Кремниста електротехнічна сталь
Для поліпшення магнітних властивостей заліза широко застосовують легування технічно чистого заліза кремнієм або кремнієм і алюмінієм.
Кремниста електротехнічна сталь – магнитомягкий матеріал масового споживання. Його широко застосовують для виготовлення магнітних кіл, що працюють при частоті 50 – 400 Гц. Перевагою цього матеріалу є висока індукція насичення і відносно невисока вартість.
Групи легування і властивості кременистої електротехнічної сталі в залежності від вмісту кремнію
Кремній, утворюючи з залізом твердий розчин, збільшує його питомий електричний опір, яке лінійно зростає від 0,1 мкОм – м при нульовому вмісті кремнію до 0,6 мкОм – м при вмісті кремнію 5% (таблиця 2.1). При цьому щільність сталей знижується. Позитивна дія кремнію полягає ще і в тому, що сприяє переходу вуглецю з найбільш шкідливою для магнітних властивостей форми – цементиту в графіт. Крім того, кремній виконує роль раскислителя, а також сприяє утворенню грубозернистої структури і зменшує магнітну анізотропію і константу магнітоскріпціі. В результаті зазначених змін поліпшуються магнітні властивості стали: зменшується Нс, збільшуються M, знижуються втрати на вихрові струми і гістерезис. При вмісті кремнію 6,5 – 6,8% M досягає найбільшого значення, а константа магнітоскріпціі наближається до нуля. Кремній також підвищує стабільність магнітних властивостей стали в часі.
Однак з підвищенням вмісту кремнію механічні властивості стали погіршуються – збільшуються твердість і крихкість. Наприклад, при вмісті кремнію 4 – 5% сталь витримує не більше 1 – 2 перегинів на кут 90о і, що дуже небажано, знижується індукція насичення Br. Тому в кременистої електротехнічної сталі вміст кремнію не перевищує 4,8%.
Електротехнічну сталь виробляють гарячекатаної і холоднокатаної. Гарячекатана сталь изотропна, тобто її магнітні властивості однакові в різних напрямках щодо напрямку прокатки. Вона дешевше холоднокатаної і широко застосовується в електромашинобудуванні.
Властивості стали можна значно поліпшити шляхом холодної прокатки і наступного відпалу. В результаті холодної прокатки відбувається переважна орієнтація кордонів зерен. Однак деформація в холодному стані призводить до утворення великих внутрішніх напружень і, отже, до збільшення коерцитивної сили. Внутрішня напруга знімають відпалом при температурі 900 – 1000оС. При відпалі відбувається рекристалізація, що супроводжується зростанням зерен і одночасної їх орієнтацією з утворенням кристалічної текстури матеріалу.
Магнітні властивості текстурированной стали або стали з так званої ребровой текстурою (рисунок 2.3) істотно вище вздовж напрямку прокатки.
Положення елементарних осередків кристалічної решітки в листі з ребровой текстурою (а) і кубічної текстурою (б) (стрілкою показано напрямок прокатки)
Малюнок 2.3 – Положення елементарних осередків кристалічної решітки в листі з ребровой текстурою (а) і кубічної текстурою (б) (стрілкою показано напрямок прокатки)
Текстуровану сталь застосовують в магнитопроводах такої конструкції, при якій магнітний потік проходить в напрямку найкращих магнітних властивостей, наприклад, в трансформаторобудуванні. При виробництві потужних трансформаторів заміна гарячекатаної сталі текстурированной дозволяє знизити втрати енергії на 30%, масу трансформатора до 10% і витрата стали до 20%. Однак ця умова важко здійснити для магнітопроводів електричних машин з круглою формою статора і ротора. У цих випадках застосовують малотекстурірованние стали або стали не з ребровой, а з кубічної текстурою. У останніх найкращі магнітні властивості забезпечуються при проходженні магнітного потоку в трьох напрямках – уздовж, поперек і перпендикулярно напрямку прокатки.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)