Содержание
- 2. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.1.1 Железо и низкоуглеродистые стали 1.13.1 Магнитомягкие сплавы Основным компонентом большинства
- 3. • В настоящее время наиболее распространенными материалами для изготовления магнитопроводов электрических машин и трансформаторов являются электротехнические
- 4. • Из-за особенностей получения и способов формирования оптимальных магнитных свойств в особую группу выделяют аморфные и
- 5. 1.13 Требования к магнитным свойствам магнитомягких материалов при использовании в различных электротехнических устройствах
- 6. 1.14 Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали • Несмотря на то, что КПД
- 7. • Полные потери на перемагничивание (Р) складываются из потерь на гистерезис (РГ) и вихревые токи (РВ).
- 8. • Потери на макровихревые токи возникают в результате изменения общей намагниченности идеально однородного в магнитном отношении
- 9. 1.14 Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
- 10. Для высокочастотных машин основное значение имеют удельные магнитные потери, т.к. нагрев участков магнитопровода, перемагничиванием с высокой
- 11. Прецизионные магнитомягкие сплавы. По объему производства прецизионные сплавы значительно уступают электротехническим сталям, однако области их применения
- 12. 1.13 Классификация прецизионных магнитомягких сплавов
- 13. 1.13 Классификация прецизионных магнитомягких сплавов
- 14. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.2 Магнитотвердые материалы Применение: Изготовление постоянных магнитов; Изготовление магнитных лент и
- 15. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.2 Магнитотвердые материалы В принципах создания магнитотвердых материалов лежат: 1. Затрудненность
- 16. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.2 Магнитотвердые материалы Пример 1. Закаленные заэвтектоидные стали легированные карбидообразующими элементами
- 17. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.2 Магнитотвердые материалы Пример 2. На принципе однодоменности. Альнико. Сплавы на
- 18. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.2 Магнитотвердые материалы Пример 3. Самыми высокоэрцитивными являются материалы на основе
- 19. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.2 Магнитотвердые материалы
- 20. 1.13 Принципы создания магнитных материалов 1.13.3 К группе материалов специального назначения относят: 1) материалы с прямоугольной
- 22. Скачать презентацию
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.1.1 Железо и низкоуглеродистые стали
1.13.1 Магнитомягкие
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.1.1 Железо и низкоуглеродистые стали
1.13.1 Магнитомягкие
Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо. Само по себе железо типичный магнитомягкий материал, магнитные свойства которого существенно зависят от содержания примесей.
Нс ~ 48А/м – эл/литическое железо; Нс ~ 0,8А/м – зонная плавка.
Чистое железо вследствие низкого удельного сопротивления используют редко, в основном для изготовления материалов постоянного магнитного потока. Для работы в переменных полях применяются электротехнические стали (98,5% всех магнитомягких материалов).
Электролитическое железо получают при электролизе раствора сернокислого или хлористого железа, причем анодом служит чистое железо, а катодом – пластина мягкой стали. Осажденное на катоде железо (толщина слоя 4 – 6 мм) после тщательной промывки снимают и измельчают в порошок в шаровых мельницах; подвергают вакуумному отжигу или переплавляют в вакууме.
Карбонильное железо получают посредством термического разложения пентакарбонила железа, который представляет собой продукт воздействия оксида углерода на железо при температуре около 200°С и давлении 15 МПа. Карбонильное железо имеет вид тонкого порошка, что делает его удобным для изготовления прессованных магнитных сердечников. В карбонильном железе отсутствуют кремний, фосфор и сера, но содержится углерод.
Технически чистое железо содержит небольшое количество примесей углерода, серы, марганца, кремния и других элементов, ухудшающих его магнитные свойства. Технически чистое железо вследствие низкого удельного сопротивления используют редко, в основном для изготовления материалов постоянного магнитного потока. Технически чистое железо изготавливают рафинированием чугуна в мартеновских печах или в конверторах.
• В настоящее время наиболее распространенными материалами для изготовления магнитопроводов электрических
• В настоящее время наиболее распространенными материалами для изготовления магнитопроводов электрических
• Для динамных и трансформаторных сталей требуется высокое значение индукции насыщения и малые потери на перемагничивание. Различие применения этих сталей в том, что в магнитопроводах из анизотропных сталей направление магнитного потока неизменно, а изотропные стали используются в магнитопроводах, где магнитный поток либо вращается, либо охватывает все направления в плоскости листа. Релейные стали как правило представляют из себя особочистые низколегированные стали (основное требование – низкая коэрцитивная сила). Нелегированные динамные стали могут использоваться как релейные.
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.1 Магнитомягкие сплавы
1.13.1.2 Электротехнические стали
• Из-за особенностей получения и способов формирования оптимальных магнитных свойств в
• Из-за особенностей получения и способов формирования оптимальных магнитных свойств в
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.1 Магнитомягкие сплавы
1.13.1.3 Аморфные и нанокристаллические сплавы
1.13 Требования к магнитным свойствам магнитомягких материалов при использовании в различных
1.13 Требования к магнитным свойствам магнитомягких материалов при использовании в различных
1.14 Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
• Несмотря
1.14 Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
• Несмотря
• За один цикл перемагничивания ферромагнитного материала бесполезно затрачивается энергия, переходящая в тепло, пропорциональная площади динамического цикла гистерезиса. Затраты энергии за единицу времени (секунду), отнесенные к единице массы материала (килограмм, фунт), называются удельными магнитными потерями. Общепринято определять потери в вт/кг (вт/фунт) при фиксированных значениях частоты электромагнитного поля и магнитной индукции, создаваемой полем в магнитопроводе – например: Р1.7/50 = 1.25 вт/кг, где значение 1.25 Вт/кг измерено в поле с индукцией 1.7 Тл при частоте поля 50 Гц.
• Полные потери на перемагничивание (Р) складываются из потерь на гистерезис
• Полные потери на перемагничивание (Р) складываются из потерь на гистерезис
Р = РГ + РВ = РГ + (РМВ + РАВ)
• Гистерезисная составляющая пропорциональна площади петли гистерезиса, полученной в режиме перемагничивания. Площадь цикла гистерезиса в свою очередь зависит от максимальной индукции (Вм), коэрцитивной силы (Нc), остаточной индукции (Вr), которые определяются свойствами и структурой ферромагнетика (тип и чистота материала, наличие и вид дефектов кристаллического строения, размер кристаллитов (D), наличие и степень совершенства кристаллографической текстуры).
• Гистерезисные потери могут быть рассчитаны по следующей формуле:
РГ =S f /γ.
где S – площадь статического цикла гистерезиса, [ТлА/м]; γ – плотность материала, [кг/м3]; f – частота переменного тока, [Гц].
Потери на гистерезис зависят от структурных факторов, в частности, от величины зерна D и текстуры, аналогично тому, как зависит от них «статическая» коэрцитивная сила Нc ~ D-1.
• Потери на макровихревые токи возникают в результате изменения общей намагниченности
• Потери на макровихревые токи возникают в результате изменения общей намагниченности
РМВ = А1 Вм2 f2 h2 / (γ ρ)
где А1 – числовая константа.
• Составляющая потерь на вихревые токи РАВ представляет собой потери на вихревые токи, которые индуцируются внутри доменов в результате локальных изменений индукции при смещении границ. В случае модели плоскопараллельных доменов, которые разделены 180-градусными границами, совершающими синусоидальное движение в тонком листовом материале толщиной h (d ≥ h), получено следующее выражение для этого вида потерь (Прай и Бин), которое в явном виде дает связь потерь на вихревые точки с характеристиками доменной структуры (шириной доменов d):
РАВ = А2 Вм2 f2 d h / (γ ρ)
где А2 – числовая константа
• Вихретоковая составляющая существенно зависит от электросопротивления и, соответственно, от толщины (h) и удельного сопротивления материала (ρ), а также от частоты перемагничивания и ширины магнитных доменов (d).
1.14 Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
1.14 Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
Для высокочастотных машин основное значение имеют удельные магнитные потери, т.к. нагрев
Для высокочастотных машин основное значение имеют удельные магнитные потери, т.к. нагрев
Сталь для высоких частот должна иметь:
1. Высокое удельное электросопротивление;
2. Минимальная толщина для каждой частоты;
3. Минимальный размер зерна D;
4. Высокая доля кубической компоненты текстуры.
1.14 Потери при высоких частотах
Прецизионные магнитомягкие сплавы. По объему производства прецизионные сплавы значительно уступают электротехническим
Прецизионные магнитомягкие сплавы. По объему производства прецизионные сплавы значительно уступают электротехническим
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.1 Магнитомягкие сплавы
1.13 Классификация прецизионных магнитомягких сплавов
1.13 Классификация прецизионных магнитомягких сплавов
1.13 Классификация прецизионных магнитомягких сплавов
1.13 Классификация прецизионных магнитомягких сплавов
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Применение:
Изготовление постоянных магнитов;
Изготовление магнитных
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Применение:
Изготовление постоянных магнитов;
Изготовление магнитных
Это группа трудноперемагничиваемых материалов с широкой петлей гистерезиса.
1. Коэрцитивная сила. К магнитотвердым материалам относятся материалы с высокой коэрцитивной силой (Hс > 4000 A/м).
2. Максимальная удельная энергия Wmax = 0,5(BН)max. От показателя Wmax зависит объем магнита, необходимого для создания магнитного поля в заданном воздушном зазоре. Чем больше магнитная энергия, тем меньше объем, а, следовательно, и масса магнита. Магнитная проницаемость у магнитотвердых материалов значительно ниже и не является основной характеристикой материала. Параметр магнитной проницаемости у магнитотвердых материалов не имеет реального смысла.
Иногда используют понятие «энергетическое произведение» (BН)max >103Дж/м3.
3. Коэффициент выпуклости (оценивает форму кривой размагничивания). Петля должна быть как можно более выпуклой.
γ = (BН)max/(BН)ост
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
В принципах создания магнитотвердых
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
В принципах создания магнитотвердых
1. Затрудненность смещения границ доменов за счет создания включений.
2. Однодоменность в частицах материала.
Достаточно малые частицы с диаметром менее 10-4-10-5 см, образуют один домен, что является результатом доменной теории. В случае таких очень маленьких частиц образование границы домена энергетически не выгодно, так как при этом слишком большая часть объема маленькой частицы будет занята не зависящим от размеров частички слоем между доменами.
Если маленькая частичка вынуждена оставаться одним доменом, то будет невозможно изменять и обращать намагниченность путем смещения границы, которое обычно требует сравнительно небольших полей. Вместо этого намагниченность частицы должна вращаться как целое (рис.), т.е. будет изменяться в результате процесса, требующего больших полей, зависящих от энергии анизотропии материала или формы частицы. Потребность больших полей является следствием того, что мы должны поворачивать намагниченность через энергетический горб, соответствующий направлению трудного намагничивания.
Если маленькие частички обладают удлиненной формой, то коэрцитивная сила увеличивается из-за анизотропности энергии размагничивающего поля, даже если энергия кристаллической анизотропии невелика. Это значит, что намагниченность стремится установиться вдоль длинной оси частички, и чтобы повернуть намагниченность в направлении коротких осей, должно быть приложено сильное поле.
Изменение намагниченности в очень маленьких частичках происходит путем вращения полного магнитного момента частички
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Пример 1. Закаленные заэвтектоидные
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Пример 1. Закаленные заэвтектоидные
Для постоянных магнитов применяют высокоуглеродистые стали со структурой мартенсита, содержащие около 1% С, дополнительно легированные хромом (3 %) – ЕХ3, а также одновременно хромом и кобальтом – ЕХ5К5, EX9K15M2. Например, сталь ЕХ6К6 содержит 1 % С, 6 % Сr и 6 % Co. Легирующие элементы повышают магнитные характеристики, одновременно улучшая механическую и температурную стабильность постоянных магнитов. Эти стали подвергают нормализации и низкому отпуску.
Высокая коэрцитивная сила в сплавах системы Fe-V-Co (викаллой) возникает в результате γ → α-превращения. Магнитные свойства формируются благодаря холодному деформированию и последующему отпуску. В сплавах этой системы γ → α-превращение происходит при холодной деформации. Увеличение степени деформации (обычно не менее 80-90 %) приводит к полному γ → α-превращению и созданию в сплаве кристаллической текстуры. Рост Нс происходит в процессе последующего отпуска в двухфазной α + γ-области вследствие обратного превращения.
Сплавы, содержащие 12 % Co и 10–20 % Mo, называют комол. Эти сплавы деформируются только в горячем состоянии, так как высокое значение коэрцитивной силы достигается в результате распада пересыщенного твердого раствора.
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Пример 2. На принципе
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Пример 2. На принципе
Сплавы на основе Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Al-Co с добавкой 2-4 % Cu. Иногда их называют сплавами типа «альнико». Сплавы этой системы подвергают термомагнитной обработке (ТМО), которая состоит из нагрева до 1280–1300°С, выдержки при этой температуре для получения однофазного состояния, быстрого охлаждения до 900°С с последующим медленным охлаждением в магнитном поле с Hc = 160-280 кА/м. Затем проводится отпуск при 560–630 °С, длительность которого определяется маркой сплава.
В процессе охлаждения при 900–650 °С в магнитном поле анизотропные по форме выделившиеся частицы фазы с высоким магнитным насыщением располагаются своей длинной осью в направлении, параллельном вектору напряженности магнитного поля (анизотропия формы – упорядочение по форме).
Распад идет по типу спинодального на слабый ферромагнетик α и сильный ферромагнетик α’. α’ – выделяется по направлению <100> в виде однодоменных частиц ~ 10 нм. Термомагнитной обработкой добиваются при отжиге (распаде) в магнитном поле выделения α’ фазы вдоль определенного направления [100]α с подавлением распада в других направлениях, создавая также кристаллографическую анизотропию.
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Пример 3. Самыми высокоэрцитивными
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
Пример 3. Самыми высокоэрцитивными
В настоящее время созданы новые магнитные материалы с применением таких редкоземельных элементов, как неодим и самарий. Широко осуществляют производство магнитов на основе химического соединения Nd2Fe14B, полученные методом порошковой металлургии с последующим прессованием и спеканием в атмосфере аргона при 1370°С.
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.2 Магнитотвердые материалы
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.3 К группе материалов специального назначения
1.13 Принципы создания магнитных материалов
1.13.3 К группе материалов специального назначения
1) материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ);
2) магнитострикционные материалы;
3) термомагниты;
4) ферриты СВЧ;
5) материалы с постоянной магнитной проницаемостью;
6) материалы для записи информации.