Materiais magnéticos usados ​​na fabricação de dispositivos elétricos

Os seguintes materiais ferromagnéticos são usados ​​para a produção de núcleos magnéticos em aparelhos e instrumentação: ferro tecnicamente puro, aço carbono de alta qualidade, ferro fundido cinzento, aço silício eletrotécnico, ligas de ferro-níquel, ligas de ferro-cobalto, etc.

Vejamos brevemente algumas de suas propriedades e possibilidades de aplicação.

Ferro tecnicamente puro

Para circuitos magnéticos de relés, medidores elétricos, conectores eletromagnéticos, blindagens magnéticas, etc., o ferro comercialmente puro é amplamente utilizado. Este material tem um teor de carbono muito baixo (menos de 0,1%) e uma quantidade mínima de manganês, silício e outras impurezas.

Esses materiais normalmente incluem: ferro armco, ferro sueco puro, ferro eletrolítico e carbonílico, etc. A qualidade do ferro puro depende de proporções menores de impurezas.

Os efeitos mais prejudiciais nas propriedades magnéticas do ferro são o carbono e o oxigênio.A obtenção de ferro quimicamente puro está associada a grandes dificuldades tecnológicas e é um processo complexo e caro. A tecnologia, especialmente desenvolvida em condições de laboratório com duplo recozimento de alta temperatura em hidrogênio, possibilitou a obtenção de um monocristal de ferro puro com propriedades magnéticas extremamente altas.

Encontrou-se o maior braço de aço espalhado obtido pelo método aberto. Este material tem um conteúdo bastante alto permeabilidade magnética, indução de saturação significativa, custo relativamente baixo e ao mesmo tempo tem boas propriedades mecânicas e tecnológicas.

A baixa resistência elétrica do aço armco à passagem de correntes parasitas, que aumenta o tempo de resposta e liberação de relés eletromagnéticos e conectores, é considerada uma grande desvantagem. Ao mesmo tempo, quando este material é utilizado para relés eletromagnéticos de tempo, esta propriedade, ao contrário, é um fator positivo, pois permite obter atrasos relativamente grandes na operação do relé por meios extremamente simples.

A indústria produz três tipos de chapas de aço tipo armco comercialmente puras: E, EA e EAA. Eles diferem nos valores de permeabilidade magnética máxima e força coercitiva.

aços carbono

Os aços carbono são produzidos na forma de seções retangulares, redondas e outras, das quais também são fundidas peças de vários perfis.

ferro fundido cinzento

Como regra, o ferro fundido cinzento não é usado para sistemas magnéticos devido às suas fracas propriedades magnéticas. Seu uso para eletroímãs poderosos pode ser justificado por motivos econômicos. Aplica-se também a fundações, tábuas, postes e outras peças.

O ferro fundido é bem fundido e fácil de trabalhar.O ferro fundido maleável, especialmente recozido, bem como alguns tipos de ferro fundido de liga cinza, possuem propriedades magnéticas bastante satisfatórias.

Aços Silício Eletrotécnicos

Aço elétrico de chapa fina é amplamente utilizado em engenharia elétrica e de hardware e é usado para todos os tipos de instrumentos de medição elétrica, mecanismos, relés, bobinas, estabilizadores ferrorressonantes e outros dispositivos que operam em corrente alternada de frequência normal e aumentada. Dependendo dos requisitos técnicos para o aço perdas, características magnéticas e frequência aplicada de corrente alternada, são produzidos 28 tipos de chapas finas com espessura de 0,1 a 1 mm.

Para aumentar a resistência elétrica das correntes parasitas, uma quantidade diferente de silício é adicionada à composição do aço e, dependendo do seu teor, são obtidos aços de baixa liga, média liga, alta liga e alta liga.

Com a introdução do silício, as perdas no aço diminuem, a permeabilidade magnética em campos fracos e médios aumenta e a força coercitiva diminui. Impurezas (especialmente carbono) neste caso têm um efeito mais fraco, o envelhecimento do aço é reduzido (as perdas no aço mudam pouco com o tempo).

A utilização do aço silício melhora a estabilidade de funcionamento dos mecanismos eletromagnéticos, aumenta o tempo de resposta para atuação e liberação e reduz a possibilidade de aderência da armadura. Ao mesmo tempo, com a introdução do silício, as propriedades mecânicas do aço se deterioram.

Com teor significativo de silício (mais de 4,5%), o aço torna-se quebradiço, duro e difícil de usinar. A estampagem pequena resulta em rejeições significativas e desgaste rápido da matriz.Aumentar o teor de silício também diminui a indução de saturação. Os aços silícios são produzidos em dois tipos: laminados a quente e laminados a frio.

Os aços laminados a frio têm diferentes propriedades magnéticas, dependendo das direções cristalográficas. Eles são divididos em texturizados e de baixa textura. Os aços texturizados têm propriedades magnéticas ligeiramente melhores. Comparado ao aço laminado a quente, o aço laminado a frio tem maior permeabilidade magnética e baixas perdas, mas desde que o fluxo magnético coincida com a direção de laminação do aço. Caso contrário, as propriedades magnéticas do aço são significativamente reduzidas.

O uso de aço laminado a frio para eletroímãs de tração e outros dispositivos eletromagnéticos operando em indutâncias relativamente altas proporciona uma economia considerável em n. pp. e perdas no aço, o que permite reduzir as dimensões totais e o peso do circuito magnético.

De acordo com o GOST, as letras e números de marcas individuais de aço significam: 3 - aço elétrico, o primeiro número 1, 2, 3 e 4 após a letra indica o grau de liga do aço com silício, a saber: (1 - baixa liga , 2 — liga média, 3 — altamente ligado e 4 — fortemente ligado.

O segundo número 1, 2 e 3 após a letra indica o valor das perdas no aço por 1 kg de peso na frequência de 50 Hz e indução magnética B em campos fortes, e o número 1 caracteriza as perdas específicas normais, o número 2 - baixo e 3 - baixo.O segundo número 4, 5, 6, 7 e 8 após a letra E indica: 4 — aço com perdas específicas na frequência de 400 Hz e indução magnética em campos médios, 5 e 6 — aço com permeabilidade magnética em campos fracos de 0,002 a 0,008 a / cm (5 - com permeabilidade magnética normal, 6 - com aumento), 7 e 8 - aço com permeabilidade magnética no meio (campos de 0,03 a 10 a / cm (7 - com permeabilidade magnética normal, 8 - com aumentou).

O terceiro dígito 0 após a letra E indica que o aço é laminado a frio, o terceiro e quarto dígitos 00 indicam que o aço é laminado a frio com baixa textura.

Por exemplo, o aço E3100 é um aço de baixa textura laminado a frio de alta liga com perdas específicas normais a uma frequência de 50 Hz.

A letra A colocada após todos esses números denota perdas específicas particularmente baixas no aço.

Para transformadores de corrente e alguns tipos de dispositivos de comunicação cujos circuitos magnéticos operam com indutâncias muito baixas.

Ligas de ferro-níquel

Essas ligas, também conhecidas como permalóides, são utilizadas principalmente para a produção de aparelhos de comunicação e automação. As propriedades características do permalloy são: alta permeabilidade magnética, baixa força coercitiva, baixas perdas no aço e, para várias marcas, a presença, além disso, de formato retangular loops de histerese.

Dependendo da proporção de ferro e níquel, bem como do conteúdo de outros componentes, as ligas de ferro-níquel são produzidas em vários graus e possuem características diferentes.

As ligas de ferro-níquel são produzidas na forma de tiras e tiras laminadas a frio não tratadas termicamente com uma espessura de 0,02-2,5 mm em várias larguras e comprimentos.Também são produzidos tiras, vergalhões e arames laminados a quente, mas não padronizados.

De todos os tipos de permalóides, as ligas com teor de níquel de 45-50% têm a maior indução de saturação e resistividade elétrica relativamente alta. Portanto, essas ligas permitem com pequenos entreferros obter a força de tração necessária de um eletroímã ou relé com baixas perdas. pp. em aço e ao mesmo tempo fornecem desempenho suficiente.

Para mecanismos eletromagnéticos, a força de tração residual obtida devido à força coercitiva do material magnético é muito importante. Usar permaloid reduz essa força.

Ligas de graus 79НМ, 80НХС e 79НМА, com força coercitiva muito baixa, permeabilidade magnética muito alta e resistência elétrica, podem ser usadas para circuitos magnéticos de relés eletromagnéticos, polarizados e outros altamente sensíveis.

O uso de ligas permalóides 80HX e 79HMA para pequenas bobinas de potência com pequeno entreferro permite obter indutâncias muito grandes com circuitos magnéticos de pequeno volume e peso.

Para eletroímãs, relés e outros dispositivos eletromagnéticos mais potentes operando em N. c relativamente alto, o permalóide não tem vantagens particulares sobre os aços carbono e silício, pois a indução de saturação é muito menor e o custo do material é maior.

Ligas de ferro-cobalto

Uma liga composta por 50% de cobalto, 48,2% de ferro e 1,8% de vanádio (conhecida como permendur) recebeu aplicação industrial. Com um n relativamente pequeno. c. dá a maior indução de todos os materiais magnéticos conhecidos.

Em campos fracos (até 1 A/cm) a indução do permendur é menor que a indução dos aços elétricos laminados a quente E41, E48 e especialmente dos aços elétricos laminados a frio, ferro eletrolítico e permalóide. A histerese e as correntes parasitas do permendure são relativamente grandes e a resistência elétrica é relativamente pequena. Portanto, esta liga é de interesse para a produção de equipamentos elétricos operando em alta indução magnética (eletroímãs, alto-falantes dinâmicos, membranas telefônicas, etc.).

Por exemplo, para eletroímãs de tração e relés eletromagnéticos, usá-lo com pequenos entreferros dá um certo efeito. Uma determinada força de tração pode ser alcançada com um circuito magnético menor.

Este material é produzido na forma de chapas laminadas a frio com espessura de 0,2 - 2 mm e hastes com diâmetro de 8 - 30 mm. Uma desvantagem significativa das ligas de ferro-cobalto é seu alto custo, devido à complexidade do processo tecnológico e ao custo significativo do cobalto. Além dos materiais listados, outros materiais são usados ​​em dispositivos elétricos, por exemplo, ligas de ferro-níquel-cobalto, que possuem permeabilidade magnética constante e perdas de histerese muito baixas em campos fracos.