Механические характеристики постоянных магнитов из материала КС37А
Обзор результатов исследований механических характеристик (предела прочности на сжатие, модуля Юнга и предела прочности на изгиб постоянных магнитов из материала КС37А после намагничивания образцов, в зависимости от направления приложения нагрузки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.12.2024 |
| Размер файла | 13,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Механические характеристики постоянных магнитов из материала КС37А
Сорокин А.М.
Главный технолог АО НПО “'Магнетон "
Россия, г. Владимир, Кутепов А.В.
Главный специалист АО НПО “Магнетон"
Россия, г. Владимир
Аннотация
механические характеристики постоянный магнит
В настоящей статье приведены результаты исследований механических характеристик (предела прочности на сжатие (Rcm), модуля Юнга (Е) и предела прочности на изгиб (Rbm)) постоянных магнитов (ПМ) из материала КС37А. Установлено, что все исследованные механические характеристики зависят от направления приложения нагрузки (вдоль или поперек текстуры ПМ). Кроме того обнаружено, что после намагничивания образцов ПМ их механические характеристики значительно (до 20%) изменяются.
Ключевые слова: постоянные магниты, сплав SmCo5, текстура, механические характеристики.
Annotation
This article presents the results of studies of mechanical characteristics (compressive strength (Rcm), Young's modulus (E) and bending strength (Rbm)) permanent magnets (PM) made of KS37A material. It is established that all the studied mechanical characteristics depend on the direction of application of the load (along or across the PM texture). In addition, it was found that after magnetization of PM samples, their mechanical characteristics change significantly (up to 20%).
Keywords: permanent magnets, SmCo5 alloy, texture, mechanical characteristics.
Редкоземельные постоянные магниты (ПМ) на основе сплава SmCo5 широко используются в различных устройствах, эксплуатирующихся при высоких температурах (до 350°С) [1]. Магнитные свойства и химический состав данных материалов регламентируются ГОСТ 21559-76 [2], согласно которого они подразделяются на различные марки в зависимости от своей остаточной магнитной индукции Бг. При этом в [2] никаких сведений по их механическим свойствам не приводится. Это объясняется тем, что магнитные материалы на основе сплавов SmCo5 не являются конструкционными и разработчики устройств должны предусмотреть такое их применение (защитные бандажи и т.п.), которое исключает непосредственное воздействие механических нагрузок на ПМ.
Однако в последнее время в связи с тенденциями по миниатюризации и удешевления продукции активно разрабатываются устройства, в которых ПМ SmCo5 используются в качестве рабочих конструктивных элементов, испытывающих значительным механическим воздействиям [3]. При этом полных данных по их прочностным характеристикам, как и научных работ в данной области практически нет. Так в [4] приведены результаты исследований воздействия только ударных нагрузок и вибрации на ПМ SmCo5 марки КС37, а в [5] изучены наномеханические свойства, отдельных фаз, содержащихся в ПМ SmCo5 марки КС37. Кроме того, во всех рассмотренных источников не учитывался тот факт, что все редкоземельные ПМ имеют ярко выраженную кристаллографическую анизотропию, что приводит к анизотропии физических (магнитных, механических и т.д.) их свойств. При этом наибольшие различия наблюдаются в направлении вдоль магнитной текстуры (межполюсного расстояния) и перпендикулярно ей.
В данной статье приведены результаты исследований механических характеристик ПМ из материала КС37А, который согласно [2] обладает наивысшими магнитными свойствами из всего многообразия сплавов SmCo5, и, соответственно, имеет наивысшие внутренние механические напряжения в намагниченном состоянии.
Так как все ПМ работают в условиях воздействия встречных полей, которые реализованы в принципах действия всех электрических машин, то они испытывают только два механических воздействия: сжатие и изгиб [3].
Соответственно, для проведения прочностных расчетов ПМ необходимы значения следующих механических характеристик:
- предел прочности на сжатие по межполюсному расстоянию ПМ и в одном из поперечных направлений;
- модуль Юнга по межполюсному расстоянию ПМ и в одном из поперечных направлений;
- предел прочности на изгиб по межполюсному расстоянию ПМ и в одном из поперечных направлений.
В данной работе все вышеуказанные механические характеристики были определены на намагниченных и ненамагниченных образцах ПМ из материала КС37А.
Образцы ПМ для исследований были изготовлены по технологии порошковой металлургии [1]. Выплавку сплава SmCo5 проводили в дуговой печи в атмосфере аргона. После зачистки слитки измельчали в два этапа. На первом этапе производилось механическое измельчение в конусно - инерционной дробилке в среде аргона до частиц с размером не более 0,5 мм. Окончательное измельчение проводилось в вибрационной мельнице в среде изопропилового спирта в течении 150 - 170 минут до получения среднего размера частиц 2,4 - 2,6 мкм.
Далее, высушенные в сушильном шкафу порошки прессовали в ручной пресс-форме, которую помещали между полюсами электромагнита с напряженностью магнитного поля более 2500 кА/м.
Спекание образцов после прессования осуществляли в вакуумных печах в течении 30 минут при температуре 1220 - 1235°С при остаточном давлении не более 0,001 Па. Спеченные образцы обрабатывали на плоско - шлифовальном станке для придания им призматической формы и размеров 5^5x20 мм (с межполюсным расстоянием 5 мм).
Измерения магнитных свойств образцов проводили на установке “Permagraph C-300”. Все образцы ПМ по магнитным параметрам соответствовали требованиям [2]. Определение всех механических характеристик проводили на универсальной разрывной машине 25 ST с программным обеспечением HORIZON.
Измерение предела прочности на сжатие (Rcm) и модуля Юнга (Е) проводили согласно методике [6] ГОСТ 25.503-97. Для этого исследуемый образец ПМ, уложенный на одну из граней с размерами 5 х 20 мм нагружали до разрушения. Определение предела прочности на изгиб (Rbm) проводили по методике ГОСТ 20019-74 [7]. При этом образец, уложенный на две опоры с межосевым расстоянием 18 мм, разрушали нагрузкой, приложенной перпендикулярно к образцу в середину расстояния между опорами.
Усредненные по результатам 5 измерений, механические свойства образцов ПМ, а также их среднеквадратичные отклонения приведены в таблице 1.
Таблица 1.Механические характеристики ПМ из материала КС37А
|
Состояние ПМ |
Направле ние замера |
Механические характеристики |
|||
|
Предел прочности на сжатие, Rcm, МПа |
Предел прочности на изгиб, Rbm, МПа |
Модуль Юнга, Е, ГПа |
|||
|
Намагни ченный |
Вдоль текстуры |
812±4 |
118±2 |
137±3 |
|
|
Поперек текстуры |
1009±6 |
114±2 |
142±4 |
||
|
Ненамаг- ниченный |
Вдоль текстуры |
926±3 |
109±3 |
143±5 |
|
|
Поперек текстуры |
861±3 |
121±2 |
156±6 |
Как видно из результатов, представленных в таблице 1, все исследованные механические характеристики зависят от направления приложения нагрузки (вдоль или поперек текстуры ПМ). Так, например, предел прочности на сжатие, измеренный вдоль текстуры ненамагниченного образца, почти на 10% больше значения измеренного поперек направления текстуры.
С другой стороны, предел прочности на изгиб и модуль Юнга, измеренные вдоль текстуры на 8-10% меньше значений, полученных поперек текстуры. Такое различие в величинах механических характеристик ПМ можно объяснить только анизотропией механических свойств основной магнитной фазы SmCo5 вдоль различных направлений в кристаллической решетке.
Обращает внимание значительные изменения в значениях механических свойств механических характеристик ПМ после их намагничивания. Например, предел прочности на сжатие, измеренный вдоль текстуры образцов после их намагничивания падает почти на 10%, а, измеренный поперек текстуры, возрастает почти на 20%.
Такое поведение намагниченных образцов ПМ, вероятнее всего, объясняется тем, что все редкоземельные магнитные материалы являются одновременно и магнитострикционными [1]. Причем, в намагниченном состоянии их размеры вдоль текстуры в результате внутренних напряжений увеличиваются, а в направлении поперек текстуры - уменьшается. Соответственно, если внутренние магнитострикционные напряжения будут суммироваться с приложенной внешней механической нагрузкой, то разрушение образцов начнется при меньших значениях последней, что и наблюдается, например, для предела прочности на сжатие, измеренного вдоль направления текстуры.
Таким образом, в результате проведенных исследований показана анизотропия основных механических характеристик ПМ из материала КС37А и установлены их величины.
Работа выполнена в рамках договора между НИТУ “МИСИС” (г.Москва) и АО НПО «Магнетон» (г. Владимир) от «27» сентября 2017 года о софинансировании и дальнейшем использовании результатов проекта по теме: «Разработка технологии получения магнитотвердых магнитных материалов и магнитных систем на их основе для нового поколения низкопольных МРТ».
Список литературы
1. Gorbachev,E.A. Design of modem magnetic materials with giant coercivity / E.A.Gorbachev, E.S.Kozlyakova, L.A.Trusov, A.E.Sleptsova, M.A.Zykin, P.E. Kazin // Russian Chemical Reviews.- 2021.- V.90(10).- p. 1287 - 1329.
2. ГОСТ 21559 -76. Материалы магнитотвёрдые спечённые. Марки. - М.: Издательство стандартов, 1976. - 36 с.
3. Исмагилов, Ф.Р. Электромеханические системы с высококоэрцитивными постоянными магнитами/ Ф.Р Исмагилов, А.А. Герасин, И.Х. Хайруллин, В.Е.Вавилов - М.: Машиностроение, 2014.- 267 с.
4. Станолевич, Г.П. Устойчивость редкоземельных металлов к ударной нагрузке / Г.П. Станолевич, Н.В. Федосеев, С.А. Тимаков, С.Л. Борисов // Вопросы электромеханики. - 2014. - Т. 139. - С. 35 - 43.
5. Слинкин, И.В. Измерение наномеханических свойств редко - земельных магнитов SmCo / И.В. Слинкин // Материалы XVIII Между - народного Уральского научно-технического семинара. Екатерин-бург, 21-23 ноября 2017. - Екатеринбург: УрФУ, 2017. - С. 450 - 454.
6. ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Метод механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. - Минск: Издательство стандартов, 1997. - 25 c.
7. ГОСТ 20019 -74. Сплавы твердые спеченные. Метод определения предела прочности при изгибе. - М.: Издательство стандартов,1986. -11 c.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Механические характеристики заданного материала, циклограмма напряжений, определение коэффициента снижения предела выносливости детали. Определение запаса прочности детали по циклической (усталостной) и статической прочности графическим методом.
курсовая работа [674,9 K], добавлен 15.05.2019Изучение методики испытаний на растяжение и поведение материалов в процессе деформирования. Определение характеристик прочности материалов при разрыве. Испытание механических характеристик стальных образцов при сжатии. Определение предела упругости.
лабораторная работа [363,0 K], добавлен 04.02.2014Планирование эксперимента по повышению предела прочности листов из титанового сплава, обработка результатов эксперимента и построение модели. Методика определения погрешности эксперимента, расчет коэффициентов регрессии, проверка адекватности модели.
контрольная работа [88,0 K], добавлен 02.09.2013Фазовые переходы "смачивания" границ зерен жидкой или твёрдой фазой. Технология производства спеченных магнитов из сплавов системы Nd-Fe-B методами порошковой металлургии, влияние различных режимов термообработок на магнитные свойства их образцов.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 06.06.2012Контроль механических свойств изделия: метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. Отбор образцов, подготовка и проведения испытаний, определение предела текучести. Оборудование для ультразвукового контроля.
курсовая работа [889,8 K], добавлен 13.11.2012Влияние времени на деформацию. Упругое последействие, влияние температуры на свойства материалов. Механические свойства материалов. Особенности испытаний на сжатие. Зависимость предела прочности пластмасс от температуры, неоднородность материалов.
реферат [2,5 M], добавлен 01.12.2008Анализ поведения материала при проведении испытания на растяжение материала и до разрушения. Основные механические характеристики пропорциональности, текучести, удлинения, прочности, упругости и пластичности материалов металлургической промышленности.
лабораторная работа [17,4 K], добавлен 12.01.2010Испытания на твердость металла с помощью метода измерения по Бринеллю. Устройство и принцип работы твердомера. Поиск предела прочности и текучести материала. Связь между напряжениями и деформациями. Поверхностная и объемная твердость материалов.
контрольная работа [700,4 K], добавлен 06.11.2012Проведение испытаний на ударный изгиб на маятниковых копрах с целью оценки склонности металла к хрупкому разрушению. Сравнение особенностей поломки материала от усталости и статической нагрузки. Определение критериев конструкционной прочности деталей.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 29.07.2010Привод электрического аппарата и накопитель энергии. Магнитные системы постоянных и поляризованных магнитов и переменного тока. Типы электродинамических и индукционно-динамических механизмов. Электродинамические и индукционно-динамические механизмы.
реферат [1,3 M], добавлен 29.06.2009Надежность машин и критерии работоспособности. Растяжение, сжатие, кручение. Физико-механические характеристики материала. Механические передачи вращательного движения. Сущность теории взаимозаменяемости, подшипники качения. Конструкционные материалы.
курс лекций [2,8 M], добавлен 13.06.2012Понятие и расчет коэффициента Пуассона как зависимости между продольными и поперечными деформациями элемента. Вычисление модуля Юнга как физической величины, характеризующей свойства материала сопротивляться растяжению/сжатию при упругой деформации.
презентация [207,4 K], добавлен 10.10.2015Выбор материала колес и допускаемых напряжений. Расчет червячной передачи, определение межосевого расстояния и модуля зацепления. Проверка на выносливость выходного вала. Подбор подшипников. Условие прочности шпонок на смятие и срез. Смазка редуктора.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.10.2012Назначение и принцип работы подшипников скольжения. Свойства политетрафторэтилена. Технология сборки подшипников скольжения. Определение зависимости предела прочности композита от амплитуды колебаний. Прочностные характеристики от амплитуды колебаний.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 17.05.2015Обзор связи условий нагружения детали с пределом длительной прочности ее материала. Расчет эквивалентного времени наработки для лопатки рабочего колеса турбины. Анализ методики определения уравнения кривой длительной прочности при иной температуре детали.
контрольная работа [66,5 K], добавлен 27.02.2012Выбор материала, его характеристик и допускаемых напряжений. Расчет прочности и жесткости балок и рам, ступенчатого стержня и стержня постоянного сечения, статически неопределимой стержневой системы при растяжении-сжатии и при кручении. Построение эпюр.
курсовая работа [628,4 K], добавлен 06.12.2011Определение временного, нормативного и расчетного сопротивления древесины на изгиб. Определение расчетного сопротивления древесины сжатию вдоль волокон. Расчет сопротивления древесины при длительном действии нагрузки и нормально–влажностных условиях.
отчет по практике [7,6 M], добавлен 01.11.2022Зависимость свойств материалов от вида напряженного состояния. Критерии пластичности и разрушения. Испытание на изгиб. Изучение механических состояний в зависимости от степени деформирования. Задачи теорий пластичности и прочности. Касательное напряжение.
презентация [2,7 M], добавлен 10.12.2013Выбор материалов, сбор нагрузок, статический расчет. Расчет прочности по I группе предельных состояний. Расчет прочности панели по сечению, нормальному к продольной оси. Расчет полки панели на местный изгиб. Расчет прочности панели по наклонному сечению.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 06.08.2013Статистические характеристики пластмасс. Оценка прочности пластмасс с помощью вероятности разрушения по Серенсену. Статистическая оценка прочности пластмасс по нагрузкам. Оценка эксплуатационных свойств по критерию эффективной удельной прочности.
реферат [16,1 K], добавлен 25.01.2011
