Некоторые магнитные свойства железа и его сплавов

В заключение мы остановимся на некоторых магнитных свой­ствах железа и его сплавов. Вообще говоря, в обычной практике мы пока еще редко пользуемся железом в чистом виде, а применяем его соединения или сплавы. Наиболее часто встречающимися примесями являются углерод (С) и сера (S); от этих примесей избавиться чрезвычайно трудно.

За последние годы техника изготовления химически чистого железа начала развиваться. Для получения чистого металла железо электролитически раффинируют, а потом переплавляют в вакууме для освобождения от водорода и других газов. Полу­ченное таким путем железо обладает очень ценными магнитными качествами, но пока сравнительно дорого. Нижеприведенные цифры потерь на гистерезис (в эргах на см³, на 1 цикл) позволяют судить о качествах вакуумного железа.

В настоящее время в электротехнике наиболее широко применя­ются сплавы железа с кремнием (Si).

В нижеследующей таблице в виде примера того, что в этом случае может быть достигнуто, приведены величины потерь на

гистерезис для двух сортов кремнистого железа (сплав вакуум-железа с кремнием):

Величина потерь на гистерезис для сплавов Fe с Si резко колеблется с изменением содержания Si, как это иллюстрируется кривыми рисунка 100.

Эти данные относятся к сплавам обычного железа с кремнием. Из кривых видно также, что минимальными потерями на гистерезис обладает сплав с процентным содержанием кремния в 1,7%. Однако, на практике содержание кремния доводят нередко до 3,5—4% (трансформаторное железо), чтобы увеличить электрическое сопротивление железа и понизить потери на токи Фуко.

Зависимость между содержанием кремния и удельным сопро­тивлением показана в таблице:

В настоящее время в электротехнической практике наиболее употребительны следующие сорта кремнистого железа: динамное. содержащее 1,7% Si, и трансформаторное, содержащее от 3,5 до 4% Si

Из других сплавов представляют осо­бенный интерес спла­вы железа с никкелем. Оба эти мате­риала в отдельности обладают высокими магнитными качества­ми, в сплаве же же­лезо и нвккель дают целый ряд материа­лов — от совершенно практически немаг­нитных до обладающих исключительно высокими магнитны­ми свойствами. Спла­вы эти отличаются еще одной особенно­стью. Именно, они в известных усло­виях обнаруживают весьма сильно выраженную неустойчивость своих магнитных свойств. Давно известная немагнитная сталь, имеющая состав 75% Fe+25% Ni, имеет при обычной температуре маг­нитную проницаемость m=1,4. Охлажденная до -200°С она оказы­вается сильно магнитным материалом и при медлен­ном нагревании может со­хранить свою магнитность и при комнатной темпера­туре. Однако, механиче­ские сотрясения опять приводят к прежней вели­чине магнитной прони­цаемости m = 1,4. Анало­гичная неустойчивость на­блюдается и у некоторых сильно магнитных сплавов железа с никкелем, о чем скажем ниже.

Интересно проследить изменение магнитных свойств рассматри­ваемых сплавов при изменении содержания Ni. Характер изменения

показан на рисунке 101.

Здесь показана наибольшая магнитная про­ницаемость как функция процентного содержания никкеля. Из этой кривой видно, что в весьма узких пределах, около 78,5% никкеля, мы имеем резкое повышение магнитной проницаемости. Сплав в 78,5% Ni+21,5% Fe называется пермаллоем. Он обладает самой высокой магнитной проницаемостью из всех известных материалов. При Н =0,06 гаусса mдоходит до 90000. Для сравнения свойств пер­маллоя и мягкого железа приведены кривые на рисунках 102 и 103, из которых следует, что для получения одной и той же индукции в слабых полях пермаллой требует приблизительно в 20 раз меньшую намагничи­вающую силу.

Однако, пер­маллой быстро насыщается, и при больших индукциях проницаемость его ниже, чем у железа. Этим в значитель­ной степени определяется область применений пермал­лоя. Ясно, что он может оказаться полезным только в тех случаях, когда мы имеем дело с очень слабыми магнитными полями. Подобные усло­вия очень часто имеют место в различных устройствах, встре­чающихся в технике слабого тока. Между прочим, ленты из пермаллоя с большим успехом приме­нены были недавно для компен­сации емкости подводных телеграф­ных кабелей по способу Крарупа. Как показывает опыт, для того чтобы пермаллой обладал надлежащими маг­нитными качествами, он должен быть подвергнут очень тщательной тер­мической обработке. При этом не­обходимо еще иметь в виду, что вы­сокие магнитные качества пермаллоя весьма неустойчивы, как было выше уже указано. Механические сотрясе­ния или хотя бы только большие механические напряжения легко раз­рушают ту структуру пермаллоя, которая обладает ценными для тех­ники свойствами. Таким образом, устройства, в которых применен пермаллой, требует очень внима­тельного к себе отношения и большой осторожности при работе с ними. Ввиду такой неустойчивости пермаллоя в некоторых слу­чаях идут на некоторое понижение магнитных качеств, лишь бы иметь более стойкий материал. Так, например, в последнее время начинают применять сплав с составом 50% Fe+50% Ni.