Электротехнические стали

Это сплавы железа с 0,5—5% .кремния, который образует с железом твердый раствор.

Кремний переводит углерод из формы цементита- в графит, действует как раскислитель, связывая вредные газы, прежде всего, кислород, способствует росту зерен, уменьшению констант магнитной анизотропии и магнитострикции, увеличивает сопротивление, т. е. уменьшает потери на вихревые токи.

При содержании Si>5% ухудшаются механические свойства, повышается твердость, хрупкость.

Вредные примеси: углерод, сера, кислород, марганец. Свойства стали существенно улучшаются при создании магнитной текстуры, создаваемой холодной прокаткой и отжигом, уменьшающей потери, приблизительно в 2 раза. При ребровой текстуре наилучшие магнитные свойства получаются в направлении прокатки, наихудшие — под углом 55° к направлению прокатки (рис.).

рис. 4.1.13.

При кубической текстуре (рис.) наилучшие магнитные свойства обеспечиваются в направлении ребер куба элементарных ячеек.

рис 4.1.14.

В обозначении марок электротехнических сталей используются четыре цифры, обозначающие: 1-я—структурное состояние и вид прокатки — цифра 1— горячекатанная изотропная, 2 — холоднокатанная изотропная, 3— холоднокатанная анизотропная с ребровой текстурой; вторая — содержание кремния в весовых процентах—классы 0,1,2,3,4,5с содержанием кремния от 0,4% Для класса 0 до 3,8—4,8% для класса 5; третья и четвертая цифры — гарантированные удельные потери и магнитная индукция. В табл. 4.13 приведены характеристики различных типов электротехнических сталей с толщиной листа 0,35 мм, применяемых в энергетическом машиностроении.

Таблица 4.13

Для рассматриваемых сталей большое значение имеют удельные потери. Для оценки характеристик электротехнических сталей и сопоставления их с другими магнитными материалами приведем их усредненные значения:

μнач-200—600, μмах=3000—8000, Hs=10—65 А/м, В,= 1,95— 2,02 Тл, р=0,25—0,6 мк0мм.

Электротехнические стали с высоким содержанием кремния следует применять, если требуются малые потери на гистерезис и вихревые токи и высокая проницаемость в слабых и средних полях. Холоднокатаные текстурованные стали имеют более высокую магнитную проницаемость в области слабых полей и более низкие удельные потери по сравнению с горячекатаными сталями.

После резки штамповки и др. операций с электротехнической сталью, появления наклепа, ухудшающего магнитные свойства, необходим отжиг в неокислительной среде при температуре 750—800°С.

Пермаллои

Это железоникелевые сплавы с высокой проницаемостью в слабых полях. По составу выделяют низконикелевые (40—50% Ni) и высоконикелевые (72—80% Ni). Такое подразделение обусловлено сочетанием магнитных и электрических характеристик в зависимости от % содержания никеля.

рис. 4.1.15

Из диаграммы рис. 4.1.15 видно, что μнач имеет два максимума: относительный (1) и абсолютный (2). Первая область с содержанием никеля 40—50% соответствует низконикелевому пермаллою, вторая, с содержанием 72—80% Ni—высоконикелевому пермаллою, обладающему и наибольшими значениями Umax. Из характеристик следует, что удельное электрическое сопротивление у низконикелевого премаллоя значительно выше (примерно в 2 раза), чем у высоконикелевого пермаллоя. Это приводит к разграничению области применения низконикелевого и высоконикелевого пермаллоев. Обе группы пермаллоев для улучшения электромагнитных свойств легируются различными элементами, например, молибденом, хромом, медью и некоторыми другими элементами. Плавка пермаллоев осуществляется в вакууме или нейтральных газах. Тонкие листы и ленты выпускаются холоднокатаными с последующим высокотемпературным отжигом для получения высоких магнитных свойств. Поверхность ленты до навивки (при изготовлении тороидальных сердечников) и последующего отжига покрывается тонким слоем окислов кремния, магния или алюминия способом катафореза или осаждением из суспензии, жидкой фазой которой является легко испаряющаяся жидкость, например ацетон.

В процессе сборки и эксплуатации сердечников из пермаллоя недопустимы механические напряжения (при изготовлении сердечников должны быть исключены удары, рихтование, шлифование, сдавливание обмоткой и др.). Высокие магнитные свойства пермаллоев, их способность легко намагничиваться объясняются близостью к нулю констант кристаллографической анизотропии и намагниченности насыщения, но это же приводит и к большой чувствительности магнитных свойств к внешним напряжениям. По основным магнитным свойствам выделяется несколько групп пермаллоев. Свойства нелегированного высоконикелевого и низконикелевого пермаллов приведены в табл. 4.14

Таблица 4.14

Основные свойства некоторых наиболее распространенных марок пермаллоев приведены в табл. 4.15. Цифры в обозначении марки указывают процентное содержание никеля.

Таблица 4.15

Применение пермаллоев. Сплавы с наибольшей максимальной и начальной магнитной проницаемостью рекомендуются для сердечников малогабаритных трансформаторов, реле и магнитных экранов, при толщинах менее 0,02 мм — для сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и реле. Сплавы с повышенным удельным сопротивлением рекомендуют для сердечников импульсных трансформаторов и аппаратуры звуковых и высоких частот, работающих без подмагничивания. С увеличением частоты следует применять более низконикелевые пермаллои тонкого проката.

Альсиферы

Это сплавы алюминия, кремния и железа, нековкие, с высокой твердостью и хрупкостью, легко размалываемые в порошки. Для оптимального состава с содержанием 9,6% Si и 5,4% А1, остальное Fe сплав имеет следующие магнитные характеристики: μнач=35400, mmax~ 117000, Нс=1,76 А/м.

Область применения — магнитные экраны, корпуса приборов и аппаратов, фасонные детали магнитопроводов и др. изделия, работающие в постоянных магнитных поля. Из-за хрупкости толщина стенок должна быть не менее 1—2 мм. Тонкие порошки альсифера применяются в качестве ферромагнитной составляющей магнитодиэлектриков.