bogodukhov_s_i_sinyukhin_a_v_kozik_e_s_kurs_materialovedeniy

шей характеристикой диэлектрических материалов является элек трическая прочность. При превышении в объеме диэлектрика неко торой критической величины напряженности электрического поля происходит пробой. (Под напряженностью электрического поля по нимают отношение приложенного к диэлектрику напряжения к рас стоянию между подводящими напряжение электродами). Значение напряжения в момент пробоя называют пробивным напряжением, а достигнутую к этому моменту напряженность — электрической прочностью.

В приборостроении в ряде случаев требуются материалы с мини мальным или заданным по величине температурным коэффициентом линейного расширения, материалы с малым температурным коэффи циентом модуля упругости и др. Сплавы, имеющие подобные свойст ва, принадлежат системе Fe Ni.

Минимальное значение температурного коэффициента линейного расширения (1,5 10 6 1/оС) в интервале температур от 60 до 100 °С имеет сплав с 36 % никеля — 36Н, называемый инвар. Малое значе ние температурного коэффициента линейного расширения сплавов инварного типа имеет ферромагнитную природу и связано с большой магнитострикцией, т.е. изменением размеров ферромагнетика при его намагничивании. Размеры изделий инварного сплава определя ются двумя составляющими: нормальной, зависящей от энергии свя зи между атомами, и магнитострикционным увеличением размера, вызванным внутренним магнитным полем ферромагнетика. С увели чением температуры размер любого тела растет вследствие ослабле ния межатомных связей, но в сплавах инварного типа этот рост ком пенсируется уменьшением магнитострикционной составляющей, по скольку увеличение тепловых колебаний атомов влечет за собой сни жение намагниченности, а следовательно, и магнитострикции.

Частичная замена в инваре никеля на кобальт и дополнительное легирование медью уменьшает коэффициент линейного расширения сплава в том же температурном интервале до 1,0 10 6 1/оС (32НКД — суперинвар). Сплав 29НК (ковар) имеет такой же коэффициент, как термостойкое стекло, вольфрам и молибден. У сплава 47НД (плати нит) коэффициент линейного расширения такой же, как у обычного стекла и у платины.

Сплавы с малым температурным коэффициентом модуля упруго сти называют элинварными, например 36НХ (элинвар), 42НХТЮ, 44НХТЮ.

Ферромагнитные материалы в зависимости от конфигурации их петли магнитного гистерезиса подразделяют на магнитно твердые и магнитно мягкие.

152 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

Магнитно твердые сплавы используют для изготовления постоян ных магнитов. Они имеют широкую петлю гистерезиса с большой ко эрцитивной (размагничивающей) силой Нс 4 кА/м и обладают зна чительной магнитной энергией, пропорциональной величинам Нс и остаточной магнитной индукции Вr.

Увеличение коэрцитивной силы магнитно твердых сталей дости гается получением неоднородной напряженной структуры, представ ленной высокоуглеродистым мартенситом с высокой плотностью де фектов строения.

Для постоянных магнитов небольшой мощности могут быть ис пользованы углеродистые инструментальные стали. Обычно приме няют высокоуглеродистые стали, легированные хромом и кобальтом (ЕХ3, ЕХ5К5 и др.). Легирующие элементы увеличивают прокаливае мость стали, повышают ее коэрцитивную силу и магнитную энергию. Широкое применение получили литые сплавы типа алнико, напри мер ЮНДК15, ЮНДК40Т8АА, обладающие значительно большей ко эрцитивной силой и магнитной энергией, чем легированные стали. В качестве материалов постоянных магнитов применяют сплавы систе мы Fe Ni Al, сплавы на основе РЗМ (Sm, Pr, Y), получаемые методом порошковой металлургии.

Из магнитно мягких сплавов изготавливают электромагниты, маг нитопроводы электрических машин, трансформаторов, электриче ских приборов и аппаратов. Основные требования, предъявляемые к магнитно мягким материалам, — низкая коэрцитивная сила (узкая петля гистерезиса), высокая магнитная проницаемость, высокая ин дукция насыщения, малые потери на вихревые токи и перемагничи вание. Низкие значения Нс и высокая магнитная проницаемость достигаются в ферромагнетиках при однофазной, близкой к равнове сию структуре, с минимумом внутренних напряжений.

Магнитно мягким материалом является, например, техническое железо. Оно обладает достаточно высокой начальной и максимальной магнитной проницаемостью ( н 0,3 и max 9 мГн/м) и низкой ко эрцитивной силой (Нс 64 А/м). Недостатком железа является низкое удельное электросопротивление ( не более 0,1 мкОм м), обусловли вающее значительные тепловые потери, связанные с вихревыми тока ми, возникающими при перемагничивании. Поэтому применение технического железа ограничено устройствами, работающими на по стоянном токе.

Наиболее широкое распространение в качестве магнитно мягких материалов, работающих в полях промышленной частоты (низкочас тотные поля), получили кремнийсодержащие (электротехнические) стали. Основное назначение кремния — увеличение удельного элек

154 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№ 320. Какой материал называют твердой медью?

A) Электролитическую медь. B) Медный сплав, содержащий леги рующие элементы, повышающие твердость. C) Медь, упрочненную холодной пластической деформацией. D) Медный штейн.

№ 321. Какой материал называют мягкой медью?

A) Медь после огневого рафинирования. B) Медный сплав, содер жащий легирующие элементы, снижающие твердость. C) Электроли тическую медь. D) Отожженную медь.

№322. Как влияют растворимые в меди примеси на ее электро проводность?

A)Электропроводность меди не зависит от примесей. B) Все при меси снижают электропроводность. C) Все примеси повышают элек тропроводность. D) Примеси, обладающие меньшим, чем медь удель ным электросопротивлением (например, серебро) повышают элек тропроводность, остальные — снижают.

№323. Какие материалы называют криопроводниками?

A)Высокотемпературные керамические сверхпроводники. B) Ди электрики, приобретающие определенную электропроводность при температуре жидкого водорода. C) Материалы, приобретающие нуле вое электросопротивление при охлаждении до температуры 100 К.

D)Материалы, приобретающие высокую электропроводность при глубоком охлаждении.

№324. Что представляют собой сплавы А5Е, А7Е?

A)Электротехнические алюминиевые сплавы высокой проводи мости. B) Высококачественные стали, легированные азотом. C) Авто матные стали, легированные селеном. D) Электротехнические мед ные сплавы, легированные алюминием.

№325. Что такое нихром? Каково его назначение?

A) Жаростойкий сплав на основе никеля. Используется для изго товления нагревательных элементов. B) Диэлектрический материал. Используется для изготовления электроизоляторов. C) Железонике левый сплав с высокой магнитной проницаемостью. Используется в слаботочной технике. D) Высокохромистый инструментальный мате риал. Используется для изготовления штампового инструмента.

№ 326. Как называется сплав марки МНМц 3 12? Каков его хи мический состав?

A) Инструментальная сталь. Содержит около 1 % углерода и от 0,3 до 1,2 % молибдена и никеля. B) Литейная бронза. Содержит 3 % ниобия и 12 % марганца. C) Медноникелевый сплав — манганин. Со

держит около 3 % никеля и 12 % марганца, остальное — медь. D) Сплав высокой электропроводности на основе меди с суммарным ко личеством примесей 0,03…0,12 %. Химический состав устанавливают по ГОСТу.

№327. Как называется сплав марки МНМц 40 1,5? Каков его хи мический состав?

A) Сплав высокого электросопротивления на основе Cu. Содержит около 40 % Ni и Mn (в сумме); 1,5 — удельное сопротивление.

B)Сталь с 1 % углерода; 40 — суммарное содержание Mo, Ni и Mn в %. Число 1,5 характеризует вязкость. C) Медноникелевый сплав кон стантан. Содержит около 40 % никеля, 1,5 % марганца, остальное — медь. D) Литейная бронза, содержащая примерно 40 % Ni, 1 % Mo и 5 % Zn.

№328. В каком из перечисленных в ответах случаях следует ис пользовать манганин?

A) Изготовление сильноточного разрывного контакта. B) Изготов ление коллекторных пластин электродвигателя. C) Изготовление ма логабаритного электромагнита с прямоугольной петлей гистерезиса.

D)Изготовление высокоточного резистора.

№329. Какие материалы называют диэлектриками?

A) Материалы, поляризующиеся в электрическом поле. B) Мате риалы с обратной зависимостью электросопротивления от температу ры. C) Материалы с неметаллическими межатомными связями. D) Материалы с аморфной структурой.

№ 330. Что такое диэлектрическая проницаемость?

A) Мера нагревостойкости диэлектрика. B) Мера диэлектрических потерь. C) Мера электрической прочности диэлектрика. D) Мера по ляризации диэлектрика.

№ 331. Что такое электрическая прочность?

A) Величина напряжения в момент пробоя. B) Напряженность электрического поля в момент пробоя. C) Максимальная величина тока, при которой возможна длительная эксплуатация материала. D) Мера способности материала сопротивляться одновременному воз действию тока и механической нагрузки.

№ 332. Каким основным свойством характеризуется инвар?

A) Высоким удельным электрическим сопротивлением. B) Высо кой магнитной проницаемостью в слабых полях. C) Малым темпера турным коэффициентом линейного расширения. D) Малым темпера турным коэффициентом модуля упругости.

156КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№333. Каким основным свойством характеризуются элинвары?

A)Малым температурным коэффициентом модуля упругости.

B)Прямоугольной петлей магнитного гистерезиса. C) Высокой ди электрической проницаемостью. D) Температурными коэффициен тами линейного расширения, равными коэффициентам неметалличе ских материалов.

№ 334. Что такое магнитострикция?

A) Изменение размеров и формы ферромагнетика при намагничи вании. B) Явление отставания магнитной индукции от напряженно сти магнитного поля. C) Процесс изменения ориентации доменной структуры при намагничивании. D) Процесс разрушения доменной структуры при нагреве ферромагнетика выше точки Кюри.

№ 335. Какие материалы называют магнитно твердыми?

A) Ферромагнетики с большой коэрцитивной силой. B) Ферромаг нетики с узкой петлей гистерезиса. C) Аморфные магнитные мате риалы. D) Материалы с высокой магнитной проницаемостью.

№ 336. Где используют магнитно твердые материалы?

A)Для изготовления магнитопроводов токов высокой частоты.

B)Для изготовления электромагнитов. C) Для изготовления постоян ных магнитов. D) Для изготовления магнитопроводов постоянного или слабо пульсирующего тока.

№337. Какой из приведенных в ответах сплавов можно использо вать для изготовления постоянного магнита?

A) Аустенитную сталь 12Х18Н10Т. B) Электротехническую сталь 1211. C) Инструментальную сталь У11А. D) Техническое железо.

№338. Какие материалы называют магнитно мягкими?

A)Мартенситные стали. B) Литые высококоэрцитивные сплавы.

C)Материалы с широкой петлей гистерезиса. D) Материалы с малым значением коэрцитивной силы.

№ 339. Для каких целей применяют электротехнические стали? A) Для изготовления постоянных магнитов. B) Для изготовле

ния приборов, регулирующих сопротивление электрических цепей. C) Для магнитопроводов, работающих в полях промышленной час тоты. D) Для передачи электрической энергии на значительные расстояния.

№ 340. Какой из приведенных в ответах сплавов можно использо вать для изготовления магнитопровода переменного тока промыш ленной частоты?

158КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№№326–328. A) Неверно.

№329. A) Правильно.

№330. A) Неверно. Нагревостойкость определяется максималь ной рабочей температурой нормальной эксплуатации диэлектрика.

№331. A) Неверно. Электрическая прочность учитывает не только величину напряжения в момент пробоя, но также и толщину диэлек трика в месте пробоя.

№332. A) Неверно.

№№ 333–335. A) Правильно.

№336. A) Для изготовления магнитопроводов электрического тока используют магнитно мягкие материалы.

№337. A) Неверно. Аустенитные стали немагнитны (парамагнитны).

№338. A) Неверно.

№339. A) Неверно. Для изготовления постоянных магнитов при меняют магнитно твердые сплавы, электротехнические стали отно сятся к магнитно мягким сплавам.

№340. A) Неверно. Аустенитные стали немагнитны (парамагнитны).

№341. A) Правильно.

№№ 342–344. A) Неверно.

Позиция B

№319. B) Правильно.

№320. B) Неверно.

№321. B) Медные сплавы называют латунями или бронзами. К медным относится также ряд сплавов, имеющих особые названия, на пример, мангнанин, мельхиор, нейзильбер.

№322. B) Правильно.

№323. B) Неверно.

№324. B) Неверно. Выбранный ответ противоречит правилам маркировки сталей.

№325. B) Неверно.

№326. B) Неверно. Бронзы маркируют буквами Бр. В литейных бронзах количество легирующего указывают непосредственно за его обозначением. Буквой Н обозначают никель.

№327. B) Неверно. Выбранный ответ противоречит правилам маркировки сталей.

№328. B) Неверно.

№329. B) Неверно. Обратная зависимость электросопротивления от температуры характерна, например, для полупроводников.

№330. B) Неверно.

№331. B) Правильно.

№332. B) Неверно. Высокой магнитной проницаемостью в сла бых полях обладают пермаллои.

№333. B) Неверно.

№334. B) Явление отставания изменения магнитной индукции от вызывающей эти изменения напряженности магнитного поля назы вается магнитным гистерезисом.

№335. B) Узкую петлю гистерезиса имеют магнитно мягкие мате риалы.

№336. B) Неверно. Для изготовления электромагнитов использу ют магнитно мягкие материалы.

№337. B) Неверно. Электротехнические стали применяют для из готовления магнитопроводов постоянного и переменного тока.

№338. B) Высококоэрцетивные сплавы являются магнитно твер дыми материалами.

№339. B) Для изготовления приборов, регулирующих сопротив ление электрических цепей, применяют проводниковые материалы с повышенным электрическим сопротивлением.

№340. B) Правильно.

№341. B) Магнитный поток при такой технологии изготовления сердечников не возрастает.

№342. B) Правильно.

№343. B) Выбранный ответ характеризует материалы, называе мые ферритами.

№344. B) Магнитодиэлектрики — магнитно мягкие материалы, поэтому постоянные магниты из них не изготавливают.

Позиция C

№319. C) В этом ответе материалы размещены в порядке убыва ния их удельного электросопротивления.

№320. C) Правильно.

№321. C) Неверно.

№322. C) Неверно. Все примеси искажают кристаллическую решетку металла, а это ведет к повышению электросопротивле ния.

№323. C) Неверно.

№324. C) Неверно. В марках автоматных селенсодержащих ста лей после буквы А следуют ДВЕ цифры, указывающие на содержание углерода в сотых долях процента, например, А35Е.

№325. C) Неверно. Выбранный ответ характеризует сплавы типа пермаллои.

№№ 326, 327. C) Правильно.

№328. C) Неверно.

№329. C) Неверно. Неметаллической связью обладает, например, графит, проводящий электрический ток.

160КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№330. C) Мерой электрической прочности диэлектрика называ ют напряженность в момент пробоя.

№331. C) Неверно.

№332. C) Правильно.

№№ 333, 334. C) Неверно.

№335. C) Аморфные магнитные материалы являются магнит но мягкими материалами.

№№ 336, 337. C) Правильно.

№338. C) Широкая петля гистерезиса характерна для магнит но твердых материалов.

№339. C) Правильно.

№340. C) Неверно. Техническое железо применяют для изготов ления магнитопроводов постоянного тока.

№№ 341, 342. C) Неверно.

№343. C) Правильно.

№344. C) Неверно.

Позиция D

№319. D) Неверно.

№320. D) Неверно. Медный штейн — это полупродукт одной из стадий производства меди.

№321. D) Правильно.

№322. D) Неверно. Все примеси искажают кристаллическую ре шетку металла, а это ведет к повышению электросопротивления.

№323. D) Правильно.

№324. D) Неверно. Электротехнические медные сплавы маркиру ют буквой М.

№№ 325, 326. D) Неверно.

№327. D) Неверно. Бронзы маркируют буквами Бр. В литейных бронзах количество легирующего указывают непосредственно за его обозначением. Буквами Мц обозначают марганец.

№328. D) Правильно.

№329. D) Неверно. Материалы с аморфной структурой могут быть как диэлектриками, так и проводниками электрического тока.

№330. D) Правильно.

№331. D) Неверно.

№332. D) Неверно. Выбранный ответ характеризует элинварные сплавы.

№№ 333, 334. D) Неверно.

№335. D) Высокая магнитная проницаемость — это характери стика магнитно мягких материалов.