуваних для цих цілей, є сплав типу альнико(51% Fe; 8% Аl; 14% Ni; 24% З; 3% Сu). Його висока магнітна енергія досягається в результаті загартування з температури 1250 ... 1300 ° С і подальшого старіння при 600 ... 650 ° С. Структура сплаву після термічної обробки складається з феромагнітної матриці і вкраплених в неї дрібних магнітних же частинок. Феромагнітна матриця забезпечує досить високу залишкову індукцію.

Дефіцит нікелю і кобальту привів до необхідності створення нових сплавів, що поєднують високу магнітну енергію і хороші механічні властивості. Так, сплав 71ГЮ (71% Мn, Аl - Інше) використовують при виготовленні багатополюсних магнітів і двополюсних, для роторів електродвигунів та інших магнітів в приладобудуванні. Магнітний сплав системи 70ГГл (системи Мn - Gа) Застосовують для виготовлення дрібних магнітів з великим розмагнічувати фактором.

У техніці постійних магнітів застосовують і матеріали, в яких в парамагнітну матрицю вкраплені дрібні (практично однодоменних) феромагнітні частинки. До числа таких сталей відносяться ЕХ3 (3% Сr); ЕХ5К5 (5% Сr, 5% З); ЕХ9К15М (9% Cr, 15% Со, 1% Мо). Ці стали легко обробляються різанням і деформуються, але поки застосовуються лише для не дуже відповідальних магнітів.

У радіоапаратурі і електромашинобудуванні іноді потрібні магнітодіелектрики, які відрізняються високою постійністю магнітної проникності. Магнітодіелектрики виходять зазвичай методами порошкової металургії з карбонільного заліза і альсифера з ізолюючими матеріалами. Іноді в електромашинобудуванні потрібні немагнітні матеріали з низькою електропровідністю і високими механічними властивостями. Для цих цілей використовують аустенітні стали і чавуни. До числа таких сталей відносяться Н12ХГ, 45Г13Ю3, Х18Н9 та ін. Застосування аустенітних сталей обмежено поганий оброблюваністю.

 



Попередня   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   Наступна

Корозійностійкі іжаростійкі стали | Хромисті корозійностійкі (нержавіючі) стали | Висококоррозіонностойкіе сплави на основі заліза і нікелю | Конструкційні жароміцні стали і сплави | підвищених температурах | Жароміцні сталі різних класів | Жароміцні сплави на основі нікелю і кобальту | Класифікація інструментальних сталей | Стали для ріжучого інструменту | Стали для вимірювального інструмента |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати