Магнитные и немагнитные стали и сплавы

Магнитные стали широко применяются в электронике. В зависимости от назначения различают магнитнотвёрдые и магнитномягкие сплавы.

Магнитотвёрдые стали служат, главным образом для изготовления постоянных магнитов. Они должны иметь высокие значения коэрцитивной силы и остаточной индукция.

Коэрцитивной силой называется напряжённость магнитного поля обратного знака, которая должна быть приложена к образцу для его размагничивания.

Остаточной индукцией называют магнитную индукцию, остающуюся в образце после его намагничивания и снятия магнитного поля.

Наиболее известные марки магнитотвёрдых сталей: ЕХ2 (1% С, 2% Cr), ЕХ3 (1% С, 3% Cr), ЕХ5К5 (1% С, 5% Cr, 5% Со), ЕХ9К15М (1% С, 9% Cr, 15% Со, 1% Mo). Буква Е характеризует магнитную сталь (электротехническую). В этой стали содержатся хром (Cr), кобальт (Co), молибден (Мо).

Магнитотвёрдые стали подвергают закалке на мартенсит и искусственному старению при 100ºC.

Одним из лучших материалов для магнитов является сплав альнико (8% А1, 14% Ni, 24% Со, остальное Fe). Магниты из альнико изготовляют литьём, так как они плохо обрабатываются резанием.

Магнитомягкие стали используются для работы в переменных полях, т. е. в условиях непрерывного перемагничивания. Поэтому они применяются для изготовления сердечников трансформаторов, роторов, статоров, магнитопроводов, электроизмерительных приборов.

Исходя из функционального назначения магнитномягкие материалы должны иметь малое значение коэрцитивной силы и высокую магнитную проницаемость. Этим свойствам отвечают низкоуглеродистые стали с добавлением 1 – 5% кремния (Si).

Обозначаются магнитомягкие стали буквой Э (Э1, Э11, Э21, Э41 и т. д.) и характеризуются высоким процентом содержания кремния (Si) (1 – 5%). Кроме магнитных сталей применяются магнитные сплавы на «Al – Ni – Co» и «Fe – Al» основе.

Высокую магнитную проницаемость имеют специальные железоникелевые сплавы — пермаллои с определенными узкими пределами содержания никеля (Ni) (около 78,5%). Магнитная проницаемость пермаллоев почти в 10 раз больше, чем низкоуглеродистого технического железа, что позволяет использовать их для приборов, работающих в слабых полях (радио, телефон). Для тех же целей разработан заменитель дорогих пермаллоев — сплав альсифер, содержащий 5,4% Al, 9,6% Si, остальное железо (Fe). Недостатком сплава является его повышенная хрупкость. Альсифер обычно используют в виде порошка или тонкостенных фасонных отливок.

Немагнитные стали и сплавы, например 55Н9Г9 и Н25, заменяют дорогие цветные металлы. Они применяются в приборах, где магнитные материалы могут повлиять на точность показаний.

Сплавы с малым температурным коэффициентом линейного расширения

Стали и сплавы с особыми теплофизическими свойствами отличаются особо низким коэффициентом теплового расширения. К ним относятся сталь 18ХМТФ и сплавы инвар Н36 (содержание никеля (Ni) 36%, остальное — железо (Fe)), элинвар Н36Х8, ковар Н29К18, платинит Н48 (последний заменяет платина (Pt)). Указанные сплавы применяются для часовых пружин, камертонов, физических приборов.

Малый температурный коэффициент линейного расширения имеют сплавы системы «Fe – Ni» в интервале концентраций 29 – 45% никеля (Ni). Наименьшее значение коэффициента α имеет инвар 36Н — сплав, содержащий 36% никеля (Ni) (α = 1,5·10^-6 К^-1). Еще более низкое значение коэффициента линейного расширения (α = 1,0·10^-6 К^-1) в температурном интервале от –60 до +100ºС достигается при использовании суперинвара 32НКД — сплава, дополнительно легированного кобальтом и медью (31,5 – 33% Ni; 3,2 – 4,2% Со; 0,6 – 0,8% Сu).