Что такое ферромагнитная сталь

Обновлено: 26.04.2024

Рассмотрим основные области применения ферромагнетиков, а также особенности их классификации. Начнем с того, что ферромагнетиками называют твердые вещества, которые обладают при невысоких температурах неконтролируемой намагниченностью. Она меняется под воздействием деформации, магнитного поля, температурных колебаний.

Свойства ферромагнетиков

Применение ферромагнетиков в технике объясняется их физическими свойствами. Они обладают магнитной проницаемостью, которая превышает во много раз проницаемость вакуума. В связи с этим все электротехнические устройства, в которых используются магнитные поля для преобразования одного вида энергии в другой, имеют специальные элементы, выполненные из ферромагнитного материала, способного проводить магнитный поток.

Особенности ферромагнетиков

Какими отличительными характеристиками обладают ферромагнетики? Свойства и применение этих веществ объясняется особенностями внутреннего строения. Существует прямая зависимость между магнитными свойствами вещества и элементарными носителями магнетизма, в роли которых выступают электроны, движущиеся внутри атома.

Во время движения по круговым орбитам они создают элементарные токи и магнитные диполи, имеющие магнитный момент. Его направление определяется по правилу буравчика. Магнитный момент тела является геометрической суммой всех частей. Помимо вращения по круговым орбитам, электроны также движутся вокруг собственных осей, создавая спиновые моменты. Именно они выполняют важную функцию в процессе намагничивания ферромагнетиков.

Практическое применение ферромагнетиков связано с образованием в них самопроизвольных намагниченных областей, у которых параллельная ориентация спиновых моментов. Если ферромагнетик на располагается во внешнем поле, в таком случае отдельные магнитные моменты имеют разные направления, их сумма равна нулю и отсутствует свойство намагниченности.

Отличительные черты ферромагнетиков

Если парамагнетики связаны со свойствами отдельных молекул или атомов вещества, то ферромагнитные свойства можно объяснить спецификой кристаллического строения. Например, в парообразном состоянии атомы железа незначительно диамагнитны, а в твердом состоянии этот металл является ферромагнетиком. В результате лабораторных исследований была выявлена зависимость между температурой и ферромагнитными свойствами.

Например, в сплаве Гойслера, сходном по магнитным свойствам с железом, данного металла нет. При достижении точки Кюри (определенного значения температуры) ферромагнитные свойства исчезают.

Среди их отличительных характеристик можно выделить не только высокое значение магнитной проницаемости, но и связь между напряженностью поля и намагниченностью.

Взаимодействие магнитных моментов отдельных атомов ферромагнетика способствует созданию мощных внутренних магнитных полей, которые выстраиваются параллельно друг другу. Мощное внешнее поле приводит к изменению ориентации, что и приводит к усилению магнитных свойств.

Природа ферромагнетиков

Учеными была установлена спиновая природа ферромагнетизма. При распределении электронов по энергетическим слоям учитывается принцип запрета Паули. Суть его в том, что на каждом слое может находиться только их определенное количество. Результирующие значения орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов, располагающихся на заполненной полностью оболочке, равны нулю.

Химические элементы, имеющие ферромагнитные свойства (никель, кобальт, железо), являются переходными элементами таблицы Менделеева. В их атомах происходит нарушение алгоритма заполнения электронами оболочек. Сначала они попадают на верхний слой (s-орбиталь), и только после его полного заполнения электроны попадают на оболочку, расположенную ниже (d-орбиталь).

Масштабное применение ферромагнетиков, основным из которых является железо, объясняется изменением строения при попадании во внешнее магнитное поле.

Подобными свойствами могут обладать только те вещества, в атомах которых существуют внутренние недостроенные оболочки. Но и этого условия недостаточно для того, чтобы вести речь о ферромагнитных характеристиках. Например, у хрома, марганца, платины также существуют недостроенные оболочки внутри атомов, но они являются парамагнетиками. Возникновение самопроизвольной намагниченности объясняется особым квантовым действием, которое сложно пояснить с помощью классической физики.

Подразделение

Существует условное подразделение таких материалов на два типа: жесткие и мягкие ферромагнетики. Применение жестких материалов связано с изготовлением магнитных дисков, лент для хранения информации. Мягкие ферромагнетики незаменимы при создании электромагнитов, сердечников трансформаторов. Отличия между двумя видами объясняются особенностями химического строения данных веществ.

Особенности использования

Рассмотрим подробнее некоторые примеры применения ферромагнетиков в разнообразных отраслях современной техники. Магнитомягкие материалы применяют в электротехнике для создания электрических моторов, трансформаторов, генераторов. Кроме того, важно отметить применение ферромагнетиков такого типа в радиосвязи и слоботочной технике.

Жесткие виды нужны для создания постоянных магнитов. В случае выключения внешнего поля у ферромагнетиков сохраняются свойства, поскольку не исчезает ориентация элементарных токов.

Именно это свойство объясняет применение ферромагнетиков. Кратко можно сказать, что такие материалы являются основой современной техники.

Постоянные магниты нужны при создании электрических измерительных приборов, телефонов, громкоговорителей, магнитных компасов, звукозаписывающих аппаратов.

Ферриты

Рассматривая применение ферромагнетиков, необходимо особое внимание уделить ферритам. Они широко распространены в высокочастотной радиотехнике, поскольку сочетают свойства полупроводников и ферромагнетиков. Именно из ферритов в настоящее время изготавливают магнитные ленты и пленки, сердечники катушек индуктивности, диски. Ими являются оксиды железа, находящиеся в природе.

Интересные факты

Интерес представляет применение ферромагнетиков в электрических машинах, а также в технологии записи в винчестере. Современные исследования свидетельствуют о том, что при определенных температурах некоторые ферромагнетики могут приобретать парамагнетические характеристики. Именно поэтому эти вещества считаются плохо изученными и представляют для физиков особый интерес.

Стальной сердечник способен в несколько раз увеличить магнитное поле, не меняя при этом силу тока.

Применение ферромагнетиков позволяет существенно экономить электрическую энергию. Именно поэтому для сердечников генераторов, трансформаторов, электрических двигателей применяют материалы, обладающие ферромагнитными свойствами.

Магнитный гистерезис

Это явление зависимости напряженности магнитного поля и вектора намагниченности от внешнего поля. Проявляется данное свойство в ферромагнетиках, а также в сплавах, изготовленных из железа, никеля, кобальта. Подобное явление наблюдается не только в случае изменения поля по направлению и величине, но и в случае его вращения.

Проницаемость

Магнитной проницаемостью является физическая величина, которая показывает отношение индукции в определенной среде к показателю в вакууме. Если вещество создает свое магнитное поле, его считают намагниченным. Согласно гипотезе Ампера, величина свойств зависит от орбитального движения «свободных» электронов в атоме.

Петля гистерезиса представляет собой кривую зависимости изменения размера намагниченности ферромагнетика, расположенного во внешнем поле от изменения размера индукции. Для полного размагничивания используемого тела нужно поменять направление внешнего магнитного поля.

При определенной величине магнитной индукции, которую называют коэрцитивной силой, намагниченность образца принимает нулевое значение.

Именно форма петли гистерезиса и величина коэрцитивной силы определяют способность вещества сохранять частичное намагничивание, объясняют широкое применение ферромагнетиков. Кратко области применения жестких ферромагнетиков, обладающих широкой петлей гистерезиса, описаны выше. Вольфрамовые, углеродистые, алюминиевые, хромовые стали имеют большую коэрцитивную силу, поэтому на их основе создают постоянные магниты разнообразной формы: полосовые, подковообразные.

Среди мягких материалов, имеющих небольшую коэрцитивную силу, отметим железные руды, а также сплавы железа с никелем.

Процесс перемагничивания ферромагнетиков связан с изменением области самопроизвольного намагничивания. Для этого используется работа, которая совершается внешним полем. Количество теплоты, образующейся в этом случае, пропорционально площади петли гистерезиса.

Заключение

В настоящее время во всех отраслях техники активно применяют вещества, обладающие ферромагнитными свойствами. Помимо существенной экономии энергетических ресурсов, благодаря применению подобных веществ можно упрощать технологические процессы.

Например, вооружившись мощными постоянными магнитами, можно существенно упростить процесс создания транспортных средств. Мощные электромагниты, применяемые в настоящее время на отечественных и зарубежных автомобильных комбинатах, позволяют полностью автоматизировать самые трудоемкие технологические процессы, а также существенно ускорить процесс сборки новых транспортных средств.

В радиотехнике ферромагнетики позволяют получать приборы высочайшего качества и точности.

Ученым удалось создать одношаговую методику изготовления магнитных наночастиц, которые подходят для применения в медицине и электронике.

В результате многочисленных исследований, проводимых в лучших исследовательских лабораториях, удалось установить магнитные свойства наночастиц кобальта и железа, покрытых тонким слоем золота. Уже подтверждена их способность переносить антираковое лекарство или атомы радионуклидов в нужную часть организма человека, увеличивать контрастность изображений магнитного резонанса.

Кроме того, такие частицы можно использовать для модернизации устройств магнитной памяти, что станет новым шагом в создании инновационной медицинской техники.

Коллективу российских ученых удалось разработать и апробировать методику восстановления водных растворов хлоридов для получения комбинированных кобальто-железных наночастиц, подходящих для создания материалов с усовершенствованными магнитными характеристиками. Все исследования, проводимые учеными, направлены на повышение ферромагнитных свойств веществ, увеличение их процентного использования в производстве.

Магнитные стали и сплавы. Твердые и мягкие стали

Среди металлов есть такие, которые обладают свойствами намагничивания. К ним относятся железо, никель и кобальт. Гадолиний приобретает ферромагнитные свойства при температуре ниже 0 о С. При добавлении в сплав этих элементов получается магнитная сталь. Кроме того, они характеризуются наличием остаточной индукции и коэрцитивной силы.

Магнитные стали и сплавы

Все сплавы, обладающие магнетизмом, можно разделить на 2 вида:

Твердые стали соответствуют ГОСТ 6862-71 и из них производят постоянные магниты. Для этого используют высокоуглеродистые вещества, легированные хромом или хромом и кобальтом.

Сплавы на основе железа также можно использовать для производства магнитов постоянного поля. Примером может стать материал альнико, где 54% составляет железо.

Магнитомягкие - так по-другому называют электротехнические стали. Они должны соответствовать ГОСТ 21427-75. Такие магнитные стали применяют для работы в переменных полях, там, где происходит намагничивание без перерыва. Магнитотвердые материалы владеют существенной остаточной индукцией, высокой коэрцитивной силой. Малая магнитная проницаемость становится дополнительным свойством сплава.

Из материала изготавливают сердечники катушек электромагнитов и трансформаторов. Для этого подходят кремнистые и низкоуглеродные сплавы.

Магнитную сталь маркируют четырехзначным числом. Первое число определяет структуру и вид прокатки. Второе — содержание кремния. Третье число определяет тепловые потери, четвертое - код нормируемого параметра.

Для работы в переменных полях можно использовать магнитную сталь на основе железа или никеля. Примером такого материала является альсифер.

Для сокращения электрических потерь используют повышение удельного сопротивления. Магнитная сталь играет важную роль в современном производстве. Большим сопротивлением обладают магнитные материалы — ферриты.

Ферриты получают из оксидов методом порошковой металлургии. Такие материалы обладают свойствами ферромагнетика и диэлектрика, что позволяет их использовать там, где применяются высокие и сверхвысокие частоты.

Себестоимость ферритных сердечников ниже, чем остальных, благодаря автоматизации производства. Сплавы можно подразделить на 4 группы:

спеченные;
деформируемые;
литые;
прессмагниты.

Сплавы

Магнитная сталь для постоянного магнита должна обладать достаточным объемом углерода, который находится в твердом растворе. Такие сплавы называются деформируемыми. Самыми простыми и дешевыми считаются высокоуглеродистые материалы. Добавка кобальта увеличивает магнитные свойства стали.

К литым относятся сплавы на основе Fe—Ni—A1. Более 80% магнитов изготовляется из такого материала. Самые качественные сплавы этой группы обладают очень мощным магнетизмом. Они отличаются от углеродистой и хромистой магнитной стали.

Маленькие магниты производят методом спекания. Для этого потребуется никель, алюминий и железо высокой чистоты. Они славятся повышенной твердостью. Таким методом создают магниты из магнитотвердых ферритов. Наибольшую популярность получили бариевые ферриты из-за высоких магнитных свойств и приемлемой цены.

Ферромагнитный материал. Свойства и применение ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, вещества бывают диамагнетиками, парамагнетиками и ферромагнетиками. И именно ферромагнитный материал обладает особенными свойствами, отличающимися от остальных.

Что это за материал и какими свойствами обладает

Ферромагнитный материал (или ферромагнетик) – вещество, находящееся в твердом кристаллическом или же аморфном состоянии, которое обладает намагниченностью при отсутствии какого-либо магнитного поля лишь при низкой критической температуре, т. е. при температуре ниже точки Кюри. Магнитная восприимчивость этого материала положительна и превышает единицу. Некоторые ферромагнетики могут обладать самопроизвольной намагниченностью, сила которой будет зависеть от внешних факторов. Кроме всего прочего, такие материалы имеют отличную магнитную проницаемость и способны к усилению внешнего магнитного поля в несколько сотен тысяч раз.

Группы ферромагнетиков

Всего существует две группы ферромагнитного материала:

Магнитно-мягкая группа. Ферромагнетики этой группы имеют небольшие показатели напряженности магнитного поля, но обладают отличной магнитной проницаемостью (менее 8,0×10 -4 Гн/м) и невысокими потерями гистерезисного характера. К магнитно-мягким материалам относятся: пермаллои (сплавы с добавлением никеля и железа), оксидные ферромагнетики (ферриты), магнитодиэлектрики.
Магнитно-жесткая (или магнитно-твердая группа). Характеристики ферромагнитных материалов этой группы выше, чем у предыдущей. Магнитно-твердые вещества обладают как высокими показателями напряженности магнитного поля, так и хорошей магнитной проницаемостью. Они являются основными материалами для производства магнитов и устройств, где используется коэрцитивная сила и необходима отличная магнитная восприимчивость. К магнитно-жесткой группе относятся практически все углеродистые и некоторые легированные стали (кобальт, вольфрам и хром).

Материалы магнитно-мягкой группы

Как и говорилось ранее, к магнитно-мягкой группе относятся:

Пермаллои, которые состоят только из сплавов железа и никеля. Иногда к пермаллоям добавляют хром и молибден для повышения проницаемости. Правильно изготовленные пермаллои отличаются высокими показателями магнитной проницаемости и коэрцитивной силы.
Ферриты – ферромагнитный материал, состоящий из оксидов железа и цинка. Нередко к железу и цинку добавляют оксиды марганца или никеля для уменьшения сопротивления. Поэтому ферриты часто используют в качестве полупроводников при высокочастотных токах.
Магнитодиэлектрики являются измельченной смесью порошка железа, магнетита или пермаллоя, обернутого в пленку из диэлектрика. Так же как и ферриты, магнитодиэлектрики используются в качестве полупроводников в самых разных устройствах: усилителях, приемниках, передатчиках и т. д.

Материалы магнитно-твердой группы

К магнитно-твердой группе относятся следующие материалы:

Углеродистые стали, состоящие из сплава железа и углерода. В зависимости от количества углерода, бывают: низкоуглеродистые (менее 0,25% углерода), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистые стали (до 2% углерода). Помимо железа и углерода, в состав сплава могут также входить кремний, магний и марганец. Но наиболее качественными и пригодными ферромагнитными материалами считаются те углеродистые стали, которые имеют наименьшее количество примесей.
Сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарий-кобальтовые сплавы (соединения SmCo5 или Sm2Co17). Они имеют высокие показатели магнитной проницаемости при остаточной индукции в 0,9 Тл. При этом магнитное поле в ферромагнетиках такого типа тоже составляет 0,9 Тл.
Другие сплавы. К таковым относятся: вольфрамовые, магниевые, платиновые и кобальтовые сплавы.

Отличие ферромагнитного материала от других веществ, обладающих магнитными свойствами

В начале статьи было сказано, что ферромагнетики обладают особенными свойствами, которые значительно отличаются от других материалов, и вот несколько доказательств:

В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, которые получают свои свойства от отдельных атомов и молекул вещества, свойства ферромагнитных материалов зависят от кристаллической структуры.
Ферромагнитные материалы, в отличие, например, от парамагнетиков, имеют большие значения магнитной проницаемости.
Помимо проницаемости, ферромагнетики отличаются от парамагнитных материалов еще и тем, что имеют зависимую связь между намагничиванием и напряженностью намагничивающего поля, которая имеет научное название – магнитный гистерезис. Подобному явлению подвержены многие ферромагнитные материалы, например кобальт и никель, а также сплавы на их основе. Кстати, именно магнитный гистерезис позволяет магнитам сохранять состояние намагниченности в течение продолжительного времени.
Некоторые ферромагнитные материалы также обладают особенностью изменять свою форму и размеры при намагничивании. Такое явление называется магнитострикцией и зависит не только от вида ферромагнетика, но и от других не менее важных факторов, например от напряженности полей и расположения кристаллографических осей по отношению к ним.
Еще одной интересной особенностью ферромагнитного вещества является способность терять свои магнитные свойства или, говоря проще, превращаться в парамагнетик. Такого эффекта можно достичь при нагреве материала выше так называемой точки Кюри, при этом переход в парамагнитное состояние не сопровождается какими-либо сторонними явлениями и практически незаметен невооруженным глазом.

Область применения ферромагнетиков

Как видно, ферромагнитный материал занимает особо важное место в современном мире технологий. Его используют при изготовлении:

постоянных магнитов; ;
трансформаторов и генераторов;
электронных моторов;
электроизмерительных приборов;
приемников;
передатчиков;
усилителей и ресиверов;
винчестеров для ноутбуков и ПК;
громкоговорителей и некоторых видов телефонов;
звукозаписывающих устройств.

В прошлом некоторые магнитно-мягкие материалы использовались также в радиотехнике при создании магнитных лент и пленок.

Магнитные свойства нержавеющей стали

Нержавеющая или коррозионностойкая сталь – это сплав железа и углерода. В его составе содержится хром, из которого образуется при помощи кислорода оксид хрома и за счет этого на поверхности создается оксидная пленка, защищающая изделие от появления коррозии. В статье расскажем о свойствах этого вида стали и выясним магнитится ли нержавейка.

Свойства коррозионностойкой стали

легкую обрабатываемость методом холодной формовки;
высокая стойкость к атмосферной коррозии и различным химическим воздействиям;
достаточно высокую прочность;
долговечность в использовании без утраты своих качеств и эксплуатационных свойств, средний срок эксплуатации таких сплавов примерно 40-50 лет;
достойный внешний вид, гладкая поверхность;
достаточно просто поддается очистке от загрязнений бытовыми моющими средствами, что делаете ее обслуживание экономичнее, чем того требуют изделия из обычной стали;

В настоящее время создано более 250 видов нержавеющей стали, которые в своем составе содержат не только хром, но и никель, кобальт, титан, молибден, ниобий. От того, какой химический элемент и в каких количествах добавляется в сплав, зависят эксплуатационные свойства и область применения стали. Обязательным элементом в составе нержавеющей стали является углерод. Благодаря ему сплав приобретает твердость и прочность.

Магнитные свойства нержавейки

Отличить на глаз нержавейка перед вами или обычная сталь, невозможно. Считается, что нержавеющая сталь магнититься не должна, но достоверный результат получить достаточно сложно. Бывает так, что сталь, которая не магнитится, отлично противостоит ржавчине и наоборот, изделие, которое обладает способностью к намагничиванию, ржавеет. Магнитные свойства нержавейки зависят от химического состава сплава.

парамагнетики, имеют коэффициент магнитной восприимчивости выше нуля;
диамагнетики, имеют коэффициент магнитной восприимчивости ниже нуля;
ферромагнетики, имеют повышенную чувствительность к магнитному полю, интенсивно намагничиваются даже при наличии слабого магнитного излучения. Они применяются как добавки к нержавеющей стали, улучшая ее эксплуатационные характеристики.

Как определить коррозионную стойкость стали

хорошо зачистить маленький участок детали;
нанести пару капель раствора медного купороса;
если изделие покрылось слоем красной меди, значит сплав подвержен ржавчине, если ничего не произошло, то это нержавеющая сталь.

Степень устойчивости к коррозии можно определить по количеству основных элементов, которые входят в состав сплава- никеля и хрома. Если хрома содержится больше 12 %, то этот сплав будет антикоррозийным в обычной среде, если больше 17%, то он может выдерживать даже агрессивную щелочную среду.

Нержавейка, которая магнитится

Ферритные сплавы

В них содержится хром в больших количествах, примерно 20 %. Обладают высокими магнитными свойствами и стойкостью к коррозии. Приобретают большую мягкость из-за уменьшения в составе углерода и легко поддаются различным видам обработки. Чаще всего такие сплавы применяют в тяжелой промышленности, на предприятиях пищевой промышленности, также из них изготавливают элементы систем отопления. Стоят они дешевле, чем аустенитные сплавы.

маленький уровень теплового расширения и теплопроводность;
повышенная температурная стойкость и текучесть;
устойчивость к деформации и коррозии.

Это позволяет использовать эти сплавы в изготовлении электромагнитных приводов и исполняющих механизмов.

Мартенситные сплавы

Обладают повышенной прочностью, не уступают углеродистым сталям, благодаря закалке и отпуску. Это абсолютные ферромагнетики. Встречаются нечасто, поскольку сложно выдержать чистый состав. Сплавы с высоким содержанием хрома устойчивы к влажности и агрессивным средам. Отлично поддаются сварке, можно применять как горячую так и холодную штамповку.

Мартенситы жаропрочны и способны к самозакаливанию. Применяются в машиностроении для изготовления абразивов, в изготовлении столовых приборов, элементов насосных систем, пружин, хирургического и различного режущего инструмента. Среди нержавеющих сталей мартенситные сплавы обладают самой высокой способностью к намагничиванию.

Мартенситно-ферритные сплавы

Имеют неплохие эксплуатационные характеристики, легко поддаются термообработке. Но при сварке имеют склонность к образованию холодных трещин. Применяются в том случае, когда необходимы поверхности, часто подвергающиеся нагреву, коллекторы, котлы, трубопроводы.

Нержавейка, которая не магнитится

Аустенитные сплавы

Это самые распространенные в использовании сплавы нержавеющей стали, в своем составе содержат до 33 % никеля и хрома, что увеличивает их сопротивление коррозии. Имеют очень высокую прочность, холодостойкость и электрохимическую стойкость, хорошо полируются и устойчивы к появлению царапин.

Широко применяется в нефтеперерабатывающей и химической отраслях, авиастроении, электротехнике, в оборудовании для пищевой промышленности, для производства сантехники, медицинского и холодильного оборудования, крепежных изделий, емкостей для пищевых продуктов и жидкостей.

В обычном состоянии не обладают способностью к намагничиванию, но после применения холодной деформации, когда аустенит частично превращается в феррит, магнитные свойства могут проявляться. Термическая обработка, используемая для повышения химических и физических свойств изделий резко повышает повышает магнитные свойства сталей.

Аустенитно-ферритные

В составе используется никель и хром, дополнительно может применяться марганец, молибден, титан и ниобий. Имеют повышенные показатели прочности и устойчивость к коррозии. Широкое распространение получили в изготовлении теплообменного оборудования.

Как определить пищевую нержавейку

Для хранения пищевых продуктов хорошо подходит нержавеющая сталь. Она безопасна, экологична, устойчива к воздействию многих химических веществ, долговечна, эстетична, легка в обслуживании.

Из нержавейки изготавливают противни для духовок, кухонные плиты, холодильники и многую другую бытовую технику. Сфера применения пищевой нержавеющей стали постоянно расширяется.

Можно ли определить, пищевая нержавейка используется или изделие, которое не подходит для хранения пищевых продуктов?

Если взять государственный стандарт, то нигде конкретно не указано, какая нержавеющая сталь должна применяться в изготовлении изделий для пищевой промышленности. Но к материалам, которые используются в пищевой промышленности, приготовлении, хранении и транспортировке продукции должны применяться более высокие требования. Обычная нержавейка не всегда может выдержать различные воздействия, поэтому специалисты разработали специальные стали, который отвечают всем необходимым требованиям.

Насколько сплав магнитится или не магнитится зависит от количества никеля, содержащегося в нем. Стандартная норма-10 %, если уменьшить до 9%, то сплав начнет магнититься. Самые лучшие нержавейки состоят из чистого аустенита. Иногда для удешевления стали в сплав добавляют вместо никеля марганец, свойства стали при этом остаются на том же уровне.

Магнитные свойства нержавеющей стали никак не влияют на эксплуатационные характеристики, в частности, на коррозионную стойкость материала. Даже если сталь обладает способностью к намагничиванию, это совершенно не значит, что ее нельзя отнести к сплавам нержавеющего типа. Магнитится та нержавейка, в составе которой преобладает мартенсит.

Магнитные свойства аустенитных нержавеющих сталей

Магнитомягкие — так по-другому называют электротехнические стали. Они должны соответствовать ГОСТ 21427-75. Такие магнитные стали применяют для работы в переменных полях, там, где происходит намагничивание без перерыва. Магнитотвердые материалы владеют существенной остаточной индукцией, высокой коэрцитивной силой. Малая магнитная проницаемость становится дополнительным свойством сплава.

Магнитную сталь маркируют четырехзначным числом. Первое число определяет структуру и вид прокатки. Второе — содержание кремния. Третье число определяет тепловые потери, четвертое — код нормируемого параметра.

Магнитная сталь что это такое

Повышение технических характеристик изделий, имеющих в своем составе детали из электротехнических сталей и прецизионных магнитомягких сплавов, опирается на современные средства моделирования их работы. С достаточной точностью это возможно проводить в среде моделирования Elcut 6.3 Профессиональный, который позволяет выполнять расчеты электрических машин, работающих в постоянных и переменных магнитных полях. Моделирование работы поляризованного электромагнита (ЭМП) с пассивным удержанием штока основано на аналитических данных, полученных при решении осесимметричной задачи магнитостатики в среде Elcut 6.3 Профессиональный, что позволяет установить влияние материала вставок якоря из прецизионных магнитомягких сплавов 27КХ ГОСТ 10160-75 и 49КФ ГОСТ 10160-75 и электротехнической стали 10880 ГОСТ 11036-75 на изменение тяговых усилий и энергопотребление ЭМП.

Конструкционная сталь характеристики, свойства

Конструкционная легированная марганцовистая сталь 45Гиспользуется для изготовления деталей — карданные/ коленчатые валы, анкерные болты, шестеренные/ шлицевые валы, зубчатые колеса, диски трения, тормозные рычаги, оси, шатуны, другие изделия.

Сталь 45Г – отечественные аналоги

Материал 45Г – характеристики

Марка	Классификация	Вид поставки	ГОСТ	Зарубежные аналоги
45Г	Сталь конструкционная легированная	Сортовой прокат	4543–71	есть

Марка 45Г – технологические особенности

Режим	Охлаждающая среда	t, 0С
Закалка	масло	850
Отпуск	воздух	600

Вид полуфабриката	t, 0С
Слиток	1190–820

Свариваемость	Способы сварки	Рекомендации
Трудно свариваемая	РДС, АДС	Подогрев + термообработка

Флокеночувствительность

Исходные данные	Обрабатываемость резанием Ku
Состояние	HB, МПа	sB, МПа	твердый сплав	быстрорежущая сталь
нормализованное	174–207	620	0,95	0,7

Сталь 45Г – химический состав

Массовая доля элементов не более, %:

Кремний	Марганец	Медь	Никель	Сера	Углерод	Фосфор	Хром
0,17–0,37	0,7–1	0,3	0,3	0,035	0,42–0,5	0,035	0,3

Материал 45Г – механические свойства

Сортамент	ГОСТ	Размеры – толщина, диаметр	Режим термообработки	t	KCU	y	d5	sT	sв
мм	0С	кДж/м2	%	%	МПа	МПа
Пруток	4543–71	25	Закалка (масло)	850	490	40	15	370	620
Отпуск (воздух)	600

В зависимости от сечения заготовки

Сечение	y	d5	s0,2	sв	KCU
%	%	МПа	МПа	Дж/см2
Закалка (вода) 8400С. Отпуск (воздух) 5700С
30	55	18	550	800	78
50	55	18	490	760	68
120	50	16	450	740	59
200	45	16	430	740	59
240	45	16	430	740	59

Твердость, Мпа

Сортамент	ГОСТ	Термообработка	HB 10-1
Прокат	4543–71	Отжиг	229

Температура критических точек, 0С

Критические точки	Ac1	Ac3	Ar1	Ar3
Температура	715	735	635	710

Предел выносливости, МПа

Марка 45Г – точные и ближайшие зарубежные аналоги

Англия	Болгария	Германия	Италия	Китай	Польша	США	Франция	Япония
BS	BDS	DIN, WNr	UNI	GB	PN	—	AFNOR	JIS

Сталь 45Г – область применения

Материал марки 45Г используют в машиностроении для изготовления деталей повышенной прочности.

Условные обозначения

HRCэ	HB	KCU	y	d5	sT	sв
МПа	кДж / м2	%	%	МПа	МПа
Твердость по Роквеллу	Твердость по Бринеллю	Ударная вязкость	Относительное сужение	Относительное удлинение при разрыве	Предел текучести	Предел кратковременной прочности

Ku	s0,2	t-1	s-1
Коэффициент относительной обрабатываемости	Условный предел текучести с 0,2% допуском при нагружении на значение пластической деформации	Предел выносливости при кручении (симметричный цикл)	Предел выносливости при сжатии-растяжении (симметричный цикл)

N	число циклов деформаций/ напряжений, выдержанных объектом под нагрузкой до появления усталостного разрушения/ трещины

Без ограничений	Ограниченная	Трудно свариваемая
Подогрев	нет	до 100–1200С	200–3000С
Термообработка	нет	есть	отжиг

Купить конструкционную легированную сталь 45Г в Санкт-Петербурге Вы можете по телефону +. Специалисты оформят заказ, сориентируют по сортаменту, ценам, условиям доставки.

Магнитящиеся нержавеющие стали и коррозионностойкость

Бывают ли магнитящиеся нержавеющие стали и как это влияет на коррозионностойкость

На вопрос о том, магнитится ли нержавеющая сталь, однозначного ответа не существует, поскольку магнитные свойства сплавов определяются свойствами их структурных составляющих.

Классификация материалов по их магнитным свойствам

Тела, помещённые в магнитное поле, намагничиваются. Интенсивность намагничивания (J) прямо пропорциональна увеличению напряжённости поля (H):

J= ϰH, где ϰ – коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью.

Если ϰ>0, то такие материалы называют парамагнетиками, а если ϰ

Некоторые металлы – Fe, Co, Ni, Cd – обладают чрезвычайно большой положительной восприимчивостью (около 105), они называются ферромагнетиками. Ферромагнетики интенсивно намагничиваются даже в слабых магнитных полях.

Нержавеющие стали промышленного назначения могут содержать в своей структуре феррит, мартенсит, аустенит или комбинации этих структур в разных соотношениях. Именно фазовыми составляющими и их соотношением определяется – магнитится нержавейка или нет.

Магнитная нержавеющая сталь: структурный состав и марки

Существуют две фазовые составляющие стали с сильными магнитными характеристиками:

Мартенсит, с точки зрения магнитных свойств, является чистым ферромагнетиком.
Феррит может иметь две модификации. При температурах, которые находятся ниже точки Кюри, он, как и мартенсит, ферромагнетик. Высокотемпературный дельта-феррит – парамагнетик.

Таким образом, коррозионностойкие стали, структура которых состоит из мартенсита, – это магнитная нержавейка. Эти сплавы реагируют на магнит, как обычная углеродистая сталь. А ферритные или феррито-мартенситные стали могут иметь различные свойства, зависящие от соотношения фазовых составляющих, но, чаще всего, и они ферромагнитны.

К данной категории относятся хромистые и некоторые хромникелевые стали. Они разделяются на следующие подгруппы:

Мартенситные стали твёрдые, упрочняются закалкой и отпуском, как обычные углеродистые стали. Применяются они в основном для производства столовых приборов, режущего инструмента и в общем машиностроении.

Стали 20Х13, 30Х13, 40Х13 мартенситного класса производятся преимущественно в термически обработанном шлифованном или полированном состоянии

Хромоникелевая сталь мартенситного класса 20Х17Н2 обладает более высокой коррозионной стойкостью, чем 13%-ые хромистые стали. Эта сталь отличается высокой технологичностью – хорошо поддаётся штамповке, горячей и холодной, обрабатывается резанием, может свариваться всеми видами сварки.

Ферритные стали типа 08Х13 мягче мартенситных из-за меньшего содержания углерода. Одна из самых потребляемых сталей ферритного класса – магнитный коррозионностойкий сплав AISI 430, который является улучшенным аналогом марки 08Х17. Эта сталь применяется для изготовления технологического оборудования пищевых производств, используемого при мойке и сортировке пищевого сырья, измельчения, разделения, сортировки, расфасовки, транспортировки продукции.
Ферритно-мартенситные стали (12Х13) имеют в структуре мартенсит и структурно-свободный феррит.

Немагнитная нержавеющая сталь

К немагнитным сплавам относятся хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали следующих групп:

Аустенитные стали по объёму производства занимают ведущее место. Широко распространена нержавейка немагнитная аустенитного класса – сталь AISI 304 (аналог – 08Х18Н10). Этот материал применяется в производстве оборудования для пищевой промышленности, изготовления тары для кваса и пива, испарителей, столовых приборов – кастрюль, сковород, мисок, раковин для кухни, в медицине – для игл, судового и холодильного оборудования, сантехнического оборудования, резервуаров для жидкостей различного состава и назначения и сухих веществ. Стали 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т (используется в метизах А2), 10Х17Н13М2Т (используется в метизах для использования в агрессивных средах, кислотостойких и соленых, А4) имеют прекрасную технологичность и высокую коррозионную стойкость даже в парах химических производств и океанских водах.
Аустенитно-ферритным сталям характерно высокое содержание хрома и пониженное содержание никеля. Дополнительными легирующими элементами являются молибден, медь, титан или ниобий. Эти стали (08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т) имеют некоторые преимущества перед аустенитными сталями – более высокую прочность при сохранении требуемой пластичности, большую стойкость к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию.

К группе немагнитных материалов относятся также коррозионностойкие аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные стали.

Способ определения, является ли немагнитная сталь коррозионностойкой

Как показывает изложенная выше информация, однозначного ответа на вопрос – нержавейка магнитится или нет – не существует.

Если сталь магнитится, можно ли узнать, является ли она коррозионностойкой? Для ответа на этот вопрос необходимо зачистить небольшой участок детали (проволоки, трубы, пластины) до блеска.

На зачищенную поверхность наносят и растирают две-три капли концентрированного раствора медного купороса. Если сталь покрылась слоем красной меди – сплав не является коррозионностойким.

Если никаких изменений на поверхности материала не произошло, то перед вами нержавеющая сталь.

Проверить в домашних условиях, относится ли сталь к группе пищевых сплавов, невозможно.

Магнитные свойства нержавеющей стали никак не влияют на эксплуатационные характеристики, в частности, на коррозионную стойкость материала.

Нержавеющие стали с хорошими магнитными свойствами

Магнитные свойства нержавеющей стали во многом зависят от структуры материала. Больше всего они проявляются в нижеприведенных случаях:

Мартенсит характеризуется хорошими магнитными свойствами, является ферримагнетиком в чистом виде. Встречается подобная нержавейка крайне редко, так как чистый химический состав выдержать довольно сложно. Как и обычные углеродистые варианты исполнения, рассматриваемый может улучшаться при помощи закалки или отпуска. Подобный металл получил широкое распространение не только в промышленности, но и в быту. Наибольшее распространение получили следующие марки: 20Х13 и 40Х13. Они могут подвергаться механическому воздействию, шлифованию или полированию, а также различной термообработке. К особенностям химического состава можно отнести повышенную концентрацию хрома и углерода. 20Х17Н2 – еще одна нержавейка, которая характеризуется высокой концентрацией хрома. За счет этого структура становится более устойчивой к воздействию влаги и некоторых агрессивным средствам. Несмотря на большое количество легирующих элементов, спав поддается сварке и может подвергаться горячей или холодной штамповке.
Феррит в зависимости от степени нагрева может применять две формы: ферромагнетика и парамагнетика. В химическом составе подобных материалов меньше углерода, за счет чего они становятся более мягкими и лучше поддаются обработке. В эту группу входит нержавейка 08Х13, которая активно применяется в пищевой промышленности. Кроме этого, в данную группу входят AISI 430, который применяется на пищевых производственных предприятиях.
Мартенситно-ферритные сплавы характеризуются весьма привлекательными эксплуатационными качествами. Подобной структурой обладает сплав 12Х13. Как и предыдущие металлы, рассматриваемый может подвергаться механической и термохимической обработке.

Сталь 20Х13 Сталь 40Х13
Приведенная выше информация указывает на то, что наиболее ярко выраженные магнитные свойства у мартенситной структуры.

При выборе сплава следует учитывать, что не все нержавейки характеризуются устойчивостью к механическим повреждениям. Даже незначительное воздействие может привести к повреждению поверхностного слоя. Несмотря на то, что хромистая пленка способна восстанавливаться при контакте с кислородом, были выпущены новые сплавы, характеризующиеся повышенной механической устойчивостью.

Читайте также: