МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

1.1. Общая характеристика магнитных материалов

В современном приборо — и машиностроении широкое распро­странение для изготовления различных деталей получили магнит­ные материалы. Они условно делятся на две большие группы: магнитно-твердые и магнитно-мягкие.

Материалы первой группы — это постоянные магниты и сплавы, характеризующиеся трудностью намагничивания, но сохраняющие остаточный магнетизм при снятии внешнего намагничивающего поля. К этой группе относят литейные сплавы ЮНД4 (АЛИИ—АНЗ), ЮНДК24 (АЛНИКО —АНК04), АЛНИСИ (АНК), АЛНИК05, АЛНИКО400, ТИКОНАЛ, ЮНДК15 (АНК02), ЮНДКІ8 (АНКОЗ), ВИКАЛЛОЙ I и ВИКАЛЛОЙ II (сплавы системы Fe—Со—V), СИЛМИНАЛ (сплавы на основе Ag—М—AI), КУНИФЕ и МАГНИТОФЛЕКС (сплавы системы Fe—Ni—Си). К этой же группе относятся прессованные и спеченные магниты из окислов кобальта (СоО) и железа (Fe203-h Fe304) — КУНИКО I и КУНИКО II, прессованные и металлокерамические магниты из порошков АЛИИ’, АЛНИКО, МАГНИКО, а также прессованные и спеченные изде­лия из гексагонального текстурованного комплексного окисла Ba0‘6Fe203— ФЕРРОКСДУР или магнитно-твердый феррит.

Магнитно-мягкие материалы предназначены для изготовления изделий, работающих в слабых переменных полях. Эти материалы характеризуются тем, что они легко намагничиваются, но весьма мало сохраняют или вообще не сохраняют магнетизм при снятии намагничивающего поля. К магнитно-мягким материалам (вторая группа магнитных материалов) относятся технически чистое железо, различного рода электротехнические стали класса Э, пермаллои 50Н, 50НХС, 80НХС, 79НМ, 81НМА, альфенолы ЮІ6, 16ЮИХ, сендасты, альсиферы, а также спрессованные и спеченные из по­рошков окислов магнитно-мягкие ферриты никель-цинкового и мар — ганец-цинкового состава. Некоторые физические свойства и хими­ческий состав магнитных материалов приведены в табл. 1—6.

Для получения требуемого уровня электромагнитных свойств магнитные материалы подвергают специальным видам термической обработки. Некоторые режимы термической обработки наиболее распространенных в производстве магнитных материалов приведены в табл. 7, 8. В результате указанной термической обработки магнитные сплавы, получая определенный уровень магнитных параметров, приобретают специфические механические свойства.

Так, литые магнитно-твердые сплавы приобретают крупно — зернистость структуры и высокую хрупкость. Выполненные в СССР исследования влияния добавок серы, титана и лития на магнитные и механические свойства сплавов типа АНК04 показали, что добавка серы в количестве до 0,5 % резко повышает предел прочности при изгибе и кручении [19]. Это проявляется в тем большей степени, чем ниже были механические свойства до вве­дения серы. В частности, предел прочности при кручении сплава

Таблица 1. Магнитные свойства магнитно-твердых материалов [19] Марка сплава Остаточ­ная маг­нитная индукция Вг, Тл Коэрци­тивная сила Нс, А/м Индук­ция маг­нитного поля Вл, Тл Напря­женность магнит­ного поля Яд, кА/м Плот­ность магнит­ной энер­гии внтах ——102 8л Дж/м3 при максимальной энергии ЮНД4(АНЗ) 0,50 40,0 0,30 24,0 36 АН К 0,40 60,0 — — 43 ЮНДК15(АНК02) 0,75 48,0 0,43 28,0 60 Сплав типа А 0,75 62,5 — — —. Сплав типа Б 0,85 54,0 — — — ЮН Д К18 (АН КОЗ) 0,90 55,0 0,57 34,0 97 ЮНДК24(АНК04) 1,23 44,0 0,95 34,0 160

Таблица 2. Химический состав магнитно-твердых материалов [19] Марка сплава Массовая доля компонента, %, не более Ni А1 Со Си Ті S Si С Мл ЮНД4(АНЗ) 25 15,5 4 0,3 0,1 0,15 АНК 33 13,5 — — — 0,1 — — — ЮНДК15(АНК02) 20 9 15 4 0,3 0,1 0,15 — — ЮНДК18(АНКОЗ) 19 10 18 3 0,3 0,1 0,15 0,03 0,35 ЮНДК24 (АНК04) 14 9 24 4 0,3 0,1 0,15 — — Сплав типа А 20,5 9 20 2 1,5 0,35 0,15 — — Сплав типа Б 18,5 9 20 3 1,5 0,35 0,15 — — Примечание. Остальное — -Fe. *

Таблица 3. Магнитные свойства магнитно-мягких сплавов [ 161 Марка сплава Толщина листа, мм Относительная магнитная проницаемость р. ю-3 Коэрци­тивная сила Нс, А/м Индук­ция на­сыщения В5, Тл началь­ ная макси­ мальная 79НМ 0,02 16 70 4.0 0,75 0,05; 0,08 16 90 3,2 0,1; 0,15 20 120 2,4 0,2 22 130 1,6

Продолжение табл. 3 Марка сплава Толщина листа, мм Относительная магнитная проницаемость р. ю-3 Коэрци­тивная сила Нс, А/м Индук­ция на­сыщения В5, Тл началь­ ная макси­ мальная 80НХС 0,02 18 70 4,0 0,63 0,05; 0,08 20 90 3,2 0,1; 0,15 22 120 2,4 0,2 28 130 1,6 50НХС 0,02 1,5 15 20 1.0 0,05; 0,08 2 20 16 0,1; 0,15 2,5 25 13 0,2 3 28 10 50Н 0,05; 0,08 2 20 20 1.5 0,1; 0,15 2,3 25 16 0,2 26 30 12 81НМА 0,02; 0,05 50 _ _ 0,5 0,1; 0,2 70 250 1,2 Ю16 0.1 2 8 3,1 1,0 0,2 3 9 3,5 1,2 16ЮИХ 0,1 5 15 3,2 0,2 10 25 3,5 1,1

ЮНДК24 увеличивается в 2,5—2,6 раза. Наибольшее влияние на прочность сплавов оказывает добавка серы в количестве 0,2—0,3 %. Магнитные свойства при этом практически не изменяются.

Ударная вязкость сплавов с увеличением содержания серы вначале монотонно увеличивается, достигая наибольших значений при содержании серы в количестве 0,2—0,3 %, а затем уменьшается. С увеличением содержания серы в сплаве величина зерна практи­чески не изменяется.

Существенное влияние на механические свойства сплавов для постоянных магнитов оказывает процентное содержание в их сос­таве титана и лития.

С увеличением содержания титана прочность на изгиб и кру­чение, ударная вязкость сплава ЮНДК24 возрастают, достигая мак­симума при содержании в сплаве титана в пределах 0,5—1 %. Одновременно отмечается существенное изменение магнитных свойств: коэрцитивная сила возрастает и достигает значения 590—640 кА/м (750—800 Э), а остаточная индукция снижается.

Добавки лития в сплав до 0,05 % повышают прочность сплава ЮНДК24 на изгиб и кручение на 30—45 %. В то же время добавки лития в сплав практически не влияют на ударную вязкость, обрабатываемость, величину зерна и магнитные свойства.

Обобщая теоретические и эксперементальные исследования влия­ния лигатур на механические и магнитные свойства магнитно

ческой обработки для основных электромагнитных характеристик изделий.

В отношении магнитно-мягких сплавов следует отметить следующее. В результате термической обработки эти сплавы при­обретают не только магнитную мягкость, т. е. способность к быстрому перемагничиванию, но и становятся мягкими по своим механическим свойствам. Их поверхностная твердость низка и не превышает для пермаллоев значений 1,2—1,6 ГПа. После отжига сплавы имеют крупнозернистую структуру. Все это в сочетании с большим содержанием Ni обусловливает их плохую механическую обрабаты­ваемость, в том числе шлифованием и доводкой.

Специфика изделий из магнитно-мягких сплавов такова, что методами шлифования и доводки необходимо обеспечить очень высокие требования точности. Например, неплоскостность поверх­ностей на длине 50—60 мм — в пределах 0,1—0,2 мкм; бочко — видность (седлообразность) цилиндрических поверхностей на длине 60—100 мм — в пределах не более 0,1—0,3 мкм. При этом к обра­батываемым поверхностям предъявляются жесткие требования по шероховатости: она должна находиться в пределах параметра /?а== 0,02—0,04 мкм. Выполнение этих требований методами шли­фования и доводки обусловливает (вследствие действия силовых и температурных факторов) существенное снижение (иногда в 100 раз) магнитных свойств поверхностной зоны. Образовав­шийся наклеп ухудшает выходные эксплуатационные свойства изделий. Уменьшить наклеп повторной термической обработкой невозможно из-за конструктивных особенностей изделий, а также из-за потери на операциях термообработки параметров точности. Все это обусловливает необходимость разработки специальной тех­нологии шлифования и доводки магнитно-мягких материалов, при которой можно было бы с помощью технологических факторов (режимы резания, алмазно-абразивный инструмент) управлять магнитными свойствами поверхностного слоя, обеспечивая мини­мально возможный наклеп. Для условий же крупносерийного и массового производства необходимо одновременно с оптими­зацией задачи качества обработки решать вопрос повышения производительности технологических процессов.