Кремниста електротехнічна сталь
Для покращення магнітних властивостей заліза широко застосовують легування технічно чистого заліза кремнієм або кремнієм та алюмінієм.
Кремниста електротехнічна сталь – магнітом'який матеріал масового споживання. Його широко застосовують виготовлення магнітних ланцюгів, що працюють при частоті 50 – 400 Гц. Перевагою цього матеріалу є висока індукція насичення та відносно невисока вартість.
Залежно від змісту основного легуючого елемента – кремнію – електротехнічні тонколистові сталі поділяють п'ять груп (таблиця 2.1).
Таблиця 2.1– Групи легування та властивості кремнистої електротехнічної сталі залежно від вмісту кремнію
Кремній, утворюючи із залізом твердий розчин, збільшує його питомий електричний опір, що лінійно зростає від 0,1 мкОм при нульовому вмісті кремнію до 0,6 мкОм при вмісті кремнію 5% (таблиця 2.1). У цьому щільність сталей знижується. Позитивна дія кремнію полягає ще й у тому, що сприяє переходу вуглецю з найбільш шкідливої для магнітних властивостей форми цементиту в графіт. Крім того, кремній виконує роль розкислювача, а також сприяє утворенню крупнозернистої структури та зменшує магнітну анізотропію та константу магнітоскрипції. В результаті зазначених змін покращуються магнітні властивості сталі: зменшується Нс, збільшуються M, знижуються втрати на вихрові струми та гістерезис. При вмісті кремнію 6,5 - 6,8% M досягає найбільшого значення, а константа магнітоскрипції наближається до нуля. Кремній також підвищує стабільність магнітних властивостей сталі у часі.
Електротехнічну сталь виробляють гарячекатаною та холоднокатаною. Гарячекатана сталь ізотропна, тобто її магнітнівластивості однакові у різних напрямках щодо напряму прокатки. Вона дешевша за холоднокатану і широко застосовується в електромашинобудуванні.
Властивості сталі можна значно покращити шляхом холодної прокатки та подальшого відпалу. Внаслідок холодної прокатки відбувається переважна орієнтація меж зерен. Однак деформація в холодному стані призводить до утворення великої внутрішньої напруги і, отже, до збільшення коерцитивної сили. Внутрішня напруга знімають відпалом при температурі 900 - 1000 про С. При відпалі відбувається рекристалізація, що супроводжується зростанням зерен та одночасною їх орієнтацією з утворенням кристалічної текстури матеріалу.
Магнітні властивостітекстурованої сталі або сталі з так званоюребровою текстурою (рисунок 2.3) істотно вище вздовж напрямку прокатки.
Малюнок 2.3– Положення елементарних осередків кристалічної решітки в аркуші з ребровою текстурою (а) та кубічною текстурою (б) (стрілкою показано напрямок прокатки)
Текстуровану сталь застосовують у магнітопроводах такої конструкції, при якій магнітний потік проходить у напрямку найкращих магнітних властивостей, наприклад, трансформаторобудуванні. При виробництві потужних трансформаторів заміна гарячекатаної сталі текстурованої дозволяє знизити втрати енергії на 30%, масу трансформатора до 10% і витрата сталі до 20%. Однак ця умова важко здійснити для магнітопроводів електричних машин з круглою формою статора і ротора. У цих випадках застосовуютьмалотекстуровані сталі або сталі не з ребровою, а зкубічної текстурою. В останніх найкращі магнітні властивості забезпечуються при проходженні магнітного потоку в трьох напрямках – вздовж, упоперек та перпендикулярнонапрямку прокатки.