Сплавы на основе системы Fe—Ni—Аl—Nb

Сплавы на основе системы Fe—Ni—Аl—Nb.

Сплавы Fe—Ni—Аl—Nb представляют собой дешевый материал, изготавливаемый в виде горячекатаных листов по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 5800—57. Химический состав сплавов приведен в табл. 149, а сортамент и магнитные свойства — в табл. 150 и 151. Сплавы пригодны для двигателей с рабочими полями 150—250 Э. Фактические гистерезисные свойства приведены в табл. 152.

Сплавы можно подвергать штамповке в нагретом состоянии (1000—1100°С). Нижний предел температуры штамповки 500°С. Кольца могут быть вырезаны из заготовки после умягчающего отжига при 900—950°, выдержка 6—10 ч с охлаждением по 50 град/30 мин до 200°С. При этом твердость сплавов составляет 32—38 HRC, поэтому такой способ для серийного изготовления деталей не рекомендуется. Термическая обработка готовых изделий: закалка на воздухе с 1150—1200°С и отпуск при 600°С в течение 4—6 ч. Сплавы изотропны.

 

Химический состав сплавов 20НЮ и 22НЮ (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 5800—57)

Сортамент сплавов 20НЮ и 22НЮ (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 5800—57)

Магнитные характеристики сплавов 20НЮ и 22НЮ ПО ЧМТУ/ЦНИИЧМ 5800—57

Гистерезисные свойства сплавов 20НЮ и 22НЮ при намагничивании в поле максимальной проницаемости

При конструировании двигателей с активной частью из сплавов 20НЮ и 22НЮ целесообразно применять ферромагнитную втулку. Свойства сплавов стабильны при работе в интервале температур от –150 до +300°С. Нагрев до 500°С не вызывает изменения свойств (рис. 285).

Температурная зависимость магнитных свойств сплава 20НЮ при намагничивании в поле максимальной проницаемости (закалка 1150°С, 15 мин, охлаждение на воздухе + отпуск 600°С, 3 ч, охлаждение на воздухе)

Рекомендации по применению. Свойства материала наиболее полно используются, если перемагничивание происходит в поле его максимальной проницаемости. При этом достигаются наилучшие значения cos ϕ и КПД двигателя, так как максимум μ = f(H) практически совпадает с максимумом sin γ = f(H).

При выборе материалов для двигателей величина Splavy system fe ni al nb 6 всегда является заданной, так как она зависит от габаритов и конструкции двигателя и должна соответствовать рабочему полю. При данном Splavy system fe ni al nb 6 материал считается тем лучше, чем выше все остальные гистерезисные параметры. Чем выше потери на гистерезис, тем больше мощность и момент двигателя: повышение Splavy system fe ni al nb 7 и Splavy system fe ni al nb 8 повышает КПД двигателя. Увеличение Splavy system fe ni al nb 9 приводит к уменьшению толщины активного слоя. При этом мощность и момент двигателя не изменяются, так как удельные потери возрастают в той же мере, в какой уменьшается объем. Небольшое улучшение характеристик двигателя может быть получено при повышении Splavy system fe ni al nb 9 за счет того, что в более тонком роторе равномернее распределен магнитный поток и, следовательно, лучше используется материал. Несколько облегчается при этом и пуск двигателя за счет повышения проницаемости материала.

При выборе материала ротора необходимо учитывать и другие характеристики: повторяемость магнитных свойств, обрабатываемость, совпадение температурных коэффициентов линейного расширения активных и конструктивных материалов, механическую прочность и постоянство свойств в широком диапазоне внешних температур. Для двигателей с небольшим пусковым моментом материал ротора должен иметь максимальное электросопротивление для снижения поверхностных потерь. Высокие значения ρ необходимы и для высокоскоростных двигателей (питание током повышенной частоты). Наконец, при выборе материала необходимо учитывать его стоимость и дефицитность.

Применение сплава 52КФВ (52КФ11) оправдано только в машинах с активной частью ротора из колец толщиной 0,7 мм и с рабочими полями выше 120 Э, где сплав обладает наиболее высокими свойствами.

При изготовлении роторов аналогичной конструкции с меньшими рабочими полями целесообразно применять сплавы с 25—35% Со, легированные хромом и ванадием или никелем и ванадием. Эти сплавы при меньшем содержании кобальта и меньшей стоимости чем сплавы 52КФ, обладают более высокими гистерезисными свойствами в полях от 20 до 60 Э и одинаковыми свойствами в полях 70—120 Э. Кроме того, сплавы с пониженным содержанием кобальта имеют ряд технологических преимуществ: менее чувствительны к колебаниям температур отпуска и напряжениям, более пластичны. Поэтому применение для активной части роторов сплавов 52КФ5, 52КФ7 и 52КФ9 нецелесообразно.

Для двухполюсных роторов можно использовать набор колец с фиксацией направления прокатки (для материала обычной прокатки) по направлению полюсов. Это дает повышение параметров примерно на 15%.

При выборе материалов необходимо учитывать также стоимость и дефицитность сплавов. Двигатели с активной частью ротора из проволоки во много раз дешевле, так как применение проволоки квадратного или прямоугольного сечения обеспечивает практически безотходное использование материала. При штамповке (высечке) колец из листов отходы во много раз превышают количество полезно используемого материала.

Выбор марки сплава определяется напряженностью рабочего поля двигателя. В зависимости от величины поля можно применять проволоку из сплавов Fe—Со—Ni—V, Fe—Со—Сr—V или сплава 52КФ11 (52КФВ). Для высокоскоростных двигателей, работающих на повышенных частотах, предпочтительны Fe—Со—Сr—V сплавы, обладающие повышенным ρ. Для наиболее дешевых двигателей, допускающих использование сплавов с несколько пониженными гистерезисными параметрами, могут быть рекомендованы холоднодеформируемые сплавы 12ГН и 12НГ и горячедеформируемые сплавы 20НЮ и 22НЮ.

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения