§ 74. Основные свойства магнитно-твердых материалов.

Магнитно-твердые материалы используются для изготовле­ния постоянных магнитов, применяемых в различных электротех­нических устройствах, где требуется наличие постоянного магнит­ного поля. У таких материалов и различных деталей, изготов­ленных из них, состояние намагниченности сохраняется весьма длительное время. Как известно, основными магнитными харак­теристиками этих материалов являются большая коэрцитивная сила Н_с, большая остаточная магнитная индукция В_r и, следо­вательно, большая магнитная энергия ( ) Дж/см³. Все эти величины можно определить из кривой гистерезиса, вернее, из ее части, расположенной в области размагничивания (рис. 182.)

Рис.182.Кривые размагничивыния и магнитной

энергии магнитно – твердого материала.

Точка пересечения кривой с осью В дает остаточную индукцию , а с осью Н — коэрцитивную силу Нс. Магнитная же энергия определяется произведением для каждой точки этой части гистерезисной кривой. Если отложить эти величины энергии правом квадранте рис. , то получим кривую их значений. Наи­большая величина произведения = находится в точке А этой кривой. Вот этой величиной совместно с Нс и и характеризуются магнитно-твердые материалы.

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени более или менее уменьшается. Это явление называется старе­нием магнита. Оно может быть обратимым необратимым. Пер­вое наступает в результате механических вибраций, ударов, изменения температур и действия внешнего постоянного поля. Повторное намагничивание постаревшего таким образом маг­нита возвращает ему прежние свойства. Необратимое же старе­ние связано со структурными изменениями, происходящими со временем в материале.

Магнитные стали, употребляемые для постоянных магнитов, закаляются на мартенсит, т. е. в результате этой закалки они приобретают мелкозернистую игольчатую структуру, в которой зерна металла имеют вид тонких иголок или штрихов. Эта струк­тура неустойчива и с течением времени распадается, что приво­дит к уменьшению коэрцитивной силы и остаточной индукции. Такое естественное старение совершается очень медленно. Для получения стабильных свойств постоянные магниты подвергают искусственному старению — нагревают и охлаждают.

Современные магнитно-твердые материалы многообразны и сильно отличаются друг от друга по своим характеристикам. Их можно разбить на две группы. Одну группу составляют ле­гированные стали, закаливаемые на мартенсит; вторая же группа состоит из сплавов на основе α -железа, которые называются α -сплавами.

Мартенситовая структура в сталях получается путем их быст­рого охлаждения до комнатной температуры (закалка), начиная с температур, при которых они являются раствором углерода в железе, называемом аустенитом. При такой закалке железо пре­вращается в магнитное α -железо. Поэтому быстрое охлаждение приводит к тому, что часть раствора углерода в железе остается и создает с частицами α -железа мартенситовую структуру. Эта структура при повышении температуры может быть уничтоже­на, и сталь приобретает свойства магнитно-мягкого материала. На рис.183.показано влияние закалки на петлю гистерезиса. В сплавах железа с кобальтом, никелем, кремнием и другими веществами необходимые свойства магнитно-твердых материалов достигаются при помощи тепловой обработки. Указанные вещества растворяются в гα -железе и тем больше, чем выше температура. Сплав α -железа с каким-либо растворяющимся в нем веществом при медленном охлаждении создает насыщенный раствор.

Рис.183.Влияние закалки на петлю гистерезиса стали:

1—отожженная сталь; 2—закаленная сталь (В – Гс; Н – А/см).

Растворенное вещество из раствора может выпадать в чистом виде или в виде химического соединения с железом. Если же провести охлаждение сплава до комнатной температуры настолько быстро, что растворенное вещество выпасть не успеет, то получится перенасыщенный твердый раствор. Однако с течением времени избыточное растворенное вещество из этого раствора будет выпадать в виде малых ча­стиц — кристалликов. Это приведет к изменению магнитных свойств сплава. Самопроизвольно этот процесс может длиться очень долго. Его можно ускорить отпуском, т. е. нагревом сплава до температуры, при которой начинается выпадение растворен­ного вещества, но невозможен обратный переход сплава в одно­родный раствор. Этот процесс получил название дисперсионного твердения. Он состоит из двух стадий тепловой обработки: закал­ки и отпуска. На рис.184 показаны верхние части петель гистере­зиса для одного и того же сплава железо — вольфрам — кобальт (Fе — W — Со) после закалки (кривая 1) и последующего отпу­ска (кривая 2).

Рис. 184.Гистерезисные петли сплава (железо – вольфрам – кобальт) после отпуска и закалки: 1 – закаленный сплав, 2 – отпущенный сплав ( В – Гс; Н – А/см).