4. Основные свойства и применение металлических магнитомягких материалов (пермаллои, альсиферы, электротехнические кремнистые стали)

Пермаллои — пластичные железоникелевые сплавы содержанием никеля от 36 до 80 %. Для улучшения тех или иных свойств в них вводят молибден, хром или медь, получая легированные пермаллои. Пермаллои, содержащие 36—50 % никеля, называются низконикелевыми, а 60—80 % — высоконикелевыми.

Все пермаллои отличаются высокими магнитными характеристиками, что обеспечивается не только их составом и химической чистотой, а также специальной тепловой обработкой. При этом сплав нагревают со скоростью 400—500 °С в час, выдерживают при 1000—1150°С в течение 3—6 ч, затем охлаждают со скоростью 100—200 °С в час до комнатной температуры. Наилучшие магнитные характеристики имеют пермаллои, отжигаемые в вакууме.

Наибольшим удельным электрическим сопротивлением, а следовательно, малыми потерями на вихревые токи обладают легированные пермаллои, которые отличаются также повышенными магнитными характеристиками.

Все пермаллои чувствительны к механическим деформациям, наклепу при резке, штамповке и другим механическим воздействиям. Поэтому детали из пермаллоя, полученные этими способами, подвергают дополнительной тепловой обработке — отжигу (по определенному режиму).

Пермаллои поставляют в виде лент толщиной 0,002—1,5 мм, листов толщиной 1—2,5 мм и прутков диаметром 8—60 мм и более. Низконикелевые пермаллои применяют для изготовления сердечников дросселей, малогабаритных трансформаторов и магнитных усилителей, а высоконикелевые — деталей аппаратуры, работающих на частотах несколько выше звуковых. Магнитные характеристики пермаллоев в интервале температур от —60 до +60 °С стабильны.

Альсиферы представляют собой нековкие хрупкие сплавы, состоящие из 5,5—13 % алюминия, 9—10 % кремния, остальное — железо. Альсиферы предназначались для замены дорогих пермаллоев, но удалось это сделать в сравнительно ограниченной области их применения. Из альсифера изготовляют литые сердечники, работающие в диапазоне частот не более 20 кГц, так как на более высоких частотах в них возникают большие потери на вихревые токи. Кроме того, из альсифера отливают полые детали с толщиной стенок не менее 2 мм.

Электротехнические кремнистые стали представляют собой низкоуглеродистые стали, в которые вводят от 0,8 до 4,8 % кремния для улучшения магнитных свойств. Кремний, находящийся в стали в растворенном состоянии, реагирует с закисью железа FeO. При этом из стали выделяется чистое железо и образуется кремне­зем

Кремнезем повышает удельное сопротивление стали, что снижает потери на вихревые токи. Кремний вызы­вает распад цементитаFe₃С — вредной примеси в стали, резко понижающей ее магнитные характеристики. Кремний также способствует росту кристаллов железа, что повышает уровень магнитных характеристик стали. Введение больших количеств кремния в сталь улучшает все магнитные характеристики, но вызывает ее повышенную хрупкость, исключающую изготовление из нее штампованных деталей. Поэтому вводят кремний в сталь в количестве, не превышающем 4,8 %.

Листы кремнистой стали изготовляют прокаткой заготовок в нагретом или ненагретом состоянии. В соответствии в этим различают горячекатаную и хо­лоднокатаную кремнистую сталь.

Холоднокатаные кремнистые стали, кристаллы железа которых расположены преимущестенно в направлении прокатки, называют текстурованными.

Улучшенные магнитные характеристики наблюдаются у холоднокатаных сталей только при совпадении направления их прокатки с направлением магнитного потока. В ином случае все магнитные характеристики холоднокатаных текстурованных сталей ниже, чем грячекатаных.

Холоднокатаные стали рационально применять в ленточных сердечниках и других конструкциях, где направление магнитного потока совпадает с направлением прокатки.

Электротехническую сталь прокатывают в листы и ленты толщиной от 0,05 до 1 мм. Это доступный и дешевый материал. Для сердечников электрических машин, имеющих круглую форму, применяют горячекатаные стали, а также холоднокатаные малотекстурованные, которые обладают лучшими магнитными свойствами, чем горячекатаные.