Электротехнические стали и сплавы

Электромагнитные свойства

Как правило, электротехнические стали стараются выполнить:

• с возможно более высокой магнитной проницаемостью;
• с возможно более высоким удельным электрическим сопротивлением для снижения потерь на нагрев сердечника вследствие эффекта вихревых токов.

Относительная магнитная проницаемость электротехнической стали сильно зависит от величины приложенного поля. К примеру, сталь электротехническая сернистая Э43 в слабых полях имеет μ/μ₀ = 600—1000, в средних полях — до 11000.

В эту группу входят стали, которые применяют для изготовления трансформаторов, сердечников и полюсов электромагнитов и реле, статоров и роторов электродвигателей. Они имеют высокую магнитную проницаемость, а также характеризуются малыми потерями на гистерезис и вихревые токи, содержат до 4,8 % Si (определяющего высокое удельное сопротивление) и относятся к ферритному классу.

Углерод, сера, кислород и азот являются вредными примесями в таких сталях.

В марках электротехнических сталей в начале марки стоит буква «Э»

Стали марок ЭХЗ, ЭХ5К5, а также У8—У10 используют для изготовления постоянных магнитов. Они обладают малой магнитной проницаемостью, большой остаточной индукцией. Стали и сплавы с высоким сопротивлением применяют в электрических печах. Хромоалюминиевые низкоуглеродистые стали (0,06-0,18% С) ферритного класса марок Х13Ю4, ОХ23Ю5, ОХ27Ю5А имеют удельное сопротивление 1,18—1,47 Ом • м и рабочую температуру 900—1250 °С. Однако эти стали малопластичны, а при высоких температурах становятся ползучими и могут провисать под действием собственной массы.

Никелевые сплавы (нихромы) марки Х20Н80 (20 % Сг; 80 % Ni) и др., а также ферронихромы марок Х25Н60 и Х25Н20 имеют удельное сопротивление 0,83—1,17 Ом м и несколько меньшую (до 1150 °С) рабочую температуру. Однако они более пластичны и прочны при нагревании. Их применяют в промышленных электропечах и бытовых нагревателях. Эти материалы выпускаются в виде ленты, проволоки и прутков.

Для реостатов используют сплав на основе меди — манганин. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения используют для деталей приборов, которые должны сохранять постоянные размеры при изменении температуры или иметь заданный коэффициент расширения.

ГОСТ 10994—74 устанавливает несколько марок сплавов на железоникелевой основе. В системе сплавов Fe—Ni коэффициент линейного расширения уменьшается с увеличением массового содержания никеля, и при 36 % Ni и 64 % Fe он равен нулю. При увеличении содержания никеля он снова возрастает. Для деталей приборов с заданным значением коэффициента расширения и спаев с электровакуумным стеклом используют другие марки сплавов на железоникелевой основе, некоторые из которых добавочно легируются кобальтом или медью. С этой же целью применяют более дешевые железохромовые сплавы (например, 18ХТФ)

Производство

Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05—1 мм. Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, индукцией (Электромагнитная индуукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле), изотропностью свойств (разницей в значениях свойств металла вдоль и поперёк направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами покрытия. Снижение удельных потерь в стали обеспечивает уменьшение потерь энергии, а повышение максимальной индукции стали позволяет уменьшить габариты, снижение анизотропии свойств улучшает характеристики устройств с вращающимися магнитопроводом. Электротехническая сталь обычно поставляется в отожжённом состоянии. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей, проводят дополнительный кратковременный отжиг при 800—850°С. Некоторые электротехнические стали поставляются в неотожжённом виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей.

  Сплавы с особыми тепловыми свойствами.