Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Условно к магнитомягким относят материалы с Нс>800 А/м.Применяются в основном в качестве магнитопроводов дросселей, трансформаторов,электромагнитов, электрических машин и т.д.Магнитотвердые материалы отличаются большой удельной энергией, которыетем больше, чем чем больше остаточная индукция Br и коэрцитивная сила Нсматериала. К магнитотвердым относят материалы с Нс>4 кА/м. Используются главнымобразом для постоянных магнитов.Намагничивание магнитомягких материалов происходит в основном за счетсмещения междоменных границ, а в магнитотвердых - за счет вращения вектора149намагниченности (в магнитотвердых материалах на основе редкоземельных элементовпреобладают процессы смещения).Магнитные материалы специального назначения.
Материалы с прямоугольнойпетлей гистерезиса (ППГ), магнитострикционные, термомагнитные, ферриты СВЧ и др.Магнитотвердые материалыДля характеристики магнитотвердых материалов обычно используют ту частькривой гистерезиса, которая лежит во втором квадранте, а в первом изображаютизменение удельной магнитной энергии от индукции, как показано на рисунке.Магнитная энергия в воздушном зазоре постоянного магнита будет максимальна принекоторых значениях НД и ВД.Рис.
6.16. Зависимость магнитной энергии W отиндукции BУсловиеW=(Bд . Hд)/2=Wmax, Дж/м3определяет наилучшее использование магнита и является важнейшимпараметром, характеризующим качество материала. Множитель 1/2 иногда опускается.Коэффициент выпуклостиη=(BH )maxBr H cхарактеризует форму кривой размагничивания - степень прямоугольности.
Длямагнитотвердых материалов, используемых в различных областях современнойтехники Нс=5 .103÷5 .106 А/м, (ВН/2)max=0.5÷200кДж/м3, (ВН/2)max=1÷400кДж/м3.Свойства магнитных материаловТехнически чистое железоТехнически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь)содержит менее 0.05% углерода и минимальное количество примесей другихэлементов. Получается прямым восстановлением чистых руд, а также с применениемэлектролитического или карбонильного процессов.Низкоуглеродистая электротехническая сталь (другое название "армкожелезо") обладает высокими значениями магнитной проницаемости и индукциинасыщения, низкой коэрцитивной силой.
Однако из-за малого удельного электрическогосопротивления имеет повышенные потери на вихревые токи и применяется поэтомутолько в устройствах постоянного тока - полюсных наконечниках электромагнитов,магнитопроводах реле, экранирующих корпусах и др.; является основным компонентом150при изготовлении многих магнитных материалов. Промышленностью выпускается такжев виде электролитического и карбонильного железа; последнее получается в виделистов и готовых изделий из порошка путем конденсации газообразногопентакарбонила железа FeCo5.
В таблице отражены основные магнитныехарактеристики железа.МатериалТехнически чистоежелезоЭлектролитическоежелезоКарбонильноежелезоµначальнаямаксимальнаяHc, А/мBs, Тлρ, мкОм.м250-4003500-450050-1002.180.160015000302.180.12000-300020000-215006.42.180.1На магнитные свойства железа влияют:• химический состав;• структура;• размер зерна;• искажения кристаллической решетки;• механические напряжения.Магнитные свойства железа улучшаются:• при выращивании крупного зерна;• в результате многократных переплавок в вакууме.Внутренние напряжения в деталях снимаются отжигом.Электротехнические сталиЭлектротехнические стали — сплавы железа с 0.5÷5% кремния, которыеобразуют с железом твердый раствор.Кремний переводит углерод из формы цементита в графит, действует какраскислитель, связывая вредные газы, прежде всего кислород; способствует ростузерен, уменьшению констант магнитной анизотропии и магнитострикции; увеличиваетудельное сопротивление, то есть уменьшает потери на вихревые токи.
При содержанииSi>5% ухудшаются механические свойства, повышаются твердость, хрупкость.Основные вредные примеси: углерод, сера, кислород, марганец.Свойства стали существенно улучшаются при создании магнитной текстуры,создаваемой холодной прокаткой и отжигом, при этом потери уменьшаютсяприблизительно в два раза.При ребровой текстуре наилучшие магнитные свойства получаются в направлениипрокатки, наихудшие - под углом 55о к направлению прокатки.При кубической текстуре наилучшие магнитные свойства обеспечиваются внаправлении всех ребер куба элементарных ячеек.151Рис.
6.17. Ребровая и кубическая текстуры сталейВ обозначении марок электротехнических сталей используются четыре цифры,обозначающие: первая - структурное состояние и вид прокатки: 1 - горячекатаннаяизотропная; 2- холоднокатанная изотропная; 3 - холоднокатанная анизотропная сребровой текстурой; вторая - содержание кремния в весовых процентах - классы 0, 1, 2,3, 4, 5 с содержанием кремния от 0.4% для класса 0 до 3.8÷4.8% для класса 5; третья,четвертая - гарантированные удельные потери и магнитная индукция.В таблице приведены характеристики различных типов электротехнических сталейс толщиной листа 0.35 мм, применяемых в энергетическом машиностроении.
Длярассматриваемых сталей большое значение имеют удельные потери.Марка стали151124123415Магнитная индукция В, Тл принапряженности магнитногополя110Горячекатанная сталь1.31.9Холоднокатанная изотропнаясталь1.351.95Холоднокатаннаяанизотропная сталь0.12.51.611.9Удельные потери, Вт/кг(не более)ρ, мкОм.мP1,0/50P1,5/501.353.00.61.152.50.50.461.030.5Для оценки характеристик электротехнических сталей в сопоставлении с другимимагнитными материалами приведены их удельные значения: µнач=200÷600; µмакс=3000÷8000; Нс=10÷65 А/м; Вs=1.95÷2.02 Тл; ρ=0.25÷0.6 мкОм .м. Электротехнические стали свысоким содержанием следует применять, если требуются малые потери на гистерезиси вихревые токи и высокая проницаемость в слабых и средних полях. Холоднокатанныетекстурированные стали имеют более высокую магнитную проницаемость в областислабых полей и более низкие удельные потери по сравнению с горячекатаннымисталями.
После резки, штамповки и других операций с электротехнической сталью,вызывающих появление налета, ухудшающего магнитные свойства, необходим отжиг внеокислительной среде при температуре 750÷800 oС.ПермаллоиПермаллои — железоникелевые сплавы с высокой проницаемостью в слабыхполях.
По составу выделяют низконикелевые (40÷50% Ni) и высоконикелевые (72÷80 %Ni)). Такое подразделение обусловлено смещением магнитных и электрическиххарактеристик в зависимости от процентного содержания никеля. Из диаграммы видно,что µнач имеет два максимума: относительный (1) и абсолютный (2): 1 - область ссодержанием никеля 40÷50% соответствует низконикелевому пермаллою; 2 - область ссодержанием 72÷80% — высоконикелевому, обладающими и наибольшими значениямиµмакс.152Рис. 6.18.
Магнитные характеристики пермаллоев взависимости от содержания Ni (для ρ показанакачественная зависимость)Из характеристик следует, что ρ у низконикелевого пермаллоя значительно выше(примерно в два раза), чем у высоконикелевого пермаллоя. Это приводит кразграничению области применения низконикелевых и высоконикелевых пермаллоев.Особенности технологии пермаллояОбе группы пермаллоев для улучшения электромагнитных свойств легируютсяразличными элементами, например молибденом, хромом, медью и некоторыми другимиэлементами.
Плавка осуществляется в вакууме или нейтральных газах. Тонкие листы илентывыпускаютсяилиштампуютсяхолоднокатаннымиспоследующимвысокотемпературным отжигом для получения высоких магнитных свойств.Поверхность ленты для навивки (при изготовлении тороидальных сердечников) ипоследующего отжига покрывается тонким слоем окислов кремния, магния илиалюминия способом катафореза или осаждением из суспензии, жидкой фазой которойявляется легко испаряющаяся жидкость, например ацетон.
В процессе сборки иэксплуатации сердечников из пермаллоя не допустимы механические напряжения(удары, рихтование, сдавливание обмоткой и другие) из-за ухудшения магнитныххарактеристик.Свойства пермаллоевВысокие магнитные свойства пермаллоев, их способность легко намагничиватьсяобъясняют близостью к нулю констант кристаллографической анизотропии инамагниченности насыщения, но это же приводит и к большей чувствительностимагнитных свойств от внешних напряжений. По основным магнитным свойствамвыделяются несколько групп пермаллоев. Посмотрите свойства нелегированноговысоконикелевого и низконикелевого пермаллоев.Основные свойства некоторых наиболее распространенных марок пермаллоевприведены в следующей таблице.
Цифра в обозначении марки указывает процентноесодержание никеля.Группа1Марка79 НМ, 80НХС, 81НМА, 83НФОсновные свойстваНаивысшая магнитная проницаемость вслабых полях153250НХСВысокая магнитная проницаемость иповышенное удельное сопротивление вслабых поляхПовышенная магнитная проницаемость ииндукция насыщения345Н, 50Н450 НП, 79НМП, 34НКМП, 65НППрямоугольная петля гистерезиса,анизотропия магнитных свойствNi, %µначµмаксHc, А/мBs, Тлρ, мкОм.м5078.52000-32007000-1400050000-60000100000-200000621.551.050.50.25Применение пермаллоевСплавы с наибольшей µмакс и µнач рекомендуются для сердечниковмалогабаритных трансформаторов, реле и магнитных экранов при их толщинах менее0.02 мм - для сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей иреле.Сплавы с повышенным удельным сопротивлением реализуют для сердечниковимпульсных трансформаторов и аппаратуры звуковых и высоких частот, работающихбез перемагничивания.С увеличением частоты следует применять более низконикелевые пермаллоитонкого проката.АльсиферыАльсиферы - сплавы Al-Si-Fe, оптимальный состав (9.6% Si, 5.4% Al) имеетследующие свойства: µнач=35400; µмакс=117000; Нс=1,76 А/м.
Это нековкий, с высокойтвердостью хрупкий материал (легко размалывается в порошки).Область применения - магнитные экраны, корпуса приборов и аппаратов,фасонные детали магнитопроводов и другие изделия, работающие в постоянныхмагнитных полях. Из-за хрупкости толщина стенок должна быть не менее 1÷ Альсиферы- сплавы Al-Si-Fe, оптимальный состав (9.6% Si, 5.4% Al) имеет следующие свойства:µнач=35400; µмакс=117000; Нс=1,76 А/м. Это нековкий, с высокой твердостью хрупкийматериал (легко размалывается в порошки).Область применения — магнитные экраны, корпуса приборов и аппаратов,фасонные детали магнитопроводов и другие изделия, работающие в постоянныхмагнитных полях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
