Виды магнитных сплавов и их основные характеристики
Магнитные материалы – это материалы, которые вступают во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении и прочих физических явлениях, например, изменении температуры, размеров и т. п.
Самыми важными характеристиками, которые определяют магнитные свойства сталей и сплавов являются:
- Коэрцитивная сила, представляющая собой напряженность магнитного поля, которая необходима для размагничивания образца.
- Остаточная индукция, которая остается в образце после снятия внешнего поля.
Все магнитные стали и сплавы делятся на две группы:
- Магнитотвердые, которые обладают существенной коэрцитивной силой - до нескольких тысяч ампер на сантиметр.
- Магнитомягкие, которые характеризуются малыми значениями коэрцитивной силы.
Магнитомягкие стали и сплавы. Кремнистая электротехническая сталь
Магнитомягкие сплавы и стали используются для изготовления магнитопроводов переменного и постоянного электрического тока, полюсов и якорей машин постоянного тока, силовых трансформаторов, статоров и роторов асинхронных двигателей, магнитных цепей крупных электрических машин, различных приборов и аппаратов. К данным материалам предъявляется ряд требований. Они должны обладать высоким электрическим сопротивлением, низкой коэрцитивной силой, высокой магнитной проницаемостью, малыми потерями на перемагничивание. Для того чтобы обеспечить выполнение вышеперечисленных требований, должны выполняться следующие требования, касающиеся структуры и состояния материалов:
- минимальное содержание примесей,
- максимальное приближение к равновесному состоянию,
- отсутствие искажений в кристаллической решетке,
- наличие крупного зерна.
К магнитомягким сплавам и сталям относятся технически чистое железо, ферриты, электротехническая сталь с повышенным или пониженным содержанием кремния, сплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью.
Низкоуглеродистые железокремнистые сплавы используются в качестве магнитомягкого материала. Кремний образует с железом твердый раствор, увеличивая электрическое сопротивление. Например, при отсутствии кремния электрическое сопротивление составляет около 0,1 мкОмм, при наличии 5 % кремния данная величина составляет 0,6 мкОмм. Кремний способствует снижению потерь на вихревые токи, увеличивает магнитную проницаемость, незначительно снижает коэрцитивную силу и потери на гистерезис. Однако, при этом кремний понижает индукцию в сильных магнитных полях и увеличивает хрупкость сплава. Электротехническая сталь изготавливается в виде листов, рулонов или резаной ленты. Она подвергается обезуглероживанию при температуре 720 - 800 градусов по Цельсию, выдержке в течении 25 часов, рекристаллизационному отжигу после прокатки и окончательному вакуумному отжигу. Такая сталь предназначена для изготовления магнитопроводов. На нее может быть нанесено электроизоляционное покрытие. Качество кремнистой стали увеличивается благодаря уменьшению содержания различных примесей или разработке оптимальной технологии получения сплавов с ребровой структурой. Такая структура может быть получена в результате прокатки. При деформации зерен получается анизотропная структура, улучшающая магнитную проницаемость сплава в определенных направлениях.
Магнитотвердые сплавы
Магнитотвердые сплавы применяются для изготовления постоянных магнитов. Данные материалы должны обладать высоким значением коэрцитивной силы и остаточной индукции, а также неизменностью этих свойств во времени. Такими сплавами являются хромистые, углеродистые, вольфрамовые, кобальтовые стали, также литые и металлокерамические сплавы.
Углеродистая стали используется для изготовления постоянных магнитов небольшого размера. В хромистой стали для постоянных магнитов содержание хрома не должно превышать 3,6 % и при этом она должна обладать значительно большей прокаливаемостью, чем углеродистая сталь, что позволяет делать из нее постоянные магниты большого размера. Кобальтовые стали обладают очень высокими магнитными свойствами - коэрцитивная сила составляет порядка 100 -1150, а остаточная индукция около 8000. Вольфрамовые стали содержать от 5,2 до 6,2 % вольфрама, коэрцитивная сила около 60, а остаточная индукция порядка 10 000. Требования к вольфрамовым, кобальтовым и хромистым сталям устанавливает ГОСТ 6862-71. Железоникелевые сплавы обладают самыми высокими магнитными свойствами, которые необходимы для создания постоянных магнитов. Из данных сплавов делают мощные магниты малых габаритов. Однако, такие сплавы почти не поддаются обработке, поэтому магниты из них изготавливаются посредством отливки или металлокерамического способа с последующей шлифовкой.
