4.14. Магнитомягкие материалы

Тема 1. Технически чистое железо Тема 2. Электротехнические стали Тема 3. Пермаллои Тема 4. Альсиферы Тема 5. Магнитомягкие ферриты. Тема 6. Специальные магнитные материалы Тема 7. Аморфные магнитные материалы (АММ)

Тема 8. Магнито диэлектрики (мд)

4.14.1. Технически чистое железо

Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь) содержит менее 0,05% углерода и минимальное количество примесей других элементов. Получается прямым восстановлением чистых руд, а также применением электролитического или карбонильного процессов. Низкоуглеродистая электротехническая сталь (другое название “армко - железо”) обладает высокими значениями магнитной проницаемости и индукции насыщения, низкой коэрцитивной силой. Однако из-за малого удельного электрического сопротивления имеет повышенные потери на вихревые токи и применяется поэтому только в устройствах постоянного тока — полюсных наконечниках электромагнитов, магнитопроводах реле, экранирующих корпусах и др.; является основным компонентом при изготовлении многих магнитных материалов. Промышленностью выпускается также в виде электролитического и карбонильного железа. Последнее получается (по металлокерамической технологии) в виде листов и готовых изделий из порошка, полученного конденсацией газообразного пентакарбонильного железа (Fe (С0)5. В табл. 4.12 отражены основные магнитные характеристики железа.

Таблица 4.12

Материал	Ц начальная	^ максимальная	нс.а/м	Вз.Тл	Р, мк0м*м
Технически чистое железо	250-400	3500-4500	50-100	2,18	0.1
Электролитичес кое железо	600	15000	30	2,18	OJ
Карбонильное Железо	2000-3000	20000-21500	6,4	2,18	0,1

На магнитные свойства железа влияют: химический состав, структура, размер зерна, искажения кристаллической решетки, механические напряжения. Магнитные свойства железа улучшаются: при выращивании крупного зерна, в результате переплавки в вакууме, отжиге в водороде, в вакууме. Внутренние напряжения в деталях снимаются отжигом.

4.14.2. 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

Марка стали	Индукция В, Тл при напряженности магнитного поля Н, кА/м		Удельные потери Вт/кг (не более)		р, мк0мм
	В1	В10	PI,0/50 Тл/Гц	PI,5/50 Тл/Гц
1511 горячекатанная сталь	1,30	1,9	1,35	3,0	0,6
2412 холоднокатанная сталь	1,35	1,95	1,15	2,5	0,5
3415 холоднокатанная анизотропная сталь	В 0,1/1,61	В 2,5/1,9	0,46	1,03	0,5

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.