|
| |
|
Главная Промышленность 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)
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)
" 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
