3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

3.1. Магнитные стали и сплавы

В зависимости от назначения различают магнитно-твердые и магнитно-мягкие материалы.

Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовле­ния постоянных магнитов. Они должны иметь высокие значения коэрцитивной силы и остаточной индукции. Коэрцитивной силой называется напряженность 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. К магнитно-твердым сталям относятся стали ЕХЗ (1 % С, 3 % Сг), ЕХ5К5 (1 % С, 5 % Сг, 5 % Со), подвергае­мые закалке на мартенсит и старению при 100 °С. Одним из луч­ших материалов для магнитов является сплав альнико (8 % А1, 14 % Ni, 24 % Со, остальное Fe). Магниты из альнико изгото­вляют литьем, так как они плохо обрабатываются резанием.

Магнитно-мягкие стали используются для работы в перемен­ных полях, т. е. в условиях непрерывного перемагничивания. Магнитно-мягкие материалы должны иметь малое значение коэр­цитивной силы и высокую магнитную проницаемость. Из них изготовляют сердечники магнитных устройств, магнитопроводы. Для этой цели широко применяют низкоуглеродистые стали с добавлением кремния 1—5 %.

Высокую магнитную проницаемость имеют специальные же-лезоникелевые сплавы — пермаллои с определенными узкими пределами содержания никеля (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 % А1, 9,6 % Si, остальное железо. Недостатком сплава является его повышенная хруп­кость. Альсифер обычно используют в виде порошка или тонко­стенных фасонных отливок.

3.2. Электротехнические стали и сплавы

Стали и сплавы этого типа используют либо в качестве мате­риалов, имеющих минимальное электросопротивление, либо, на­оборот, для преобразования электрической энергии в тепловую. Вторая группа электротехнических сплавов имеет высокое элек­тросопротивление и используется для изготовления электро­нагревательных элементов и реостатов.

В качестве проводниковых материалов применяют медь, алю­миний, редко — серебро. Проводниковые материалы должны содержать мало примесей, так как легирование повышает элек­тросопротивление.

Особую группу проводниковых материалов составляют сверх­проводники. С понижением температуры происходит монотонное падение электросопротивления. Однако, при температурах, близ­ких к абсолютному нулю (такие температуры называют крити­ческими), сопротивление некоторых металлов и сплавов резко уменьшается. Это явление называется сверхпроводимостью. Оно было открыто в 1911 г. Каммерлинг—Оннесом, который наблюдал исчезновение сопротивления ртути при температуре около 4,2 К.

Установлено, что из всех элементов наиболее высокую крити­ческую температуру перехода имеет ниобий — 9,17 К. В каче­стве сверхпроводников обычно используют сплавы на его основе: Nb—Ti, Nb—Zr, Nb—Zn—Cu, Nb—Zr—W, Mb—Zr—Sn. Сплав Nb—Ge способен оставаться в сверхпроводящем состоянии вплоть до 23 К.

Для электронагревателей используют ферритные низкоугле­родистые стали, легированные хромом и алюминием (хромали) и сплавы никеля и хрома (нихромы), работающие до темпера­тур 1100—1200 °С. Молибденовые нагреватели, хотя и имеют более высокую допустимую температуру эксплуатации (до 1500 °С), из-за низкой жаростойкости могут работать только в вакууме или среде инертных газов.

Для реостатов используют медноникелевые сплавы с добав­ками марганца (константан, копель), электросопротивление ко­торых мало изменяется при колебаниях температуры. Констан­тан МнМц40-1,5 содержит 40 % Ni и 1,5 % Мп, а копель МнМц45-0,5 — соответственно 43 % Ni и 0,5 % Мп.