Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Подобное старение может продолжаться очень долго, даже месяцы. Лля ускорения процесса старения его вызывают искусственным путем, выдерживая ферромагнетик при высокой температуре («искусственное старение»; кривая 2 на рис. 23.1). Все магнитные материалы принято делить на две большие группы. 1. Мягкие магнитные материалы, рч к которым относятся ферромагнетики с малой коэрцитивной силой (не более 3 †: !О Э) и высокой проницаемостью в слабых и средних полях.
л 2. Жесткие магнитные материалы, — к которым относятся ферромагнетики Время Время с большой коэрцитивной силой (более нскус1ненного 40 Э). старения Названия эти установились с тех времен, когда к группе мягких магнитных материалов относились металлы с малой механической твердостью, а к жестким с большой механической твердостью. В настоящее время имеются также применяемые в высокочастотной технике материалы с большим омическим сопротивлением и большой начальной проницаемостью, термомагнитные материалы и т.
д., которые тоже можно условно отнести к группе мягких магнитных материалов. Их мы рассмотрим отдельно. 427 23 3. Электротехническая железо-кремнистая стиль Зависимость магнитных свойств армко-железа (которое изготавливается плавлением в мартене) от чистоты хорошо иллюстрируется кривыми намагничивания на рис. 7.1. Кривая намагничивания образца, содержащего 99,99 уь чистого железа, при малых полях идет существенно круче кривой намагничивания образца, содержащего 99,904 уь чистого железа.
В качестве чистого технического иногда применяется карбонильное железо, которое получается при переводе железа в газовую фазу Ге(СО)з и обратном выделении в виде порошка. Существует много способов изготовления достаточно чистого железа. Внутренние напряжения обычно снимаются соответствующим отжигом. В табл. 23.1 приводятся характеристики некоторых сортов чистого и особо чистого железа. Так, поликристаллическое железо, полученное плавлением в вакууме, имеет максимальную магнитную пронипаемость ртк, = 280000 ГсуЭ; монокристаллическое железо, также полученное плавлением в вакууме, характеризуется максимальной магнитной проницаемостью ртк, =! 430000 ГсуЭ в направлении легкого намагничивания.
Эти характеристики очень хороши для мягких магнитных материалов и достигаются тщательной очисткой от примесей плавлением в вакууме (см. рис. 23.2) и снятием механических напряжений отжигом (см. рис, 23.1). Однако производство особо чистого железа слишком сложно и дорого. Поэтому для широких практических целей используется только технически чистое железо. Оно применяется в основном для изготовления сердечников электромагнитов постоянного тока.
9 23.3. Электротехническая железо-кремнистая сталь В электротехнике требуются ферромагнитные материалы с большим удельным сопротивлением и большой магнитной проницаемостью в диапазоне индукций 10000 †: 17000 Гс. В качестве такого материала широко применяется железо-кремнистая сталь с содержанием 0,5 †: 4ьсь кремния. Кремний как легирующий элемент обладает рядом благоприятных свойств. Введенный в сталь, он способствует ее обезуглероживанию, переводя углерод из вредной для магнитных свойств формы цементита в маловредный графит. При отжиге кремний способствует росту крупных зерен, также улучшающему магнитные свойства образца. Переходя в твердый раствор, он вызывает резкое увеличение электрического сопротивления, что приводит к понижению потерь на вихревые токи.
Снижению этих потерь способствует также изготовление электротехнической стали в виде листов толщиной 0,5 —: 0,35 мм и меньше. Введение кремния в железо приводит к уменьшению площади петли гистерезиса. Например, при содержании кремния 4% потери на гистерезис уменьшаются в несколько раз (рис. 23.2). При этом максимальная индукция уменьшается с 21500 Гс для чистого железа до 19700 Гс.
В электротехнике кремнистая сталь обычно используется при максимальной индукции не выше !5000 Гс; эта индукция 23 3. Электротехническая железо-кремнистая стиль 429 достигается при полях меньших, чем у чистого железа. К сожалению, у кремнистой стали повышена твердость и хрупкость. Увеличение содержания кремния в стали уменьшает величину магнитострикции и константу анизотропии Кп У стали с 6,8% кремния константа магнитной анизотропии К| в три раза меньше, чем у чи- 5 стого железа, а величина магнитострикции практически равна нулю.
Вследствие этого монокристалл та- Д 4 кого сплава, полученный плавлением в вакууме, имеет рекордно большую максимальную магнитную проница- 4 емость в направлении легкого на- 2' магничивания р,„, = 3,8 10 Гс!Э. В табл. 23.2 приведены некоторые свойства кремнистой электротехнической стали, применяемой для из- 5 1О КкГлс готовления электрических машин и трансформаторов. Кремнистая сталь, так же как и железо, обладает резко выраженной магнитной анизотропией (см.
рис. 10.4). Направление легкого намагничивания в ней — [100], а самого трудного — [111]. С целью повышения качества электротехнической стали промышленность выпускает текстурированную сталь (ХПВ), т.е. листовую сталь, имеющую определенную ориентацию кристаллографических осей зерен. Достигается это холодной прокаткой железо-кремнистой стали, при Рис. 23.2. Зависимость мощности потерь на гистерезис в сплавах с содержанием кремния 0,5% (1); 1% (2), 2,5% (3); 4% (4) от индукции В Таблица 23.2 которой толщина листа уменьшается на 70% (обжатие на 70%).
Затем сталь отжигается при 950 "С, причем она рекристаллизуется (кристаллы растут), что существенно для магнитных свойств мягких магнитных материалов. В листах кремнистой стали (3,5% 81), прошедшей подобную обработку, зерна в основном ориентируются так, что плоскости типа (110) располагаются в плоскости прокатки, а направления 430 Гл.
23. Мигнитньче митериилы для статического режима типа (!00) — вдоль направления прокатки (рис. 23.3). Такая сталь обладает кристаллографической и магнитной текстурой, поэтому вдоль направления прокатки кривая намагничивания идет значительно круче, [110) -ъ (1111 00] Рнс. 23.3. Преимущественная ориентация зерен в холоднокатаной кремнистой стали 4л1.к1 с В, Гс 2500 2000- 16 Г500 14 1000 12 500 1О 200 Н 0,05 0,1 О.! 5 Н, Э 100 Рнс. 23.5. Кривые намагничивания в слабых полях стали ХВП (1), стали Э4 (2) н стали ЭЗ (3) Рнс. 23.4. Кривые намагничивания холоднокатаной кремнистой стали (3% Рй) в направлении прокатки (1), перпендикулярно к направлению прокатки (2) и под углом 45'42' к нему (3) чем в направлении, перпендикулярном прокатке (рис.
23.4). Последнее объясняется тем, что намагничивание вдоль направления прокатки идет в основном только за счет процесса смещения границ. Вращение магнитных моментов, затрудняющее намагничивание, отсутствует. На рис. 23.5 приведены сравнительные кривые намагничивания в слабых полях стали ХПВ и обычной кремнистой стали. В результате штамповки нужных изделий из листов стали, которая сопровождается 23.4.
Желеланикелееые сплавы 43! большими деформациями, магнитные свойства резко ухудшаются. По- этому после штамповки пластины должны подвергаться термической обработке, обычно в интервале 700 †: 1000 'С, в течение нескольких часов '). 9 23.4. Железоникелевые сплавы В ряде случаев для приборов, работающих как на постоянном, так и на переменном токах, требуются материалы с большими начальной и максимальной проницаемостями в очень малых магнитных полях, часто порядка десятых долей эрстеда.
Для этих целей пригодны некоторые сплавы железа с никелем, называемые пермаллоями. Их магнитные характеристики существенно зависят от состава сплава. На рис. 23.6 приведена кривая зависимости индукции насьпцения железоникелевого сплава от процентного содержания в нем никеля. В сплаве с 30% % при комнатной температуре магнитное насыщение весьма незначительно. Для этого же сплава очень низка температура Кюри (рис.
23.7). а-Фаза; 7-Фаза 1100 900 !- 20 16 700 ~ 500 ядоч 7 (1 '! 20 40 60 80 100 Содержание М. 54 !2 0 20 40 60 80 100 Содержание М. "Д Рнс. 23 7. Точка Кюри железонн- келевых сплавов Рнс. 23 6 Зависимость индукции насыщения железоннкелевого сплава от состава прн 20 'С (1) н прн 0 К (2) На рисунках 23.8 и 23.9 приведены зависимости (зо и (з „от состава сплавов и их термообработки. Кривые 7 отражают свойства сплавов, прошедших так называемую пермаллойную обработку, заключающуюся в следующем: образцы сначала выдерживаются в течение часа при 900 —: 950 'С, после чего охлаждаются со скоростью менее 100' в час.
') В лабораторных условиях на монокристалле 1'е — ей (6,8% 8!) в направлении легкого намагничивания после отжнга в магнитном поле получена наибольшая максимальная магнитная проницаемость р „„= 3,8 10 [!98). «л. 23. Магнитные материалы для статического режима 432 1О 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 Содержание 1Ч1, '!4 100 0 20 40 60 80 100 С'одсржшшс%, % Рнс. 23.8. Влияние термообработкн на начальную проницаемость железоннкелевых сплавов: пермаллойная обработка (1), охлаждение вместе с печью (2); низкотемпературный длительный отжиг при 450 'С (3) Рис. 23.9. Влияние термообработкн на максимальную магнитную проницаемость железоннкелевых сплавов пермаллойная обработка (1), охлаждение в печи (2) Затем они повторно нагреваются до 800 'С и охлаждаются в воздухе со скоростью 30 †: 80' в секунду.
Кривые, обозначенные цифрой 2, описывают характеристики сплавов, образцы которых охлаждались в печи со скоростью менее 100' в час. Как видно из рисунков, наиболее благоприятными характеристиками обладает сплав с 78% 1«1 (он называется «пермаллой 78»ч цифра указывает процентное содержание никеля). Магнитные свойства пермаллоя 78 можно объяснить, повидимому, тем, что этот сплав имеет очень малые константы магнитной анизотропии и магнитострикции. Величина константы анизотропии уменьшается при приближении содержания никеля в сплаве к 70%, при этом К1 меняет знак, проходя через нулевое значение (см, рис. 10.)б). Следует обратить внимание на то, что константы анизотропии у железа и у никеля имеют разные знаки (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
