Раздел13) Кремнистая электротехническая сталь.
Кремнистая электротехническая сталь – магнитомягкий материал массового потребления. Его широко применяют для изготовления магнитных цепей, работающих при частоте 50 – 400 Гц. Преимуществом этого материала является высокая индукция насыщения и относительно невысокая стоимость.
В зависимости от содержания основного легирующего элемента – кремния – электротехнические тонколистовые стали подразделяют на пять групп (таблица 2.1).
Таблица 2.1 – Группы легирования и свойства кремнистой электротехнической стали в зависимости от содержания кремния
Кремний, образуя с железом твердый раствор, увеличивает его удельное электрическое сопротивление, которое линейно возрастает от 0,1 мкОм•м при нулевом содержании кремния до 0,6 мкОм•м при содержании кремния 5% (таблица 2.1). При этом плотность сталей снижается. Положительное действие кремния заключается еще и в том, что способствует переходу углерода из наиболее вредной для магнитных свойств формы – цементита в графит. Кроме того, кремний выполняет роль раскислителя, а также способствует образованию крупнозернистой структуры и уменьшает магнитную анизотропию и константу магнитоскрипции. В результате указанных изменений улучшаются магнитные свойства стали: уменьшается Нс, увеличиваются M, снижаются потери на вихревые токи и гистерезис. При содержании кремния 6,5 – 6,8% M достигает наибольшего значения, а константа магнитоскрипции приближается к нулю. Кремний также повышает стабильность магнитных свойств стали во времени.
Однако с повышением содержания кремния механические свойства стали ухудшаются – увеличиваются твердость и хрупкость. Например, при содержании кремния 4 – 5% сталь выдерживает не более 1 – 2 перегибов на угол 90о и, что очень нежелательно, снижается индукция насыщения Br. Поэтому в кремнистой электротехнической стали содержание кремния не превышает 4,8%.
2 раздел 14)Низкокоэрцитивные – пермаллои, альсиферы. Состав и особенности свойств пермаллоев.
Низкокоэрцитивные сплавы. Пермаллои - железоникелевые сплавы, обладающие весьма большой магнитной проницаемостью в области слабых полей и очень маленькой коэрцитивной силой. Пермаллои подразделяют на высоко- и низконикелевые. Высоконикелевые пермаллои содержат 72-80% никеля, а низконикелевые - 40-50% никеля. Магнитные свойства пермаллоев очень чувствительны к внешним механическим напряжениям, зависят от химического состава и наличия инородных примесей в сплаве, а также очень резко изменяются в зависимости от режимов термообработки материала (температуры, скорости нагрева и охлаждения, окружающей среды и т.д.). Термическая обработка высоконикелевых пермаллоев сложнее, чем низконикелевых.
Удельное сопротивление высоконикелевых пермаллоев почти в три раза меньше, чем у низконикелевых, поэтому при повышенных частотах предпочтительнее использовать низконикелевые пермаллои. Кроме того, магнитная проницаемость пермаллоев сильно снижается с увеличением частоты. Это объясняется возникновением в материале заметных вихревых токов из-за небольшого удельного сопротивления.
Диапазон изменения магнитных свойств и удельного сопротивления промышленных марок пермаллоев указан в табл.1. Вследствие различия свойств низконикелевые и высоконикелевые пермаллои имеют несколько различные применения.
Низконикелевые сплавы 45Н и 50Н применяют для изготовления сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей, работающих при повышенных индукциях без подмагничивания или с небольшим подмагничиванием. Высоконикелевые сплавы 79НМ, 80НХС, 76НХД используют для изготовления сердечников малогабаритных трансформаторов, реле и магнитных экранов.
Сильная зависимость магнитных свойств пермаллоя от механических напряжений вынуждает принимать специальные меры защиты сердечников, поскольку механические нагрузки неизбежно возникают даже при наложении токовых обмоток. Обычно кольцеобразные ленточные сердечники из пермаллоя помещают в немагнитные защитные каркасы из пластмассы или алюминия. В целях амортизации динамических нагрузок свободное пространство между каркасом и сердечником заполняют каким-либо эластичным веществом.
Альсиферы
Это тройные сплавы Fe, Si и Al.
Оптимальный состав: 9,5% Si, 5,6% Al, остальное – железо.
Очень твёрды и одновременно очень хрупкий, вследствие чего не может быть подвергнут никакой механической обработке, за исключением лёгкой шлифовки. Он может быть отлит в деталь. Этот способ накладывает ограничение на размер, толщина проката не может быть менее 2мм, что ограничивает применение. Тем не менее по магнитным свойствам этот материал не уступает высоконикелевым пермаллоям, при этом он значительно дешевле.
Все вышерассмотренные магнитомягкие материалы низкочастотные, так как они ко всему прочему являются хорошими проводниками. С повышением частоты увеличиваются потери на гистерезис и вихревые токи. Поэтому для ВЧ материалов главным является большое значение удельного сопротивления.