Магнитные стали и сплавы

Из всех металлов только Fe, Co, Ni обладают ферромагнетизмом - способно­стью сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле (рис).

Основными характеристиками магнитных сталей и сплавов являются остаточная индукция В (гаусс), коэрцитивная сила Н (эрстед), магнитная проницаемость μ, имеющие между собой такую зависимость:

μ = В / Н.

В зависимости от Н они могут быть:

· Магнитомягкие;

· Магнитотвердые.

1. Магнитомягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитивную силу Н и большую магнитную проницаемость μ (трансформаторная сталь – Э3, Э4, динамная сталь – Э1, Э2).

Техническое железо или по ГОСТ 3836-47 сталь низкоуглеродистая электротехническая тонколистовая (Э, ЭА, ЭАА) содержит не более 0,04% углерода, μ = 3500-4500 гс/э; Н = 1,2-0,8 э. Недостатки: низкое электросопротивление и большие потери на вихревые токи. Применяется для изготовления сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и т.д.

Электротехническая сталь (ГОСТ 802-58) содержит большое количество кремния, растворенного в феррите, которая увеличивает электросопротивление, уменьшает потери на вихревые токи: μ = 6000-8000 гс/э; Н = 0,6-0,4 э. Высокие магнитные свойства имеет сталь с крупным зерном, которые располагаются вдоль листа. Для этого выплавляют сталь с содержанием углерода С < 0,05%, прокатывают в горячем состоянии, отжигают при температуре Т = 800-850 ⁰С, прокатывают в холодном состоянии (наклеп) со значительной степенью деформации и отжигают при высокой температуре (1000-1200 ⁰С) для получения крупного зерна. Электротехническую горячекатаную сталь делят на 4 группы:

· Слаболегированная (0,8-1,8 %Si) – Э11, Э12, Э13.

· Среднелегированная (1,8-2,8 %Si) – Э21, Э22.

· Повышеннолегированная (2,8-3,8 %Si) – Э31, Э32.

· Высоколегированная (3,8-4,8 %Si) – Э41-Э48.

Буква Э обозначает "электротехническая сталь", а цифра – содержание кремния в %.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45-80 % Ni. Наиболее высокие магнитные свойства имеет пермаллой 79НМА (79% Ni). После специальной термообработки (высокотемпературный отжиг при температуре Т = 1100-1200 ⁰С в атмосфере водорода с медленным охлаждением в магнитном поле) сплав имеет μ = 50000 гс/э и μ_max = 300000 гс/э. Их применяют в телефонах, радио и т.п.

2. Магнитотвердые стали и сплавыприменяют для изготовления постоянных магнитов. Термообработка магнитотвердых сталей и сплавов заключается в нормализации от температуры Т = 1050-1200 ⁰С для растворения крупных карбидов, закалке в масле от температуры Т = 850-1050 ⁰С, старению в течение 15-20ч для стабилизации магнитных свойств. Углеродистые стали У10-У12 после закалки на небольшую глубину применяются для изготовления магнитов сечением 4-7 мм. Хромистые стали прокаливают значительно больше и из них изготавливают более крупные магниты, которые маркируются ЕХ, ЕХ3, Е7В6, ЕХ5К5, ЕХ9К15М и т.д.). Хромокобальтовые стали имеют более высокие магнитные свойства.

3. Специальные магнитные сплавы(АН1 – ални1, АН3 – ални3, АНК – алниси, АНКо – алнико12, АНКо24 – алнико24магнито) имеют высокие магнитные свойства, небольшие размеры и большую мощность. Изготавливают магниты литьем или спеканием из порошка из-за повышенной хрупкости. Например, термообработка сплава АНКо4 заключается в закаливании от температуры Т = 1300 ⁰С в магнитном поле со скоростью 5 град/сек, отпускают при температуре Т = 600⁰С.