Магнитно-твердые сплавы

Магнитно-твердые сплавы применяются для изготовления постоянных магнитов, элементов гистерезисных двигателей, магнитных систем приборов, датчиков и электротехнических устройств. Их основное отличие от магнитно-мягких материалов заключается в способности сохранять значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего магнитного поля и сопротивляться размагничиванию. При выборе учитывают марку, химический состав, коэрцитивную силу, остаточную индукцию, максимальное энергетическое произведение, рабочую температуру, форму поставки и требования к последующей термообработке.

Прецизионные сплавы с высокой магнитной твердостью

По ГОСТ 10994-74 магнитно-твердые сплавы выделены в отдельную группу прецизионных материалов с заданным сочетанием параметров предельной петли гистерезиса или петли гистерезиса, соответствующей полю максимальной проницаемости. В отличие от магнитно-мягких сплавов они рассчитаны не на легкое перемагничивание, а на сохранение магнитного состояния после намагничивания.

В эту категорию входят железо-кобальтовые, железо-хромовые, никель-кобальтовые и другие специальные системы. Для литых магнитотвердых материалов на железо-никель-алюминиевой основе действует ГОСТ 17809-72, ориентированный на сплавы для постоянных магнитов. Поэтому при заказе важно различать деформируемые прецизионные сплавы и литые магнитные материалы.

Основные магнитные характеристики

Рабочие свойства определяются не одним показателем. Даже материалы с близкой остаточной индукцией могут существенно различаться по устойчивости к размагничивающему полю и энергетической эффективности.

Параметр	Что характеризует	На что влияет	Что учитывать
Коэрцитивная сила	Сопротивление размагничиванию	Стабильность магнитного состояния	Рабочее поле и внешние воздействия
Остаточная индукция	Магнитное состояние после снятия поля	Уровень создаваемого магнитного потока	Требования магнитной системы
Максимальное энергетическое произведение	Энергетическую эффективность материала	Размер и мощность магнита	Конструкцию магнитной цепи
Магнитная проницаемость	Реакцию на внешнее поле	Форму петли гистерезиса	Назначение сплава
Рабочая температура	Тепловой режим	Стабильность магнитных свойств	Допустимый диапазон по марке
Термообработка	Структурное состояние	Итоговые магнитные параметры	Режимы стандарта или ТУ

Коэрцитивная сила

Коэрцитивная сила показывает, какое обратное магнитное поле требуется для существенного размагничивания материала. Для магнитно-твердых сплавов этот параметр принципиален: чем он выше при прочих равных условиях, тем устойчивее магнит к внешним размагничивающим воздействиям.

Для постоянного магнита важна совокупность коэрцитивной силы, остаточной индукции, энергетического произведения и температурной стабильности.

Остаточная индукция

Остаточная индукция характеризует магнитное состояние материала после прекращения намагничивающего поля. Высокое значение позволяет создавать значительный магнитный поток, но само по себе не гарантирует устойчивость к размагничиванию.

Для конкретной магнитной системы выбирают баланс остаточной индукции и коэрцитивной силы.

Максимальное энергетическое произведение

Максимальное произведение магнитной индукции на напряженность поля характеризует запас магнитной энергии, который материал способен обеспечить в рабочей области. Этот показатель используют при проектировании компактных постоянных магнитов и сравнении материалов по энергетической эффективности.

Для литых сплавов железо-никель-алюминиевой системы ГОСТ 17809-72 устанавливает конкретные диапазоны магнитных параметров для разных марок. Например, значения существенно различаются между ЮНДЧ, ЮНДК, ЮНДКТ5 и ЮНДКТ8, поэтому переносить одну цифру на всю группу некорректно.

Отличие от магнитно-мягких сплавов

Магнитно-мягкие материалы имеют малую коэрцитивную силу и легко перемагничиваются, поэтому подходят для сердечников трансформаторов, реле, дросселей и других устройств с переменным магнитным полем. Магнитно-твердые материалы, напротив, предназначены для сохранения намагниченности.

магнитно-твердые сплавы обладают повышенной коэрцитивной силой;
после намагничивания сохраняют значительную остаточную индукцию;
применяются в постоянных магнитах и гистерезисных системах;
часто требуют строго заданной термической обработки;
их свойства чувствительны к химическому составу и структуре;
не являются прямой заменой магнитно-мягким прецизионным сплавам;
подбираются по магнитной задаче, а не только по химическому составу.

Сплавы для постоянных магнитов

Для постоянных магнитов применяют материалы с устойчивой петлей гистерезиса и достаточной магнитной энергией. В зависимости от марки это могут быть железо-никель-алюминиевые литые материалы, железо-кобальтовые и другие прецизионные сплавы.

Марку выбирают по требуемому потоку, габаритам магнита, температуре и устойчивости к внешнему полю.

Материалы для гистерезисных двигателей

Часть магнитно-твердых прецизионных сплавов используется в роторах гистерезисных двигателей. Для них важна заданная форма петли гистерезиса и параметры поля максимальной проницаемости, поэтому такие материалы нельзя автоматически заменять сплавами для обычных постоянных магнитов.

Химический состав и легирование

Магнитные свойства формируются за счет сочетания базовых элементов и легирующих добавок. В разных марках могут присутствовать кобальт, никель, хром, ванадий, алюминий, медь, титан, молибден и другие элементы. Каждый из них влияет на фазовый состав, структурное состояние и способность материала удерживать намагниченность.

Особенно чувствительны такие сплавы к отклонениям состава и режимам термообработки. Поэтому при заказе ответственного материала важны полное обозначение марки и нормативный документ.

Сравнение основных групп

Группа	Характерная основа	Типовая задача	Что контролировать
Кобальтовые прецизионные	Железо и кобальт с легирующими элементами	Гистерезисные системы и специальные магниты	Параметры петли и термообработку
Железо-хромовые	Железо, хром и добавки	Постоянные магниты специального назначения	Коэрцитивную силу и состав
Fe-Ni-Al литые	Железо, никель, алюминий	Литые постоянные магниты	ГОСТ 17809-72 и структуру
Fe-Ni-Al-Co	Железо, никель, алюминий, кобальт	Магниты с повышенной магнитной энергией	Термообработку и ориентацию структуры
Специальные легированные	Многокомпонентные системы	Приборостроение и точные магнитные узлы	Полное обозначение марки

Роль термической обработки

Для многих магнитно-твердых сплавов окончательные свойства формируются не только химическим составом, но и последовательностью нагрева, выдержки и охлаждения. Термообработка влияет на размер и распределение фаз, магнитную анизотропию и форму петли гистерезиса.

Нарушение режима способно существенно снизить коэрцитивную силу или остаточную индукцию даже при правильном химическом составе. Поэтому при изготовлении деталей по чертежу режимы должны соответствовать стандарту или технологической документации.

Изотропные и анизотропные материалы

Изотропный материал имеет более близкие магнитные свойства по разным направлениям. Анизотропный формируется так, чтобы получить преимущественное направление намагничивания и повысить магнитные характеристики по выбранной оси.

Для литых магнитов ориентация структуры может задаваться специальной обработкой при кристаллизации. Это необходимо учитывать при механической обработке и последующем намагничивании готовой детали.

Форма поставки

Магнитно-твердые сплавы могут поставляться в виде прутка, ленты, полосы, проволоки, заготовок или литых изделий. Форму поставки выбирают по технологии дальнейшей обработки и требуемой геометрии детали.

Механическая обработка

После окончательной термообработки некоторые магнитно-твердые материалы становятся более твердыми или хрупкими, поэтому основную механическую обработку часто выполняют заранее. Конкретная технология зависит от марки и может включать точение, шлифование или электроэрозионную обработку.

Намагничивание готового изделия

После изготовления и термообработки магнит подвергают воздействию внешнего поля достаточной напряженности. Поле должно обеспечивать насыщение или требуемую рабочую точку конкретного материала.

Направление намагничивания согласуют с анизотропией и формой магнитной цепи. Неправильная ориентация может существенно снизить полезный магнитный поток.

Температурная стабильность

Магнитные параметры меняются с температурой, поэтому для нагретого оборудования учитывают допустимый диапазон конкретной марки, обратимые изменения свойств и риск необратимого размагничивания.

Контроль качества

Для ответственных применений химического анализа недостаточно. Необходимо контролировать фактические магнитные параметры после требуемой термообработки.

сверяют марку и нормативный документ;
проверяют химический состав партии;
контролируют коэрцитивную силу;
определяют остаточную индукцию;
при необходимости измеряют энергетическое произведение;
проверяют режим и состояние после термообработки;
для анизотропных материалов контролируют направление магнитных свойств;
сверяют форму поставки и размеры с заказной спецификацией.

Сравнение требований по назначению

Назначение	Главный параметр	Дополнительный фактор	Что проверять
Постоянный магнит	Коэрцитивная сила и остаточная индукция	Магнитная энергия	Рабочую точку и температуру
Гистерезисный двигатель	Форма петли гистерезиса	Поле максимальной проницаемости	Марку и термообработку
Измерительный прибор	Стабильность параметров	Размерная точность	Разброс партии
Малогабаритная магнитная система	Энергетическое произведение	Анизотропию	Направление намагничивания
Нагретый узел	Температурная стабильность	Необратимое размагничивание	Рабочий температурный диапазон

Что учитывать при заказе

Для подбора магнитно-твердого сплава желательно указать марку, стандарт или технические условия, требуемую форму поставки, размеры и назначение. Если материал выбирается под проект, дополнительно нужны требования по коэрцитивной силе, остаточной индукции, магнитной энергии, рабочей температуре и направлению намагничивания.

Если готовая деталь должна работать в гистерезисном двигателе или высокоточной магнитной системе, важно отдельно согласовать состояние поставки и термообработку. Материал одной и той же марки в разных структурных состояниях может иметь существенно разные магнитные параметры.

Магнитно-твердые материалы для постоянных магнитов и специальных магнитных систем

Магнитно-твердые сплавы выбирают по совокупности коэрцитивной силы, остаточной индукции, энергетического произведения, температурной стабильности и требуемой формы петли гистерезиса. Для постоянных магнитов важна способность сохранять магнитное состояние, для гистерезисных двигателей — строго заданная форма петли, а для приборостроения — повторяемость и стабильность параметров. Химический состав, термообработка и структура материала должны рассматриваться как единый комплекс.

Чтобы уточнить цену и заказать магнитно-твердые сплавы в Гомеле, позвоните по телефону +375 (25) 970-17-95 или отправьте заявку на почту gomel@metatorg.ru. Для подбора укажите марку, нормативный документ, форму поставки, размеры, требуемые магнитные характеристики, рабочую температуру и необходимое количество.