Магнитотвердые стали и сплавы

Данную группу материалов применяют для изготовления постоянных магнитов. Магнитная энергия постоянного магнита тем выше, чем больше остаточная магнитная индукция В_r и коэрцитивная сила Н_с. Магнитная энергия пропорциональна произведению В_r и Н_с. Поскольку В_r ограничена магнитным насыщением ферромагнетика (железа), увеличение магнитной энергии достигается повышением коэрцитивной силы Н_с.

Для получения высокой коэрцитивной силы стали должны иметь неравновесную структуру, обычно - мартенсит с высокой плотностью дефектов строения.

Другим важным свойством сталей и сплавов для постоянных магнитов является постоянство коэрцитивной силы и остаточной индукции во времени. Остальные магнитные характеристики для этой группы сплавов практического значения не имеют. Рассмотрим высококоэрцитивные сплавы, используемые для постоянных магнитов.

Углеродистая сталь применяется для изготовления небольших по размеру магнитов. Обычно для этой цели используется сталь У10 - У12, которая после закалки имеет Н_с = 750 - 760 А/м и В_r = 0,8 - 0,85 Тл.

Хромистая сталь (1% С и 1,5 или 3% Сr) (табл. 2.3) имеет приблизительно такие же магнитные свойства, как и углеродистая сталь.

Эти стали обладают большей прокаливаемостью и поэтому из них можно изготавливать магниты больших размеров.

Таблица 2.3 - Состав сталей для постоянных магнитов,

% (ГОСТ 6862 - 71)

Марка стали	С	Cr	Остальное
ЕХ	0,95 - 1,10	1,3 - 1,6	-
ЕХ3	0,90 - 1,10	2,8 - 3,6	-
ЕВ6	0,68 - 0,78	0,3 - 0,5	5,2 - 6,2 W
ЕХ5К5	0,90 - 1,05	5,5 - 6,5	5,5 - 6,5 Co
ЕХ9К15М2	0,90 - 1,05	8,0 - 10,0	13,5 - 16,5 Co

Кобальтовые стали (содержащие наряду с хромом 5 или 15% Со) обладают наиболее высокими магнитными свойствами (Н_с = 1250 - 2100 А/м и В_r = 0,8 - 0,85 Тл) по сравнению с другими сталями.

Для получения высоких магнитных свойств, стали подвергают сложной термической обработке, состоящей из предварительной нормализации (воздушной закалки), закалки с обычной температуры в воде или в масле и низкого отпуска желательно с предварительной обработкой холодом.

Первая высокая (1050 - 1200°С) воздушная закалка (или нормализация), необходимая для растворения крупных включений карбидных фаз, которые могли образовываться при предшествующем отжиге и которые при нормальном нагреве под закалку могут не раствориться в аустените, что не обеспечит получения высоких магнитных свойств.

Обработка холодом устраняет парамагнитный остаточный аустенит и тем самым повышает магнитные свойства; отпуск при 100°С хотя немного и снижает коэрцитивную силу, но стабилизирует ее величину во времени.

Стальные магниты изготавливают таким же образом, как и другие стальные детали, т.е. ковкой с последующим отжигом и механической обработкой.

В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа “Альнико” или ЮДНК (табл.2.4). Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготавливают литьем. После литья проводят шлифование.

Высокие магнитные свойства сплавы получают после нагрева до 1250 - 1280°С и последующего охлаждения (закалки) с определенной (критической) для каждого сплава скоростью охлаждения; после закалки следует отпуск при 580 - 600°С. Дальнейшее повышение магнитной энергии достигается созданием в сплавах магнитной и кристаллографической текстур.

Таблица 2.4 - Состав и свойства литых магнитных сплавов

Название	Марка	Содержание элементов	Магнитные свойства (не менее)
Ni	Al	Co	Cu	Si	Br (Тл)	Нс (А/м)
Ални 1	ЮН1			-	-	0,15	0,70
Ални 2	ЮН2	24,5		-	3,5	0,15	0,60
Ални 3	ЮН3	23,5	15,5	-		0,15	0,50
Алниси	ЮНС		13,5	-	-	1,0	0,40
Алнико	ЮНДК12					0,15	0,68
Алнико 15	ЮНДК15					0,15	0,75
Алнико 18	ЮНДК18					0,15	0,90
Магнико	ЮНДК24	13,5				0,15	1,23

Для создания магнитной текстуры сплавы типа Альнико подвергают термомагнитной обработке: нагреву до 1300°С и охлаждению со скоростью 0,5 - 5°С/с⁹ (в зависимости от состава сплава) в магнитном поле, приложенном вдоль направления наиболее важного для магнита данной конфигурации. Затем магнит отпускают при 625°С.

После такой обработки магнитные свойства становятся анизотропными, их магнитные характеристики (B_r, H_c) сильно возрастают в направлении приложенного магнитного поля (магнитная текстура). Термомагнитной обработке подвергают сплавы, содержащие свыше 18% Со. Кристаллическая текстура образуется в случае направленной кристаллизации отливки магнита, при этом возникают столбчатые кристаллы. Это сильно повышает магнитные свойства, поскольку они зависят от кристаллографической ориентации ферритных фаз.

Кроме описанных выше высококоэрцитивных сталей и сплавов в промышленности применяются и другие группы сплавов, которые по способу производства можно разделить на следующие группы:

1.Литые высококоэрцитивные сплавы (Al - Ni - Fe) и (Al - Ni - Co);

2. Металлокерамические материалы. Создаются на основе порошковых металлов (Cu - Ni - Co) и (Cu - Ni - Fe);

3. Магнитотвердые ферриты BaFe₁₂O₁₉(BaO 6Fe₂O₃) - бариевый феррит; CoFe₂O₄(CoO Fe₂O) - кобальтовый феррит;

4. Сплавы на основе редкоземельных металлов - SmCo₅, PrCo₅;

5. Другие магнитотвердые металлы:

а) мартенситные стали;

б) пластически деформируемые сплавы:

- кунифе (60% Cu, 20% Ni, 20% Fe), анизотропен, применяется в виде проволоки и штамповок. Применяется в качестве материала для магнитной записи;

- кунико (50% Cu, 21% Ni, 29% Co, остальное Fe). Применяется для изготовления магнитов сложной формы;

- виккалой (51 - 54% Сo, 10 - 13% V, остальное Fe). Применяется для изготовления магнитов сложной конфигурации.

К отдельной группе можно отнести магнитопласты и магнитоэласты.

Магнитопластами называют материалы, состоящие из многодоменных магнитных частиц, связанных синтетической смолой. Металлопластические магниты изготавливают путем прессования. Изделия имеют гладкую поверхность, точные размеры и не нуждаются в дополнительной обработке. Для изготовления магнитов преимущественно применяют порошки из альни и альнико. Остаточная индукция в этих магнитах ниже, чем у литых и металлокерамических материалов, а коэрцитивная сила такая же. Применяют такие магниты в счетчиках электрической энергии, экспонометрах и других приборах.

Магнитоэласты состоят из порошка магнитотвердого материала и эластичной связки (каучука или термопластичной смолы). Для магнитоэластов можно применять молотые сплавы типа альни, ферриты, а также тонкие порошки железокобальтовых сплавов. Практическое применение находит феррит бария. По механическим свойствам магнитоэласты приближаются к резинам, а по магнитным свойствам к изотропным ферритам.

Дата добавления: 2014-01-11