а. | б. |
Рис. 2. Зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н: а – магнитотвердые материалы; б – магнитомягкие материалы |
Различают три группы магнитных сталей: магнитотвердые, магнитомягкие, немагнитные, при этом под магнитной твердостью понимают коэрцитивную силу.
Первые из них обладают постоянной намагничиваемостью во времени и характеризуются большими магнитной индукцией (Br) и коэрцитивной силой Нс, что и позволяет получать большую магнитную энергию, т.к. она равна произведению Br×Hс (рис. 2).
Для второй группы магнитных сталей характерно малое значение коэрцитивной силы и магнитные потери на гистерезис. Кроме этого они должны иметь высокую магнитную проницаемость в слабых, средних и сильных полях.
И, наконец, немагнитные - это парамагнитные стали аустенитного класса, у которых магнитная проницаемость больше единицы (Гс/Э).
Из магнитотвердых сталей изготавливают постоянные магниты. Для получения высокой коэрцитивной силы эти стали должны иметь неравновесную структуру, получаемую либо наклепом, либо фазовыми превращениями, обычно закалкой.
|
|
Для изготовления небольших по размеру магнитов используются углеродистые стали У10-У12, которые после термической обработки (закалка, обработка холодом и отпуск) имеют Нс=60-65Э и Br=8000-8500Гс.
Для изготовления магнитов больших размеров, а также из-за необходимости иметь более высокие магнитные свойства (по сравнению с углеродистыми) используют высокоуглеродистые стали (~1%С), легированные хром ЕХ (1,3-1,6% Cr), ЕХ3 (2,8-3,6% Сr), вольфрамом ЕВ6 (5,2-6,2% W) и одновременно хромом и кобальтом ЕХ5К5, ЕХ9К15М2 (ГОСТ 6 862-71). Коэрцитивная сила легированных сталей составляет 60-180Э, а магнитная индукция Br=8000-10000Гс.
Достоинством магнитотвердых сталей являются их хорошая обрабатываемость резанием и давлением, а к недостаткам можно отнести относительно низкую магнитную энергию (по сравнению с литыми Fe-Ni-Al сплавами типа Алнико, у которых Ес=400-500Э). Поэтому из сталей изготавливают неответственные магниты массового производства.
Окончательные магнитные характеристики достигаются достаточно сложной термической обработкой включающей:
1). Предварительную нормализацию после нагрева до температур 10500С (ЕХ3) и 1200-12500С у остальных сталей. Такая операция необходима для растворения крупных включений карбидной фазы.
2). Закалка с 840-8600С ЕХ3 и ЕВ6 или с 930-9500С ЕХ5К5 и 1030-10500 С ЕХ9К15М2 в воду или масло.
3). Обработка холодом для устранения парамагнитного аустенита.
4). Отпуск при 1000С, который хотя немного и снижает Нс, но стабилизирует ее величину во времени.
К магнитно-мягким сталям относят техническое железо (Армко - Fe) (ГОСТ 3836-83) и легированные электротехнические (кремнистые) стали (ГОСТ 214227-83). Эти стали применяются в электротехнике для изготовления силовых трансформаторов, магнитных цепей электрических машин и других деталей, работающих при частотах до 400Гц.
|
|
В отличие от магнитотвердых с неравновесной структурой магнитомягкие стали должны иметь близкую к равновесной структуру, а также иметь крупное зерно и минимальный уровень дефектности субструктуры.
Техническое железо.
В настоящее время промышленность выпускает 2 марки технического железа-А с минимальным содержанием углерода и примесей (0,025% С, 0,035% Mn, 0,03% Si, 0, 25% S, 0, 015% P, 0, 15% Cu) и Э (Э, ЭА, ЭАА), в котором чуть больше углерода и примесей (0,04% С, 0,2% Mn, 0,2% Si, 0,03% S, 0,25% P, 0,15% Cu). Для устранения наклепа и получения крупного зерна техническое железо подвергают отжигу при высоких температурах, после которого Нс получается порядка 1Э.