Er Steel Magnetic? Heildarleiðbeiningar um segulmagn úr stáli

INNGANGUR

Við fyrstu sýn, spurningin „Er stál segulmagnaðir?“ virðist léttvægt. Pappaklemmi festist við segul í kæli - svo já, stál er segulmagnað.

En spurðu verkfræðing sem vinnur með ryðfríu stáli leiðsluíhlutum, og svarið verður: það fer eftir því.

Stál er ekki eitt efni; það er fjölskylda járn-kolefnisblendis með mjög mismunandi örbyggingu.

Sum stál eru mjög járnsegulmagnaðir, aðrir eru algjörlega segulmagnaðir, og nokkrir falla á milli.

Þessi grein kryfur segulmagn stáls frá fimm sjónarhornum: grundvallar eðlisfræði, kristallafræði, álsamsetning, vinnslusögu, Og verklegt próf.

Í lokin, þú munt skilja ekki aðeins hvort tiltekið stál er segulmagnað, En hvers vegna – og hvernig á að spá fyrir um eða breyta þeirri hegðun.

1. Af hverju stál er venjulega segulmagnaðir

Stál er venjulega segulmagnað vegna þess að algengustu málmvinnslufasar þess eru byggðir á Járn, og járn er ferromagnetic frumefni í líkama-miðju kristal form.

Hagnýtt, segulsvörun stáls er stjórnað af kristal uppbyggingu, rafeindasnúningur, Og fasajafnvægi.

Því meira sem stál inniheldur ferrític eða martensitic uppbyggingu, því sterkari aðdráttarafl þess að segul verður almennt.

Kristalbygging sem grunnur segulmagns

Segulhegðun stáls er ekki tilviljunarkennd. Það á rætur í því hvernig járnatómum er raðað í kristalgrindurnar og hvernig óparaðar rafeindir þeirra hafa samskipti.

Ferrite: aðal segulfasinn

Mikilvægasti segulfasinn í venjulegu stáli er alfa ferrít, sem hefur a líkamsmiðjuð teningur (BCC) kristal uppbyggingu.

Í þessu fyrirkomulagi, járnatóm gera segulsviðum kleift að samræmast auðveldlega, þannig að efnið sýnir sterkan ferromagnetism.

Þess vegna kolefnisstál, Low-alloy stál, og mörg burðarstál laðast mjög að segli.

Austenite: veikt segulmagnaðir eða ósegulmagnaðir fasinn

Aftur á móti, Austenite hefur a andlitsmiðuð rúmmetra (FCC) uppbygging.

Þessi þéttari atómpakkning breytir rafeindafyrirkomulagi og kemur í veg fyrir langdræga segulsviðslínu á sama hátt og ferrít.

Fyrir vikið, austenítískt stál er venjulega veikt segulmagnað eða næstum ekki segulmagnað í glæðu ástandi.

Martensite: segulmagnaðir og hertir

Þegar stál er slökkt, austenít getur breyst í martensite, líkamsmiðjuð fjórhyrningagerð sem fengin er úr BCC fjölskyldunni.

Martensít er áfram segulvirkt, þess vegna eru hert stál enn segulmagnaðir og oft enn sterkari en austenítíska ástandið sem það kom frá.

Hvers vegna stofuhita stál er venjulega segulmagnaðir

Við stofuhita, algengustu stálin innihalda annað hvort ferrít, martensite, eða blanda af hvoru tveggja. Þessir fasar varðveita lénsröðunina sem þarf fyrir ferromagnetism.

Þess vegna venjulegt burðarstál, verkfærastál, og mörg stálblendi bregðast sterkt við segli án sérstakrar meðferðar.

Austenitísk stál eru helsta undantekningin, en jafnvel þeir eru ekki alltaf alveg segulmagnaðir.

Kalt að vinna, myndast, eða alvarleg aflögun getur skapað staðbundna martensitic umbreytingu og gert þá að hluta til segulmagnaðir.

Þannig, hagnýta svarið „er segulmagnaðir úr stáli?” er: járnsegulstál eru segulmagnaðir; parasegulstál eru næstum ekki segulmagnaðir að tilviljunarkenndum athugunum.

Curie hitastigsáhrifin

Segulmagn í stáli fer einnig eftir hitastigi. Sérhvert járnsegulefni hefur a Curie hitastig, þar fyrir ofan sigrar varmahræringur segulsviðsröðun og efnið verður parasegulmagnað.

Fyrir hreint járn, Curie hitastigið er u.þ.b 770° C.. Fyrir ofan þetta atriði, járn missir járnsegulmagn sitt tímabundið.

Þegar það kólnar aftur, segulmagn skilar sér án varanlegrar samsetningarbreytingar.

Þetta skýrir gagnlega iðnaðarathugun: Stál getur virst segulmagnað á meðan það er heitt við smíða, hitameðferð, eða austenitizing, en endurheimtir segulvirkni sína eftir kælingu.

Segulbreytingin er því afturkræf og hitadrifin, ekki endilega merki um efnabreytingar.

2. Magnetic Behaviour eftir Steel Family

Í verklegu tilliti, því meira sem stálfjölskylda inniheldur Ferrite eða martensite, því meira segulmagnað hefur það tilhneigingu til að vera.

Því meira sem það er stöðugt í an austenítískt uppbygging, því veikari verður segulsvörun þess venjulega.

Algengar stálfjölskyldur og segulmagnaðir hegðun

3. Hvað breytir segulsvörun stáls

Segulsvörun stáls er ekki fast. Það getur breyst með samsetningu, hitameðferð, aflögun, fasajafnvægi, og hitastig.

Hagnýtt, stál sem virðist mjög segulmagnað í einu ástandi getur orðið veikara, sterkari, eða staðbundið breytilegt í öðru.

Blendandi efnafræði

Blönduefnin í stáli hafa áhrif á hvaða fasar myndast og hversu stöðugir þeir haldast.

• Nikkel hefur tilhneigingu til að koma á stöðugleika í austeníti og draga úr segulsvörun.
• Króm bætir tæringarþol, en í sjálfu sér fjarlægir ekki segulmagn.
• Mangan og köfnunarefni getur einnig stöðugt austenítíska uppbyggingu í sumum stáli.
• Kolefni hefur mikil áhrif á herðni og getur stuðlað að martensitic umbreytingu eftir slökun.

Þess vegna er venjulegt kolefnisstál venjulega mjög segulmagnað, á meðan austenítískt ryðfrítt stál með verulegu nikkelinnihaldi getur aðeins verið veikt segulmagnaðir.

Hitameðferð

Hitameðferð breytir innri kristalbyggingu stáls, og það breytir beint segulmagni.

• Glitun getur mýkt stál og breytt segulsvörun eftir því hvaða fasi er til staðar.
• Slökkt getur breytt austeníti í martensít, sem venjulega eykur segulmagn.
• Temping breytir martensíti en útilokar almennt ekki segulhegðun.
• Lausn annealing í austenitic ryðfríu stáli getur dregið úr segulmagni með því að endurheimta stöðugri austenitic uppbyggingu.

Þetta er ástæðan fyrir því að sama álfelgur getur sýnt mismunandi segulmagnaðir hegðun fyrir og eftir hitameðferð.

Köld vinna og plast aflögun

Vélræn aflögun getur aukið segulmagn, sérstaklega í austenitískum ryðfríu stáli.

Beygja, veltingur, stimplun, Teikning, eða mikil vinnsla getur valdið því að hluti af austenítinu umbreytist í martensít.

Niðurstaðan er stál sem verður segulmagnaðra eftir myndun en það var í glæðu ástandi.

Þessi áhrif eru oft áberandi í:

• beygð ryðfrí rör,
• djúpdregnir ryðfríir íhlutir,
• mikið valsað blað,
• og vélrænir austenítískir hlutar með staðbundnu álagi.

Fasajafnvægi

Segulsvörun stáls fer mjög eftir því hversu mikið það er Ferrite, martensite, Og Austenite það inniheldur.

• Meira ferrít → sterkari segulsvörun
• Meira martensít → sterkari segulsvörun
• Meira austenít → veikari segulsvörun

Þetta er sérstaklega mikilvægt í tvíhliða ryðfríu stáli, þar sem jafnvægið milli ferríts og austeníts ákvarðar heildar segulhegðun.

Þar sem tvíhliða stál innihalda ferrític brot, þeir eru venjulega segulmagnaðir þó þeir séu ekki eins sterkir segulmagnaðir og venjulegt kolefnisstál.

Hitastig

Hitastig getur tímabundið bælt segulmagn í járnsegulstáli.

Fyrir ofan Curie hitastig, skipulögðu segulsviðin missa röðun og efnið verður parasegulrænt.

Þegar stálið kólnar undir þeim þröskuldi, segulmagn skilar sér.

Það þýðir að heitt stál getur birst ekki segulmagnað við mótun eða hitameðferð, en það þýðir ekki að efnið sé hætt að vera stál eða hafi varanlega misst segulmagnaðir eiginleikar.

Breytingin er afturkræf og varma.

Yfirborðsástand og staðbundin vinnsla

Yfirborðsslípun, suðu, Skot Peening, vinnsla, og afgangsspenna getur skapað staðbundinn breytileika í segulsvörun.

Í sumum stálum, yfirborðslagið getur orðið segulmagnaðra en kjarninn ef yfirborðið verður fyrir álagsvöldum umbreytingum eða staðbundnum fasabreytingum.

Þetta er ein ástæða þess að segulpróf getur sýnt ójafnt aðdráttarafl yfir sama hluta.

4. Notkunarmiðað efnisval byggt á segulmagni úr stáli

Stálsegulmagn er ekki bara forvitni á rannsóknarstofu. Í alvöru verkfræði, það hefur áhrif samsetningarhegðun, skynjunarsamhæfi, Endurvinnsla, skoðun, rafræn samskipti, og umhverfishæfni.

Rétt val er því ekki „segulstál á móti ósegulstáli“ í einföldum skilningi, En rétta stálfjölskyldan fyrir segulmagnaðir kröfur umsóknarinnar.

Þegar sterk segulmagn er gagnleg

Sterk segulmagnaðir stál eru venjulega besti kosturinn þegar segulsvörun er gagnleg í forritinu sjálfu.

Dæmigert notkunartilvik

• Byggingarframleiðsla og almennar vélar
• Segulklemmu- og festingarkerfi
• Ruslflokkun og endurvinnsla
• Segulskiljur og haldbúnaður
• Slitþolnir íhlutir í kolefni, verkfæri, eða martensitic stál

Í þessum tilfellum, sterk segulsvörun hjálpar við meðhöndlun, aðskilnað, og festing á innréttingum.

Kolefnisstál, Low-alloy stál, verkfærastál, og ferritic eða martensitic ryðfríu stáli eru oft valin vegna þess að þeir sameina vélrænni gagnsemi og áreiðanlega segulmagnaðir aðdráttarafl.

Þegar lítill segulmagn er krafist

Sum forrit krefjast mjög veikrar segulsvörunar eða nær ekki segulmagnaðir hegðun.

Í þeim tilfellum, glært austenitískt ryðfrítt stál er venjulega fyrsta efnisfjölskyldan til að meta.

Dæmigert notkunartilvik

• Læknis- og rannsóknarstofubúnaður
• Viðkvæm rafeindabúnaður
• Nákvæmni mælikerfi
• MRI tengt umhverfi
• Segulnæm hús og innréttingar

Í þessum aðstæðum, jafnvel lítilsháttar segulmagn getur truflað virkni.

Austenitískar einkunnir eins og 304 Og 316 eru almennt valin vegna þess að þeir eru venjulega veikt segulmagnaðir í glæðu ástandi.

Samt, hönnunin verður að gera grein fyrir því að köld vinna getur aukið segulmagn, þannig að úrvinnslusaga skiptir jafn miklu máli og nafneinkunn.

Þegar stjórnað segulmagn er gagnlegt

Sum forrit þurfa ekki hámarks segulmagn eða lágmarks segulmagn. Þeir þurfa fyrirsjáanlegt, miðlungs segulmagnaðir hegðun.

Dæmigert notkunartilvik

• Tvíhliða byggingar úr ryðfríu stáli
• Tæringarþolinn búnaður með kröfur um burðarþol
• Iðnaðaríhlutir sem verða fyrir klóríðumhverfi
• Þrýstiberandi hlutar sem þurfa betri styrk en 316L

Duplex ryðfríu stáli er sterkt dæmi. Það býður upp á mikinn styrk og tæringarþol en er áfram segulmagnaðir vegna ferrítískra hluta.

Þetta er gagnlegt þegar hluturinn verður að standast klóríðspennu-tæringarsprungur og halda samt góðum vélrænni frammistöðu.

Segulsvörunin er ekki hönnunarmarkmiðið, en það er fyrirsjáanleg afleiðing af örbyggingunni.

5. Hagnýtar afleiðingar og ranghugmyndir

Af hverju er „ryðfrítt stál“ ísskápurinn minn segulmagnaður?

Margar ísskápshurðir eru gerðar úr ferritic ryðfríu stáli (T.d., 430), ekki austenítískt.

Ferritic ryðfrítt er ódýrara, hefur góða tæringarþol til notkunar innanhúss, Og er segulmagnaðir - sem gerir seglum þægilega kleift að festast.

Ef ísskápurinn þinn væri gerður úr 304, seglar myndu ekki festast.

Get ég notað segul til að flokka stál rusl?

Já, en með fyrirvörum:

• Kolefnisstál, ferritic, martensitic → segulmagnaðir → járn rusl.
• Austenitic ryðfrítt (304, 316) → ekki segulmagnaðir → hágæða ryðfrítt rusl.
• Tvíhliða ryðfríu → veikt segulmagnaðir → getur verið rangt flokkað ef ekki er að gáð.
• Kaltunnið austenítískt → gæti verið veikt segulmagnað, rugla flokkarann.

Er „segulrænt stál“ algjörlega ekki segulmagnað?

Nei. Jafnvel austenítískt ryðfrítt hefur parasegulfræðilega gegndræpi >1. Í sterkum segulsviðum (T.d., MRI vélar), þeir framleiða lítið en mælanlegt aðdráttarafl.

Fyrir umsóknir sem krefjast ákaflega lítið segulnæmi (T.d., NMR rör), sérstakar málmblöndur eins og MP35N eða títan eru notaðar.

Get ég afmagnetiserað segulstál?

Já, en þó með takmörkunum:

• Fyrir kolefnisstál: beita til skiptis, minnkandi segulsvið (deausing). Samt, ferromagnetic eðli stálsins er enn; það er auðvelt að segulmagna það aftur.
• Fyrir martensít af völdum álags í austenítískum ryðfríu efni: Háhitalausnarglæðing (1050° C.) mun endurheimta ósegulmagnað austenít, útrýma segulmagninu. En þetta er óframkvæmanlegt fyrir stórar samkomur.

6. Niðurstaða

„Er segulmagnaðir úr stáli?“ er ekki hægt að svara með einföldu jái eða neii. Rétt svar er:

Stál er segulmagnað ef kristalsbygging þess við stofuhita er teningsmiðuð með líkamsmiðju (BCC) eða líkamsmiðjuð fjórhyrningur (BCT).

Það er ekki segulmagnað (parasegulmagnaðir) ef uppbygging þess er andlitsmiðjuð teningur (FCC).

Að skilja málmvinnsluna á bak við segulmagn gerir verkfræðingum kleift að velja rétta stálið fyrir notkun, allt frá segulmagnaðir chucks (þar sem þörf er á sterkri ferromagnetism) til MRI-samhæfðra skurðaðgerðaverkfæra (þar sem jafnvel sporsegulmagn er bannað).

Prófaðu alltaf með kvarðaðri aðferð, og aldrei treysta á einfalt segulpróf eitt og sér fyrir sannprófun á mikilvægu efni.

 

Algengar spurningar

Getur ekki segulmagnaðir 316L orðið segulmagnaðir eftir suðu?

Staðbundið delta ferrít fellur út inni í suðuhitaáhrifasvæði við ójafna kælingu, myndar daufa hlutasegulmagn nálægt suðusaumum; heildar grunnplata heldur enn ekki segulmagnaðir eiginleikar.

Af hverju er austenít með háu nikkel ekki segulmagnaðir á meðan ferrít ryðfríu stáli með lágt nikkel er segulmagnaðir?

Nikkel kemur á stöðugleika í FCC austenítgrindum sem truflar skipað segullénsfyrirkomulag; lág króm-nikkel samsetning getur ekki bælt BCC ferrít myndun með eðlislægri ferromagnetism.

Hefur segulmagn úr ryðfríu stáli áhrif á ryðvarnargetu þess?

Hluta segulmagn af völdum aflögunar breytir ekki getu króms óvirkrar filmumyndunar álfelgur;

tæringarþol er í samræmi við upprunalegu einkunnarforskriftina óháð minniháttar staðbundnum segulbreytingum.

Eru einhver járnsegulmagnaðir austenítískir stál?

Já, en ekki algengt. Nokkuð hátt mangan, háálstál (svokallað „ekki segulmagnað“ í raun) getur verið járnsegulmagnaðir við mjög lágt hitastig.

Við stofuhita, ekkert stöðugt austenítískt ryðfrítt stál er járnsegulmagn.