Магнитные стали и сплавы

Магнитные стали и сплавы в зависимости от значений коэрцитивной силы подразделяются на магнитотвердые (низкая магнитная проницаемость и коэрцитивная сила Н_с превышает 4000 А/м) и магнитомягкие (большая магнитная проницаемость и коэрцитивная сила Н_с < 4000 А/м).

Для обеспечения высокой коэрцитивной силы магнитотвердые стали должны иметь структуру со значительным количеством дефектов строения (дислокаций, блоков, межзеренных границ и т. д.), которые вызывают внутренние напряжения и искажения кристаллической решетки. Этим требованиям отвечает мартенситная структура, что дает возможность использовать в качестве магнитотвердых материалов высокоуглеродистые стали У10, У11, У12, которые после закалки в воде имеют Н_с = 4800...5200 А/м. Однако они прокаливаются на небольшую глубину, поэтому их применяют для изготовления магнитов сечением 4...7 мм.

Для изготовления больших по размеру магнитов применяются стали, легированные хромом и кобальтом: ЕХ, ЕХ3, ЕХ5К5. Они имеют значительно лучшую прокаливаемость и более высокую коэрцитивную силу (до 10 кА/м). Содержание углерода в этих сталях составляет ~ 1,0%. Для улучшения магнитных свойств производят сначала воздушную закалку от 1050…1250^оС, а затем закалку с 850...1000^оС. Воздушная закалка или нормализация необходима для растворения крупных карбидов, которые могут не раствориться при нагреве под вторую закалку. Обработка холодом устраняет парамагнитный остаточный аустенит и тем самым повышает магнитные свойства. Отпуск при 100^оС стабилизирует коэрцитивную силу во времени.

Для производства еще более больших магнитов применяют специальные сплавы с содержанием алюминия до 7%, никеля – до 14%, кобальта – до 40%, меди – до 4%, (алнико-сплавы). Наиболее распространенным является сплав ЮНДК40Т8АА, который имеет Н_с более 145 000 А/м.

Для обеспечения минимальной коэрцитивной силы и высокой магнитной проницаемости магнитомягкий материал должен быть чистым от примесей и включений и иметь гомогенную структуру (чистый металл или твердый раствор). В качестве таких материалов применяют электротехническое железо, которое содержит не более 0,005% С и имеет название армко-железо.

Электротехнические стали представляют собой практически безуглеродистые ферритные сплавы железа с кремнием до 5%. Последний существенно увеличивает магнитную проницаемость и снижает коэрцитивную силу. Электротехнические стали маркируются буквой "Э" и дальше указывается номер марки, который характеризует электротехнические свойства стали.

На основе никеля существуют сплавы с высокой магнитной проницаемостью, которые имеют название пермаллои. Самыми распространенными являются сплавы с 50% Fe и 50% Ni, а также высоконикелевые сплавы, легированные молибденом.