Oțeluri și aliaje cu proprietăți fizice speciale
Aliajele care au o compoziție precis definită și proprietăți fizice sau fizico-mecanice speciale se numesc aliaje de precizie. Când sunt făcute, este necesar să se respecte cu strictețe regimurile de topire și prelucrare. Atunci când deviați de la modurile strict reglementate, parametrii înalți caracteristici unui anumit aliaj nu pot fi atinși.
Pentru precizie include aliaje cu proprietăți electrice, termice, magnetice, elastice și alte proprietăți speciale.
Majoritatea aliajelor de precizie se bazează pe Fe, Ni și Co. sau pe baza combinației acestora (de exemplu, Fe-Co, Fe-Ni, Ni-Co). Pentru a spori proprietățile fizice corespunzătoare, aliajele sunt dopate cu elemente: Mo, Cr, Mn, Cu, Zr, Ti, Nb, Be și altele.
În știința materialelor, prin proprietățile magnetice, materialele sunt împărțite în materiale magnetice-moi, magnetice-solide și nemagnetice.
Înainte de a lua în considerare aceste grupuri de materiale, să ne amintim cum se produce procesul de magnetizare a materialelor atunci când se aplică un câmp magnetic extern.
Este cunoscut faptul că, chiar și în cristale unice, și cu atât mai mult în materiale policristaline întregul volum al secțiunii de corp ?? ro în zona - secțiunea domenii ?? ennye înguste Verge-Tsami, numit ziduri de domeniu. Dimensiunile numitorilor sunt diferite pentru diferite substanțe și chiar într-un singur material depind de structura și proprietățile unui anumit eșantion. De regulă, dimensiunile domeniilor sunt de 10 -3 ... 10 -2 cm, iar grosimea zidurilor dintre casă este de aproximativ 10 ... 100 nm. Fiecare dintre domeniile este orientat în direcția sa inerentă de magnetizare ușoară (Figura 19).
Într-un aranjament dezordonat, energia pereților dopantilor, contribuțiile energiilor magnetocristaline și magnetostrictive sunt minime, iar materialul este nemagnetic. Aplicarea unui câmp magnetic, primul soare ?? ea, reductibil la creșterea domeniului dit datorită atașat Eniya ?? wc ?? ednih domenii orientare similară, și apoi creșterea lor se face prin referire domenii de domenii orientate aproape de a inversa direcții la câmpul aplicat. În plus față de acest proces are loc un alt proces - rotația domeniilor, ceea ce duce la o schimbare în direcția magnetizării spontane, adică la orientarea acestora în direcția câmpului aplicat.
Este obișnuit să numim procesul de magnetizare tehnică crearea în feromagneți a magnetizării rezultante-M. egală cu momentul magnetic total al atomilor pe unitatea de volum. Astfel, spre deosebire de para-magneți, care sunt caracterizate ling ?? relație eynaya între câmpul magnetic extern aplicat, iar magnetizarea-Stu, ferromagnets aplicat câmp modificările magnetizare NONLIN ?? eyno ajunge nasy-scheniya, și apoi, dacă modificarea direcția câmpului de magnetizare, curba va merge mai mare decât câmpul original și pentru un câmp egal cu zero va exista magnetizarea reziduală.
Fig. 19. Orientarea momentelor magnetice în feromagneți
în absența unui câmp magnetic extern:
a este un singur cristal; b - policristalină
Cu o schimbare repetată în direcția câmpului de magnetizare, se formează treptat o curbă închisă (buclă de histereză). Inducția magnetică maximă este denumită de obicei inducerea saturației. Mărimea inducției magnetice ± B, care este conservată după îndepărtarea câmpului magnetic aplicat, se numește de obicei inducție magnetică reziduală.
Existența fenomenului de inducție magnetică reziduală a condus la crearea de magneți permanenți. Rezistența câmpului magnetic H (A / m), la care inducția magnetică se reduce la zero, se numește forța coercitivă Hc (rezistența la întârziere). Energia magnetică sau energia de inversare a magnetizării este produsul lui B. HC.
Fig. 20. Buclele de histereză magnetică pentru materiale magnetice moi (a) și materiale magnetice-dur (b). Notați scala de-a lungul axei de abscisă
Materialele magnetice-moi sunt materiale cu o permeabilitate inițială ridicată și o forță coercitivă mică. Pentru aceste materiale, este caracteristică o mică inversare a lucrării de magnetizare (Figura 20).
Materialele magnetice dură sunt materiale cu forță coercitivă mare H și permeabilitate inițială scăzută. Pentru majoritatea materialelor magnetice, există o relație liniară între permeabilitatea inițială și forța coercitivă.
Materialele magneto-moi sunt folosite în transformatoare, generatoare, switch-uri și alte dispozitive. Aceste materiale includ fierul pur, transformatorul și oțelul dinam (aliaj de fier și siliciu), aliaje (aliaje Fe-Si-Al).
În industria de fabricare a instrumentelor și în industria curentului redus, se utilizează și materiale magnetice moi - Permaloy (Fe + 78,5% Ni) și Supermaloy (Fe-5% Mo-79% Ni). De regulă, acestea sunt materiale cu o singură fază.
Pentru a reduce pierderile de energie, este extrem de important să folosiți materiale cu o buclă de histerezis îngust. Cu o arie mică de buclă de histerezis, raportul dintre B și Hc este practic liniar. Coeficientul de proporționalitate al acestei relații este permeabilitatea magnetică. Pentru fierul obișnuit, permeabilitatea este de câteva mii, iar pentru un aliaj de superaliaj este de ordinul unui milion.
Pentru fabricarea transformatoarelor și a motoarelor electrice, sunt necesare astfel de materiale magnetice moi în care magnetizarea se schimbă apreciabil chiar și atunci când se aplică câmpuri magnetice mici. În acest scop, pereții domeniilor magnetice trebuie să se deplaseze cu ușurință, ceea ce se realizează în materiale cu un număr mic de defecte (incluziuni ale celei de-a doua faze, dislocări).
Proprietățile ridicate ale permalloizilor se datorează proprietăților fizice ale componentelor implicate în acestea. Direcția magnetizării ușoare în nichel - <111> . dar în gall - <100> . Prin amestecarea lor într-un determinat ?? - proportiile clorhidrici ene se obține că în aliajul acestor două direcții devin echivalente, adică E. În aliajul nu este direcția de magnetizare preferată ușoară și magnetizare a aliajului este necesară numai o energie mică.. În același timp, magnetostricția nu se manifestă practic în aceste aliaje. Deoarece întărirea mărește forța coercitivă și reduce permeabilitatea magnetică, aceste aliaje sunt de obicei utilizate în starea de reacție. Cerealele mari contribuie la creșterea permeabilității magnetice, în acest sens materialele încearcă să recristalizeze granulele mari.
Gradul tehnic (E, EA, EAA) este utilizat pentru circuitele magnetice cu curent continuu (electromagneți, relee, etc.). Dezavantajul fierului pur este pierderea mare de energie datorată curenților turbionari Fuko. apărute la inversarea magnetizării.
Dopajul cu siliciu (transformator și oțel dinamos) mărește semnificativ rezistența electrică și reduce pierderile datorate curenților turbionari. De asemenea, siliciul mărește permeabilitatea magnetică și inducția, reduce pierderile de forță coercitivă și histerezis. Dar siliciul, cu conținutul său în galiu peste 3%, cauzează fragilitate.
Oțelul electrotehnic este produs sub formă de foi laminate la rece și laminate la cald. Pentru a mări granulația în timpul recristalizării și arderea de carbon, oțelul este recoacere la 1100 ... 1200 ° C (în vid, hidrogen sau amoniac disociat). Oțelul dinamic este produs sub forma unei foi de 0,5 mm grosime, cu o structură izotropă realizată prin recoacere. Oțelul transformator (cu grosimea de 0,35 mm) este produs sub formă de foi și panglici texturate, adică sunt prefixate cu aceeași orientare a tuturor granulelor de-a lungul direcției de rulare. Textura cea mai comună care este încercată să se obțină în oțelul transformator este textura lui Goss - <001> . pentru că în direcția <100> Fierul este ușor magnetizat. Recent, oțelul cu o textură cubică începe să fie utilizat în industrie, adică cu o astfel de orientare avantajoasă a granulelor, când fața cubului se prăbușește cu planul de laminare. și cu direcția de rulare a coastei sale <100> . Cu această textură, două direcții de magnetizare ușoară sunt situate în planul de rulare - de-a lungul și de-a lungul direcției de rulare. Atât textura Goss, cât și textura cubică sunt create în oțelurile transformatoare printr-o reluare tehnologică complexă. Textura Goss este obținută prin combinarea laminării la cald, a laminării la rece de două sau trei ori și a unei răciri finale la temperaturi ridicate într-un vid sau într-o atmosferă protectoare. Pentru a obține o textură cubică, se folosesc trei metode: obținerea acesteia ca urmare a recristalizării secundare, ca rezultat al recristalizării primare repetate din semifabricate turnate cu o textura axială cubică <100> . Pentru a obține o textură cubică, este necesar să se utilizeze materiale de încărcare foarte pure și se topesc într-un vid. Formarea unei texturi cubice este facilitată prin alierea oțelului cu mangan (0,3 ... 0,35%) sau cu nichel (1 ... 2%). Astăzi, textura cubică este obținută atât pe o bandă cu o grosime de 0,10 ... 0,20 mm, cât și pe o bandă cu o grosime de 0,35 ... 0,5 mm.
Oțelul electrotehnic este acceptat pentru a marca litera E. Prima cifră care corespunde procentului de siliciu conținând-Niju, a doua cifră - specific în remagnetisation teryam (1 - pierderi specifice normale, 2 - a scăzut, 3 - scăzut), 0 la semnul final indică faptul că oțelul laminat la rece cereale 00 - laminate la rece, cu textură redusă. În consecință, oțelurile laminate la cald din oțel sunt marcate cu E11, E12, E21, E32, E41, E42, E43. Oțelurile laminate la rece sunt marcate cu E1100, E310, E3100, etc.
Cu o creștere a conținutului de siliciu din oțel, pierderea inversării magnetizării (așa-numitele pierderi de watt) scade. Pe măsură ce frecvența curentului crește, pierderile cresc. Este important de menționat că, pentru a le reduce semnificativ, rezistivitatea electrică a materialelor ar trebui să fie mărită. Din acest motiv, la frecvențe înalte, feriturile pot fi utilizate într-un mod ideal. Feritele sunt obținute prin pulberile de sinterizare a Fe2O3 și oxizii metalelor divalente: ZnO, NiO, MnO, etc.
Permalloys sunt utilizate pe scară largă în industria de curent mic (radio, telegramă, telefon). Utilizate pe scară largă sunt, de asemenea, Alsiphers (5,4% Al, 9,6% Si, 85% Fe), a căror avantaj față de permalloys este non-ficitity lor.
Este important de remarcat faptul că crearea magneților permanenți utilizați mate-riali cu o buclă de histerezis lat (fig. 20b), astfel încât atunci când îndepărtarea câmpului magnetizare magnetizările extern-magnetizare mare stanga (magnetic solid materie-ly). Energia magneților permanenți (B.Hc) va fi mai mare, cu atât mai mari vor fi valorile ambilor factori. Deoarece valorile sunt limitate de saturație magnetică în materiale feromagnetice (Fe, Ni, Co), atunci pentru creșterea energiei forță coercitivă Uwe-lichenie.
Una dintre materialele foarte eficiente utilizate în aceste scopuri este un aliaj de tip alnico (51% Fe, 8% Al, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu). Energia sa magnetică ridicată este obținută ca urmare a lătării de la o temperatură de 1250 ... 1300 ° C și o îmbătrânire ulterioară la 600 ... 650 ° C Structura aliajului după prelucrare termică constă dintr-o matrice feromagnetică și particule magnetice fine mici încorporate în el. Matricea feromagnetică asigură o inducție reziduală suficient de ridicată.
Deficitul de nichel și de cobalt a dus la crearea extrem de importantă a unor noi aliaje, care combină energia magnetică ridicată și proprietățile mecanice bune. Astfel, aliajul 71GU (71% Mn, Al - restul) este utilizat în fabricarea magneților multipolari și a magneților bipolare, pentru rotoarele motoarelor electrice și alte magneți din industria aparatelor. Aliajul magnetic al sistemului 70Ghl (sisteme Mn-Ga) este utilizat pentru producerea de magnituri mici cu un factor de demagnetizare mare.
În tehnica magneților permanenți sunt utilizați și materiale în care particulele feromagnetice mici (practic cu un singur domeniu) sunt impregnate în matricea paramagnetică. Aceste oțeluri includ EX3 (3% Cr); EX5K5 (5% Cr, 5% Co); EX9K15M (9% Cr, 15% Co, 1% Mo). Aceste oțeluri sunt prelucrate cu ușurință prin tăiere și deformate, dar până acum acestea sunt utilizate numai pentru magneți care nu sunt foarte importanți.
În echipamentele radio și ingineria electromecanică sunt necesare uneori magnetoelectrice, care se disting printr-o constantă înaltă a permeabilității magnetice. Magneto-dielectricii sunt obținuți, de obicei, prin tehnici de metalurgie a pulberilor din fier carbonil și un alsifier cu materiale izolante. Uneori, în electromechinery, sunt necesare materiale nemagnetice cu conductivitate electrică scăzută și proprietăți mecanice ridicate. În aceste scopuri se utilizează oțeluri austenitice și fier turnate. Printre aceste oțeluri se numără H12XG, 45G13S3, X18N9 și altele.