Материаловедение для помощников машиниста электровоза (стр. 24 )

При  воздействии  на  материал  переменного  магнитного  поля (переменного  тока) получают  динамическую  кривую  намагничивания  и  динамическую  петлю  гистерезиса. Динамическая  петля  гистерезиса  имеет  несколько  большую  площадь, чем  статическая, так  как  при  воздействии  переменного  магнитного  поля (переменного  тока) в  материале  кроме  потерь  на  гистерезис  возникают  потери  на  вихревые  токи  и  магнитное  последействие.

5.Удельная  объёмная  энергия – это  энергия, создаваемая  постоянным  магнитом  в  воздушном  зазоре (между  его  полюсами), отнесённая  к  единице  его (воздушного  зазора) объёма (Джоуль/кубический  метр).

Магнитной  характеристикой  является  максимальная  объёмная  энергия (Джоуль/кубический  метр).

Согласно  поведению  в  магнитном  поле  магнитные  материалы  делят  на  магнитомягкие  и  магнитотвёрдые.

6.Магнитомягкие  материалы  обладают  большой  начальной  и  максимальной  магнитной  проницаемостью  и  малой  коэрцитивной  силой,  им  соответствует  узкая  петля  гистерезиса. Магнитомягкие  материалы  используют  для  изготовления  сердечников  электрических  машин, трансформаторов, реле  и  других  электрических  аппаратов.

7.Магнитотвёрдые  материалы  обладают  большой  коэрцитивной  силой  и  остаточной  индукцией  и  соответственно  имеют  широкую  петлю  гистерезиса. Эти  материалы  служат  источниками  постоянного  магнитного  поля.

Магнитотвёрдые  материалы  применяют  для  изготовления  постоянных  магнитов.

По  составу  все  магнитные  материалы  делятся  на  металлические  и  неметаллические. К  металлическим  материалам  относят  чистые  металлы (железо, кобальт, никель) и  магнитные  сплавы  некоторых  металлов, а  к  неметаллическим – ферриты.

  УРОК  № 42.

  ПРАКТИЧЕСКОЕ  ЗАНЯТИЕ  № 21.

  ТЕМА. ОСНОВНЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  КРЕМНИСТЫХ  ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ  СТАЛЕЙ.

  ДЗ (1), с. 167 – 169.

Электротехнические  кремнистые  стали  представляют  собой  низкоуглеродистые  стали, в  которые  вводят  от  0,8  до  4,8%  кремния  для  улучшения  магнитных  свойств. В  этой  стали  образуется  кремнезём. Он  повышает  удельное  сопротивление  стали, что  снижает  потери  на  вихревые  токи. Кремнезём  также  способствует  росту  кристаллов  железа, что  повышает  уровень  магнитных  характеристик  стали. Введение  большого  количества  кремния  в  сталь  улучшает  все  магнитные  характеристики, но  вызывает  её  повышенную  хрупкость, исключающую  изготовление  из  неё  штампованных  деталей. Поэтому  вводят  кремний  в  сталь  до  4,8%.

Листы  кремнистой  стали  изготовляют  прокаткой  заготовок  в  нагретом  или  не  нагретом  состоянии. Различают  горячекатаную  и  холоднокатаную  кремнистую  сталь (смотри  урок  № 39).

Основные  характеристики  кремнистых  высоколегированных  сталей.

Содержа-ние  кремния  в  стали, %	Характер  прокат-ки  стали	Начальная  магнитная  проницае-мость	Максимальная  магнитная  проницаемость	Коэрцитивная  сила, А/метр
4	Горяче-   катаная	300 - 400	6000 - 8000	31 - 33
3,8	Холодно-   катаная	600 - 900	20000 - 35000	9,5 - 14

  Улучшенные  магнитные  характеристики  наблюдаются  у  холоднокатаных  сталей  только  при  совпадении  направления  их  прокатки  с  направлением  магнитного  потока. В  ином  случае  магнитные  характеристики  холоднокатаных  текстурованных  сталей  ниже, чем  горячекатаных.

Поэтому  холоднокатаные  стали  наиболее  рационально  применять  в  ленточных  сердечниках  и  других  конструкциях, где  направление  магнитного  потока  совпадает  с  направлением  прокатки.

Электротехническую  сталь  прокатывают  в  листы  и  ленты  толщиной  от  0,05  до  1,0 мм. Для  сердечников  электрических  машин, имеющих  круглую  форму, применяют  горячекатаные  стали, а  также  холоднокатаные  мало текстурованные,  которые  обладают  лучшими  магнитными  свойствами,  чем  горячекатаные.

  УРОК  № 43.

  ТЕМА. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ  МАГНИТОТВЁРДЫЕ  МАТЕРИАЛЫ.

  ДЗ (1), с. 169 – 172.

Магнитотвёрдые  материалы  применяют  для  изготовления  постоянных  магнитов. Постоянный  магнит  должен  обладать  большой  магнитной  энергией, т. е. магнитотвёрдые  материалы  должны  иметь,  возможно  большие  коэрцитивную  силу  и  остаточную  магнитную  индукцию.

Магнитный  поток  постоянного  магнита  с  течением  времени  уменьшается. Этот  процесс  называют  старением  магнита. Если  старение  магнита  наступает  в  результате  вибраций, ударов, резкого  изменения  температуры, ему  повторным  намагничиванием  можно  возвратить  прежние  магнитные  свойства. Старение  же, связанное  с  изменением  структуры  магнитотвёрдого  материала, является  необратимым.

  1.Мартенситные  высокоуглеродистые  стали.

Мартенситную  структуру  в  высокоуглеродистых  сталях  получают  их  закалкой, нагревая  до  температуры, при  которой  сталь  представляет  собой  раствор  углерода  в  железе (аустенит), и  последующим  резким  охлаждением  в  воде  или  в  масле. При  мартенситной  структуре  кристаллы  железа  резко  искажаются – вытягиваются  в  длину, а  оставшаяся  часть  раствора  углерода  вызывает  внутренние  напряжения. Это  обеспечивает  магнитную  твёрдость  постоянным  магнитам, изготовленным  из  мартенситных  сталей.

В  качестве  мартенситных  сталей  применяют  хромистые, вольфрамовые  и  кобальтовые  стали. В  хромистые  стали  в  качестве  легирующего  компонента  вводят  хром (1,3 – 3,6%), в  вольфрамовые  стали – вольфрам (5,2 – 6,5%) и  хром (0,3 – 0,5%), в  кобальтовые  стали – кобальт (5 – 17%), молибден (1,2 – 1,7%) и  хром (8 – 10%). Такие  стали  содержат (0,9 – 1,1%) углерода, остальное – железо.

Постоянные  магниты  изготовляют  из  стальных  прутков  и  полос  мартенситных  сталей  горячей  ковкой  или  штамповкой. После  механической  обработки  их  закаливают  на  мартенсит, а  затем  намагничивают. Для  стабилизации  магнитных  характеристик  все  магниты  подвергают  искусственному  старению.

Основные  магнитные  характеристики  стальных  магнитов: хромистых – остаточная  магнитная  индукция  0,95 Тесла, коэрцитивная  сила  4800 А/метр; вольфрамовых – остаточная  магнитная  индукция  1,0 Тесла, коэрцитивная  сила  4800 А/метр; кобальтовых – остаточная  магнитная  индукция  0,8 – 0,9 Тесла, коэрцитивная  сила  11000 – 13000 А/метр.

Лучшими  материалами  являются  кобальтовые  стали, но  они  значительно  дороже  хромистых  сталей  и  вольфрамовых.

Все  стали  находят  ограниченное  применение  ввиду  сравнительно  невысокого  уровня  их  магнитных  характеристик.

  2.Железоникельалюминиевые  сплавы.

Сплавы  этого  состава, легированные  кобальтом, титаном  или  ниобием, подвергнутые  особой  термической  обработке, обладают  высокими  магнитными  характеристиками: остаточная  магнитная  индукция  0,5 – 1,4 Тесла, коэрцитивная  сила  40000 – 150000 А/метр. Эти  сплавы  имеют  марки: ЮНД4, ЮНД8, ЮНДК15, ЮН13ДК24С, ЮНДК34Т5, ЮНДК35Т5  и  др. буквами  обозначают  компоненты, входящие  в  состав  сплавов  на  основе  железа: Ю – алюминий, Н – никель, Д – медь, К – кобальт, Т – титан,  Б – ниобий. Постоянные  магниты  из  этих  нековких  сплавов  можно  получать  только  литьём  с  последующей  обработкой  шлифованием.