Магнитомягкие сплавы

Магнитомягкие сплавы — ферромагнитные сплавы, характеризующиеся узкой петлей гистерезиса и поэтому малой коэрцитивной силой. Хотя магнитномягкие материалы не ограничены конкретным значением коэрцитивной силы, принимается, что она не превышает 10—12 Э.

При таком общем определении магнитомягких сплавов к ним нужно отнести трансформаторную сталь и другие электротехнические стали, в том числе железо, а также некоторые конструкционные и нержавеющие ферромагнитные стали. Однако в силу большой номенклатуры указанных сталей и сплавов, а также специфики их магнитных свойств и применения (относительно крупное электромашиностроение, трансформаторостроение и т. д.), как правило, их выделяют в самостоятельные группы.

По основным магнитным, электрическим, механическим свойствам и назначению описываемые здесь магнитомягкие сплавы можно разделить на 12 групп (табл. 1).

Таблица 1. Классификация, общая техническая характеристика и назначение магнитомягких сплавов
 Группа Марка
сплава 
Общая
техническая
характеристика 
Назначение 
Сплавы с наивысшей магнитной проницаемостью в слабых полях 79НМ, 79НМУ, 80НХС, 80НХС-ВИ, 76НХД, 76НХД-ВИ, 80НМ, 77НМД, 72НМДХ, 77НВ, 80НХ, 83НФ, 81НМА, 78Н

Наивысшие значения магнитной проницаемости (μа = 20000—300000 Гс/Э, μm = 100000—1000000 Гс/Э); наименьшие значения коэрцитивной силы - от 0,05 до 0,005 Э при средних значениях индукции насыщения 6000—8000 Гс.

Сердечники малогабаритных трансформаторов, дросселей, реле, дефектоскопов, головок аппаратуры магнитной записи, магнитные экраны
Сплавы с высокой магнитной проницаемостью и повышенным удельным электрическим сопротивлением 50НХС, 50НХС-ВИ, 38НС, 12Ю, 12ЮК

Высокая магнитная проницаемость (μα = 1500—6000 Гс/Э, μm = 15000—100000 Гс/Э); удельное электрическое сопротивление от 0,9 до 1 мкОм·м [(Ом·мм2)/м] при значениях индукции насыщения 9000 Гс до 14000 Гс

Сердечники аппаратуры связи, дросселей, импульсных трансформаторов
Сплавы с высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией насыщения 45Н, 50Н, 50НУ, 50Н-ПД, ЗЗНКМС

Высокая магнитная проницаемость (μα от 2000 до 5000 Гс/Э, μm от 20000 до 100000 Гс/Э). Индукция насыщения не менее 15000 Гс

Витые и штампованные сердечники междуламповых и малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей
Сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса 50НП, 50НПУ, 50НП-ВИ, 50НПУ-ВИ, 50НП-ЭЛ, 50НП-ПД, 65НП, 68НМП, 37НКДП, 37НКДП-ВИ, 34НКМП, 35НКХСП, 35НКХСП-ВИ, 35НКХСП-ЭЛ, 40НКМПЛ, 79НМ, 80Н2М

Наивысшая максимальная магнитная проницаемость (μm от 40000 до 1200000 Гс/Э) и прямоугольность петли гистерезиса (Br/Bs от 0,90 до 0,98) при индукции насыщения до 15000 Гс

Сердечники магнитных усилителей, бесконтактных реле, контактных выпрямителей, дросселей модуляторов, импульсных трансформаторов, магнитных элементов, счетно-решающих устройств
Сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса в микронных толщинах  79НМ, 77НМД, 81НМА, 80Н2М, 80НЮ

Высокая прямоугольность петли гистерезиса (Вrm = 0,9—0,96); коэрцитивная сила от 0,04 до 0,6 Э, низкий коэффициент перемагничивания

Температурностабильные сердечники элементов магнитной памяти, дешифраторов, регистров сдвига и т. д.
Сплавы с высокой индукцией насыщения 27КХ, 49КФ2, 49КФ, 50КФ, 05НС Наивысшая индукция насыщения до 24000 Гс и повышенное значение температуры Кюри Сердечники и полюсные наконечники обычных и сверхпроводящих магнитов, электромагнитов, малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, магнитных усилителей, экранов, роторов и статоров электрических машин, телефонных мембран, магнитострикционных приборов
Сплавы с низкой остаточной индукцией 47НК, 47НКХ, 64Н, 68НМ, 79НМЗ, 40НКМПЛ

Низкая остаточная индукция (5% от Bs); малая зависимость проницаемости от величины намагничивающего поля; высокая стабильность свойств при изменении температуры и воздействии магнитных полей

Сердечники импульсных и широкополосных трансформаторов
Сплавы с повышенной деформационной стабильностью и износостойкостью 16ЮХ, 16ЮИХ, 10СЮ, 81НМА

Наивысшие значения твердости (HV от 250 до 500), прочности (σв до 75 кгс/мм2), износостойкости в сочетании с высокой магнитной проницаемостью (μ5 от 10000 до 50000 Гс/Э) и удельным электрическим сопротивлением до 1,5 [(Ом·мм2)/м]

Сердечники магнитных головок записи и воспроизведения информации и видеоизображения
Сплавы с заданным коэффициентом линейного теплового расширения 52Н, 47НД, 47Н5К

Коэффициент линейного теплового расширения близок к коэффициенту линейного теплового расширения мягких стекол; коэрцитивная сила менее 0,2 Э при индукции насыщения от 13000 до 16000 Гс

Магнитные элементы герметизированных магнитных контактов (герконы)
Сплавы с высокой коррозионной стойкостью 36КНМ, 16Х Коррозионная стойкость в условиях высокой влажности, морской воде и во многих активных средах

Магнитопроводы различных систем управления, якорей и электромагнитов, магнитопроводов пневматических и гидравлических клапанов, работающих без защитных покрытий во влажной и агрессивных средах

Сплавы с высокой магнитострикцией 8Ю, 12Ю, 14Ю, 65К, 50КФ 

Наивысшие значения магнитострикции 35—80·10–6 и низкая коэрцитивная сила 0,3—3,0 Э

Сердечники магнитострикционных преобразователей ультразвуковой, гидроакустической аппаратуры, электромеханических фильтров, линий задержки
Термомагнитные сплавы и материалы 31НХГ, 31НХ, 32НХ, ЗЗНХ, 38НХ, 33НЮ, З0НГ, 32НХЮ, ТКМ-08-1, ТКМ-09-1, ТКМ-012-1, ТКМ-015-1, ТКМ-015-2, ТКМ-017-1

Линейная температурная зависимость магнитной индукции при крутизне от 30 до 60 Гс/град в области полей от ~30 до 1500 Э

Компенсационные магнитные шунты измерительных приборов и электровакуумных приборов

Магнитные свойства магнитомягких сплавов в постоянном поле определяются химическим составом, структурой и текстурой сплава после окончательной термической обработки. В свою очередь структура и текстура сплава зависят от способа изготовления. Некоторые свойства (намагниченность насыщения и температура Кюри) сравнительно слабо меняются при небольших изменениях состава и обычно не зависят от условий изготовления и термической обработки. Наоборот, такие характеристики, как проницаемость, коэрцитивная сила, потери на гистерезис, сильно зависят от этих факторов и более других физических свойств чувствительны к изменениям содержания примесей или условий и режима термической обработки. Поэтому их называют структурно чувствительными свойствами.

Структурно чувствительные свойства зависят также от химического состава, содержания примесей, неметаллических включений, температуры испытаний, кристаллической структуры, в том числе сверхструктуры и наведенной анизотропии, ориентации кристаллов, дефектов кристаллической решетки и напряжений. В зависимости от величины основных физических констант (констант анизотропии и магнитострикции), которые определяются общим составом сплава, указанные факторы могут в разной степени воздействовать на структурно чувствительные свойства. Иногда эти факторы действуют в противоположных направлениях, как например растягивающие и сжимающие напряжения в области предела упругости в сплавах с положительной или отрицательной магнитострикцией. Именно поэтому при изготовлении магнитномягких сплавов можно путем различных технологических операций (выплавка, горячая и холодная прокатки, промежуточная и окончательная термическая обработки) оказывать направленное воздействие на структуру, анизотропию (кристаллографическую или наведенную), тип и количество неметаллических включений, примесных атомов и другие факторы, постигая тем самым требуемого сочетания и уровня свойств.

В связи с этим технологический процесс изготовления магнитомягких сплавов, как правило, строго регламентирован начиная с подбора шихтовых материалов и кончая окончательной термической обработкой.

В настоящее время выплавку магнитомягких сплавов в промышленных условиях проводят в индукционных открытых и вакуумных печах, а также индукционных печах с контролируемой атмосферой. В некоторых случаях для получения экстремальных свойств используют различные виды переплава: электрошлаковый (ЭШ), электроннолучевой (ЭЛ), плазменно-дуговой (ПД).

Последующий передел слитков проводится с применением различных способов обработки. К их числу относятся ковка, горячая, теплая и холодная прокатка, волочение, термическая обработка, в контролируемых рафинирующих средах и вакууме и термомагнитная обработка (в продольном или поперечном магнитном поле).

В каждом частном случае технология выплавки и последующих операций определяется механизмом формирования конечных свойств в сплаве данного состава.

Нормируемые ГОСТом и техническими условиями свойства магнитомягких сплавов гарантируются после изготовления изделия (магнитопровода) из нагартованной ленты (листа, прутка), и термической обработки в нормируемых условиях по рекомендованному режиму. В связи с высокой чувствительностью основных магнитных свойств к локальным или макроскопическим воздействиям, вызывающим пластическую или упругую деформацию (вырубка, рихтовка пластин, резка и навивка ленты, зачистка, сверление отверстий, сварка, электроизоляционное покрытие и т. д.), все технологические операции по изготовлению магнитопровода необходимо проводить до окончательной термической обработки.

В некоторых случаях, как например при изготовлении головок магнитной записи, неизбежны операции после окончательной термической обработки, вызывающие возникновение напряжений (пропитка, механическая полировка). При этом нужно учитывать неизбежное снижение магнитных свойств, степень которого будет зависеть от технологии этих операций, а в конечном счете — от величины возникающих напряжений.

Магнитные свойства сердечников в переменных и импульсных полях в значительной степени зависят от качества электрической изоляции между витками витого или пластинами наборного сердечника. Электроизоляционное покрытие и технология его нанесения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) высокая однородность, сплошность и достаточное электрическое сопротивление при толщине покрытия 0,5—5 мкм (на сторону);

2) высокая термическая стойкость при температурах отжига 1100—1300°С в среде чистого сухого водорода или глубокого вакуума;

3) отсутствие химического взаимодействия или взаимной диффузии компонентов металла и покрытия.

Магнитомягкие сплавы изготовляют и поставляют в виде холоднокатаных лент толщиной от 0,0015 до 2,5 мм, горячекатаных листов, горячекатаных и кованых прутков. Сплав 50НП изготовляют только в виде лент толщиной 0,02; 0,05 и 0,1 мм.

Размер и допускаемые отклонения для холоднокатаных лент толщиной 0,02—2,5 мм и горячекатаных листов, и прутков нормируются ГОСТ 10160—75 («Сплавы железоникелевые с высокой магнитной проницаемостью»), приведены в табл. 2 и 3 соответственно.

Размеры и допускаемые отклонения холоднокатанных лент магнитомягких сплавов

Размеры и допускаемые отклонения горячекатанных листов и прутков магнитомягких сплавов

Аналогичные данные на ленту толщиной менее 0,02 мм нормируются техническими условиями и приводятся при описании сплавов.

Допускаемые ГОСТ 10160—75 отклонения по ширине лент приведены в табл. 4.

Допускаемые отклонения по ширине ленты магнитомягких сплавов

Сплавы поставляют в холоднокатаном состоянии без термической обработки. Для получения нормируемых магнитных свойств изделия из сплавов должны пройти термическую обработку, указываемую для каждого сплава.

Изложенные ниже материалы содержат данные о сортаменте и нормируемых свойствах, а также обширные справочные сведения о поведении сплавов в различных условиях эксплуатации. Приведены свойства сплавов в постоянных и переменных полях при воздействии положительных и отрицательных температур, при механических воздействиях. Кроме того, приведены данные о физических свойствах сплавов.

Магнитные свойства, приведенные в марочнике, соответствуют наиболее характерным свойствам, получаемым при изготовлении образцов и проведении термической обработки по рекомендациям ГОСТ или технических условий.

 

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения