(NB) Giáo trình Vật liệu công nghiệp cung cấp cho người học các kiến thức: Tính chất và cấu tạo bên trong của vật liệu, giản đồ trạng thái Fe Fe3C (FeC), nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện, các loại vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí,...Mời các bạn cùng tham khảo
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ NGUYỄN XN AN GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU CƠNG NGHIỆP (Lưu hành nội bộ) Hà Nội năm 2012 Tuyên bố quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình với mục đích kinh doanh Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội PHẦN I : VẬT LIỆU HỌC CƠ SỞ CHƯƠNG TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO BÊN TRONG CỦA VẬT LIỆU NỘI DUNG Như trình bày chương mở đầu, để có kiến thức giải thích thay đổi tính chất (cơ tính) biến đổi cấu tạo bên kiến thức gốc môn học đề cập sau : 1.1 TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU 1.1.1 Khái niệm chung : Khái niệm tính chất vật liệu bao gồm cơ, lý, hố tính, tính cơng nghệ tính ứng dụng Cơ tính nhóm tính chất quan trọng vật liệu chế tạo máy a Tính chất vật lý : Là tính chất xác định mối quan hệ tác dụng vật lý môi trường tự nhiên với vật liệu Các tính chất vật lý quan tâm : +Tính chất điện : Căn vào khả dẫn điện (độ dẫn điện) vật liệu rắn phân làm loại : Dẫn điện, bán dẫn, điện mơi (cách điện) +Tính chất nhiệt : Là tính chất vật liệu chịu tác dụng nhiệt, gồm: Nhiệt dung, dãn nở nhiệt, độ dẫn nhiệt, ứng suất nhiệt +Tính chất từ : Là tượng biểu lực hút lực đẩy ảnh hưởng lên vật liệu khác , gồm : Nghịch từ, thuận từ, sắt từ Nhiều loại thiết bị công nghệ đại dựa từ học vật liệu từ máy phát điện, máy phát máy biến điện lực, động điện, radio, điện thoại, máy tính thành phần hệ thống tái tạo nghe nhìn +Tính chất quang: Là khả vật liệu với tác dụng xạ điện từ đặc biệt ánh sáng trông thấy b Tính chất hố học : Là xác định mối quan hệ tác dụng hố học mơi trường với vật liệu Các tính chất hố học thường quan tâm vật liệu là: Tính chống ăn mòn kim loại mơi trường khơng khí, axít, bazơ Được chia làm hai loại: + Mơi trường ăn mòn hố học: Chứa chất xâm thực như: O2, S2, Cl2, H2O Ví dụ khơng khí ngồi trời, khơng khí bị oxy hố nung kim loại + Mơi trường ăn mòn điện hố : Chứa chất điện giải mơi trường có axít, muối nóng chảy, bazơ tạo dòng điện làm mòn sâu bên bề mặt kim loại phá huỷ Để tăng khả chống ăn mòn vật liệu người ta đề nhiều biện pháp bảo vệ kim loại chất làm chậm ăn mòn, xử lý mơi trường c Tính chất công nghệ : Là khả vật liệu chịu dạng gia công khác Vật liệu sử dụng dạng sản phẩm xác định, chế tạo công nghệ khác thể qua tính cơng nghệ vật liệu Tính chất cơng nghệ có tác dụng định đến việc chọn phương pháp gia công vật liệu đồng thời xác định khả sử dụng Các tính chất cơng nghệ phổ biến tính đúc, hàn, gia cơng cắt, gia cơng áp lực Ví dụ tính gia cơng cắt tốt vật liệu phải có độ cứng thấp độ dẻo kém, cứng dẻo khó cắt Vì thép vật liệu có tính gia cơng cắt hợp kim màu d Tính chất học : Là tính chất xác định khả vật liệu chống lại tác dụng học có tác dụng lực bên ngồi Các tính thông dụng vật liệu kim loại gồm độ cứng, độ bền tĩnh, độ bền mỏi, độ dẻo, độ dai va đập e Tính chất sử dụng : Là bao gồm số đặc trưng tổng hợp tính chất thể khả sử dụng vật liệu cho mục đích cụ thể Vậy tính chất sử dụng tính chất quan trọng vật liệu học làm việc lĩnh vực lựa chọn vật liệu phù hợp với chế tạo, gia cơng sử dụng 1.1.2 Các đặc trưng tính thơng thường ý nghĩa : Như trình bày trên, tính chất sử dụng tính chất quan trọng vật liệu học Trong lĩnh vực chế tạo, gia cơng sử dụng vật liệu khí tính sử dụng thể chủ yếu tính kim loại Vậy tính chọn tiêu chuẩn đánh giá chất lượng tuổi thọ nhiều vật liệu kim loại, chúng cho biết khả làm việc gia công kim loại điều kiện sử dụng khác Phần lớn đặc trưng học xác định mẫu nhỏ quy chuẩn hoá Độ bền ( tĩnh ) : a) Định nghĩa: Độ bền khả vật liệu chịu tải trọng học tĩnh mà không bị phá huỷ Căn vào tải trọng tác dụng lên vật liệu người ta phân biệt độ bền kéo (lực kéo) , độ bền nén (lực nén), độ bền uốn (lực uốn), độ bền xoắn (lực xoắn hai đầu) b) Phương pháp xác định độ bền ký hiệu, đơn vị: Đối với vật liệu khác người ta vào khả chịu đựng tải trọng tác dụng lên để xác định mẫu thí nghiệm phương pháp: Thử kéo mẫu làm thép, thử nén mẫu làm gang Phương pháp xác định độ bền kéo: Mẫu thử kim loại (thép) gia cơng với hình dạng kích thước theo TCVN 196076 Sau đặt vào máy thử tác dụng lực kéo mẫu kim loại bị đứt Mối quan hệ lực thử kéo PK chiều dài bị kéo so với chiều dài ban đầu gọi độ giãn dài mẫu l biểu thị biểu đồ thử kéo ( Hình 1) Dựa vào biểu đồ thử kéo người ta xác định tiêu phản ánh độ bền tĩnh giới hạn đàn hồi, chảy bền P Lùc thö kÐo (KG) K P b + Giới hạn đàn hồi: Là ứng suất lớn tác dụng lên mẫu mà bỏ lực tác dụng mẫu khơng thay đổi hình dáng kích thước (đúng cho phép có biến dạng dư 0,010,05% chiều dài ban đầu) P P c ®h Ký hiệu: dh Theo công thức : dh = l 0,2 0,5 Đ ộ giã n dài mẫu (mm) BiĨu ®å thư kÐo Pdh S0 + Giới hạn chảy: Là ứng suất mà từ kim loại bị chảy (ứng suất nhỏ bắt đầu gây nên biến dạng dẻo) Ký hiệu: c Theo công thức: c = Pc S0 Vì khó xác định Pc nên thường người ta dùng giới hạn chảy quy ước 0,2 (ứng với l = 0,2) ứng suất tác dụng sau bỏ lực thử kéo mẫu bị biến dạng dư 0,2% so với chiều dài ban đầu , Mỹ dùng ứng suất ứng với giai đoạn biến dạng dẻo sau bỏ lực tác dụng mẫu bị biến dạng 0,5% ( dễ xác đinh trị số tương đương với 0,2) Ký hiệu: 0,5 + Giới hạn bền: Là ứng suất lớn mà mẫu chịu đựng trước bị phá huỷ Ký hiệu: b Theo công thức b = Pb S0 Trong đó: Pdh tải trọng (lực) kéo lớn ứng với giai đoạn đàn hồi mẫu Pc tải trọng (lực) kéo nhỏ ứng với giai đoạn gây biến dạng dẻo mẫu Pb tải trọng (lực) kéo lớn với giai đoạn trước bị phá huỷ S0 diện tích tiết diện mẫu ban đầu Đơn vị : Tất giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy, giới hạn bền đo đơn vị hợp pháp KG/mm2 (2 số) MPa (Mega Pascal) Với KG/mm2 = 10Mpa ( số) Chú ý hệ đo lường quốc tế SI đơn vị đo độ bền N/m2 Do đơn vị nhỏ nên thường phải dùng KG/mm2 N/mm2 ( MN/m2) mà Pa = 1N/m2 1MN/m2 = 1MPa Ở Mỹ dùng đơn vị độ bền 1ksi = 6,9 MPa KG/mm2 = 1,45 ksi c) Ý nghĩa: Nhờ tiêu phản ánh độ bền vật liệu đánh giá tính sử dụng bao gồm: Khả chịu tải trọng học tĩnh: Nếu chi tiết máy có hình dáng kích thước làm vật liệu có độ bền khác thì: + Vật liệu có đh cao khả chịu tải trọng lớn mà đảm bảo tính đàn hồi (khi làm việc bị biến dạng, khơng làm việc lại trở hình dáng ban đầu) + Vật liệu có b cao khả chịu tải lớn mà không bị phá huỷ (gãy ) Chỉ tiêu quan trọng sử dụng chi tiết máy cấu máy như: bánh răng, trục, then Tuổi thọ sử dụng : Nếu chi tiết máy làm việc điều kiện sử dụng làm vật liệu có độ bền khác nhau, loại có độ bền cao khả sử dụng lâu dài ( tuổi thọ cao Làm nhỏ gọn kích thước kết cấu : Nếu chi tiết máy có kết cấu làm vật liệu có độ bền khác nhau, loại có độ bền cao cho phép chế tạo kích thước nhỏ gọn mà đạt yêu cầu sử dụng Độ dẻo a) Định nghĩa: Độ dẻo khả vật liệu thay đổi hình dáng kích thước mà không bị phá huỷ chịu lực tác dụng bên b) Phương pháp xác định độ dẻo ký hiệu, đơn vị : Để xác định độ dẻo người ta thường đánh gía hai tiêu xác định mẫu sau thử độ bền kéo + Độ giãn dài tương đối kéo đứt : Là khả vật liệu thay đổi chiều dài sau bị kéo đứt Ký hiệu : + Độ thắt tiết diện tương đối : Là khả vật liệu thay đổi tiết diện mẫu bị kéo đứt Ký hiệu : Đơn vị : Tất hai tiêu dùng đơn vị phầm trăm thay đổi (%) dựa theo cơng thức tính sau : l1 l 100(%) l0 S S1 100(%) S0 Trong đó: l0 , S0 chiều dài, diện tích mặt cắt ngang mẫu ban đầu l1 , S1 chiều dài, diện tích mặt cắt ngang sau đứt mẫu c) Ý nghĩa : Đánh giá khả biến dạng dẻo vật liệu chịu gia công áp lực Độ dẻo vật liệu cao khả tạo hình phương pháp gia công áp lực cán, kéo, ép, rèn, dập tốt Qua trị số độ dẻo xác định vật liệu bị phá huỷ dẻo (trước có biến dạng dẻo) phá huỷ giòn (trước khơng có tượng biến dạng) Những vật liệu bị phá huỷ giòn có độ dẻo thấp( thấp) nguy hiểm nứt, gẫy đột ngột khơng có dự báo trước Độ dai va đập : a) Định nghĩa : Là khả vật liệu chịu tải trọng va đập mà không bị phá huỷ b) Phương pháp xác định, ký hiệu, đơn vị : Để xác định độ dai va đập thường người ta thực máy thử va đập lực đập búa máy với độ cao h để phá huỷ mẫu kim loại Ký hiệu : ak Công thức : a k Ak S Trong : Ak cơng phá huỷ mẫu (KGm) mặt cắt ngang S hình chữ nhật qua rãnh khía 10 8mm Đơn vị : đo KGm/cm2 ( J/cm2) KJ/m2 KGm/cm2 = 10J/cm2 = 100KJ/m2 ; 1KJ = 0,01KJ/cm2 Các nước phương Tây thường khơng xác định độ dai va đập tính cho đơn vị diện tích mà tính cơng phá huỷ Ak theo đơn vị J hay KJ Cần ý điều so sánh số liệu độ dai từ nguồn tư liệu khác c) Ý nghĩa: Nhờ xác định độ dai va đập đánh giá khả làm việc chi tiết máy chịu tải trọng động va đập mà không bị phá huỷ (vỡ, mẻ, nứt chỗ bị va đập) Các chi tiết chịu va đập phải có ak tối thiểu 200 KJ/m2 (2KG/cm2) chi tiết chịu va đập cao phải có ak = 1000KJ/m2 Trong thực tế độ dai va đập chịu ảnh hưởng yếu tố: + Trạng thái bề mặt: vết khía, rãnh lỗ , độ bóng thấp làm giảm ak + Kích thước hạt nhỏ ak cao + Hạt dạng tinh thể : tròn, đa cạnh có ak cao dạng tấm, hình kim + Số lượng, hình dạng, kích thước phân bố Các pha giòn có số lượng nhiều, kích thước lớn, dạng phân bố không đồng làm giảm ak Độ bền mỏi : a) Định nghĩa : Là khả vật liệu chống lại phá huỷ tác dụng lực thay đổi theo chu kỳ b) Phương pháp xác định độ bền mỏi ký hiệu, đơn vị : Ký hiệu : m Đơn vị : KG/cm2 MPa c) Ý nghĩa: Nhờ xác định độ bền mỏi đánh giá khả bề mặt kim loại chịu lực thay đổi theo chu kỳ mà không bị phá huỷ( bị tróc bề mặt rạn chân kim ) Người ta áp dụng phương pháp sau để nâng cao giới hạn mỏi: + Tạo nên bề mặt lớp ứng suất nén dư cách phun bi, lăn ép, tơi bề mặt hố nhiệt luyện lên bề mặt kim loại + Nâng cao độ bền tĩnh, nhờ nâng cao giới hạn mỏi + Tạo cho bề mặt có độ bóng cao, khơng có rãnh, lỗ, tránh tiết diện thay đổi đột ngột Độ cứng : a) Định nghĩa : Độ cứng khả vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục có vật khác cứng tác dụng lên bề mặt b) Phương pháp xác định độ cứng ký hiệu, đơn vị : Muốn xác định độ cứng vật liệu phải thực máy đo độ cứng dựa theo nguyên tắc chung : Dùng lực định tác dụng vào mũi tiêu chuẩn ( Vật cứng kim cương viên bi thép) lên bề mặt Sau dựa vào kích thước vết lõm để tính trị số độ cứng ( Dựa vào đường kính D chiều sâu h vết lõm) Căn vào máy đo độ cứng khác người ta quy ước ký hiệu (đơn vị) khác Thơng thường có hai loại máy đo: Brinen Rocvel + Độ cứng Brinen : Được xác định máy đo Brinen Mũi thử viên bi thép tiêu chuẩn tác dụng vào bề mặt kim loại lực định (lựa chọn) sau đo đường kính D vết lõm để lại kính phóng đại tra bảng tìm trị số tương ứng ký hiệu( đơn vị) sau trị số chữ HB Ví dụ : 200 HB HB = 200, tức độ cứng bề mặt vật đo xác định máy đo Brinen 200HB, giá trị độ cứng Brinen HB=200 + Độ cứng Rocvel: Được đo máy đo Rocvel, mũi thử viên bi thép( mũi kim cương) Đồng hồ máy có thang đo A, B, C tương ứng với lực thử P1 = 60KG, P2 = 100KG, P3 = 150KG, dùng thang ký hiệu (đơn vị) sau : Thang A: Lực thử P1, mũi thử kim cương: Ký hiệu (đơn vị) HRA Thang B: Lực thử P2, mũi thử bi thép: Ký hiệu (đơn vị) HRB Thang C : Lực thử P3, mũi thử kim cương : Ký hiệu (đơn vị) HRC c) Công dụng loại độ cứng : HB dùng đo vật mềm (gang grafit, hợp kim màu) kích thước lớn, thường bán thành phẩm, dùng nhiều HRB đo vật mềm (gang grafit, hợp kim màu) kích thước nhỏ trung bình, thường thành phẩm HRA đo vật cứng mỏng (hợp kim cứng, thép qua hoá nhiệt luyện) HRC đo vật liệu cứng, thường chi tiết thép qua ram ( dùng nhiều) Ví dụ muốn xác định độ cứng thép (CD80) sau tôi, vào công dụng ta phải đo độ cứng máy đo Rocvel : chọn lực máy 150KG tác dụng vào mũi đâm kim cương tiêu chuẩn lên bề mặt d) Quan hệ loại độ cứng : Giữa loại độ cứng khơng có mối quan hệ tính tốn tốn học Muốn biết quan hệ phải tra bảng (lập thực nghiệm) Trong thực tế quan niệm độ cứng cao thấp (đối với thép) theo tiêu sau: + Loại độ cứng dễ gọt dập nguội: Trị số nhỏ 220 HB, 20 HRC, 100 HRB + Loại độ cứng trung bình: Trị số khoảng 250450 HB, 2545 HRC + Loại độ cứng cao : Trị số khoảng 5064 HRC + Loại độ cứng cao: Trị số lớn 64 HRC, 84 HRA e) Ý nghĩa: - Thông qua độ cứng đặc trưng cho tính chất làm việc sản phẩm khí : Khả chống mài mòn bề mặt: Khi làm việc sản phẩm khí bị cọ sát bề mặt, tốc độ cọ sát bề mặt lớn, dễ bị mài mòn Muốn có khả chống mài mòn vật liệu thép phải có độ cứng cao Để dạt tính chống mài mòn cao độ cứng thép lớn 60 HRC Khả cắt gọt dao khuôn dập nguội: Độ cứng dao khn dập nguội làm việc cao khả cắt tốt đạt suất làm việc lớn - Thơng qua độ cứng đặc trưng cho tính cơng nghệ vật liệu dạng phôi: Khả gia công cắt phôi: Mỗi vật liệu khác có khoảng gia công cắt trị số độ cứng định, độ cứng cao trị số khó cắt, thấp q sinh dẻo khó cắt thép độ cứng thích hợp từ 150200 HB Khả chịu áp lực cục bộ: Độ cứng cao chịu áp lực cục Khi gia cơng đột lỗ, uốn, gò áp lực, độ cứng cao vật liệu khó gia cơng Khả mài bóng : Độ cứng cao khả mài bóng tốt Quan hệ đặc trưng tính vật liệu (Thép): Đối với vật liệu thép mối quan hệ đặc trưng tính có quan hệ sau: Trong phạm vi định độ cứng tăng độ bền tăng theo Độ cứng vật liệu cao độ dẻo độ dai vai đập giảm Nếu sản phẩm khí làm việc cần độ cứng cao ( độ dẻo gần 0) làm việc điều kiện va đập có độ tin cậy thấp (hay gặp cố) , dễ bị phá huỷ giòn*: + Nếu làm việc trong điều kiện tải tĩnh lớn không đảm bảo tải sinh nứt gãy đột ngột + Nếu làm việc điều kiện chịu tải tĩnh tải động lớn va đập dễ bị vỡ, mẻ chỗ bị va đập Độ dai va đập ak tỷ lệ với tích .b vậycó thể xem độ dai va đập tiêu tổng hợp độ bền độ dẻo ak = .b cần hai giá trị nhỏ làm cho độ dai va đập Cơ tính tổng hợp vật liệu tính đảm bảo độ bền, độ dẻo, độ dai, độ cứng cao để vật liệu tránh bị phá huỷ điều kiện làm việc chịu tải trọng tĩnh động., đặc biệt chi tiết máy truyền chuyển động chịu lực lớn cần tính tổng hợp cao Tính đàn hồi vật liệu tính có độ cứng độ bền cao để độ dẻo, độ dai va đập khơng q thấp Do chịu tải trọng động tải tĩnh với giá trị định làm cho vật liệu bị biến dạng mà không phá hủy( gãy, vỡ), bỏ tác dụng giá trị vật liệu lại trở hình dạng ban đầu Căn vào khả chịu tải trọng tĩnh để chọn vật liệu đàn hồi có tính tính đàn hồi khác nhau: Nếu chịu tải cao tính đàn hồi phải cao để vật liệu bị biến dạng trở lại hình dạng ban đầu Các sản phẩm cơkhí lò xo, nhíp ôtô cần đến tính đàn hồi Đối với phá huỷ giòn* : Cần quan tâm đến khả phá huỷ nguy hiểm Sự phá huỷ khơng có dự báo từ hình dạng bên ngồi nên dẫn đến hậu tai hại Độ tin cậy * khả đảm bảo cho sản phẩm khí thời gian làm việc quy định không bị hỏng hóc 1.2 CẤU TẠO VẬT LIỆU: 1.2.1 Khái niệm chung : Sắp xếp nguyên tử vật rắn : Như biết, vật chất cấu tạo nguyên tử (phân tử), vật rắn tự nhiên có hai hình thức xếp nguyên tử (phân tử) chia làm hai: Vật vơ định hình vật tinh thể a) Vật vơ định hình: Là vật rắn mà ngun tử (phân tử) khơng có xếp trật tự, không theo quy luật Để nhận biết tự nhiên vật hình dáng định, mặt gãy (vỡ) nhẵn nhụi Ví dụ than đá, thuỷ tinh, nhựa hữu thường phi kim loại b) Vật tinh thể: Là vật rắn có cấu tạo từ nguyên tử (phân tử), có xếp trật tự theo quy luật 10 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội 3.6 Nêu hư hỏng thường gặp vật liệu dẫn điện, nguyên nhân biện pháp khắc phục? 3.7 Nêu tính chất, đặc điểm công dụng đồng hợp kim đông, nhơm hợp kim nhơm, chì hợp kim chi? 3.8 Trình bày yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc độ bền tiếp điểm ? Cho biết vật liệu dùng làm tiếp điểm? 3.9 Nêu hợp kim có điện trở cao chịu nhiệt? Nêu số hợp kim điển hình? 3.10 Thế lưỡng kim, nhiệt lưỡng kim trình bày cho vàI ví dụ minh họa 42 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội Bài Tên : VẬT LIỆU DẪN TỪ 4.1 Khái niệm vật liệu dẫn từ Một tác dụng dòng điện tác dụng từ Đó sở để chế tạo loại máy điện Để truyền tải lượng từ trường cần phải có vật liệu có từ tính, nhóm vật liệu dẫn từ (còn gọi vật liệu sắr từ ) 4.2 Tính chất vật liệu dẫn từ 4.2.1 Các đặc tính vật liệu dẫn từ Các ngun tố có tính chất sắt từ là: sắt cacbon, niken hợp kim chúng, bên cạnh có cơban gọi chất sắt từ Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính vật liệu điện tích ln chuyển động nằm theo quỹ đạo kín, tạo nên dòng điện vòng quay điện tử xung quanh trục quay theo quỷ đạo điện tử nguyên tử Như tính chất đặc trưng cho trạng thái sắt từ chất có độ nhiễm từ tự phát khơng có từ trường ngồi Mặc dù chất sắt từ có vùng từ hóa tự phát mơmen từ đơmen lại có hướng khác Các chất sắt từ đơn tinh thể có khả từ hóa dị hướng nghĩa theo trục khác mức từ hóa khó hay dễ khác + Tăng thể tích đơmen có mơmen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ giảm kích thước đơmen khác (q trình chuyển dịch mặt phân cách đơmen) + Quay véc tơ mơmen từ hóa theo hướng từ trường ngồI (q trình định hướng) Q trình từ hóa vật liệu sắt từ đặc trưng đường cong từ hóa B = f(H), có dạng tương tự với tất vật liệu sắt từ Khi từ hóa chất sắt từ đơn tinh thể kích thước chúng có thay đổi Q trình từ hố lại vật liệu sắt từ từ trường biến đổi có tổn hao lượng dạng nhiệt tổn hao từ trễ tổn hao động học Cơng suất tổn hao dòng điện xốy tính theo cơng thức: Pf f Bmax V Trong đó: : hệ số phụ thuộc vào loại chất sắt từ (trong phụ thuộc vào điện trở suất) hình dáng f: tần số dòng điện Bmax: cảm ứng từ lớn đạt chu trình V: thể tích chất sắt từ Chú ý đến tổn hao có liên quan tới hậu từ hố chất sắt từ làm việc chế độ xung 4.2.2 Đường cong từ hoá Độ từ thẩm tỉ số đại lượng cảm ứng từ B cường độ từ trường H điểm xác đường cong từ hóa Trong hệ SI số 0 = 4.107H/m Trên hình 4.1 trục dọc bên trái đặt giá trị cảm ứng từ tính theo Gaus, Bên phải tính theo hệ SI tesla (T), 1gaus =104 T Trên trục ngang cường độ từ trường H đơn vị ơcstet, theo hệ SI A/m, 1ơcstet = 79,6 A/m 80 A/m Việc tính đổi trị số cảm 43 Vật liệu công nghiệp - Giáo trình nội ứng từ cường độ từ trường từ thứ nguyên hệ đơn vị sang hệ đơn vị khác đơn giản Độ từ thẩm bđ H = gọi độ từ thẩm ban đầu, trị số trường yếu khoảng 0,001 ơcstet Giá trị lớn độ từ thẩm gọi độ từ thẩm cực đại ký hiệu max từ trường mạnh, vùng bảo hòa từ độ từ thẩm tiến tới T G B 1.2 1200 800 0.8 100000 max 400 0.4 5000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 init H 16 32 ¬cstet a) H 48 64 80 96 A/m b) H×nh 4.1 : ĐƯỜNG CONG TỪ HĨA VÀ ĐƯỜNG CONG CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG THẤM TỪ CƠ BẢN CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỪ Hệ số từ thẩm động đại lượng đặc trưng cho vật liệu sắt từ từ trường a) §êng cong tõ hãa xoay chiều, tỉ số biên độ cảm b) ứng§êng từ với biên độ cường độ từ trường: cong cêng độ trường thấm từ B maxtinh khiết Sắt đặc biƯt S¾t tinh khiÕt H max(99,98%Fe) S¾t kü thuËt tinh khiÕt Với tăng tần số từ trường xoay chiều, độ từ(99,92%Fe) thẩm động giảm qn tính PÐcmal«i (78%Ni) q trình từ Niken Nếu tiến hành từ hóa vật liệu sắt từ từ trường ngồi, sau bắt đầu mt Hợp kim sắt Niken (26%Ni) im đương cong từ hóa bản, giảm cường độ từ trường cảm ứng từ giảm, khơng theo đường từ hóa mà giảm chậm tượng từ trễ Khi tăng từ trường theo chiều ngược lại mẫu vật liệu bị khử tứau lại từ hóa lại, đổi chiều từ trường cảm ứng từ lại quay lại điểm ban đầu Ta có đường cong kín đặc trưng cho tình trạng từ hóa mẫu, vòng từ trễ chu trình từ hóa giai đoạn đầu tăng dòng điện từ hóa cuộn dây cường độ từ trường H tăng cảm ứng từ B tăng tỉ lệ thuận Sau ta tăng H B tăng Giai đoạn gần bảo hòa, hệ số giảm dần đến cường độ từ trường H đủ lớn từ cảm B khơng tăng Giai đoạn bảo hòa từ hệ số tiến tới Hệ số từ thẩm chất sắt từ số Quan hệ từ cảm B cường độ từ trường H đường thẳng 4.2.3 Mạch từ tính tốn mạch từ 44 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội Mạch từ gồm lõi sắt từ có hay khơng có khe khơng khí từ thơng đóng kín qua chúng Việc sử dụng vật liệu sắt từ nhằm mục đích thu từ trở cực tiểu, từ trở này, sức từ động cần thiết để đảm bảo cảm ứng từ hay từ thông mong muốn có giá trị nhỏ Mạch từ đơn giản bao gồm lõi cuộn dây hình xuyến (hình 4.2) người ta dùng mạch từ nối tiếp hay rẽ nhánh mà đoạn thực vật liệu khác nhau, hay vật liệu chất (hình 4.4) R R1 R2 1) Các cơng thức Khi tính tốn mạch từ, áp dụng định luật bn ca mch in bi vỡ Hình 4.2: Cuộn dây h×nh xuyÕn chúng tồn tương tự qua lại a) Định luật Kirchoff 1: áp dụng cho mạch từ phát biểu nh sau Đối với nút mạch từ, tổng từ thông vào (có chiều phía điểm nút) (có chiều khỏi điểm nút) zéro n i (4.1) 0 i 1 b) Định luật Kirchoff 2: phát biểu sau: mạch vòng khép kín mạch từ, tổng từ áp rơi mạch vòng sức từ động zéro n m Fi K Rmk i 1 k 1 (4.2) c) Định luật Ohm phát biểu sau: nhánh mạch từ tích số từ thơng chảy qua tổng trở từ từ áp rơi hai đầu nhánh i Z mi U mi (4.3) Trong công thức trên: - i : từ thông chảy qua nhánh mạch từ (wb) - Fi : sức từ động nhánh từ tương ứng (A.t) - Rmk : từ trở nhánh từ tương ứng (1/H) - Zmi : tổng trở từ nhánh (1/H) - Umi : từ áp rơi nhánh từ (A) Tổng trở Zmi nhánh từ bao gồm hai thành phần từ trở Rmi từ kháng Xmi, chúng có quan hệ tam giác vng Z mi R mi2 X mi (4.4) 45 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội Đối với mạch từ chiều (DC) không tồn thành phần từ kháng Xmi bao gồm thành phần từ trở Rmi l Rmi i i S i (4.5) Trong đó: - I1 : chiều dài nhánh từ tương ứng (m) - S1: tiết diện nhánh từ (m2) - I : từ thẩm vật liệu từ nhánh từ tương ứng (H/m) Ví dụ: Mạch từ trình bày (hình 4.1) Lõi làm từ vật liệu từ có độ từ thẩm lớn nhiều với từ thẩm chân không 0 với: 0 = 4.107 (H/m) Lõi có tiết diện khơng đổi kích từ cuộn dây có N vòng dây, chảy dòng điện I (A) Cuộn dây N sinh từ trường lõi thép nh biểu diễn (hình 4.1) i S iN 4.3:tích M¹ch tõ mặt thành phần pháp tuyến Từ thơng qua bề mặtH×nh S phân từ cảm B Như B.dS (4.6) Trong hệ đo lờng SI, từ thơng có thứ nguyên weber (wb) Khi từ cảm đồng bên mặt cắt lõi thép, phương trình biểu diễn: i Bi S i (4.7) Trong đó: - i : từ thông lõi thép - Bi : từ cảm - Si : tiết diện lõi thép 46 Vật liệu cơng nghiệp Từ phương trình - Giáo trình nội H dL J dS , quan hệ sức từ động c cường độ từ trương S H biểu diễn: F NI H dl (4.8a) Lõi thép có độ dài trung bình chiều dài khép kín đường sức từ li Kết tích phân đường (4.8) trở thành tích đại lượng vơ hướng Hi , li Từ phương trình (4.8a) viết lại: F NI H i Li (4.8b) Với Hi giá trị trung bình phần thực véctơ H lõi thép Chiều Hi lõi thép xác định theo quy tắc bàn tay phải, biểu diễn hai cách tương tự nh Hãy hình dung có vật dẫn điên đặt bàn tay phải, ngón tay chiều từ trường Hi Hoàn tồn tương tự cuộn dây hình vẽ (hình 4.3) nắm bàn tay phải, ngón tay chiều dòng điện ngón tay chiều từ trường Trong nhánh từ mạch từ, quan hệ từ cảm Bi (T) cường độ từ trường Hi (A/m) biểu diễn đường cong từ hóa B = f(H) vật liệu từ nhận từ thực nghiệm Đẩi với vật liệu phi từ tính đồng nhơm, đồng v.v…, vật liệu cách điện Fibre, bakelite v.v… khơng khí, quan hệ biểu diễn sau: B = 0.H (4.9) Với 0 từ thẩm chân không (H/m) Trong mạch từ ta phân biệt từ thông sau: Từ thông làm việc lv từ thơng qua khe hở khơng khí mạch từ Từ thơng rò từ thơng khơng qua khe hở khơng khí mạch từ mà khép kín theo đường khác Từ thông tổng 0, tổng hai từ thông lv thường qua phần gông mạch từ (hình 4.3) Tỷ số từ thơng tổng từ thông làm việc định nghĩa hệ số rò mạch từ cho trước: ( 4.10) lv 1 lv lv lv Khi tính tốn mạch từ thường gặp hai dạng toán sau Bài toán thuận: với nội dung sau Cho trước từ thông từ cảm B hình dạng, kích thước mạch từ, cần xác định sức từ động cần thiết để sinh từ thơng Bài tốn nghịch: phát biểu sau Cho trước sức từ động hình dạng, kích thước vật liệu mạch từ, cần xác định giá trị từ thông mạch từ Trong thực tế, gặp dạng tốn mạch từ khác chút ví dụ như: cho trước giá trị lực hút điện từ tác động lên phần ứng vị trí xác định khe 47 Vật liệu công nghiệp - Giáo trình nội hở khơng khí ( khoảng cách nắp lõi mạch từ) cho trước đặc tính lực hút điện từ P= f() điều kiện phụ hình dáng, kích thước vật liệu mạch từ, cần xác định từ thông giá trị sức từ động cần thiết Những tốn mạch từ tựu chung đưa dạng hai toán nêu Bài tốn thuận giải quyêt sau: nhánh từ mạch từ, xem từ cảm ứng từ B khơng đổi tồn chiều dài nhánh đó, ta xác định giá trị cường độ từ trường H tương ứng dựa quan hệ B = .H (4.11) Trong hệ đo lường SI, B đo weber/m2 hay đượcgọi tesla (T), đư ợc đo weber/A (H/m) Từ thẩm sắt từ biểu diễn = r 0 với giá trị phổ biến r vật liệu từ dùng để chế tạo thiết bị điện nằm khoảng từ 2000 đến 80000, dựa quan hệ đường cong từ hóa vật liệu cho trước 2) Sơ đồ thay mạch từ Sự tương tự mạch từ mạch điện cho phép ta xây dựng sơ đồ thay mạch từ Trong sức từ động mạch từ tương ứng với sức điện động mạch điện, từ thông tổng tương tự với cường độ dòng điện I, từ trở Rm tương tự với điện trở R, tổng trở từ Zm tương tự với tổng trở điện Z v.v… 4.3 Một số vật liệu dẫn từ thông dụng Trong kỹ thuật điện thường sử dụng loại vật liệu sắt từ sau đây: 4.4.1 Vật liệu sắt từ mềm: Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ tổn hao từ trễ nhỏ Được dùng để chế tạo mạch từ thiết bị điện, đồ dùng điện Đặc điểm loại vật liệu độ dẫn từ lớn, tổn hao bé Các vật liệu là: 1) Sắt (thép cácbon thấp) Nhìn chung sắt thỏi chứa lượng nhỏ tạp chất, cácbon, sulfur, mangan, silíc, nguyên tố khác làm yếu tính chất từ tính Bởi điện trở suất tương đối thấp, thép thỏi phần lớn dùng cho lõi từ Nó thường làm sắt đúc tinh chế lò luyện kim lò thổi với tổng lượng chứa (0,08 – 0,1)% tạp chất Vật liệu biết đến tên thép armco sản xuất theo nhiều cấp độ khác Thép điện cácbon thấp, điện, loại khác thép thỏi, độ dày từ 0,2 đến 4mm, không chứa 0,04% cácbon không 0,6% nguyên tố khác Độ thẩm từ cao loại thép khác không mức 3500 4500, lực kháng từ tương ứng không cao (100 62)A/m Sắt đặc biệt tinh khiết sản xuất cách điện phân dung dịch sulfát sắt hay clorua sắt Nó chứa 0,05 tạp chất Vì có điện trở tương đối thấp nên sắt tinh khiết kỹ thuật sử dụng tương đối ít, chủ yếu làm mạch từ từ thông không đổi Bảng 4.1: Các thành phần hóa học tính chất từ vài loại sắt 48 Vật liệu công nghiệp Vật liệu Sắt thỏi Sắt điện phân Sắt cacbonyl Sắt điện phân nóng chảy chân khơng Sắt tinh chế hyđrô Sắt tinh chế cao hyđrô Tinh chế đơn sắt tinh khiết ủ ram hyđrơ - Giáo trình nội Tạp chất (%) Các tính chất từ Độ thẩm từ Lực kháng Ban đầu min Lớn max từ HC (A/m) 250 7000 64 600 15000 28 3300 21000 6,4 61000 7,2 C 0,02 0,02 0,005 0,01 O2 0,06 0,01 0,005 0,005 0,003 6000 200000 3,2 20000 340000 2,4 1430000 0,8 2) Thép kỹ thuật điện a Tính chất Từ thép cacbon thấp có thành phần C < 0,04% tạp chất khác < 0,6%) có trị số từ thẩm tương đối từ 3500 4500, cường độ từ trường khử từ (6496)A/m Người ta đưa thêm silic vào thành phần thép Hàm lượng silic dùng để hạn chế tổn hao từ trễ tăng điện trở thép để giảm tổn hao dòng điện xốy Nếu thành phần silic nhiều (trên 5%) làm tăng độ dòn, giảm độ dẻo nên vật liệu khó gia cơng Tùy theo thành phần silic có thép nhiều hay mà tính chất từ thay đổi khác Thép có hàm lượng silic cao chủ yếu làm mạch từ cho máy biến áp Thép có hàm lượng silic nhỏ dùng làm mạch từ trường hợp từ thông không đổi b Phân loại Theo thành phần ta có: sắt kỹ thuật; thép silic Theo cơng nghệ chế tạo ta có loại: thép cán nóng thép cán nguội Trong thép cán nóng thép cán nguội ta có: + Thép đẳng hướng: có tính từ tính tốt thường dùng làm lõi thép máy biến áp + Thép vô hướng: thường dùng máy điện quay c Giải thích ký hiệu Nếu thép kỹ thuật điện có hàm lượng C< 0,4% tạp chất < 0,6% ta gọi sắt kỹ thuật Thép silic: có ký hiệu chữ số Ví dụ: + 11, 12, 13 + 21, 22 + 31, 32 + 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 + 31O, 320, 330, 330A, 340, 370, 380 49 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội + 110O, 1200, 1300, 3100, 3200 Trong đó: Con số thứ hàm lượng gần silíc theo phần trăm; tăng hàm lượng silíc, khối lượng riêng giảm điện trở suất tăng lên Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện từ thép + Các số 1, 2, đảm bảo suất tổn hao xác định từ hoá lại tần số Pécmaloi 50Hz) cảm ứng từ từ trường mạnh + Chữ A ký hiệu suất tổn hao thấp + Số cho biết thép định mức tổn hao từ hóa tần số 400Hz cảm ứng từ từ trường trung bình + Thép có ký hiệu số 5, dùng từ trường yếu từ (0,002 0,008)A/cm trị số bđ chúng đảm bảo + Con số 7, đặc điểm chủ yếu độ từ thẩm cường độ từ trường trung bình từ (0,03 10)A/cm + Con số thứ thép cán nguội (thép có thớ) + Có hai số liên tiếp thép cán nguội thớ Bảng 4.2: Sự phụ thuộc khối lượng riêng điện trở suất thép kỹ thuật điện vào hàm lượng silíc Con số thứ Nhãn hiệu thép Mức hợp kim hóa silíc thép Hợp kim hóa yếu Hợp kim hóa trung bình Hợp kim hóa tăng cao Hợp kim hóa cao Hàm lượng Si, % 0,8 1,8 1,8 2,8 2,8 3,8 3,8 4,8 Khối lượng riêng, g/cm3 7,80 7,75 7,65 7,55 Điện trở suất .mm2/m 0,25 0,40 0,50 0,60 d Công dụng Thép với hàm lượng silic cao chủ yếu dùng để làm lỏi thép máy biến áp mà ta thường gọi tơn silic Thép có thớ đẳng hướng: có tính từ tính tốt thường dùng làm lõi thép máy biến áp Sử dụng thép làm máy biến áp điện lực giảm trọng lượng kích thước Thép có thớ vơ hướng: thường dùng máy điện quay Các kích thước thường dùng thép kỹ thuật điện cho bảng Bảng 4.3: Kích thước thường dùng thép kỹ thuật điện Kích thước Dày Rộng Dài Đơn vị đo mm m m Trị số thường dùng 0,1; 0,2; 0,35; 0,5, 0,24; 0,6; 0,7; 0,75; 0,86; 0,72; 1,2; 1,34; 1,5; 1,75; Các tiêu chuẩn quy định tính chất điện từ nhãn hiệu thép kỹ thuật điện là: 50 Vật liệu công nghiệp - Giáo trình nội Cảm ứng từ (ký hiệu chữ B với số cường độ từ trường tương ứng tính theo A/cm); Tổng suất tổn hao cơng suất dòng điện xoay chiều tính W 1kg thép đặt từ trường xoay chiều, ký hiệu chữ P với số dạng phân số; tử số giá trị biên độ cảm ứng từ tính theo kilơgam, mẫu số tần số tính héc Bảng 4.4: Giá trị giới hạn cảm ứng từ suất tổn hao thép kỹ B25 – B300 k.gauss, không nhỏ P10/50 – P15/50, W/kg, không lớn B5 – B25 k.gauss, không nhỏ P7,5 + P10/400, W/kg, không lớn 0,35 – 14,4 – 20 0,9 – 14,4 – – 1100 3200 0,5 14,8 – 20 1,5 – 7,5 – – 310 330A 0,35 – 0,5 17,5 – 20 0,5 – 2,45 – – 44 430 0,1 – 0,35 – – 11,9 – 17 – 19 Nhãn hiệu thép 11 43A Bề (mm) dày thuật điện (Cán nóng) Bảng 4.5: Giá trị cảm ứng từ số loại thép kỹ thuật điện Nhãn hiệu thép Bề dày (mm) 45 46 47 48 370 380 0,2 – 0,35 0,2 – 0,35 0,2 – 0,5 B0,002 – B0,009 gauss, không nhỏ 1,2 – 8,8 – – B0,1 – B10 gauss, không nhỏ – 0,3 – 1,3 1,4 –1,7 Pécmaloi: (permallois) hợp kim sắt niken có độ từ thẩm ban đầu lớn từ trường yếu, chúng khơng có tượng dị hướng từ giảo Pécmalơi chia làm loại: + Loại nhiều niken: (7280)%Ni dùng làm lỏi cuộn cảm có kích thước từ nhỏ, mạch từ máy biến áp âm tần nhỏ, mạch từ máy biến áp xung máy khuếch đại từ + Loại niken: (4050)%Ni có cường độ từ cảm bảo hòa lớn gấp lần loại có nhiều niken Được dùng làm mạch từ cho máy biến áp điện lực, lõi cuộn cảm dụng cụ có mật độ từ thơng cao Các tính chất Pécmaloi cho bảng 4.6 Bảng 4.6: Tính chất loại Pécmaloi Các hợp chất Pécmaloi nhiều Nhãn hiệu 79HM 88HX Đặc tính hợp kim Hợp kim có độ từ thẩm Bề dày (mm) 0,02 đến bđ nax 14000 đến 60000 đến 51 Hk Bmax , ơcstet k.gauss .mm2/m 0,01 đến đến 7,5 0,55 đến 0,63 Vật liệu công nghiệp niken C Pécmaloi niken 45H, 50H, 50H, 60H, 38HC, 42HC, 50HC X Alusife - cao điện trở suất cao Hợp kim có độ từ thẩm đươc nâng cao, từ cảm bảo hòa, điện trở suất nâng cao cao Hợp kim giòn, độ từ thẩm cao điện trở suất cao Giáo trình nội 2,5 50000 300000 0,06 0,02 đến 2,5 400 12000 đến đến 3200 100000 0,1 đến 0,45 9,5 đến 15 0,25 đến 0,9 20000 117000 0,022 11 0,81 + Alusife: Hợp kim sắt với silíc nhơm có tên gọi alusife Thành phần tốt alusife 9,5% Si, 5,6% Al lại Fe Hợp kim có đặc tính cứng giòn, chế tạo dạng đúc định hình Các tính chất cho bảng 4.5 Ferit: vật liệu sắt từ bột oxýt sắt, kẻm số vật liệu dạng mịn, định dạng theo ý muốn thơng qua cơng nghệ kết dính dồn kết dính bột kim loại Ferit có điện trở suất lớn nên dòng điện xốy chạy nhỏ Dùng làm mạch từ cuộn dây máy móc điện tử, máy khuếch đại tần số Vật liệu sắt từ cứng: Các vật liệu sắt từ cứng thường có tổn hao từ trễ lớn, cường độ từ trường khử từ cao, độ từ thẩm nhỏ so với vật liệu sắt từ mềm Tùy theo thành phần trạng thái phương pháp chế tạo vật liệu sắt từ cứng chia làm nhiều loại: Thép hợp kim hóa, tơi đến trạng thái máctenxít Các hợp kim từ cứng alni, alnisi, alnico, macnico Các nam châm dạng bột 4.1 Hợp kim làm nam châm vĩnh cửu a Thép hợp kim hóa tơi đến trạng thái mactenxít Là loại thép hợp kim hố với chất như: vonfram, crôm, molipden, côban Loại thép vật liệu đơn giản dễ kiếm để làm nam châm vĩnh cửu Thành phần tính chất thép cho bảng Các tính chất cho bảng (bảng4.6.) đảm bảo thép mactenxít sau nhiệt luyện đặc biệt loại sau ổn định nước sơi b Các hợp kim từ cứng Thường gọi hợp kim aluni: (Al Ni Fe) Loại có lượng từ lớn Nếu cho thêm cơban silic tính chất từ hợp kim tăng lên Hợp kim aluni, cho thêm silic gọi alunisi, cho thêm côban gọi alunico 52 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội Nếu hợp kim alunico có hàm lượng cơban lớn ta gọi macnico Bảng 4.7: Thành phần tính chất thép mactenxít làm nam châm vĩnh cửu Thành phần hóa học % Nhãn hiệu C EX 0,95 đến 1,10 0,90 đến 1,10 0,68 đến 0,78 0,90 đến 1,05 0,90 đến 1,05 EX3 E7B6 EX5K5 EX9K15M Cr VV Co Mo 1,30 đến 1,60 2,80 đến 3,60 0,30 đến 5,20 đến 0,50 6,20 5,50 đến 5,50 đến 6,50 6,5 8,0 đến 13,5 đến 1,20 đến 10,0 16,5 1,70 Cáctính chất từ (khơng nhỏ hơn) Cảm ứng Lực từ dư Bd kháng từ k.gauss Hk ơcstet 9,0 58 9,5 60 10,0 62 8,5 100 8,0 170 Tất hợp kim có khuyết điểm khó chế tạo thành chi tiết có kích thước xác hợp kim có tính chất cứng giòn Nên gia cơng phương pháp mài Tùy theo thành phần phương pháp gia cơng mà tính chất từ thay đổi Nam châm hợp kim manicơ nhẹ nam châm aluni lượng lần nhẹ nam châm thép crôm thông thường 22 lần c Các nam châm dạng bột Chế tạo nam châm vĩnh cửu phương pháp luyện kim bột đề hợp kim đúc sắt – niken – nhơm khơng thể chế tạo sản phẩm nhỏ có kích thước chinh xác Chúng ta cần phân biệt hai loại nam châm bột kim loại gốm nam châm bột có hạt gắn chất kết dính (nam châm kim loại dẻo) Loại thứ hai chế tạo phương pháp ép giống ép chi tiết chất dẻo chất độn nghiền từ hợp kim từ cứng Vì chất độn cứng nên cần áp suất riêng để ép cao ( /cm2) Nam châm kim loại bột kinh tế sản xuất tự động hóa hàng loạt nam châm có cấu tạo phức tạp kích hước khơng lớn Cơng nghệ hợp kim dẻo chế tạo nam châm có lõi Tính chất từ nam châm kim loại dẻo nhiều, lực kháng từ giảm (10 15)%, từ dư giảm (35 50)%, lượng tích lũy giảm (40 60)% so với nam châm đúc Nam châm kim loại dẻo có điện trở cao, sử dụng thiết bị có trường biến đổi tần số cao 4.2 Các vật liệu từ có cơng dụng đặc biệt Các chất sắt từ mềm đặc biệt Các vật liệu từ mềm chia thành nhóm dựa vào tính chất từ đặc biệt chúng là: 53 Vật liệu công nghiệp - Giáo trình nội a) Các hợp kim có đặc tính độ từ thẩm thay đổi cường độ từ trường khơng đổi: Loại hợp kim thuộc nhóm có tên gọi pecminva, hợp kim ba nguyên tố: Fe – Ni – Co với hàm lượng thành phần 25; 45 30% Hợp kim ủ nhiệt độ 10000C, sau giữ nhiệt độ (400 500)0C làm nguội chậm Pecminva có lực kháng từ nhỏ, độ từ thẩm ban đầu 300 giữ khơng đổi khoảng cường độ trường đến ơcstet với cảm ứng từ 1000 gauss Pecminva ổn định từ kém, nhạy cảm với nhiệt độ ứng suất b) Các hợp kim có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ: Là hợp kim nhiệt từ gồm: Ni – Cu; Fe – Ni; Fe – Ni – Cr Các hợp kim dùng để bù sai số nhiệt độ thiết bị, sai số gây biến đôi từ cảm nam châm vĩnh cửu hay điện trở dây dẫn dụng cụ điện nhiệt độ môi trường khác với nhiệt đọ lúc khắc độ Để có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, ngưòi ta sử dụng tính chất chất sắt từ cảm ứng từ giảm tăng nhiệt độ đến gần điểm Quyri Đối với chất sắt từ điểm Quyri nằm khoảng đến 1000C tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim hóa phụ Hợp kim Ni – Cu với hàm lượng 30% Cu bù sai số giới hạn từ (20 đến 80)0C; với 40% Cu từ ( 50 đến 10)0C c) Các hợp kim có độ từ giảo cao Là hợp kim Fe – Cr; Fe – Co Fe – Al Các hợp kim dùng làm lõi máy phát dao động âm tần số âm siêu âm Độ từ giảo hợp kim có dấu dương Để chế tạo vật liệu dùng niken mỏng tinh khiết với độ từ giảo âm d) Các hợp kim có độ từ giảo bảo hòa cao Là hợp kim Fe – Co có từ cảm bảo hòa từ cao đến 24000 gauss Điện trở hợp kim không lớn Hợp kim có tên gọi Pecmenđuyara với hàm lượng cơban từ 50 đên 70% Pecmenđuyara có giá thành cao nên dùng thiết bị đặc biệt, phận loa động, màng ống điện thoại, dao động ký v.v Ferít Ferít gốm từ có điện dẫn điện tử khơng đáng kể, xếp vào loại bán dẫn điện tử Trị số điện trở suất lớn lượng tổn hao vùng tần săotng cao cao tương đối nhỏ với tính chất từ tương đối tốt làm cho ferít dùng rộng rãi tần số cao Người ta chia ferít thành loại: a) Ferít từ mềm Loại ferít từ mềm có từ cảm lớn (hơn 3000gauss) lực kháng từ nhỏ khoảng 0,2 ơcstet Ferít với trị số lớn có trị số tổn hao lớn tăng nhanh tần số tăng Ferít có số điện mơi tương đối lớn, trị số phụ thuộc vào tần số thành phần ferít Khi tần số tăng số điện mơi giảm Tang góc tổn hao ferít từ 0,005 đến 0,1 Ferít có tượng từ giảo ferít khác hiệu ứng khác Đặc tính vật liệu Ferít cho bảng sau: (bảng 4.8) Bảng 4.8: Các đặc tính vật liệu Ferít Mật độ Nhiệt dung riêng J(g.độ) Nhiệt dẫn riêng W(cm.độ) 54 Hệ số giãn nở nhiệt theo chiều Điện trở suất , .cm Vật liệu cơng nghiệp 35 - 0,7 Giáo trình nội 102 dài l.độ1 105 10 107 Hiện người ta thường sử dụng nhóm ferít hỗn hợp như: mangan – kẽm; niken – kẽm, liti – kẽm b) Ferít từ cao tần Ngồi ferít từ mềm, tần số cao dùng thép kỹ thuật điện pecmalôi cán nguội điện môi từ Bề dày thép đạt tới (2530)m Các tính chất từ vật liệu cán mỏng gần giống với chưa cán giá thành chúng cao công nghệ lắp ghép mạch từ vật liệu mỏng phức tạp Vật liệu điện môi từ chế tạo cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện hữu hay vô Các chất sắt từ thường dùng sắt cácbonyl, pécmalơi, alusife v.v Chất dính kêt cách điện nhưa fenol – foócmalđêhyt, polistirol, thủy tinh v.v Các chất sắt từ cần phải có từ tính cao, chất kết dính phải tạo thành lớp cách điện liên tục không gián đoạn hạt ferít Các lớp cần có bề dày đồng độ bền kết dính hạt với c) Ferít có vòng từ trễ chữ nhật Ferít có vòng từ trễ chữ nhật đặc biệt ý kỹ thuật máy tính để làm nhớ Vật liệu sản phẩm có loạt yêu cầu đặc biệt Để đặc trưng cho chúng thường dùng vài tham số phụ Trong số phải kể đến tham số hệ số chữ nhật Kcn chu trình từ trễ, tỉ số cảm ứng từ dư Bdư cảm ứng từ lớn Bmax B K cn du Bmax Để xác định Bmax thường đo trị số Hmax= 5Hk Hệ số Kcn gần tới tốt Ferít từ trễ chữ nhật sử dụng cần ý đến thay đổi tính chất chúng theo nhiệt độ Ví dụ nhiệt độ biến đổi từ 200C đến 600C lực kháng từ giảm (1,5 2) lần, cảm ứng từ giảm (5 35)% Câu hỏi ơn tập 4.1 Trình bày khái niệm vật liệu từ? Nêu đặc tính chủa vật liệu dẫn từ? 4.2 Thế đường cong từ hóa? Trình bày đường cong từ hóa số vật liệu từ điển hình? 4.3 Trình bày khái niệm mạch từ? Nêu cách tính tốn số mạch từ đơn giản? 4.4 Nêu định luật mạch từ? Thế toán thuận, toán nghịch? 4.5 Từ mạch từ vẽ sơ đồ thay nêu đại lượng có sơ đồ? 4.6 Cho biết hư hỏng thường xẩy mạch từ? 4.7 Thế vật liệu từ mềm, từ cứng vật liệu từ có công dụng từ đặc biệt? 55 Vật liệu cơng nghiệp - Giáo trình nội 4.8 Nêu tính chất thép kỹ thuật điện? Cách phân loại giải thích ký hiệu thép kỹ thuật điện? 4.9 Nêu tính chất cơng dụng loại vật liệu từ học? TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Phú:Vật liệu điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, HHà Nội, 1998 Nguyễn Xuân Phú: Khí cụ Điện Kết cấu, sử dụng sửa chữa, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội , 1998 Trần Khánh Hà: Máy điện 1, 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 TS Nguyễn Trọng Thắng: Cơng nghệ chế tạo tính tốn sửa chữa máy điện 1, 2, 3, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1995 Nguyễn Xuân Phú (chủ biên): Quấn dây, sử dụng sửa chữa động điện xoay chiều chiều thông dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 Đặng Văn Đào: Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1999 Nguyễn Chu Hùng - Tôn Thất Cảnh Hưng: Kỹ Thuật Điện 1, Trường đại học bách khoa TP.HCM.1995 Nguyễn Đình Thắng: Giáo trình Vật liệu điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2004 56 ... quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình. .. sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội PHẦN I : VẬT LIỆU HỌC CƠ SỞ CHƯƠNG TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO BÊN TRONG CỦA VẬT LIỆU NỘI DUNG... giá khả biến dạng dẻo vật liệu chịu gia công áp lực Độ dẻo vật liệu cao khả tạo hình phương pháp gia công áp lực cán, kéo, ép, rèn, dập tốt Qua trị số độ dẻo xác định vật liệu bị phá huỷ dẻo