3.2.4. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

В эту группу можно включить электротехнические кремнистые стали, стали и сплавы для постоянных магнитов, стали с заданными упругими свойствами, сплавы с малым термическим расширением, сплавы с большим электросопротивлением.

Электротехнические стали содержат не более 0,1 % углерода и 1…4 % кремния и имеют ферритную структуру. Основное назначение таких сталей – для изготовления деталей электрических машин, работающих в переменном магнитном поле. Кремнистые стали являются типичными магнитомягкими материалами, т. е. легко перемагничиваются, имеют повышенное электросопротивление, что снижает потери энергии на вихревые токи при работе в переменных магнитных полях, имеют высокую магнитную проницаемость.

Обозначаются электротехнические стали буквой Э (электротехническая сталь) и следующими за ней цифрами. Цифры 1,2,3,4, стоящие на первом месте за буквой Э, указывают на степень легирования стали кремнием. Цифры стоящие на втором месте (1…8) отражают гарантированные электрические и магнитные свойства. Для холоднокатаной стали к цифрам добавляются один или два нуля (0 – сильно текстурованная, 00 – малотекстурованная). Например: Э1200 – электротехническая сталь, слаболегированная кремнием (Si = 0,8…1,8 %), с пониженными магнитными потерями, холоднокатаная, малотекстурованная. Если сталь имеет очень низкие удельные потери, то в обозначение дополнительно вводится буква А (Э43А, Э330А).

Низколегированные электротехнические стали (1…2 % Si) используются для изготовления статоров, роторов и якорей электродвигателей небольшой мощности. Стали с содержанием кремния 3…4 % – для сердечников силовых трансформаторов и статоров мощных электрических машин. Сплавы с большой магнитной проницаемостью предназначены для магнитопроводов слаботочных приборов в электро- и радиотехнике.

Сплавы для постоянных магнитов являются магнитотвердыми, так как для их перемагничивания требуется значительная напряженность магнитного поля обратного направления. Сравнительно маломощные магниты изготавливаются из углеродистых сталей У10, У12 со структурой слабоотпущенного мартенсита. Более высокие магнитные свойства имеют специальные хромистые и хромистокобальтовые стали, содержащие 1 % углерода и 4,5…5,5 % хрома и кобальта. Еще более высокими характеристиками обладают сплавы железо – никель – алюминий, называемые альни. Они содержат 20…25 % никеля, 11…13 % алюминия, не более 0,05 % углерода. Одними из лучших магнитотвердых сплавов на железной основе являются альнико, содержащие 15…20 % никеля, 20…25 % кобальта, 9…11 % алюминия, 4…5 % меди. Эти сплавы обозначаются ЮНДК.

Сплавы с заданными упругими свойствами обладают прямолинейной зависимостью модуля упругости от температуры до 200 С, что позволяет корректировать работу приборов, в которых эти сплавы используются в качестве упругих элементов. Примером подобных сплавов может служить элинвар (41…43 % никеля, 5…6 % хрома, 2…3 % титана, 0,8…1 % алюминия). В электровакуумной технике широко применяется сплав ковар (29 % никеля, 18 % кобальта, остальное – железо).

Сплавы с большим электросопротивлением предназначены для работы в качестве нагревательных элементов в печах сопротивления и поэтому обладают высокой жаростойкостью. В состав этих сплавов входят хром и алюминий. Например, сплав фехраль содержит до 0,1 % углерода, 12…14 % хрома и 3…4 % алюминия. Он может работать на воздухе при высоких температурах несколько сотен часов.