Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

ния стали. Электрическое сопротивление продолжает повышаться с дальнейшим увеличением содержания кремния в стали, но при этом сильно падают пластические свойства. Стали с содержанием кремния выше 4% хрупки, плохо прокатываются, что затрудняет получение тонколистового проката. Для уменьшения тепловых потерь сердечники из кремнистой стали используют в виде тонких (< 1 мм) листов с прослойкой изоляции (полимеры, оксиды).

Магнитные свойства легированной электротехнической стали приведены в табл. 15.3.

Первая цифра в марке определяет вид проката и структуру: горячекатаная изотропная (1), холоднокатаная изотропная (2), холоднокатаная анизотропная с кристаллографической текстурой направления [100] (3). Вторая цифра в марке указывает содержание Si (в %): О-содержание <0,4%: 1-(0,4-0,8%); 2-(св. 0,8-1,8%); 3-(св. 1,8-2,8%); 4 (св. 2,8-3,8%); 5-(св. 3,8-4,8%). Третья цифра определяет потери на гистере-

ТАБЛИЦА 15.3. Магнитные свойства легированной электро1ехниче-ской тонколистовой стали (ГОСТ 21427-75)

Сталь

Толщина листа, мм

1,5/50. Вт/кг

В(Тл) при Я(кА/м), не менее

Горячекатаная изотропная

I3II

0,50

1,48

1,95

14!!

0,50

1,46

1,94

151!

0,50

!,46

1,90

Холоднокатаная изотропная

201!

0,65

!,60

2,02

2III

0,65

10,0

!,58

2211

0,65

1,56

1,96

23!!

0,65

!,52

!,96

241!

0,50

1,49

1,96

Холоднокатаная анизотропная

341!

0,50

2,45

1,75

3416

0,28

0,89

зис и тепловые потери при определенном значении В и/. Например, 1-удельные потери при В = 1,5 Тл и/50 Гц (Pi,5,5o)- Четвертая цифра-код числового значения нормируемого параметра. Чем цифра больше, тем меньше удельные потери Pi,5/50.

Из приведенных в таблице данных видно влияние технологии изготовления сталей 1411, 2411, 3411 на их магнитные свойства. При одинаковой толщине наибольшие удельные потери имеет горячекатаная изотропная сталь 1411 - Pi.5/50 = 4,4 Вт/кг; холоднокатаная изотропная и анизотропная имеют потери соответственно 3,6 и 2,45 Вт/кг.

Влияние содержания кремния на удельные потери можно оценить сопоставлением свойств сталей 2011, 2111, 2211, 2311, 2411. Значение

"i,5/5o С увеличением содержания кремния уменьшается от 10 до 3,6 Вт/кг. Влияние толщины листа на величину потерь хорошо видно из сравнения свойств сталей 3411 и 3416. С уменьшением толщины листа уменьшаются удельные потери.

Значение индукции в функции рассмотренных параметров меняется менее сильно, чем величина потерь. С увеличением содержания кремния (стали 2011 - 2411) значение В при Н = 2,5 кА/м изменяется в пределах от 1,6 до 1,49 Тл, а при Я = 30 кА/м в пределах от 2,02 до 1,96 Тл.

После технологических операций, необходимых для изготовления деталей магнитопровода (резка, штамповка и др.), магнитные свойства сталей ухудшаются, т. е. увеличивается коэрцитивная сила, а следовательно, и потери на гистерезис. Для восстановления магнитных свойств применяют отжиг при температуре ниже температур фазового превращения (880-900° С) в среде, предохраняющей от окисления и науглероживания. Если отжиг ведут в водороде, то это очищает сталь от вредных примесей, и магнитные свойства улучшаются.

При использовании текстурованной анизотропной стали в силовых трансформаторах при совпадении направления



проката с осевой линией сердечника трансформатора потери минимальны.

Легированные электротехнические стали применяют в электротехнических изделиях, рассчитанных на работу при частотах до / < 400 Гц. Стали с более низким содержанием кремния 2011, 2211 используют для сердечников, работающих при частотах до 100 Гц и напряженности поля Я 5 • 10* А/м. Стали с повыщенным содержанием кремния (2311-2411 и 1311-1411) используют при частотах до 400 Гц, но в более слабых полях (Я > 10 А/м).

Наибольщее значение для ферромагнетиков имеют высоколегированные кобальтовые сплавы Fe-Co-V. Например, сплав 50КФ2, содержащий 50 % Со и 2%V, обладает индукцией насыщения

= 2,3 Тл в магнитном поле напряженностью Я = 8 кА/м. Железо в таком поле имеет В = 1,5 Тл. Дефицитность кобальта ограничивает применение таких сплавов.

Более высокими значениями индукции насыщения ( 3 Тл) обладают ферромагнетики, имеющие высокое значение атомного магнитного момента (редкоземельные металлы).

Материалы с высокой магнитной проницаемостью. Для достижения больших значений индукций в очень слабых магнитных полях (Я 10 А/м) применяют сплавы, отличающиеся большой начальной проницаемостью. Это сплавы Fe-Ni (пермаллой) и Fe-Al-Si (альси-фер).

Сплавы пермаллои с содержанием 45-83% Ni характеризуются большой магнитной проницаемостью р„ 88 мГн/м; (хз, 310 мГн/м, что обеспечивает их намагничивание в слабых полях (рис. 15.9). Повышенное удельное электрическое сопротивление по сравнению с чистыми металлами Fe и Ni позволяет использовать их в радиотехнике и телефонии при частотах до 25 кГц. Малая Я < 16 А/м уменьшает потери на гистерезис при перемагничивании. По значению индукции насыщения сплавы с по-


о го

во 100

ifO во

Ni,%

Рис. 15.9. Влияние состава на магнитные характеристики железоникелевых сплавов

вышенным содержанием никеля уступают железу и стали. В зависимости от состава В изменяется в пределах 0,5-1,5 Тл. Большим достоинством пермаллоев является их высокая пластичность, что облегчает технологию получения полуфабрикатов: тонких листов, лент и проволоки, используемых при изготовлении сердечников.

Магнитные свойства пермаллоев меняются под воздействием даже слабых напряжений. При сжимающих напряжениях всего 5 МПа магнитная проницаемость уменьшается в 5 раз, а коэрцитивная сила возрастает в 2 раза. Поэтому окончательно изготовленные детали надо подвергать термической обработке и в процессе сборки необходимо избегать ударов, сильной затяжки или сдавливания обмоткой.

Магнитные свойства железоникелевых сплавов зависят от скорости охлаждения. Нейтронно-графическим анализом доказано, что у сплава, содержащего 75% Ni, при медленном охлаждении



при температурах ниже 600 °С происходит перестройка в расположении атомов в твфдом растворе-неупорядоченный твердый раствор переходит в упорядоченный. Последний обладает меньшей магнитной проницаемостью.

Термическая обработка пермаллоев проводится для удаления примесей, остаточных напряжений и укрупнения зерна. Она заключается в медленном нагреве их до температуры 1100-1150 °С в среде, зашишаюшей матфиал от окисления (вакууме, водороде); выдержке при этой температуре 3-6 ч в зависимости от размера и массы; медленном охлаждении до 600 °С (100°С/ч) и дальнейшем быстром охлаждении (400°С/ч), при котором не происходит упорядочения твердого раствора.

Все пермаллойные сплавы по составу можно разделить на две группы: низконикелевые с содержанием 45-50% Ni, имеюшие высокую магнитную проницаемость (р„ 4 мГн/м) при относительно высокой индукции насыщения (1,5 Тл), и высоконикелевые с содержанием 79-83 % Ni с чрезвычайно высокой магнитной проницаемостью (щ 35 мГн/м), но меньшей индукцией насыщения 0,75 Тл.

Для улучшения электромагнитных и технологических свойств эти сплавы часто дополнительно легируют. Так, молибден и хром уменьшают чувствительность к остаточным напряжениям, одновременно повышая удельное электрическое сопротивление и магнитную проницаемость. Медь стабилизирует свойства, улучшает механическую обрабатываемость, повышает удельное электрическое сопротивление. Кремний и марганец увеличивают удельное электрическое сопротивление. Все легируюшие элементы увеличивают магнитную проницаемость р„ и Рп,ах-

Сплавы подразделяют по уровню основных свойств на девять групп.

Магнитные свойства некоторых пермаллоев трех характерных групп приведены в табл. 15.4. В каждой группе их

ТАБЛИЦА 15.4. Магнитные свойства холоднокатаных лент толщиной 0,1 мм из пермаллоев (сплавы Fe-Ni) (ГОСТ 10160 - 75)

Сплав

Магнитная проницаемость, мГн/м

Не, А/м

В,, Тл

мкОмм

79НМ*

0,75

0,55

0,73

0,73

81НМА

0,64

0,50

0,45

0,45

50НХС

0,90

" Для сплава 79НМ приведены магнитные свойства для 1 -III классов.

подразделяют на классы. С ростом класса, как это видно из табл. 15.4, заметно растет магнитная проницаемость, снижается Не- Значение меняется мало.

В группу сплавов с наивысшей проницаемостью в слабых магнитных полях входят высоконикелевые легированные пермаллои 79НМ и 8ШМА (см. табл. 15.4). Обозначение легирующих элементов в них аналогично легированным сталям. Значения магнитных проницае-мостей составляют р„ = 25 -г 88 мГн/м; р„ах = 150 310 мГн/м. По сравнению с электротехническими сталями у них занижены значения В = 0,5 + 0,75 Тл и Яс = 0,64 -н 2,4 А/м. Эти пермаллои используют для работы в слабых полях до частот 25 кГц. С ростом частоты в интервале от 400 Гц до 25 кГц для снижения тепловых потерь уменьшают толщину проката. При этом, так же как и в сталях, уменьшается магнитная проницаемость и растет Я, что ведет к росту потерь на перемаг-ничивание (рис. 15.10).

В группу сплавов с высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией JS, входят низконикелевые нелегированные пермаллои 45 Н и 50Н. Значение Ртах 38 мГн/м при J5j = 1,5 Тл.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61