CC BY
37ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ УДК 621.9.047
МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗДЕЛИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ СПЛАВОВ*
ТЕХНОЛОГИЯ
К.Х. РАХИМЯНОВ, канд. техн. наук, доцент, Н.П. ГААР, ассистент, А.С. ЕРЕМИНА, ассистент (НГТУ, г Новосибирск)
Статья поступила 5 марта 2011 г.
Рахимянов К.Х. - 630092, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail:backtof79@mail.ru
Проведены исследования статических и динамических магнитных характеристик нанокристаллического сплава 5БДСР, аморфных сплавов 82К3ХСР и ГМ14СК, а также электротехнической стали. Установлено, что электроалмазная обработка не оказывает влияния на магнитные характеристики рассмотренных материалов.
Ключевые слова: электроалмазная обработка, нанокристаллический сплав, аморфный сплав, магнитные характеристики, петля гистерезиса.
ВВЕДЕНИЕ
По своим физическим и магнитным свойствам и области применения аморфные материалы, как и кристаллические, подразделяются на те же группы (магнитомягкие, инварные, резистивные). В настоящее время наибольший интерес и распространение получили магнитомягкие аморфные сплавы, особенностью которых является сочетание высоких магнитных и механических свойств.
Магнитомягкие аморфные материалы представляют собой ферромагнитные сплавы с узкой петлей гистерезиса. Температура Кюри (см. таблицу) и намагниченность насыщения этих сплавов определяются их химическим составом. Отличительной особенностью для них по сравнению с кристаллическими материалами является большое (~ 20 % атомной массы) содержание немагнитных элементов, таких как бор, кремний, углерод и другие, необходимых для формирования аморфной структуры в процессе быстрого охлаждения из расплава. В то же время наличие этих элементов снижает максимальные значения температуры Кюри (Тс) и индукции при техническом насыщении (В8) в аморфных сплавах по сравнению с кристаллическими и увеличивает температурный коэффициент магнитных свойств [1, 2]. С другой стороны, эти же элементы увеличивают электросопротивление (К), твердость (НУ) и прочность (с )
аморфных сплавов, а также их коррозионную стойкость. В таблице представлены основные магнитные характеристики различных марок аморфных и нано-кристаллических сплавов.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Магнитные характеристики аморфных и нанокри-сталлических сплавов определяются в соответствии со стандартными методиками по ГОСТ 8.377-80 (для определения статических магнитных характеристик), МИ 1918-88 (для определения динамических магнитных характеристик). В настоящей работе использовались образцы из следующих материалов:
• аморфный сплав 82К3ХСР и нанокристаллический - 5БДСР производства ОАО «Ашинский металлургический завод»;
• аморфный сплав ГМ14СК производства НПП «Гаммамет»;
• сталь электротехническая толщиной 0,2 мм (лента 3431 02x22,4 ТО-ЭТ ТУ 14-1-3441-82 г.) производства Липецкого металлургического завода, используемая в электротехнической промышленности в настоящее время в качестве магнитомягкого материала.
Образцы аморфных и нанокристаллических сплавов ОАО «АМЗ» представляли собой кольца размером 094x060x22 мм, аморфного сплава «Гаммамет»
* Исследования проведены при финансовой поддержке в рамках выполнения аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (АВЦП 1.2.2/4066)
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Магнитные характеристики аморфных и нанокристаллического сплавов
№ п/п Магнитные характеристики Марка сплава
2НСР 71КНСР 82К3ХСР 5БДСР
1 Магнитная индукция при напряженности магнитного поля 2500 А/м, Тл - - - -
2 Магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м, Тл 1,5 0,5 1,25
3 Магнитная индукция при напряженности магнитного поля 100 А/м, Тл 1,0 0,42 1,23
4 Коэрцитивная сила 0,5 Тл (100 кГц), А/м - 30,0 - 30,0
5 Коэффициент прямоугольности 0,1 0,55 0,7 < 0,1
6 Удельные потери (0,2 Тл, 10 кГц), Вт/кг 1,5 - - -
7 Удельные потери (0,2 Тл, 20 кГц), Вт/кг 6,0 3,0 2,0 1,5
8 Удельные потери (0,2 Тл, 100 кГц), Вт/кг - 45,0 - 50,0
9 Удельные потери (0,5 Тл, 20 кГц), Вт/кг 18,0 19,0 - 11,0
10 Удельные потери (0,5 Тл, 100 кГц), Вт/кг - 300,0 - 300,0
11 Удельные потери (1,5 Тл, 400 Гц), Вт/кг - - - -
12 Удельные потери (1,5 Тл, 1000 Гц), Вт/кг - - - -
13 Однополярное приращение индукции, Тл 1,2 - - 1,0
14 Относительная магнитная проницаемость магнитного поля 0,1 А/м 3000 15 000 50 000
094x060x22 мм, электротехнической стали - кольца 095x060x22 мм.
Оценку статических магнитных характеристик образцов при частоте перемагничивания до 60 Гц проводили на автоматизированном измерительно-вычислительном комплексе ММК-С-100-5, динамических характеристик при частоте перемагни-чивания от 50 Гц до 1 МГц - на автоматизированном измерительно-вычислительном комплексе К28 (ММК-50-1М-20).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
На рис. 1 представлены результаты измерения основных статических магнитных характеристик образцов магнитопровода из нанокристалличе-ского сплава 5БДСР, аморфного сплава ГМ14СК, электротехнической стали в состоянии поставки до механической обработки и нанокристаллического сплава 5БДСР после электроалмазной обработки пазов магнитопровода соответственно в виде петель гистерезиса. Сравнение статических магнитных характеристик сплава 5БДСР (ОАО «Ашинский металлургический завод») и сплава ГМ14СК (НПП «Гаммамет») не выявило существенных различий. Следует отметить несколько меньшие удельные массовые потери (Рт) для образца 5БДСР (0,018 Вт/кг против 0,027 Вт/кг) на частоте перемагничивания 10 Гц. В то же время удельные массовые потери для образца, выполненного из традиционного магнито-мягкого материала - стали электротехнической составили значительную величину Р = 0,410 Вт/кг.
о
-0,5
В, Тл
100
в г
Рис. 1. Статические магнитные характеристики (петли гистерезиса):
а - 5БДСР; б - ГМ14СК; в - ЭТС - в состоянии поставки до механической обработки; г - 5БДСР - после электроалмазной обработки
Этот факт также подтверждает сравнение форм петель гистерезиса исследуемых образцов.
Следует обратить внимание на то, что электроалмазная обработка пазов в магнитопроводе не вносит каких-либо значимых изменений в магнитные характеристики сплава 5БДСР (рис. 1, а, г).
Результаты измерений основных динамических магнитных характеристик тех же образцов при частоте перемагничивания 1,5 кГц представлены на рис. 2.
Увеличение частотной характеристики ведет к увеличению разницы в удельных массовых потерях
б
а
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
сплава 5БДСР и ГМ14СК, о чем качественно свидетельствует отклонение петли гистерезиса сплава ГМ14СК от овала, наиболее ярко выраженного для нанокристаллического сплава 5БДСР (рис. 2, а, г). Удельные массовые потери магнитопровода из электротехнической стали несравнимо велики по отношению к аморфным материалам.
Рис. 2. Динамические магнитные характеристики (петли гистерезиса):
а - 5БДСР; б - ГМ14СК; в - ЭТС - в состоянии поставки до механической обработки; г - 5БДСР - после электроалмазной обработки
ТЕХНОЛОГИЯ
Сравнение приведенных статических и динамических характеристик магнитопроводов, выполненных из различных материалов, свидетельствует в пользу аморфных и нанокристаллических сплавов, особенно в области высоких частот перемагничива-ния. Отдельно следует отметить отсутствие влияния электроалмазной обработки на магнитные характеристики сплава 5БДСР как в области статических, так и динамических испытаний, что подтверждает справедливость проведенного анализа в работе [3] по выбору методов обработки материалов данного класса.
ВЫВОДЫ
Экспериментально доказано, что электроалмазная обработка изделий из нанокристаллических и аморфных сплавов не приводит к ухудшению основных статических и высокочастотных динамических магнитных характеристик, что подтверждается результатами соответствующих измерений.
Список литературы
1. Прецизионные сплавы : справ. изд. / под ред. Б.В. Мо-лотилова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1983. - 439 с.
2. Кекало И.Б. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами : учеб. для вузов / И.Б. Кекало, Б. А. Самарин. - М. : Металлургия, 1989. - 496 с.
3. Рахимянов Х.М. Точность формообразования при электроалмазной прорезке пазов в аморфных и нанокри-сталлических сплавах / Х.М. Рахимянов, Б. А. Красиль-ников, К.Х. Рахимянов // Обработка металлов. - 2006. -№ 2 (31). - С. 32-33.
к
г
Magnetic characteristics of products made from nanocrystalline and amorphous alloys
K.Kh. Rakhimyanov, N.P. Gaar, A.S. Eremina
Investigations of static and dynamic magnetic properties of nanocrystalline alloy 5E^CP, amorphous alloys and 82K3XCP and TM14CK, as well as electrical steel. Electrodiamond grinding has no effect on the magnetic properties of these materials are established.
Key words: electro diamond grinding, nanocrystalline alloys, amorphous alloys, magnetic properties, hysteresis loop.
