Магнитные свойства сталей таблица
Обновлено: 03.05.2024
Электротехнические стали (ЭТС) – класс ферромагнитных материалов, применяющихся для изготовления магнитно-активных частей электромашин и приборов, вырабатывающих и преобразующих электрическую энергию: генераторов, трансформаторов, электродвигателей, реле, электромагнитов. По способу изготовления ЭТС делятся на горячекатаные и холоднокатаные. Несмотря на то что химический состав ЭТС обычно не нормируется, они распределяются на группы в зависимости от массовой доли главного легирующего элемента (кремний или кремний совместно с алюминием), как это показано в табл. 1.
Стали могут изготовляться с незащищённой металлической поверхностью или иметь электроизоляционное покрытие. Термостойкость обозначается в марке буквой Т, улучшение штампуемости – буквой Ш, нетермостойкое покрытие – буквой Н. Если для листовой стали проводился контроль внутренних дефектов, то добавляется буква У.
Обозначение марки стали состоит из четырёх- пяти цифр с возможным добавлением одной-двух букв.
Первая цифра означает класс по структурному состоянию и виду прокатки:
- 1 – горячекатаная изотропная,
- 2 – холоднокатаная изотропная,
- 3 – холоднокатаная анизотропная.
Вторая цифра – группа стали по содержанию кремния (см. табл. 1).
Третья цифра – вид стали по основным нормируемым характеристикам магнитных свойств.
- при цифре 0 – это величина удельных магнитных потерь при частоте тока в 50 Гц и индукции 1,7 Тл, а также индукция при напряжённости поля 100 А/м;
- при цифре 1 – величина удельных магнитных потерь при частоте тока в 50 Гц и индукции 1 и 1,5 Тл, а также индукция при напряжённости поля 2500 А/м;
- при цифре 2 – величина удельных магнитных потерь при частоте тока от 200 Гц и индукции 0,75, 1 и 1,5 Тл;
- при цифре 6 – величина индукции в слабых полях при напряжённости поля 0,4 А/м;
- при цифре 7 – величина индукции в сильных полях при напряжённости поля 10 А/м;
- цифра 8 характеризует релейные стали.
Таким образом, первые три цифры определяют тип стали. Для всех сталей, кроме релейных, четвёртая (последняя) цифра означает уровень основных нормируемых характеристик: 1 – нормальный, 2 – повышенный, 3 – высокий, 4 и более – высшие уровни.
Для релейных сталей четвёртая и пятая цифры задают величину их характеристики (значение коэрцитивной силы в А/м).
По сортаменту и видам продукции ЭТС подразделяются следующим образом:
- для электромашин промышленной частоты тока (трансформаторы, генераторы, электродвигатели) они выпускаются в виде рулонов, листов и резаных лент;
- для аппаратов, работающих при повышенных частотах тока, – в виде лент;
- для магнитопроводов машин и приборов, работающих в режиме включение – отключение (реле, пускатели, электромагниты), – в виде листов, рулонов, лент и профилей из релейных сталей.
Ниже (табл. 2–5) приводятся основные показатели магнитных свойств (удельные магнитные потери, индукция и её разброс) ЭТС различных типов. Здесь и далее частота задаётся в герцах, магнитная индукция – в теслах. Таким образом, например, Р1,5/50 означает величину удельных магнитных потерь в Вт/кг при магнитной индукции, равной 1,5 Тл, и частоте тока 50 Гц.
Для релейных сталей содержание основных элементов обычно не должно превышать: 0,04% углерода; 0,3% кремния; 0,3% марганца.
В настоящий момент производятся 20 марок таких сталей, их магнитные свойства должны соответствовать нормам, приведённым в табл. 5.
Электротехнические стали. Марки, свойства и области применения
Магнитные стали и сплавы
Магнитно-твердые стали и сплавы (ГОСТ 17809—72) по своим потребительским свойствам характеризуются высокими коэрцитивной силой и остаточной индукцией и соответственно высокой магнитной энергией.
По химическому составу промышленные магнитно-твердые стали и сплавы в порядке возрастания их коэрцитивной силы и магнитной энергии представляют собой:
· высокоуглеродистые стали (1,2..1,4 % С);
· высокоуглеродистые (1 % С) сплавы железа с хромом (до 2,8 %), легированные кобальтом;
· высокоуглеродистые сплавы железа, алюминия, никеля и кобальта, называемые алнико.
Легирующие элементы повышают, главным образом, коэрцитивную силу и магнитную энергию, а также улучшают температурную и механическую стабильности постоянного магнита.
Обозначают магнитно-твердые стали индексом «Е», указывая далее буквой с цифрой наличие хрома и его содержание в целых процентах (например, ЕХ2, ЕХЗ).
Магнитно-твердые стали и сплавы используются для изготовления различного рода постоянных магнитов. В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНДК31ТЗБА и др.). Эти сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем. После литья проводят только шлифование.
Магнитно-мягкие стали и сплавы отличаются легкой намагничиваемостью в относительно слабых магнитных полях. Их основными потребительскими свойствами являются высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, малые потери на вихревые токии при перемагничивании. Эти свойства обеспечивает гомогенная (чистый металл или твердый раствор) структура, чистая от примесей. Магнитно-мягкие материалы должны быть полностью рекристаллизованы для устранения внутренних напряжений, так как даже слабый наклеп существенно снижает магнитную проницаемость и повышает коэрцитивную силу. Магнитная проницаемость возрастает при микроструктуре из более крупных зерен.
По химическому составу промышленно применяемые магнитно-мягкие (электротехнические) стали и сплавы делятся на:
§ низкоуглеродистые (0,05. 0,005 % С) с содержанием кремния 0.8. 6,0 %;
§ сплавы железа с никелем.
Железоникелевые сплавы с содержанием никеля 36. 83 %, называемые пермаллоями, обладают наиболее высокими потребительскими свойствами. Для улучшения тех или иных характеристик в их состав вводят хром, молибден, медь и др. Величина их магнитной проницаемости превосходит аналогичные показатели для низкоуглеродистых сталей в 15 . 10 3 раз. Пермаллои — легко деформируемые сплавы. Однако деформация значительно ухудшает их первоначальные магнитные характеристики. Для восстановления свойств проводят термообработку по строго разработанному режиму: скорость нагрева (до 900. 1000 °С), выдержка и скорость охлаждения. Применяют их в аппаратуре, работающей в слабых частотных полях (телефон, радио).
Для электротехнических сталей (ГОСТ 21427—83) принята маркировка, основанная на кодировании. В обозначении марки используют четыре цифры, причем их значения соответствуют кодам, содержащим следующую информацию:
первый — структура материала (по наличию и степени текстуры) и вид прокатки (горячая или холодная деформация);
второй — химический состав по содержанию кремния;
третий — величины потерь тепловых и на гистерезис;
четвертый — значение нормируемого потребительского свойства.
Электротехнические стали изготавливают в виде рулонов, листов и резанной ленты. Они предназначены для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока, якорей и полюсов электротехнических машин, роторов, статоров, магнитных цепей трансформаторов и др.
Парамагнитными сталямиявляются аустенитные стали 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 55Г9Н9ХЗ, 40Г14Н9Ф2 и др. Их химический состав базируется на системе Fe + Cr + Ni + Ti. Основными потребительскими свойствами являются немагнитность и высокая прочность. Необходимая прочность достигается при деформационном и дисперсионном упрочнении изделий. К недостаткам этих сталей и сплавов следует отнести низкий предел текучести (150. 350 МПа), что ограничивает область применения только малонагруженными конструкциями.
Парамагнитные стали и сплавы применяют для изготовления немагнитных деталей конструкций в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники. Повышение износостойкости деталей, работающих в узлах трения, достигается азотированием (стали 40Г14Н9Ф2 и др.).
Чугуны
Чугун отличается от стали: по составу – более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
· белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;
· серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;
· половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.
Лекция 13. Материалы с особыми магнитными свойствами. Основные магнит-ные характеристики металлов. Влияние легирования на магнитные свойства. Магнит-нотвердые стали и сплавы
Из всех металлов только три (железо Тк = 768 °С, кобальт – Тк = 1121 °С, никель – Тк = 358 °С), а также РЗМ гадолиний - Тк = 17 °С обладают ферромагнетизмом при положительных температурах. Ферромагнетизмом называется магнитоупорядоченное состояние макро-скопических объемов вещества (доменов), в котором магнитные моменты атомов (ионов) параллельны и одинаково ориентированы в пространстве. [Домены (от фран. – области) ферромагнитные области, размером 10 -5 – 10 -2 см, в ферромагнитных кристаллах, в которых атомные магнитные моменты ориентированы параллельно, т.е. находятся в состоянии самопроизвольного намагничивания]. Ферромагнетизм проявляется в способности материалов значительно сгущать магнитные силовые линии. Эта способность материалов характеризуется магнитной проницаемостью [μ = В/μ 0Н]. Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных металлов достигает десятков и сотен тысяч единиц; для остальных - близка к единице. Для диамагнетиков она меньше нуля, парамагнетиков – больше нуля.
Основные сведения о магнитных свойствах дают кривые намагничивания, приведенные на рисунке 13.1. Кривая 2 является начальной кривой намагничивания, кривая 1 показывает изменение магнитной индукции в зависимости от напряженности поля при последующем намагничивании и размагничивании. Площадь, ограниченная этой кривой (которая называется гистерезисной петлей), представляет собой так называемые потери на гистерезис, т. е. энергию, которая затрачена на намагничивание. Важнейшими являются следующие магнитные характеристики, определяемые по кривой намагничивания:
Остаточная индукция Br. Это магнитная индукция, остающаяся в образце после его намагничивания и снятия магнитного поля.
Коэрцитивная сила Нс– напряженность внешнего магнитного поля проти-воположного знака, которая должна быть приложена к образцу для того, чтобы его полно-стью размагнитить. Характеризует магнитную твердость (жесткость) материала.
Магнитные сплавы подразделяют на две группы, резко отличающиеся формой гистерезисной кривой и значениями основных магнитных характеристик. К первой группе относятся магнитнотвердые сплавы (рисунок 13.2а), характеризующиеся главным образом большим значением коэрцитивной силы и остаточной индукции. Применяются для постоянных магнитов.
 |  |
| Рисунок 13.1 – Кривая намагничивания: 1 - гистерезисная кривая; 2 - первичная кривая | Рисунок 13.2 – Гистерезисная кривая для магнитнотвердого (а) и магнитномягкого (6) сплавов |
Ко второй группе относятся магнитномягкие сплавы (рисунок 13.2б). Для них характерно малое значение Нс и малые потери на гистерезис. Их применяют как сплавы, подвергаемые переменному намагничиванию (например, сердечники трансформаторов).
Влияние легирования и внутренних напряжений.Легирование металла вызывает повышение магнитной твердости. Если образуется только твердый раствор, то магнитная твердость (т. е. коэрцитивная сила), повы-шается незначительно; образование же второй фазы при легировании в количестве выше предела растворимости активно повышает коэрцитивную силу. Чем выше дисперсность вто-рой фазы в сплаве, тем выше его коэрцитивная сила.
Напряжения в решетке, вызванные наклепом или фазовыми превращениями, измельчение зерна и другие отклонения от равновесного состояния также вызывают повыше-ние коэрцитивной силы. Это значит, что изменения в строении, вызывающие повышение механической твердости, повышают и магнитную твердость (коэрцитивную силу). Этим оправдывается применение терминов - магнитная твердость или мягкость.
Стали и сплавы для постоянных магнитов (магнитнотвердые сплавы). К магнитнотвердым сплавам относятся:
1) Углеродистая сталь - применяется для изготовления небольших по размеру магнитов. Обычно для этой цели используется сталь У10–У12, которая после закалки имеет Нс = 60 ÷ 65 Э и Вr = 8000 ÷ 8500 Гс (таблица 13.1).
Таблица 13.1 - Состав стали для постоянных магнитов, % (ГОСТ 6862-71)
2) Хромистая сталь (1 % С и 1,5 или 3 % Cr) имеет приблизительно такие же магнитные свойства, что и углеродистая. Эти стали обладают большой прокаливаемостью, и поэтому из них можно изготавливать магниты больших размеров.
3) Кобальтовые стали (содержащие наряду с хромом 5 или 15 % Со) обладают наиболее высокими магнитными свойствами по сравнению с другими сталями. Дефицит-ность кобальта и то обстоятельство, что более высокие магнитные свойства достигаются в сплавах Fe-Ni-Al (менее дефицитных), крайне ограничили применение кобальтовых сталей.
Сплавы Fe-Ni-Al (11-14 % Al; 22-34 % Ni; остальное – железо) марки Альни имеют коэрцитивную силу 400–500 Э при остаточной индукции 6000–7000 Гс. Столь высокое значение магнитных свойств позволяет изготавливать мощные магниты весьма малых габаритов и массы, что имеет большое значение для приборостроения (рисунок 13.3).
Для получения высоких магнитных свойств стали подвергают сложной термической обработке, состоящей из предварительной нормализации (воздушной закалки), закалки с обычной температуры в воде или масле и низкого отпуска (желательно с предварительной обработкой холодом). Режимы термической обработки и гарантируемые магнитные свойства. приведены в таблице 13.2.
Таблица l3.2 - Термическая обработка и магнитные свойства магнитных сталей (ГОСТ 6862-71)
| Марка стали | Термическая обработка 1 , °С | Магнитные свойства (не менее) | |
| воздушная закалка (нормализация) 1-я | закалка 2 2-я | остаточная индукция Вr, Гс | коэрцитивная сила Нс, Э |
| ЕХ3 | 840-860 | ||
| Е7В6 | 1200-1250 | 820-860 | |
| ЕХ5К5 | 1150-1200 | 930-950 | |
| ЕХ9К15М | 1200-1230 | 1030-1050 | |
| 1 Обработка холодом при –70 °С. 2 Отпуск после закалки при 100 °С. |
Высокая воздушная закалка (или нормализация) необходима для растворения крупных включений карбидных фаз, которые при обычном нагреве под закалку (указывается в третьем столбце таблицы 13.2) могут не раствориться в аустените, в результате не будут достигнуты высокие магнитные свойства. Обработка холодом устраняет парамагнитный остаточный аустенит и тем самым повышает магнитные свойства. Отпуск при 100 °С немного снижает коэрцитивную силу, но стабилизирует ее величину во времени. Стальные магниты изготавливают по той же технологии, что и другие стальные детали, т. е. ковкой с последующим отжигом и механической обработкой.
 |
| Рисунок 13.3 – Размер магнитов из различных магнитных материалов. имеющих одинаковую магнитную мощность |
Более высокие магнитные свойства можно получить в сплавах Fe-Ni-Al - Альни, однако эти сплавы не поддаются механической обработке, и поэтому они изготавливаются литьем или методами порошковой металлургии, с последующим шлифованием. Экспериментально было показано, что коэрцитивная сила для сплавов Fe-Ni-Al с разным содержанием компонентов имеет максимум примерно при 13 % Аl. При этом, чем выше содержание никеля в сплаве, тем выше абсолютное значение коэрцитивной силы; у сплавов с 30 % Ni оно достигает 650 Э. Остаточная индукция с увеличением содержания никеля уменьшается, хотя максимальная магнитная энергия (произведение Н×В) наибольшая при 28 % Ni. Поэтому практически применяют сплавы Fe-Ni-Al с 12-13 % Аl и с различным (в зависимости от требуемых значений магнитных свойств) содержанием никеля. Составы промышленных сплавов приведены в таблице 13.3.
Исключительно высокую коэрцитивную силу сплавов Fe-Ni-Al и их необычное поведение при термической обработке изучали неоднократно. В ряде случаев сплавы достигают максимальной коэрцитивной силы уже в литом состоянии или после нагрева между 1000 °С и точкой плавления и, последующего охлаждения с регламентированной скоростью (например, 10-20 °С в секунду) (рисунок 13.4а). В то же время в результате резкой закалки получается пониженная коэрцитивная сила, которую не удается повысить отпуском до значений, получаемых при закалке со средней скоростью охлаждения (рисунок 13.4б). Скорость охлаждения, обеспечивающая получение максимальной коэрцитивной силы, называется критической скоростью охлаждения.
Таблица 13.3 - Состав и свойства литых магнитных сплавов Fe-Ni-A1
| Название | Марка | Содержание элементов 1 , % | Магнитные свойства (не менее) | ||||
| Ni | Al | Co | Cu | Si | остаточ-ная ин-дукция, Гс | коэрци-тивная сила, Э | макси-мальная магнит-ная энер-гия, Гс·Э·10 –6 |
| Ални 1 | ЮН1 | — | — | 0,15 | 0,7 | ||
| Ални 2 | ЮН2 | 24,5 | 13,0 | — | 3,5 | 0,15 | 0,35 |
| Ални 3 | ЮН3 | 23,5 | 15,5 | — | 0,15 | 0,9 | |
| Алниси | ЮНС | 13,5 | — | — | 1,0 | 1,0 | |
| Алнико | ЮНДК12 | 0,15 | 1,4 | ||||
| Алнико 15 | ЮНДК15 | 0,15 | 1,5 | ||||
| Алнико 18 | ЮНДК18 | 0,15 | 1,7 | ||||
| Магнико | ЮНДК24 | 13,5 | 0,15 | 1,9 | |||
| 1 Остальное – железо. |
Согласно современным представлениям, получение высокой коэрцитивной силы при закалке следует связывать с процессом распада однофазного твердого раствора, существующего у сплавов Fe-Ni-Al при высоких температурах (после нагрева под закалку).
 |  |
| Рисунок 13.4 – Коэрцитивная сила сплава Fe-Ni-A1 (27,4 % Ni; 14,7 % Al): а – в зависимости от скорости охлаждения при закалке с 1250 °C; б – в .зависимости от температуры отпуска |
Исходный однофазный сплав (β-фаза) с решеткой объемноцентрированного куба в процессе охлаждения с высокой температуры полностью распадается с образованием высокодисперсных ферромагнитных фаз β1 и β2, также имеющих объемноцентрированные кристаллические решетки. По химическому составу фазы существенно различны: β1-фаза близка к железу, β2-фаза представляет собой твердый раствор на основе химического соединения NiAl. Обе фазы имеют упорядоченную кристаллическую структуру. Так как решетки обеих фаз однотипны, а параметры их близки друг к другу, то между ними сохраняется прочная когерентная связь и свойственное такому роду связи напряженное состояние по поверхностям раздела фаз. Подобного типа гетерогенная структура, состоящая из β1- и β2-фаз с ненарушенной когерентной связью, обладает наиболее высокой коэрцитивной силой.
Таким образом, получение высококоэрцитивного состояния сводится к разделению исходной β-фазы на когерентные высокодисперсные β1- и β2-фазы, что приводит к возникновению больших напряжений и к искажению кристаллических решеток фаз, к дроблению блоков мозаичной структуры. Для наиболее успешного проведения этого процесса необходим ступенчатый распад β-фазы. Существуют два температурных интервала ступенчатого распада. В верхнем интервале (900–800 °С) происходит подготовительный процесс, а в нижнем (700-600 °С) с достаточной полнотой заканчивается процесс дисперсионного распада. Такое состояние сплава не может быть достигнуто резкой закалкой и отпуском, так как закалка полностью фиксирует состояние β-фазы и не дает протекать подготовительным процессам; следовательно, при последующем отпуске (700-600 °С) может наблюдаться лишь вторая ступень распада, и коэрцитивная сила не достигает максимального значения.
Магнитные свойства сплавов Ni–Al в сильной степени зависят от массы магнита и его химического состава. Чем массивнее магнит, тем при данном химическом составе медленнее приходится его охлаждать, чтобы не получились трещины. Но при этом скорость охлаждения может оказаться меньше «критической» и магнитные свойства не достигнут своего максимального значения. Наивысшие магнитные свойства реализуются при 27–32 % Ni и 12–14 % Аl (остальное железо). Никель увеличивает критическую скорость охлаждения, а алюминий ее уменьшает.
Применяют также сплавы Ni–Al с добавками кремния (1–2 %). Такие сплавы обладают очень высокой коэрцитивной силой (до 640 Э) при умеренной индукции (400–500 Гс) и пониженной критической скоростью охлаждения, что очень существенно при изготовлении массивных магнитов. Добавка меди к сплавам Fe-Ni-Al позволяет частично заменить дорогой никель и улучшить свойства сплава. Введение в сплав с 22 % Ni до 6 % Cu повышает Нc без снижения Br. Наиболее высокие магнитные свойства достигаются при одновременном введении меди и кобальта. Последний повышает коэрцитивную силу и остаточную индукцию.
Особое внимание следует уделить высококобальтовым сплавам (15–24 % Со), которые подвергаются так называемой закалке в магнитном поле. Сущность этой закалки заключается в том, что нагретый до температуры закалки (около 1300 °С) магнит быстро помещают между полюсами электромагнита (напряженность поля должна быть не менее120000 А/м) и так охлаждают до температуры ниже 500 °С. Дальнейшее охлаждение проводят обычно на воздухе. После такой обработки магнит обладает резкой анизотропией магнитных свойств. Магнитные свойства очень высоки только в том направлении, в котором действовало внешнее магнитное поле в процессе закалки.
Явления, происходящие при термической обработке в магнитном поле.Как известно, процесс перехода сплава из парамагнитного состояния в ферромагнитное (в точке Кюри) заключается в возникновении в нем областей спонтанного намагничивания. Если в это время на сплав подействовать сильным магнитным полем, то в микрообъемах сплава произойдет пластическое деформирование, вызванное поворотом этих областей, стремящихся ориентироваться вдоль силовых линий внешнего магнитного поля. Поворот областей спонтанного намагничивания (т. е. пластическая деформация) может произойти тем легче, чем выше в это время температура сплава, т. е. чем выше его точка Кюри. Присадка кобальта сильно повышает эту температуру. Поэтому термомагнитная обработка сплавов Ni–Al с большими добавками кобальта дает значительный эффект.
В последнее время начинают применять различные магнитные деформируемые текстурованные сплавы. Эти сплавы сравнительно легко обрабатываются резанием, и их выпускают главным образом в виде полос, лент и т. д. В качестве такого сплава можно указать, например, викаллой. Один из типов викаллоя (52 % Со, 14 % V, Fe – остальное) дает остаточную индукцию около 10000 Э при коэрцитивной силе около 400 Гс. Получили также применение высококоэрцитивные сплавы на основе соединений редкоземельных металлов
Магнитные свойства аустенитных нержавеющих сталей
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.
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.
Ферриты
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.
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.
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.
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.
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.
Читайте также: