Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Методологические аспекты инновационного развития России
 

Аморфные стали и возможность их применения в магнитных системах электрических аппаратов.

Т.П. Павленко, д-р техн. наук, проф. М.Н. Токарь, acп.

НТУ «Харьковский политехнический институт», Украина

 

 

 

Введение

Внимание физиков в мире за последние десятилетия привлекают необычные сочетания химических компонентов, что способствует созданию оригинальных составов новых материалов.

Открытие аморфных металлов внесло большой вклад в различные виды наук и изменило представление о том, что неупорядоченное расположение атомов приводит к изменению магнитных, электрических, механических, сверхпроводящих и других свойств, ценность которых до сих пор не полностью раскрыта. Изменение различных свойств зависит от расположения атомов. Как известно, упорядоченное их расположение характерно для кристаллического строения металлов, а для аморфных тел такое состояние отсутствует, т.е. они не имеют дальний порядок в расположении атомов [1 - 4]. Аморфные стали выпускаются в виде ленты различной ширины.

За последнее время определено, что сочетание свойств металлов переходной группы, например, железа, никеля, кобальта, с металлоидами бор, кремний, углерод приводят к созданию аморфной стали, обладающей хорошими магнитными свойствами, высокой прочностью и пластичностью. Такие стали используются в магнитопроводах магнитных систем электротехнических устройств вместо электротехнических сталей, которые применяются в настоящее время. Созданные на основе аморфных сталей магнитопроводы, например, сердечники трансформаторов, позволяют сократить потери практически в два раза за счет уменьшения действия вихревых токов, поглощающих энергию.

Целью работы является исследование свойств аморфных сталей и определение возможности их применения в конструкциях магнитопроводов магнитных систем электрических аппаратов.

Анализ результатов исследования

Для исследования и определения возможности применения материалов в магнитных системах электрических аппаратов была выбрана аморфная сталь марки 7421, которая производится в России в виде ленты шириной 10—20 мм, толщиной — 0,025 мм. Данная марка стали обладает повышенной индукцией насыщения в сочетании с низким уровнем магнитных потерь и рекомендуется для изготовления магнитопроводов трансформаторов, работающих в широком диапазоне частот. Кроме того, такая сталь имеет высокую коррозионную стойкость, твердость и пластичность.

В соответствии с целью, поставленной в работе, разработана общая методика исследования, которая предусматривает исследования с использованием как стандартных методов и оборудования, так и специально разработанных. В данной работе рассматриваются некоторые положения общей методики, а именно:

  • исследование свойств аморфной ленты марки 7421;

  • исследование технологических особенностей аморфной ленты при изготовлении магнитопроводов;

  • изготовление опытных образцов магнитопроводов для их исследования в магнитных системах конструкций электрических аппаратов.

Исследование магнитных характеристик ленты стали марки 7421 проводилось в различных состояниях, а именно как до термообработки, так и после нее. Термообработка (закалка) проводилась без снятия магнитного поля различной напряженности. Такой вид закалки называется термомагнитной обработкой (ТМО), которая проводилась в полях различной напряженности от 10 до 2400 А/м при температуре 390—420 °С в муфельной печи с последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде.

В процессе исследования магнитных свойств и характеристик аморфной стали [5, 6] было определено, что термомагнитная обработка способствует повышению индукции насыщения (табл. 1) и увеличению прямоугольности петли гистерезиса. Форма симметричных петель гистерезиса получена квазистатическим методом с помощью гистерезисграфа.

1. Магнитные характеристики аморфного сплава в исходном состоянии и после термомагнитной обработки (ТМО)

Напряженность магнитного поля (Н), А/м

Максимальная индукция (Bm), Тл

Остаточная индукция (Br),Тл

Коэрцитивная сила (Hс), А/м

Состояние ленты

исходное состояние

после ТМО

исходное состояние

после ТМО

исходное состояние

после ТМО

80

0,73

1,2

0,95

0,62

6,8

3,8

240

0,85

1,34

0,92

0,62

8,8

4,8

800

1,12

1,44

0,98

0,64

не определялась

2400

1,42

1,55

0,98

0,64

не определялась

 

Кроме того, в процессе исследования аморфной стали марки 7421 определялись также механические и технологические ее свойства и проводились металлографические исследования. Необходимо отметить, что твердость стали марки 7421 практически не изменяется как в исходном состоянии ленты, так и после ее термомагнитной обработки (табл. 2).

 

2. Параметры твердости аморфной стали марки 7421

Нагрузка, г

Твердость, кгс/мм2

 Примечание

 

по поверхности ленты

по сечению ленты

 

 

Образец в исходном состоянии

100

837-1043

834-1004

Сторона с неровностями,

50

942-1070

 

напоминающими структуру

100

912-997

 

Гладкая сторона

50

942-980

 

 

 

Образец после термомагнитной обработки

100

804-962

 

Сторона с

50

942-980

 

неровностями

100

912-960

 

Гладкая сторона

 

Хрупкость ленты аморфной стали определялась в соответствии с требованиями технических условий (ТУ) путем перегиба ленты на 180 град, вокруг оправки радиусом 1 мм. Все испытанные образцы ленты аморфной стали марки 7421 соответствовали требованиям ТУ по количеству перегибов (не менее 10 перегибов).

Химический состав ленты приведенной марки аморфной стали определялся методом визуального эмиссионного спектрального анализа с помощью стилоскопа и химическими аналитическими методами. Результаты химического анализа показали, что аморфная лента стали марки 7421 представляет собой сплав на основе железа с содержанием углерода 0,4%.

Технологические свойства ленты аморфной стали определялись в процессе намотки с использованием намоточного станка с натяжными устройствами. Как показали результаты намотки, тороидальные магнитопроводы необходимо наматывать на немагнитную оправку, т.к. нетермообработанные образцы не сохраняют свою форму из-за большой упругости. Таким образом, определено, что для улучшения не только магнитных характеристик ленты аморфной стали, но и для сохранения формы магнитопроводов также необходимо проводить термомагнитную обработку.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Кекало И.Б. Атомная структура аморфных сплавов и ее эволюция. М.: Высш. шк., 2006. 340 с.

  2. Золотухин И.В., Бармин Ю.В. Стабильность и процессы релаксации в металлических стеклах. М.: Металлургия, 1991. 158 с.

  3. Аморфные металлы, http://traditio-ru.org/wiki

  4. Аморфные и нанокристаллические магнитомягкие сплавы, http://www.mstator.ru/products/amorf

  5. Павленко Т.П., Токарь М.Н. Определение параметров аморфного сплава, предназначенного для электромагнитных систем электрических аппаратов // Сб. науч. тр.: ДонГТУ, Алчевск, 2013. С. 207-210.

  6. Павленко Т.П., Токарь М.Н. Исследование аморфных сплавов в трансформаторах тока полупроводниковых расцепителей автоматических выключателей // Энергосбережение и Энергоаудит. Харьков, 2013, № 5. С. 42—46.

 
  Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  © Павленко Т.П., Токарь М.Н.  Аморфные стали и возможность их применения в магнитных системах электрических аппаратов. Электрика. - 2014, № 1. - С. 11-13. 15.02.2014 
Материал размещен на www.transform.ru: 27.02.2014 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????