Сплавы на основе систем Fe—Со—Сr—V, Fe—Со—Ni—V и Fe—Со—Сr

Сплавы на основе систем Fe—Со—Сr—V, Fe—Со—Ni—V и Fe—Со—Сr.

Сплавы систем Fe—Со—Сr—V и Fe—Со—Ni—V рекомендуют для двигателей с рабочими полями 20—120 Э. Сплавы в виде листов и лент выпускают по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1476—68, ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1486—69, ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1483—69.

В отличие от сплавов группы 52КФ контроль сплавов групп 25—35КХФ и 25—35КФН осуществляют по гистерезисным параметрам. Химический состав и гистерезисные свойства сплавов приведены в табл. 123—126.

 

Химический состав сплавов Fe—Со—Cr—V и Fe—Со—Ni—V, %

Гистерезисные свойства листов из сплавов 35КХФ и 35КФН при индукции 10000 Гс (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1476—68)

Гистерезисные свойства листов из сплавов 35КХФ и 35КФН при намагничивании в поле максимальной проницаемости по (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1486—69)

Свойства листов из сплава 25КФН14 при намагничивании в поле максимальной проницаемости (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1483—69)

В ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1476—68 оговорены гистерезисные параметры при индукции 10000 Гс в применении к определенному типу гистерезисных двигателей. ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1486—69 и 1483—69 более общие, так как они оценивают материал при намагничивании в поле его максимальной проницаемости. К ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1476—68 имеется дополнение, по которому поставляют сплавы 35КХФ6 и 35КХФ8 для цветных телевизоров и отклоняющих систем электроннолучевых трубок. Контроль при этом производят по магнитным свойствам в поле насыщения (Hс ≥ 60 Э, Вr ≥ 11000 Гс) на образцах, вырезанных вдоль направления прокатки.

Сплавы систем Fe—Со—Сr—V и Fe—Со—Ni—V приобретают высокие магнитные и гистерезисные свойства после холодной деформации с обжатием не менее 90% и отпуска. Сплавы поставляют в холоднодеформированном состоянии, отпуск проводят у потребителей на готовых деталях.

Сортамент: листы толщиной 0,3; 0,5; 0,7 и 1,0 мм, шириной 50—110 и 110—140 мм; длина не менее 200 мм. Зависимость напряженности поля максимальной проницаемости и гистерезисных свойств при намагничивании в этом поле от содержания кобальта и ванадия в Fe—Со—Сr—V сплавах приведена на рис. 243 и 244.

Зависимость гистерезисных свойств сплавов с 6% V и 8% Сr от содержания кобальта при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы). Отпуск 550°С

Зависимость гистерезисных свойств сплавов с 35% Со и 8% Сr от содержания ванадия при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы). Отпуск 550°С

У сплавов с пониженным содержанием кобальта, легированных хромом и никелем, гистерезисные параметры мало изменяются при отпуске в довольно широком интервале температур (рис. 245 и 246).

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КХФ6 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы)

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КФН10 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы)

Для сплавов Fe—Со—Сr—V интервал оптимальных температур отпуска 550—575°С, а для сплавов с никелем 550—600°С. Если отпуск сплавов Fe—Со—Сr—V или Fe—Со—Ni—V проведен при температуре несколько ниже оптимальной и значения индукции и потерь получены ниже требуемых, то можно увеличить продолжительность отпуска. Это приводит к повышению Вm, Рг и Ргm (рис. 246, штриховые линии). Величина поля максимальной проницаемости при этом практически не меняется. Для сплавов Fe—Со—Ni—V длительность отпуска при температурах 500—575°С эффективно увеличивать до 12 ч, для сплавов Fe—Со—Сr—V при 500—550°С до 8 ч. При более высоких температурах увеличение длительности отпуска свыше 1 ч или не меняет, или ухудшает гистерезисные свойства.

Зависимости гистерезисных характеристик от напряженности намагничивающего поля и индукции приведены на рис. 247—250.

Зависимость гистерезисных свойств сплавов 35КХФ6 и 35КХФ8 от напряженности намагничивающего поля

Зависимость гистерезисных свойств сплавов 35КХФ6 и 35КХФ8 от величины максимальной индукции

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КФН8 (толщина 0,7 мм, кольцевые образцы) от напряженности намагничивающего поля после отпуска при различных температурах: 500; 525 и 575°С

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КФН8 от величины максимальной индукции (толщина 0,7 мм, кольцевые образцы). Отпуск 525°С

Все сплавы после холодной деформации и отпуска анизотропны, анизотропия у сплавов с хромом значительно выше, чем у сплавов с никелем. Анизотропия листовых материалов этой группы, как и сплавов 52КФ, может быть использована для повышения энергетических параметров двигателей, так как гистерезисные свойства вдоль направления прокатки значительно выше (табл. 127).

Гистерезисные свойства образцов разных типовых сплавов 25—35КХФ и 35КФН при намагничивании в поле максимальной проницаемости

Специальный метод продольно-поперечной прокатки изменяет текстуру и снижает анизотропию гистерезисных свойств. При такой прокатке характер зависимости гистерезисных свойств от температуры отпуска не изменяется, а их уровень существенно повышается (рис. 251—253 и табл. 128).

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КХФ6 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы)

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КХФ4 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы)

Зависимость гистерезисных свойств сплава 35КФН10 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы)

Гистерезисные свойства листов при намагничивании в поле максимальной проницаемости в зависимости от способа прокатки и температуры отпуска

Такая технология предусмотрена при изготовлении всех сплавов по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1486—69 и 1483—69 и для сплавов Fe—Со—Сr—V по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1476—68. Использование листов с продольно-поперечной прокаткой целесообразно только при изготовлении активной части ротора из штампованных колец.

На рис. 254 и 255 даны кривые намагничивания и зависимость удельных потерь от индукции сплавов 35КХФ6 и 35КФН10 после отпуска при различных температурах, а в табл. 129 приведены фактические гистерезисные свойства и рабочие поля сплавов Fe—Со—Сr—V и Fe—Со—Ni—V с 25—35% Со. Для малых полей в зависимости от конкретного назначения могут быть выбраны сплавы с различными значениями максимальной индукции в оптимальном поле.

Кривые намагничивания и зависимость удельных потерь на гистерезис от индукции  сплава 35КХФ6 после отпуска при различных температурах (кольцевые образцы)

Кривые намагничивания и зависимость удельных потерь гистерезиса от индукции сплава 35КФН10 после отпуска при различных температурах, °С (кольцевые образцы)

Гистерезисные свойства сплавов при намагничивании в поле максимальной проницаемости

Целесообразность замены в двигателях с рабочими полями от 25 до 120 Э сплавов 52КФ с 5—11% V на сплавы с 25—35% Со, легированные хромом и ванадием или никелем и ванадием, очевидна, так как эти сплавы в малых полях имеют более высокие, а в средних полях — те же гистерезисные свойства, содержат в 1,5—2 раза меньше кобальта и являются более технологичными.

Кроме листового материала из сплавов с пониженным содержанием кобальта, легированных хромом и никелем, был создан материал в виде проволоки квадратного и прямоугольного сечения. Гистерезисные свойства проволоки квадрат 1 мм из сплавов Fe—Со—Cr—V с различным содержанием кобальта приведены на рис. 256 и 257.

Зависимость гистерезисных свойств сплавов с 8% Сr и 6% V от содержания кобальта при намагничивании в поле максимальной проницаемости (проволока квадрат 1x1 мм; после отпуска при оптимальной температуре)

Зависимость гистерезисных свойств сплавов с 8% Сr и 6% V от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (проволока квадрат 1x1 мм). Исходное состояние — холодное волочение

Для полей напряженностью меньше 140 Э целесообразно применять сплавы с содержанием кобальта не более 35%, гистерезисные параметры которых выше. Зависимость гистерезисных свойств от температуры отпуска и суммарного обжатия приведена на рис. 258 и 259.

Зависимость гистерезисных свойств проволоки сплава 35КХФ6 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости

Зависимость гистерезисных свойств проволоки сплава 35КХФ6 от величины суммарного обжатия при намагничивании в поле максимальной проницаемости

Область оптимальных температур для проволоки из этих сплавов 575—600°С. Зависимость свойств от температуры отпуска значительно менее резкая, чем на сплавах Fe—Со—V. Гистерезисные параметры тем выше, чем выше суммарное обжатие. В отличие от листовых материалов в случае изготовления проволоки суммарное обжатие выше 70% уже обеспечивает получение более высоких свойств, чем в листовом материале даже в направлении прокатки.

В табл. 130 приведены гистерезисные свойства для различных сечений и рабочие поля сплавов, рекомендуемых для изготовления активной части роторов гистерезисных двигателей в виде навитого из проволоки цилиндра.

Гистерезисные свойства проволоки при намагничивании в поле максимальной проницаемости и рекомендуемые рабочие поля

Квадратная и прямоугольная проволока сплавов Fe—Со—Сr—V и Fe—Со—Ni—V, изготовленная по оптимальным режимам, обладает оптимальными гистерезисными параметрами (рис. 260—262).

Кривые намагничивания сплавов (проволока квадрат 1х1 мм)

Зависимость удельных потерь гистерезиса сплавов 25КХФ4, 35КФН10, 35КХФ6, 35КХФ8, 40КХФ6 от величины индукции (проволока квадрат 1х1 мм)

Зависимость удельных потерь гистерезиса различных сплавов от напряженности намагничивающего поля (проволока квадрат 1х1 мм)

Чувствительность сплавов к упругим механическим напряжениям, которые могут возникнуть как в процессе работы двигателя, так и при его изготовлении, можно видеть на примере сплава 35КФН10 (рис. 263).

Изменение петли гистерезиса сплава 35КФН10 при намагничивании в поле, равном полю максимальной проницаемости, ненагруженных и нагруженных образцов в зависимости от величины нагрузки

При низких температурах отпуска с увеличением растягивающих нагрузок снижается поле максимальной проницаемости, повышается Splavy system fe co cr v 30и прямоугольность петли гистерезиса. При высоких температурах отпуска повышение нагрузки приводит к росту поля максимальной проницаемости и снижению индукции. При оптимальной температуре отпуска (для сплава 35КФН10 575—600°С) до нагрузок порядка 20 кгс/мм2 сплав остается нечувствительным к растягивающим нагрузкам. Сплавы с хромом практически нечувствительны к нагрузкам до 100 кгс/мм2 после отпуска при температуре 575—625°С. Это большое преимущество сплавов с 25—35% Со перед сплавами группы 52КФ.

Для двигателей, работающих при повышенных частотах, предпочтительны сплавы Fe—Со—Сr—V, обладающие повышенным значением электросопротивления (табл. 131). Коэффициент линейного расширения двух из рассматриваемых сплавов приведен в табл. 132.

Плотность и удельное электросопротивление сплавов систем Fe—Co—Cr—V и Fe—Co—Ni—V

Коэффициент линейного расширения сплавов марок 35КФН10 и 35КХФ4

Сплавы с 25 и 35% Со после холодной деформации на 70% и последующего отпуска имели σв = 130—140 и 140—150 кгс/мм2 соответственно. После холодной деформации на 92% и последующего отпуска σв сплавов с 25 и 35% Со были 140—170 и 160—200 кгс/мм2 соответственно.

Сплавы Fe—Со—Сr—V и Fe—Со—Ni—V после деформации и отпуска обладают высокими упругими свойствами; отношение σув = 80—90%. У сплавов Fe—Со—Сr—V не наблюдается хрупкости, присущей Fe—Со—V и Fe—Со—Ni—V сплавам, даже при значительном изгибе, поэтому их можно успешно применять в конструкциях, требующих сочетания определенных магнитных и прочностных или магнитных и пружинных свойств.

Сплавы с 25—35% Со, легированные хромом и никелем, практически не меняют магнитные и гистерезисные свойства в интервале температур от –70 до +150°С. При охлаждении до –140°С индукция возрастает примерно на 5—10%, а остальные параметры не изменяются. При повышении температуры до 250°С свойства снижаются не более чем на 10% (рис. 264). При возвращении к комнатной температуре свойства восстанавливаются. Необратимое изменение параметров начинается только после нагрева выше температуры отпуска.

Температурная зависимость магнитных свойств сплава 35КХФ8 при намагничивании в пол максимальной проницаемости и поле насыщения

Сплавы системы Fe—Со—Сr применяются в качестве магнитного материала в элементах памяти магнитоуправляемых контактов, в интегральных координатных соединителях и других радиотехнических устройствах. В связи с высокими значениями индукции этих сплавов применение их в гистерезисных двигателях ограничено.

Сплавы выпускаются по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1517—71 в виде листа и лент толщиной 0,2—1,0 мм, шириной 80—100 мм при минимальной длине 200 мм. Химический состав и гистерезисные свойства сплавов приведены в табл. 133 и 134.

Химический состав сплавов типа 30КХ15 и сплава 25КФН14 (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1517—71), %

Гистерезисные свойства сплавов типа 30КХ15 и сплава 25КФН14 при намагничивании в поле 100 Э (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1517—71)

По своей природе сплавы Fe—Со—Сr близки к сплавам Fe—Со— Сr—V с низким содержанием ванадия и имеют те же закономерности изменения свойств от степени суммарного обжатия и температуры отпуска.

Сплавы отличаются повышенным уровнем гистерезисных свойств при сравнительно невысокой магнитной жесткости (Splavy system fe co cr v 36 = 20—60 Э).

Сплавы Fe—Со—Сr можно изготавливать в виде листа, проволоки и плющеной ленты различных сечений. Магнитные и гистерезисные свойства приведены в табл. 135 и 136.

Гистерезисные свойства сплавов системы Fe—Co—Сr в виде проволоки

Гистерезисные свойства сплава 35КХ12 в виде листа

Сплавы обладают высокими значениями электросопротивления: 0,85—0,89 (Ом·мм2)/м в холоднодеформированном состоянии и 0,57—0,60 (Ом·мм2)/м после отпуска, что позволяет использовать их при работе на повышенных частотах.

Предел прочности этих сплавов достигает 280 кгс/мм2 после окончательной термической обработки.

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения