И сплавов для постоянных магнитов
Магнитные стали и сплавы
Основными характеристиками магнитных сталей и сплавов являются следующие магнитные свойства: остаточная индукция Вr, выраженная в гауссах (Гс), коэрцитивная сила Нс – в эрстедах (Э) и магнитная проницаемость µ.
Магнитная проницаемость µ=В/Н, где В – магнитная индукция, т.е. число магнитных силовых линий, проходящих через 1см2 сечения образца; Н—напряжение магнитного поля (намагничивающая сила), т е. сила, с которой магнитное поле действует на изолированный магнитный полюс, равный единице, Э.
Если магнитная проницаемость положительная, т.е. больше единицы, то такие тела называются парамагнитными, а если отрицательная (меньше единицы), то – диамагнитными. Частным случаем парамагнитных тел являются ферромагнитные тела – железо, никель и кобальт, магнитная проницаемость которых во много раз больше, чем у других парамагнитных тел.
Магнитные сплавы в зависимости от коэрцитивной силы и магнитной проницаемости делят на магнитотвердые – сплавы с большой коэрцитивной силой, малой магнитной проницаемостью, их применяют для постоянных магнитов, и магнитомягкие, для которых характерны малая коэрцитивная сила и высокая магнитная проницаемость (трансформаторная и динамная стали).
Магнитотвердые стали и сплавы.Эти стали и сплавы, применяемые для изготовления постоянных магнитов, имеют большую устойчивую коэрцитивную силу. Такими материалами являются высокоуглеродистые стали, легированные стали и специальные сплавы, химический состав и магнитные свойства которых приведены в таблице.
Химический состав (%) и магнитные свойства некоторых сталей
| Марка стали | Элементы | Магнитные свойства | ||||
| С | Cr | Co | Ni, Al, Cu | Остаточная индукция Br, Го | Коэрцитивная сила Hc, Э | |
| не менее | ||||||
| ЕХ | 0,95-1,10 | 1,30-1,60 | — | — | ||
| ЕХЗ | 0,90-1,10 | 2,80-3,60 | — | — | ||
| ЕХ5К5 | 0,90-1,05 | 5,50-6,50 | 0,50-6,50 | — | ||
| Сплав | — | — | 14Ni; | — | — | |
| ЮНДК24 | 9Al; 4Cu |
Углеродистые стали (У10 – У12) после закалки имеют достаточно большую коэрцитивную силу( Нс=60-65Э), но так как они прокаливаются на небольшую глубину, то их применяют для изготовления магнитов сечением 4-7 мм.
Хромистые стали по сравнению с углеродистыми прокаливаются значительно глубже, поэтому из них изготовляют более крупные магниты. Магнитные свойства этих сталей такие же, как и углеродистых; хромокобальтовые стали имеют более высокие магнитные свойства.
Специальные магнитные сплавы имеют очень высокие магнитные свойства, что позволяет изготовлять из них магниты небольшого размера, но большой мощности. Магнитные сплавы имеют очень высокую твердость, но хрупки и не обрабатываются резанием. Магниты этих сплавов изготовляют литьем или спеканием из порошка.
Магнитомягкие стали и сплавы. Эти сплавы и стали имеют малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницаемость. Магнитомягкими материалами являются электротехническое железо (железо Армко), электротехническая сталь и железоникелевые сплавы(пермалон).
Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит не более 0,04%С, имеет высокую магнитную проницаемость (µ max =3500 – 4500Гс/Э) и малую коэрцитивную силу (Нс=0,8-1,2Э) и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др.
Электротехническая сталь (ГОСТ802-58) содержит кремний, растворенный в феррите. Он сильно увеличивает магнитную проницаемость (µmax=8000 – 17000 Гс/Э), снижает коэрцитивную силу (Нс=0,4-0,6Э)
Более высокие магнитные свойства имеет крупнозернистая с определенной структурой, т.е. преимущественным расположением зерен вдоль листа, электротехническая сталь при содержании в ней менее 0,05%С.
Электротехническую горячекатаную сталь по содержанию кремния делят на четыре группы: низколегированная (0,8-1,8%Si)—Э11, Э12, Э13; среднелегированная (1,8-2,8% Si)—Э21, Э22; повышеннолегированная (2,83,8%Si)—Э31, Э32; высоколегированная(3,8-4,8%Si)–Э41—Э48,
Буква Э означает, что сталь электротехническая, первая цифра (1—4)—содержание кремния (в процентах), вторая цифра (1—8)—гарантированные ГОСТ электрические и магнитные свойства. При маркировке холоднокатаной стали после первых двух цифр ставят или один нуль (например, Э310, Э340), обозначающий, что сталь текстурованная, или два нуля(например,(Э1100, Э3200)—сталь малотекстурованная.
Стали групп Э1 и Э2 называют динамной сталью, а стали групп Э3 и Э4—трансформаторной сталью, Динамная сталь содержит меньше кремния и поэтому по сравнению с трансформаторной сталью более пластична, но менее магнитомягкая.
Трансформаторная сталь относится к ферритному классу сталей и имеет высокие магнитные свойства, но она более хрупкая.
Железоникелевые сплавы(пермаллои)—эти сплавы содержат 45-80% никеля, и дополнительно их легируют хромом, кремнием, молибденом. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая.
Наиболее высокие свойства имеет пермаллой марки 79НМ (79%Ni и Мо).После специальной термической обработки его магнитная проницаемость µо=30000 и µmax=220000 Гс/Э.
Из-за очень высокой начальной магнитной проницаемости пермаллои применяют в аппаратуре, работающей в слабых полях(телефон, радио).
Ферриты-магнитомягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферромагнитной окиси железаFe2O3 и окислов двухвалентных металлов типа МО(ZnO, NiO, MgO и др.). В отличии от других магнитомягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросопротивление, достигающее 1012Ом см, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот.