Стали и сплавы с особыми физико-механическими свойтствами
Классификация:
1. магнитные стали;
2. резистивные стали;
3. стали и сплавы с заданным коэффициентом линейного расширения.
Магнитные стали применяются для конструирования, изготовления магнитопроводов различных устройств РЭС.
Магнитопровода – это сборочные единицы, предназначенные для концентрации и проведения магнитного потока. Они используются при изготовлении трансформаторов, датчиков индуктивностей.
Классификация магнитных сталей:
1. магнитотвердые стали;
2. магнитомягкие стали;
3. парамагнитные стали.
Магнитотвердые стали предназначены для изготовления постоянных магнитов.
Требования: обеспечение наибольшей коэрцитивной силы Нс и наибольшей магнитной индукции Br.
Постоянные магниты изготавливаются по технологии порошковой металлургии. Берутся Al, Ni, Co, Cu. Из них изготавливаются порошки, которые перемешиваются, формуются и спекаются (большая твердость, но хрупкость).
Это сплав «Альнико» – Al - Ni - Co – Fe.
Есть 2 типа сплавов:
| сплав | химический состав | магнитная индукция | ||||
| Ni, % | Al, % | Co, % | Cu, % | Hc | Br | |
| ЮНДК15 | 18-19 | 8,5-9,5 | 14-15 | 3-4 | > 500 | |
| ЮН14ДК25А | 13,5-14 | 8-8,5 | 24-26 | 3,5-4 |
Магнитомягкие стали применяются для изготовления переменных магнитных приборов. К этим сталям относят: чистое железо, но в основном используются сплавы Fe – Si (электротехнические стали). Требование: минимальное содержание углерода: С = 0,05-0,005%; 0,8-,8% Si.
По структуре электротехнические стали классифицируются:
1. горячекатаные электротехнические стали, обладают симметричностью магнитных свойств; марки – 1211, 1212, 1311-1313, 1411-1413; ГОСТ 2.14273-75;
2. холоднокатаные изотропные электротехнические стали; марки – 2011, 2012, 2112, 2211, 2411, 2412; ГОСТ 214272-75;
3. холоднокатаные текстурованные (анизотропные) электротехнические стали: 3411, 3412, 3416, 3404-3406.
При прокатке этих сталей в одном направлении происходит деформация кристаллов материала в направлении прокатки, в результате чего стали приобретают специальную вытянутую структуру и асимметрические магнитные свойства.
Марка:
Первая цифра показывает структуру сталей: 1 – горячекатаные, 2 – холоднокатаные, 3 – холоднокатаные анизотропные.
Вторая цифра определяет процентное содержание кремния в электротехнической стали:
0→Si до 0,4% 2→Si от 0,8% до 1,8% 4→Si от 2,8% до 3,8%
1→Si от 0,4% до 0,8% 3→Si от 1,8% до 2,8%
Третья и четвертая цифры ставятся по основной нормированной характеристике (магнитная индукция, магнитная проницаемость).
Чем больше содержание углерода, тем более качественные значения магнитных характеристик имеют эти стали. Но при увеличении содержания кремния, такие стали приобретают хрупкость, трудно поддаются штамповке.
Все магнитные стали чувствительны к воздействию ударных нагрузок, после которых магнитные свойства ухудшаются или вообще пропадают.
К магнитомягким сплавам относят пермаллойд – сплав железа с никелем (FeNi).
Основная особенность – высокая магнитная проницаемость, хорошая работа в слабых магнитных полях. Используются для изготовления магнитных головок, считывающих устройств, импульсных трансформаторов.
Низко никелевые пермаллойды:
НН (Ni = 40-65%): марки – 50Н, 65Н, 50НКС; μо < 400 Гс/э.
Высоко никелевые пермаллойды
ВН (Ni = 78-86%): 79НМА, μо < 35000 Гс/э.
К магнитомягким сплавам относят ферриты, которые изготавливаются на основе порошковых окислов железа и других 2-х валентных металлов: NiO, MnO, ZnO, Fe2O3.
Ферриты обладают чрезвычайно большой μо (быстрое намагничивание и перемагничивание), сейчас используются как антенны.
В ЭВМ применяются ферриты, изготовленные на основе MgO-MnO-Fe2O3; марка: ППГ – 012ВТ.
Парамагнитные стали – не магнитные стали, применяются для экранирования схемных элементов. В настоящее время экранирование производится легированными сталями. Марки: 12Х1ВН9, 55Г9Н9Х3.
Резистивные стали – стали с высоким электро-сопротивлением. Применяются для изготовления проволочных сопротивлений, нагревательных элементов, используются в различных технологических установках.
Требования: минимальное содержание углерода, окаменостойкость (чтобы при нагревании поверхность не окислялась), чтобы при нагревании не деформировалась.
| Сплав | Х13Ю4 фекраль | ОХ23Ю5 кромель | ОК27Ю5А хромель |
| T, oC | |||
| ρ, Ом∙мм2/м | 1,18-1,34 | 1,29 | 1,37-1,47 |
ρ – омическое сопротивление, Т – рабочая температура.
Нихром – сплав никеля и хрома, практически не деформируется при нагревании.
Марки: Х20Н80,
С целью экономии никеля используются феранихромы: Х15Н60 – 25% Fe → OC – 950-1000ОС, ρ = 1,0-1,2 (Ом∙мм2/м).
Стали с заданным коэффициентом линейного расширения применяются при создании различных соединений со стеклом, керамикой и т.д. Так же применяются при изготовлении генераторных ламп измерительно-контрольного инструмента.
Fe-Ni в зависимости от процентного содержания никеля может изменять свой коэффициент линейного расширения.
Рис.26
При 36% содержании Ni материал называется инваром (0,05%-с α = 1,5∙10-6 1/ОС).
В вакуумной промышленности используется ковар: 29НК (Ni - = 29%, Co = 1%, ), α = (4.6-5.5)∙10-6 (1/OC).
Для бытовых целей используются сплавы без никеля: 18ХТФ, 18ХМТФ; α ≤ 8,7∙10-6 (1/OC). (0,35% Mo, 0.35% V, 18% Cr, 0.6% Ti).