Сплавы на основе системы Fe—Со—V

Сплавы на основе системы Fe—Со—V.

Сплавы 52КФА, 52КФБ и 52КФВ, выпускаемые по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 5009—55 и ГОСТ 10994—64, целесообразно применять для гистерезисных двигателей только повышенной мощности. Для активной части роторов гистерезисных двигателей с различной напряженностью рабочих полей были созданы модификации сплавов Fe—Со—V, получившие марки 52КФ9, 52КФ7 и 52КФ5, выпускающиеся по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 110—59 и сплав 52КФ11, выпускающиеся по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 145—59 и ЧМТУ 1-482—68.

Более поздние разработки показали нецелесообразность применения сплавов Fe—Со—V с 5—9% V, так как новые материалы с меньшим содержанием кобальта и лучшей технологичностью обладают гистерезисными свойствами, не уступающими сплавам 52КФ9, 52КФ7 и 52КФ5. Однако в справочнике приведены свойства и этих сплавов, так как они до сих пор применяются в ряде конструкций. Использование их для новых разработок не рекомендуется.

 

Химический состав сплавов 52КФ9, 52КФ7, 52КФ5 приведен в табл. 119.

Химический состав сплавов 52КФ9, 52КФ7, 52КФ5

Химический состав сплава 52КФ11 по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 145—59, %:

Химический состав сплава 52КФ11

Магнитные свойства сплавов типа 52КФ приведены в табл. 120.

Магнитные свойства сплавов типа 52КФ

Сплав 52КФ11 по ЧМТУ/1-482—68 имеет следующие магнитные свойства:

Сплав 52КФ11 по ЧМТУ/1-482—68 имеет следующие магнитные свойства

Все сплавы Fe—Со—V марок 52КФ приобретают магнитные свойства в процессе γ—α-превращения при холодной деформации с высокой степенью обжатия (80—96%) и отпуска и являются анизотропными (рис. 228 и 229).

Зависимость коэрцитивной силы сплавов Fe—Со—V от температуры отпуска и содержания ванадия (лист толщиной 0,7 мм). Образцы вырезаны вдоль и поперек направления прокатки

Зависимость остаточной индукции сплавов Fe—Со—V от температуры отпуска и содержания ванадия (лист толщиной 0,7 мм). Образцы вырезаны вдоль и поперек направления прокатки

Для каждого сплава имеется оптимальная температура термической обработки, при которой он приобретает максимальные магнитные свойства. Различие свойств вдоль и поперек направления прокатки в листах по коэрцитивной силе составляет ~10%, а по остаточной индукции до 30%.

На рис. 230—233 приведены гистерезисные свойства при намагничивании в поле максимальной проницаемости и кривые намагничивания сплавов Fe—Со—V.

Зависимость удельных потерь гистерезиса сплавов Fe—Со—V при намагничивании в поле максимальной проницаемости от температуры отпуска и содержания ванадия (лист толщиной 0,7 мм). Образцы вырезаны вдоль и поперек направления прокатки

Зависимость гистерезисных свойств сплавов Fe—Со—V от содержания ванадия при намагничивании в поле максимальной проницаемости (кольцевые образцы). Отпуск 570°С

Кривые намагничивания сплава 52КФ11 (52КФВ) после отпуска при различных температурах (толщина 0,7 мм, кольцевые образцы)

Зависимость гистерезисных свойств сплава 52КФ11 (52КФВ) от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (лист толщиной 0,7 мм, кольцевые образцы)

Анизотропия свойств при намагничивании в поле максимальной проницаемости выражена сильнее, чем в поле насыщения. Зависимость потерь на гистерезис от температуры отпуска для всех сплавов имеет резко выраженные максимумы (см. рис. 230). Разница в значениях потерь вдоль и поперек направления прокатки составляет от 30 до 60%. Поэтому целесообразно шихтованные роторы двухполюсных машин набирать, ориентируя полюсы вдоль направления прокатки, а многополюсных — со смещением на угол 45°. Зависимость коэффициента выпуклости петли гистерезиса от температуры отпуска невелика. Вдоль прокатки оптимальная величина Кв = 0,7—0,8, поперек 0,5—0,6.

Удельные потери на гистерезис на единицу напряженности поля неодинаковы для сплавов с разным содержанием ванадия, причем анизотропия по этому параметру выражена очень резко. Наибольшими значениями Splavy system fe co v 11 — 3700 и 2000 эрг/(см3·Э) — обладает сплав с 5% V соответственно вдоль и поперек направления прокатки. С повышением содержания ванадия Splavy system fe co v 11 снижаются и при 13% V равны 2000 эрг/(см3·Э) вдоль направления прокатки и 1000 эрг/(см3·Э) — поперек. Гистерезисные свойства кольцевых образцов приведены на рис. 231. Изменение гистерезисных свойств с температурой отпуска для сплава 52КФ11 (52КФВ) показано на рис. 232 и 233. Для сплавов характерна резкая зависимость свойств от температуры отпуска ниже 575°С. Зависимость гистерезисных параметров от намагничивающего поля и индукции приведена на рис. 234 и 235.

Зависимость гистерезисных свойств сплава 52КФП (52КФВ) от напряженности намагничивающего поля (кольцевые образцы)

Зависимость гистерезисных свойств сплава 52КФП (52КФВ) от величины максимальной индукции (кольцевые образцы). Отпуск 550°С

Сплав для двигателей с рабочими полями от 60 до 400 Э и соответствующий режим отпуска можно выбрать по зависимости напряженности поля максимальной проницаемости от температуры отпуска сплава (рис. 236).

Гистерезисные параметры по средним фактическим данным всех марок сплавов 52КФ после оптимальных режимов отпуска приведены в табл. 121.

Зависимость поля максимальной проницаемости сплавов Fe—Со—V от температуры отпуска

Гистерезисные свойства при намагничивании в поле максимальной проницаемости и рекомендуемые рабочие поля для листов из сплавов 52КФ

При температурах отпуска ниже 500°С для сплавов 52КФА, 52КФБ и 52КФВ и ниже 540°С для сплавов 52КФ5, 52КФ7 и 52КФ9 всегда наблюдается большой разброс свойств, вызванный нестабильностью структуры. Поэтому не рекомендуется применять сплавы группы 52КФ в полях менее 60 Э (после отпуска при низких температурах). Анизотропия свойств сплавов Fe—Со—V может быть использована для повышения параметров гистерезисных двигателей на 15—25%. Для этого при изготовлении активной части ротора в виде цилиндра из полосы направление прокатки должно располагаться по окружности. Место стыка по образующей может быть заварено точечной сваркой или другим способом, при котором нагрев не превосходит температуры отпуска.

Еще более высокими гистерезисными параметрами обладает проволока из сплавов Fe—Со—V (рис. 237), что обусловлено различием напряженного состояния и структурного превращения при деформации полосы и проволоки. На рис. 238 приведены гистерезисные свойства проволоки квадрат 1,2 мм из сплава 52КФВ (52КФ11), а на рис. 239—241 — эксплуатационные характеристики.

Зависимость гистерезисных свойств сплавов 52КФВ (сплошные линии), 52КФБ, 52КФА от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (проволока квадрат 2,5х2,5 мм)

Зависимость гистерезисных свойств сплава 52КФ11 от температуры отпуска при намагничивании в поле максимальной проницаемости (проволока квадрат 1,2х1,2 мм)

Семейство петель гистерезиса сплава 52КФ11 (52КФВ) (проволока квадрат 1,2х1,2 мм). Отпуск 575°С

Зависимость гистерезисных свойств сплава 52КФ11 (52КФВ) от напряженности намагничивающего поля (проволока диаметром 1,2 мм). Отпуск 575°С

Зависимость гистерезисных свойств сплава 52КФ11 (52КФВ) от величины максимальной индукции (проволока квадрат 1,2х1,2 мм). Отпуск 575°С

Для изготовления активной части ротора следует использовать проволоку квадратного или прямоугольного сечения, получаемую методом прокатки круглой проволоки по специальной технологии. При навивке цилиндров активной части ротора необходимо создавать одинаковые напряжения, так как это обеспечит малый разброс параметров в серии. Целесообразна термическая обработка на оправках в фиксированном заневоленном состоянии, что имитирует термомеханическую обработку и уменьшает чувствительность к воздействиям напряжений при последующем изготовлении и работе ротора.

Сплавы типа 52КФ обладают в состоянии поставки (после холодной деформации) твердостью 30—37 HRC, что позволяет подвергать их штамповке (высечке) и другой механической обработке. После отпуска твердость повышается до 50—57 HRC. В этом состоянии возможна только шлифовка, которая не меняет магнитных свойств, если обеспечено отсутствие местных перегревов.

При проведении различных технологических операций сплавы после отпуска допускают нагрев до температуры на 50°С ниже температуры отпуска, сформировавшего свойства. Нагрев материала в процессе работы двигателя до +150°С и охлаждение до –140°С не ухудшают магнитных и гистерезисных свойств материала. Нагрев до температуры 250°С снижает свойства материала примерно на 10%. При возврате к комнатной температуре свойства восстанавливаются если нагрев не превышал температуру отпуска (рис. 242).

Температурная зависимость магнитных свойств сплава 52КФ11 (52КФВ) при намагничивании в поле насыщения

Плотность сплавов типа 52КФ следующая:

Плотность сплавов типа 52КФ

Удельное электросопротивление после отпуска при оптимальных температурах равно 0,6—0,67 (Ом·мм2)/м. Предел прочности после холодной деформации изменяется от 90 до 140 кгс/мм2 в зависимости от сечения и степени суммарного обжатия, а после холодной деформации и отпуска — от 120 до 200 кгс/мм2. Сплавы после отпуска хрупки. Коэффициент линейного расширения после деформации и отпуска равен (11—13)·10-6 град-1.

Сплавы марок 52КФ11 (52КФВ), 52КФБ и 52КФА после горячей прокатки немагнитны и приобретают магнитные свойства только после холодной деформации с высокой степенью обжатия.

Сплавы 52КФ5, 52КФ7 и 52КФ9 могут быть получены большей толщины, так как обладают магнитными свойствами и после горячей деформации. Однако их гистерезисные свойства без холодной деформации низки (табл. 122).

Гистерезисные параметры поковок из сплавов 52КФ

Низкие гистерезисные свойства и высокая стоимость сплавов Fe—Со—V в кованом состоянии делают нецелесообразным их применение в электромашиностроении. Для этого рекомендуются более дешевые сплавы Fe—Со—W—Мо и Fe—Сr—W—Мо, обладающие одновременно и более высокими свойствами.

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения