Магнитные свойства выше у сплава с какой структурой
Из всех металлов только железо, никель и кобальт обладают ферромагнетизмом. Во внешнем магнитном поле эти металлы сильно намагничиваются, что широко используется в технике.
Важнейшими характеристиками, определяющими магнитные свойства, являются:
- 0 остаточная индукция В, — это индукция, остающаяся в образце после снятия внешнего поля (единица величины — тесла, Тл);
- 0 коэрцитивная сила Нс — напряженность магнитного поля обратного знака, необходимого для размагничивания образца (А/м, ампер на метр).
На рис. 7.7 приведена кривая намагничивания (петля гистерезиса), на которой отрезок ^соответствует остаточной индукции Вг (когда напряженность внешнего поля Н= 0), а отрезок 03 — коэрцитивной силе Нс (когда намагниченность тела /= 0).
Рис. 7.7. Петля гистерезиса ферромагнетика
Ферромагнитные материалы подразделяют на две большие группы:
- 0 магнитно-жесткие (магнитно-твердые) — обладают значительной коэрцитивной силой — от нескольких десятков до нескольких тысяч ампер на сантиметр; имеют широкую петлю гистерезиса; такие материалы используют для изготовления постоянных магнитов;
- 0 магнитно-мягкие материалы — характеризуются малыми (от нескольких тысячных до 1—2 А/см) значениями коэрцитивной силы. Петли гистерезиса магнитно-мягких материалов — узкие. Из этих материалов изготовляют магнитопроводы — проводники магнитного потока, генерируемого каким-либо источником (сердечники катушек, электромагнитов, трансформаторов, динамо-машин).
Магнитно-твердые стали и сплавы для постоянных магнитов должны обладать высокими значениями коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции Вг
Обычно коэрцитивная сила у чистых ферромагнитных металлов невелика и возрастает в сплавах. Получение высококоэрцитивного состояния в этих сплавах обусловлено происходящими в них фазовыми превращениями: мартенситным превращением, распадом твердого раствора с выделением дисперсных фаз; превращением неупорядоченных твердых растворов, в решетке которых атомы компонентов распределены относительно равномерно, в упорядоченные твердые растворы, атомы компонентов в которых занимают определенные положения в кристаллической решетке. Коэрцитивная сила возрастает также при возникновении искажений в кристаллической решетке, вызванных напряжениями, при измельчении зерна.
Все промышленные сплавы для постоянных магнитов можно разделить на следующие группы: 1) стали с мартенситной структурой, 2) литые магнитно-твердые сплавы, 3) порошковые металлокерамические сплавы, 4) пластически деформируемые сплавы.
В первую группу входят углеродистые заэвтектоидные стали У10 и У12, а также легированные стали.
Легирование углеродистой стали (около 1 % С) хромом, вольфрамом, совместно хромом и кобальтом вызывает повышение коэрцитивной силы, обеспечивает более высокую стабильность свойств при эксплуатации.
Легированные магнитно-твердые стали выпускают следующих марок: ЕХЗ (0,9-1,1 % С; 2,8-3,6 % Сг), ЕВ6 (0,68-0,78 % С; 0,30-0,50 % Сг; 5,2-6,2 % W), ЕХ5К5 (0,9-1,0 % С; 5,5-6,5 % Сг; 5,5-6,5 % Со), ЕХ9К15М2 (0,9-1,05 % С; 8-10 % Сг; 13,5-16,5 % Со; 1,2-1,7 % Мо). Хромистые стали прокаливаются значительно глубже, чем углеродистые, поэтому из них изготовляют более крупные магниты. Хромокобальтовые стали имеют наиболее высокие магнитные свойства.
Наилучшие магнитные свойства достигаются, если структура сталей состоит из мартенсита с включениями дисперсных карбидов, дополнительно повышающих коэрцитивную силу.
Коэрцитивная сила легированных сталей после термической обработки составляет 4,8—12 кА/м, остаточная магнитная индукция 0,8—1,0 Тл.
Рассмотренные выше стали для постоянных магнитов имеют ограниченное применение, так как по своим магнитным свойствам они уступают литым и металлокерамическим сплавам.
Магнитно-твердые литые сплавы — это сплавы системы Fe—Ni—А1 на основе железа. Они содержат примерно 12—34 % Ni и 6,5—15 % А1, остальное — железо. В равновесном состоянии в сплавах указанного состава имеются две фазы с объемно центрированной кубической решеткой: pj-твердый раствор, близкий по составу к железу, и р2-упорядоченный твердый раствор на основе соединения NiAl. р2-фаза слабо ферромагнитна. Для практических целей применяют сплавы, дополнительно легированные Си, Со, Ti, Nb, которые улучшают магнитные свойства.
Магнитные сплавы подвергают специфической термической обработке. Она включает в себя нагрев до 1250—1280 °С с последующим регламентированным охлаждением, которое обеспечивает получение наибольшего значения коэрцитивной силы.
Еще более высокие результаты достигаются при термической обработке сплавов в магнитном поле (термомагнитная обработка).
Недостатками литых сплавов являются высокая твердость и хрупкость, что делает практически невозможным все виды обработки этих сплавов, кроме шлифования; магниты из них изготовляют методом литья.
Порошковые магнитно-твердые сплавы имеют ряд преимуществ перед литыми сплавами, в частности они обладают повышенной прочностью, что объясняется малым размером зерна.
Порошковые сплавы системы Fe—Ni—А1 изготовляют из порошка измельченного литого сплава или порошков элементов, входящих в эти сплавы, путем прессования и спекания порошков при высокой температуре (1300 °С для спекания порошков металлов) в защитной атмосфере. По химическому составу порошковые сплавы существенно не отличаются от литых, но по магнитным свойствам (после тех же видов термической и термомагнитной обработки) несколько уступают им. Маркируют такие сплавы буквами ММ К (магнит металлокерамический) и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например ММК1, ММК7, ММК11.
Деформируемые магнитно-твердые сплавы изготовляют на основе пластичных металлов: Fea, Со, Си. Их можно обрабатывать давлением, резанием. Рассмотренные выше легированные стали с мартенситной структурой хотя и обладают этими свойствами, но имеют низкие магнитные свойства.
Среди деформируемых высококоэрцитивных сплавов, приближающихся по магнитным свойствам к литым сплавам для постоянных магнитов, сплавы на основе a-железа, сплавы Fe—Cr—Со; Fe—Со—V; Си—Ni—Со и др. Сплавы являются дис- персионно-твердеющими. Термическая обработка их включает закалку и старение (отпуск).
В промышленности используют деформируемые сплавы: хромко (45 % Fe; 30 % Cr; 25 % Со); викаллой (52 % Со; 13 % V, остальное — Fe); кунико (50 % Си; 21 % Ni; 29 % Со) и др. Некоторые сплавы после закалки можно подвергать холодной пластической деформации, при которой формируется кристаллографическая текстура, что приводит к дополнительному повышению магнитных свойств. Так, после закалки, холодной деформации и старения при 600—620 °С сплав викаллой имеет следующие свойства: HRC 58—62; Нс = 28 кА/м; Вг — 0,6 Тл.
Ковкие пластичные деформируемые сплавы хромко, викаллой, кунико и другие применяют для изготовления тонких лент и проволоки.
Магнитно-мягкие стали и сплавы предназначены для изготовления магнитопроводов, элементов магнитной системы, проводящих магнитный поток, создаваемый каким-либо источником. Эти стали и сплавы должны иметь малую коэрцитивную силу, большую магнитную восприимчивость.
В качестве магнитно-мягкого материала используют тонколистовую электротехническую сталь, точнее, низкоуглеродистые (0,05—0,005 % С), железокремнистые сплавы (0,8— 4,8% Si).
Кремний образует с железом твердый раствор (легированный феррит). Он сильно повышает электрическое сопротивление стали и тем самым снижает потери на вихревые токи, увеличивает магнитную проницаемость.
Электротехнические стали по структуре и виду прокатки разделяют на следующие классы (ГОСТ 214270—75):
- 1 — горячекатаная изотропная марок 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412 и др.;
- 2 — холоднокатаная изотропная марок 2011, 2012, 2013, 2111, 2211 и др.;
- 3 — холоднокатаная анизотропная с определенной текстурой (текстурированная): 3411, 3412, 3414 и т.д. В марке цифры означают: первая — класс по структуре и виду прокатки, вторая — процентное содержание кремния, третья — группу по основной нормируемой характеристике свойств, четвертая — порядковый номер типа стали.
В зависимости от содержания кремния стали подразделяют на 6 групп: 0 — с содержанием до 0,4 % Si; 1 — с 0,4—0,8 % Si; 2 – с 0,8-1,8 % Si; 3 – с 1,8-2,8 % Si; 4 – с 2,8-3,8 % Si; 5 — с 3,8—4,8 % Si.
В зависимости от нормируемых показателей электрических и магнитных свойств электротехнические стали делят на группы (0, 1, 2, 6, 7).
Более высокие магнитные свойства имеет крупнозернистая сталь с определенной текстурой (текстурированная), т.е. с определенной преимущественной кристаллографической ориентацией зерен.
По применению электротехнические стали делят на динам- ную и трансформаторную. Динамная сталь содержит 0,5—2,3 % Si и по сравнению с трансформаторной сталью (3,5—4,8 % Si) она более пластична и менее магнитно-мягкая.
Особо чистые сорта железа после специальной обработки также имеют высокую магнитную проницаемость и малую коэрцитивную силу, характеризуются низким электрическим сопротивлением и большими потерями на вихревые токи. Такое железо можно применять в качестве магнитно-мягкого материала для изготовления сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др.
Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45—80 % Ni и дополнительно легированы хромом, кремнием, молибденом. Легирующие элементы входят в твердый раствор, повышают электрическое сопротивление и уменьшают потери на вихревые токи. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая.
Наиболее высокие свойства имеет пермаллой 79НМА (78,5—80 % Ni; 3,8—4,1 % Мо; остальное — Fe). После специальной термической обработки (высокотемпературный отжиг при 1100—1250 °С в атмосфере водорода с медленным охлаждением в магнитном поле) они обладают высокой начальной магнитной проницаемостью до 50 000 Гн/м и максимальной проницаемостью до 300 000 Гн/м, а также малой коэрцитивной силой (0,05-0,003 А/см).
Очень высокая начальная магнитная проницаемость позволяет использовать пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых полях (телефон, радио).
Источник
Содержание:
- Магнитные и немагнитные стали и сплавы
Магнитные и немагнитные стали и сплавы
- Магнитные и немагнитные сталь и сплав Магнитные стали и сплавы Основными параметрами магнитных материалов являются остаточная магнитная индукция Br, коэрцитивность Hc, проницаемость P. Vg (gpl) характеризует намагниченность магнитного поля и магнитную индукцию, которая остается в образце после его прекращения. Hs (a / m) — сила магнитного поля, необходимая для его размагничивания, приложенная к образцу. Зависимость магнитной индукции B от магнитного поля H показана на рисунке. 15.13.
Проницаемость зависит от соотношения Р =〜(ГН / м). В зависимости от магнитных свойств магнитные материалы подразделяются на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. В диамагнитных материалах, включая Cu, Ag, Zn, Hg, etc., Р <1.Парамагнитные материалы, такие как Al, Pt, Co, Ni, p> 1.Ферромагнитные материалы: Fe, Ni, Co и их сплавы, Cr и Mn и другие сплавы характеризуются высокой магнитной проницаемостью. Намагничивание десятков и сотен ферромагнитных материалов Тысячи времен первоначально магнитная прочность Поле нити накала.
Магнитные сталь и сплав согласно значению ХК и И. Они делятся на магнитно-твердые (используются для постоянных магнитов) и мягкие (используются для переменной намагниченности).
Людмила Фирмаль
Для сердечников, трансформаторов, электродвигателей, генераторов, слаботочных деталей). Легирование может увеличить магнитную твердость (увеличение Hs). Если в ферромагнетике образуется только твердый раствор, то магнитная твердость (и он) несколько повышается. Однако, когда образуется 2-я фаза (превышающая предел растворимости), магнитная твердость (и Hc) увеличивается significantly. In в этом случае магнитная твердость сплава(и 15.13 зависимость магнитной индукции от магнитного поля： 1-гистерезисная кривая. Первичная кривая ns.)
Изменение структуры (напряжения кристаллической решетки вследствие упрочнения или фазового превращения, измельчения зерна и др.), увеличение твердости сплава, увеличение магнитной твердости(и Hc) в то же время. Магнитные твердые стали и сплавы характеризуются широкими петлями гистерезиса, большими Br и He, а также небольшим p. Оптимальной структурой магнитотвердой стали является мартенсит (содержащий мелкие частицы цементита или карбида), который получают после закалки или старения. Жесткие магнитные материалы применяются при изготовлении постоянных магнитов для электротехнической и радиотехнической аппаратуры (магниты, различные измерительные приборы, реле, магнитные запоминающие устройства, запоминающие устройства, вычислительные устройства, электронные вычислительные машины).
- Чем выше значение B, тем выше магнитная энергия образца, и тем выше Hc. Постоянные магниты изготовлены из высокоуглеродистой, легированной стали, специального сплава. Как показано, углеродистая сталь после закалки приобретает достаточные магнитные свойства (сталь U10-U12).Это связано с тем, что значение Hc значительно возрастает после закалки мартенситом в результате напряжений в кристаллической решетке. Однако, из-за своей низкой прокаливаемости, тенденции вызревания, и потери магнитных свойств, легированная сталь более эффективна как магнитно трудный материал чем сталь углерода.
Стали, содержащие Cr, W и Co, хорошо прокаливаются. Магнитные свойства хрома и углеродистой стали практически идентичны. Сталь вольфрама и сталь кобальта имеют превосходную стабильность и значительно улучшенные магнитные свойства. 15.12, главным образом характеристика после термической обработки Щипец. 15.13. Таблица 15 12 Химический состав магнитной стали (ГОСТ 802-58） Химический состав стали Марча、％ Около. В. МО. ЭКС. 0.95-1.10 1.3-1.6 00. 90-1. 10 2.8-3.6 Е7В6. 0.68-0.78 0.3-0.5 5.2-6.2 Вт EX5K5. 0.90-1.05 5.5-6.5 5.6-6.5 ко., Лимитед. EX9K15M 0.90-1.05 8.0-10.0 /13.5-16.5 со | 1.2-1.7 МО Таблица 15.13
Химический состав электромагнитной стали приведен в таблице.
Людмила Фирмаль
Основные свойства магнитной стали после термической обработки (ГОСТ 802-58） Режим обработки Маркл стали,°С в гги » ф / ф Отверждение воздухом (нормализация)|.«вакалкья 2-й отпуск по лечению простуды EX 1000 830-850 0.90 4 640 ЕХЗ1050840-860 0.95 4800 E7B6 1200-1250 820-860 Я АЛЬ-1.00 4 960 EX5Ke 1150-1200 930-950 — / и IM) 0.85 8 000 EX9KI5M 1200-1230 1030-1050 0.80 13 600 Специальные магнитные сплавы — низкоуглеродистые сплавы Fe-Ni-Al и добавки Cu (или Cu и Co) обладают очень высокими магнитными свойствами, поэтому из них можно изготавливать магниты большой мощности(рис.15.14).Магнитные свойства этих сплавов усиливаются старением после закалки.
Магнитные сплавы очень твердые, хрупкие и не поддаются механической обработке. Эти магниты сплава сделаны путем бросать или спекать от порошка. Рисунок 15.14 гистерезисная кривая твердого сплава Co образует непрерывный твердый раствор с Ni, который усиливает магнитные свойства сплавов, содержащих высокое содержание He (см. Рисунок 15.14). Химический состав, основные свойства и назначение магнитотвердого сплава приведены в таблице. 15.14.
Таблица 15.14 Химический состав, основные свойства и назначение твердомагнитных сплавов на основе Fe-Ni-Al и Fe-N1-Co-Al (ГОСТ 10160-62） Ранг химический состав splaia.% (Si-0.15) „g-t“ G A / M назначение Ни Аль-Ко(Си） AN1 22 11 0.70 за 20 000 постоянных An2 24.5 13 3.5 Cu 0.60 34 400 nits нормальный магнитный Изменение 23.5 15.5 4.0 КР 0.50 40,000 гнида энергии(0.875-1.25 Дж / Л — » — 10 — ’） АНК. 33 13.5-0.40 36 000 AHKol * 18 10 12.0 C 6.0 C 0.68 40 000 то же самое, увеличение магнитной энергии ANKO2 20 9 15.0 Co 4.0 C 0.75 48 000 J (1.75-1.875 j / l’ — KN） ANKOZ 19 10 18.0 Co 3.0 Cu 0.90 52 000 1 то же самое для высокой магнитной энергии ANKO4 13.5 9 24.0 3.0 совместно с 1.23 40 000(> 1.875 Дж / х — с- «） Таблица 15.15.
Химический состав, основные свойства и назначение прецизионных магнитотвердых сплавов (ГОСТ 10994-64） Сорт Силана химический состав,% Б, — т. » С / казна Чея Использование si Мп ст НИ КО в 52KF111 52KF13/ <0.15 <0.50 <0.50 <0.5 <0.70 51.0— 54.0 10.0—）11.5 11.5- 13.0 1.3- 0.65 2800- 3200 роторы двигателей для устройств и установок В машиностроении также используются точные, магнитотвердые сплавы на основе Fe-Co(таблица 15.15). Мягкая магнитная сталь и сплав, небольшой HC1, но с большим y. (рис. 15.15).При намагничивании в переменном электромагнитном поле потери из-за гистерезиса и вихревых токов незначительны. На основе кремния электротехнической стали с содержанием си до 2,5% динамический. А сталь, содержащая 3,5-4,5% Si, является трансформатором.
По сравнению с динамической сталью, трансформаторная сталь более хрупкая, характеризуется более высокими мягкими магнитными свойствами. Сердечник и анкер трансформатора, как сердечник электромагнита, сделаны из стали трансформатора. Динамометрическая сталь (более высокая по пластичности, чем трансформаторы) используется при изготовлении роторов Динамо-и электродвигателей и деталей статора. Развитие низкоточной технологии требует высококачественных материалов с высоким начальным rn в малых электромагнитных полях. Мягкие магнитные сплавы Fe-Ni соотвествуют этому.
Сплав этой группы имеет высокую r. it применяется при изготовлении деталей приборов и устройств, имеющих номинальные значения n и Vg и работающих в слабых Н электромагнитных полях(реле, электросчетчики, магнитные экраны, сердечники катушек, трансформаторы и др.). Химический состав, основные свойства и назначение магнитомягких сплавов Fe-Ni приведены в таблице. 15.17. Сплав 79NM с 78,5% Ni имеет самый лучший ПЭ-аш и самый высокий ПЭ-аш. однако, небольшая разница в химическом составе и условиях термической обработки значительно уменьшает свойства сплава.
Пластическая деформация также значительно влияет на мягкое магнитное properties. In кроме того, р сплавов этой группы невелик. Мягкий магнитный сплав также включает сплав A1-Si-Fe (alsifer). Alsiphar, его химический состав: Fe-85%, Si-9,6%, A! −5,4%, имеет следующие характеристики: рН = 0,044 ГН! М Fмакс = 0.146 ГН! М сплав очень хрупкий и твердый, не подвержен давлению и резки. Поэтому детали должны быть отлиты, а затем измельчают. Альцифер применяется при изготовлении магнитных экранов, корпусов аппаратуры и др. Магнитным диэлектриком называют высокочастотный магнитный материал-уплотненную смесь порошка ферромагнетика и диэлектрика materials.
As используется ферромагнитный материал (основа), карбинольное железо, альцифер или сплав 79NM. Диэлектрик представляет собой полистирол, Бакелитовую смолу или нитролак (связующее). Магнитные диэлектрики необходимы для производства сердечника высокочастотных магнитных систем. Индукторы, фильтры. Генераторы; листы из высокочастотных (выше 100 кГц) и магнитомягких материалов из ленты не могут быть применены из-за резкого снижения магнитных свойств, контуров радиоаппаратуры.
В электротехнике немагнитные материалы используются при изготовлении немагнитных деталей магнитных устройств и электрооборудования machines. To при этом немагнитные стали и чугуны аустенитной структуры, приводящие к высокому содержанию Mn и Ni, используются в качестве альтернативы цветным сплавам, а интервалы между гамма->α — метаморфозами сокращаются до нормальной температуры. Немагнитная сталь применяется при изготовлении установок, предназначенных для высоких механических нагрузок. Немагнитная сталь содержит 18,5-21,5% Ni в EI269, а сталь 55G9N9KhZ содержит 7,5-9,5% Ni и 7,5-9,5% Mp.
Стали EI269 обладают лучшими техническими свойствами и более высокой устойчивостью к коррозии, чем сталь 55G9N9HZ. Эти стали применяются при изготовлении электромеханических и приборных деталей, а также корпусов компасов. Химический состав немагнитной стали приведен в таблице. 15.18. Таблица 15. Восемнадцать Химический состав немагнитной стали Марка стали химический состав、％ Ку У. МН н Аль EI269. 0.50-0.60 4.0-5.5 <0.25 18.5-21.5 55Х9Х9Х0. 58-0. 68 7.5-9.5 3.0-4.0 7.5-9.5 0.5-1.0 Вт 45P7YUZ 0.40-0.50 16.0-18.0 <0.50 <0.50 2.5-3.2 Ал.
Немагнитный чугун применяется в устройствах с низкой механической нагрузкой. Наиболее широко применяются никель-марганцевый и марганцевый чугун, которые применяются для изготовления отливок деталей типа электромагнитов, магнитных устройств и др.
Смотрите также:
Предмет материаловедение
Источник