Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы характеризуются высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой, относительно небольшими потерями на гистерезис. Их широко используют для изготовления магнитопроводов электрических машин, трансформаторов и других изделий.

Наиболее распространенными магнитомягкими материалами являются железо и электротехнические стали.

Железо технически чистое содержит, хоть и в малых количествах, углерод, кремний, марганец, серу и другие элементы, которые ухудшают его магнитные качества. В чистом виде используется очень редко.

Электротехническая сталь отличается от других тем, что она легирована кремнием (Si). Он резко повышает электрическое сопротивление стали, следовательно, резко понижает величину вихревых токов и потери от них. Кремний также раскисляет сталь, что увеличивает магнитную проницаемость, уменьшает коэрцитивную силу и потери на гистерезис. Однако при содержании в стали Si более 5 % у нее значительно падают механические характеристики (в первую очередь, растет хрупкость).

Магнитные свойства стали (удельные потери мощности на гистерезис и вихревые токи в Вт/кг, намагничивающая мощность в В-А/кг) получают экспериментально. Для расчетов эти данные сведены в таблицы ГОСТов, справочников и т.д.

Методом специальной прокатки и термической обработки изготавливается текстурованная сталь с кристаллами, оси которых ориентированы в направлении прокатки. Магнитные свойства (главное— магнитная проницаемость) вдоль осей этой стали в несколько раз выше, чем в сталях, не подвергавшихся такой обработке.

Электротехническая сталь производится заводами-изготовителями в виде листов, рулонов, резаной ленты толщиной 0,1; 0,2; 0,35; 0,5 и 1,0 мм. Наиболее распространены стали толщиной 0,35 и 0,5 мм.

Листовую электротехническую сталь маркируют по следующему принципу:

первая цифра (1, 2, 3) — структурное состояние и вид прокатки (1 — горячекатаная, 2 — холоднокатаная изотропная, 3 — холоднокатаная с ребровой текстурой);

вторая цифра — содержание кремния (0 - с Si до 0,4; 1 —до 0,8; 2 — до 1,8; 3 — до 2,8; 4 — до 3,8; 5 — до 4,8 %).

третья цифра — удельные потери в стали или магнитная индукция (В) для рекомендуемых условий работы (0 — р, Вт/кг при В = 1,7 Тл и/= 50 Гц; 1 — р, Вт/кг при В = 1,5 Тл и/= 50 Гц; 2 — р, Вт/кг при В = 1,0 Тл и/= 400 Гц; 6 — В, Тл в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м; 7 — В, Тл в средних магнитных полях при 10 А/м;

четвертая цифра — порядковый номер типа стали (тип определяется сочетанием трех первых цифр).

Малолегированные стали (с содержанием Si до 0,8 %) широко используются для производства якорей и полюсов машин постоянного тока. Среднелегированные (Si до 2,8 %) применяются при изготовлении магнитопроводов машин переменного тока. Высоколегированные (Si до 3,8 % и более) массово употребляют при изготовлении сердечников трансформаторов. Для этой же цели используются холоднокатаные текстурованные стали, которые резко сократили размеры и массу трансформаторов (приблизительно на 20-30 %). Однако при ремонте следует учитывать, что магнитные свойства этих сталей неодинаковы вдоль и поперек прокатки. Магнитная проницаемость вдоль прокатки намного больше. Следовательно, при шихтовке магнитопровода следует обеспечить на всем пути магнитного потока нужное направление прокатки.

Магнитомягкие сплавы специализированного назначения составляют особую группу. Применение их основано на наличии особенностей магнитных свойств, которые определяются составом и структурой. В основном они используются в радиотехнике, приборах и т.п. В ремонте электрооборудования особый интерес в них представляют немагнитные стали и чугуны. Эти материалы наиболее распространены при изготовлении бандажной проволоки, валов специальных машин, крепежа и т.п., где магнитные свойства обычных материалов нарушают нормальную работу электрического оборудования.