Materiale magnetice utilizate la fabricarea dispozitivelor electrice

Următoarele materiale feromagnetice sunt utilizate pentru producția de miezuri magnetice în aparate și instrumente: fier tehnic pur, oțel carbon de înaltă calitate, fontă cenușie, oțel silicon electrotehnic, aliaje fier-nichel, aliaje fier-cobalt etc.

Să ne uităm pe scurt la unele dintre proprietățile și posibilitățile lor de aplicare.

Fier tehnic pur

Pentru circuitele magnetice de relee, contoare electrice, conectori electromagnetici, scuturi magnetice etc., fierul pur comercial este utilizat pe scară largă. Acest material are un conținut foarte scăzut de carbon (mai puțin de 0,1%) și o cantitate minimă de mangan, siliciu și alte impurități.

Aceste materiale includ de obicei: fier armco, fier suedez pur, fier electrolitic și carbonil etc. Calitatea fierului pur depinde de proporții minore de impurități.

Cele mai dăunătoare efecte asupra proprietăților magnetice ale fierului sunt carbonul și oxigenul.Obținerea fierului pur chimic este asociată cu mari dificultăți tehnologice și este un proces complex și costisitor. Tehnologia, special dezvoltată în condiții de laborator cu recoacere dublă la temperatură înaltă în hidrogen, a făcut posibilă obținerea unui singur cristal de fier pur cu proprietăți magnetice extrem de ridicate.

Am găsit cel mai mare braț de oțel răspândit obținut prin metoda deschisă. Acest material are un conținut destul de ridicat permeabilitatea magnetică, inducție de saturație semnificativă, cost relativ scăzut și, în același timp, are proprietăți mecanice și tehnologice bune.

Rezistența electrică scăzută a oțelului armco la trecerea curenților turbionari, care crește răspunsul și timpul de eliberare a releelor ​​și conectorilor electromagnetice, este considerată un dezavantaj major. În același timp, atunci când acest material este utilizat pentru relee de timp electromagnetice, această proprietate, dimpotrivă, este un factor pozitiv, deoarece face posibilă obținerea de întârzieri relativ mari în funcționarea releului prin mijloace extrem de simple.

Industria produce trei tipuri de tablă de oțel de tip armco pur comercial: E, EA și EAA. Ele diferă prin valorile permeabilității magnetice maxime și ale forței coercitive.

Oțeluri carbon

Oțelurile carbon sunt produse sub formă de secțiuni dreptunghiulare, rotunde și alte secțiuni, din care sunt turnate și părți din diferite profile.

Fontă cenușie

De regulă, fonta gri nu este utilizată pentru sistemele magnetice din cauza proprietăților sale magnetice slabe. Utilizarea sa pentru electromagneți puternici poate fi justificată din motive economice. Se aplică și fundațiilor, scândurilor, stâlpilor și altor părți.

Fonta este bine turnată și ușor de lucrat.Fonta maleabilă, recoaptă special, precum și unele clase de fontă din aliaj gri, au proprietăți magnetice destul de satisfăcătoare.

Oțeluri silicioase electrotehnice

Oțelul electric din tablă subțire este utilizat pe scară largă în inginerie electrică și hardware și este utilizat pentru toate tipurile de instrumente electrice de măsurare, mecanisme, relee, bobine, stabilizatori ferorezonanti și alte dispozitive care funcționează pe curent alternativ de frecvență normală și crescută. În funcție de cerințele tehnice pentru oțel pierderi, caracteristici magnetice și frecvența aplicată a curentului alternativ, sunt produse 28 de tipuri de foi subțiri cu o grosime de 0,1 până la 1 mm.

Pentru a crește rezistența electrică a curenților turbionari, în compoziția oțelului se adaugă o cantitate diferită de siliciu și, în funcție de conținutul acestuia, se obțin oțeluri slab aliate, mediu aliate, înalt aliate și înalt aliate.

Odată cu introducerea siliciului, pierderile din oțel scad, crește permeabilitatea magnetică în câmpuri slabe și medii, iar forța de constrângere scade. Impuritățile (în special carbonul) în acest caz au un efect mai slab, îmbătrânirea oțelului este redusă (pierderile în oțel se modifică puțin în timp).

Utilizarea oțelului siliconic îmbunătățește stabilitatea funcționării mecanismelor electromagnetice, crește timpul de răspuns pentru acționare și eliberare și reduce posibilitatea de lipire a armăturii. În același timp, odată cu introducerea siliciului, proprietățile mecanice ale oțelului se deteriorează.

Cu un conținut semnificativ de siliciu (mai mult de 4,5%), oțelul devine fragil, dur și greu de prelucrat. Ștanțarea mică are ca rezultat rebuturi semnificative și uzură rapidă a matriței.Creșterea conținutului de siliciu scade și inducția de saturație. Oțelurile siliconice sunt produse în două tipuri: laminate la cald și laminate la rece.

Otelurile laminate la rece au proprietati magnetice diferite in functie de directiile cristalografice. Ele sunt împărțite în texturate și cu textura scăzută. Oțelurile texturate au proprietăți magnetice puțin mai bune. În comparație cu oțelul laminat la cald, oțelul laminat la rece are permeabilitate magnetică mai mare și pierderi reduse, dar cu condiția ca fluxul magnetic să coincidă cu direcția de laminare a oțelului. În caz contrar, proprietățile magnetice ale oțelului sunt reduse semnificativ.

Utilizarea oțelului laminat la rece pentru electromagneții de tracțiune și alte dispozitive electromagnetice care funcționează la inductanțe relativ mari oferă economii considerabile în n. pp. și pierderi în oțel, ceea ce face posibilă reducerea dimensiunilor totale și a greutății circuitului magnetic.

Potrivit GOST, literele și numerele mărcilor individuale de oțel înseamnă: 3 - oțel electric, primul număr 1, 2, 3 și 4 după literă indică gradul de aliere a oțelului cu siliciu, și anume: (1 - aliaj slab , 2 — aliaj mediu, 3 — puternic aliat și 4 — puternic aliat.

Al doilea număr 1, 2 și 3 după literă indică valoarea pierderilor în oțel la 1 kg de greutate la o frecvență de 50 Hz și inducția magnetică B în câmpuri puternice, iar numărul 1 caracterizează pierderile specifice normale, numărul 2 — scăzut și 3 — scăzut.Al doilea număr 4, 5, 6, 7 și 8 după litera E indică: 4 — oțel cu pierderi specifice la o frecvență de 400 Hz și inducție magnetică în câmpuri medii, 5 și 6 — oțel cu permeabilitate magnetică în câmpuri slabe de la 0,002 până la 0,008 a / cm (5 — cu permeabilitate magnetică normală, 6 — cu permeabilitate crescută), 7 și 8 — oțel cu permeabilitate magnetică în mediu (câmpuri de la 0,03 până la 10 a / cm (7 — cu permeabilitate magnetică normală, 8 — cu crescut).

A treia cifră 0 după litera E indică faptul că oțelul este laminat la rece, a treia și a patra cifră 00 indică faptul că oțelul este laminat la rece cu textură scăzută.

De exemplu, oțelul E3100 este un oțel cu textură joasă, laminat la rece, de înalt aliaj, cu pierderi specifice normale la o frecvență de 50 Hz.

Litera A plasată după toate aceste numere denotă pierderi specifice deosebit de mici în oțel.

Pentru transformatoare de curent și unele tipuri de dispozitive de comunicație ale căror circuite magnetice funcționează la inductanțe foarte scăzute.

Aliaje fier-nichel

Aceste aliaje, cunoscute și sub numele de permaloid, sunt utilizate în principal pentru producția de dispozitive de comunicații și automatizări. Proprietățile caracteristice ale permalloy-ului sunt: ​​permeabilitate magnetică ridicată, forță coercitivă scăzută, pierderi reduse în oțel, iar pentru o serie de mărci - prezența, în plus, a unei forme dreptunghiulare. bucle de histerezis.

În funcție de raportul dintre fier și nichel, precum și de conținutul altor componente, aliajele fier-nichel sunt produse în mai multe grade și au caracteristici diferite.

Aliajele fier-nichel sunt produse sub formă de benzi și benzi laminate la rece, netratate termic, cu o grosime de 0,02-2,5 mm în diferite lățimi și lungimi.De asemenea, sunt produse benzi, tije și sârmă laminate la cald, dar acestea nu sunt standardizate.

Dintre toate gradele de permaloid, aliajele cu un conținut de nichel de 45-50% au cea mai mare inducție de saturație și rezistivitate electrică relativ mare. Prin urmare, aceste aliaje fac posibilă, cu goluri de aer mici, obținerea forței de tragere necesare a unui electromagnet sau releu cu pierderi mici. pp. pe oțel și oferă în același timp performanțe suficiente.

Pentru mecanismele electromagnetice, forța de tracțiune reziduală obținută datorită forței de constrângere a materialului magnetic este foarte importantă. Utilizarea permaloidului reduce această rezistență.

Aliajele de clase 79НМ, 80НХС și 79НМА, având forță coercitivă foarte scăzută, permeabilitate magnetică foarte mare și rezistență electrică, pot fi utilizate pentru circuite magnetice ale releelor ​​electromagnetice, polarizate și alte relee foarte sensibile.

Folosirea aliajelor permaloide 80HX și 79HMA pentru bobine de putere mici cu un spațiu mic de aer face posibilă obținerea de inductanțe foarte mari cu circuite magnetice de volum și greutate reduse.

Pentru electromagneți, relee și alte dispozitive electromagnetice mai puternice care funcționează la N. c relativ ridicat, permaloidul nu are avantaje deosebite față de oțelurile carbon și siliciu, deoarece inducerea de saturație este mult mai mică și costul materialului este mai mare.

Aliaje fier-cobalt

Un aliaj format din 50% cobalt, 48,2% fier și 1,8% vanadiu (cunoscut sub numele de permendur) a primit aplicație industrială. Cu un n relativ mic. c. dă cea mai mare inducție dintre toate materialele magnetice cunoscute.

La câmpuri slabe (până la 1 A/cm) inducerea permendurului este mai mică decât inducția oțelurilor electrice laminate la cald E41, E48 și în special a oțelurilor electrice laminate la rece, fier electrolitic și permaloid. Histerezisul și curenții turbionari ai permendure sunt relativ mari, iar rezistența electrică este relativ mică. Prin urmare, acest aliaj prezintă interes pentru producția de echipamente electrice care funcționează la inducție magnetică ridicată (electromagneți, difuzoare dinamice, membrane telefonice etc.).

De exemplu, pentru electromagneții de tracțiune și releele electromagnetice, utilizarea acestuia cu goluri mici de aer dă un anumit efect. O anumită forță de tragere poate fi obținută cu un circuit magnetic mai mic.

Acest material este produs sub formă de foi laminate la rece cu o grosime de 0,2 - 2 mm și tije cu un diametru de 8 - 30 mm. Un dezavantaj semnificativ al aliajelor fier-cobalt este costul lor ridicat, datorită complexității procesului tehnologic și costului semnificativ al cobaltului. Pe lângă materialele enumerate, în aparatele electrice se folosesc și alte materiale, de exemplu aliaje fier-nichel-cobalt, care au permeabilitate magnetică constantă și pierderi de histerezis foarte mici în câmpuri slabe.