Кіріспе
Бір қарағанда, сұрақ «Болат магнитті?” тривиальды болып көрінеді. Қағаз қыстырғыш тоңазытқыш магнитіне жабысады – солай, болат магнитті.
Бірақ тот баспайтын болаттан жасалған құбыр бөліктерімен жұмыс істейтін инженерден сұраңыз, және жауап болады: байланысты.
Болат жалғыз материал емес; бұл әр түрлі микроқұрылымдары бар темір-көміртекті қорытпалар тобы.
Кейбір болаттар күшті ферромагниттік, басқалары мүлдем магниттік емес, және бірнешеу олардың арасына түседі.
Бұл мақала болаттың магниттілігін бес бұрыштан бөледі: іргелі физика, кристаллография, қорытпасы, өңдеу тарихы, жіне практикалық тестілеу.
Соңында, ғана емес түсінесіз ма берілген болат магнитті болады, бірақ неге – және бұл әрекетті қалай болжау немесе өзгерту керек.
1. Неліктен болат әдетте магнитті
Болат әдетте магнитті болып табылады, өйткені оның ең көп таралған металлургиялық фазалары салынған үтік, ал темір ферромагниттік элемент болып табылады, оның денеге бағытталған кристалдық формалары.
Тәжірибелік тұрғыдан, болаттың магниттік реакциясы бақыланады Кристалл құрылымы, электрондардың спинінің туралануы, жіне фазалық баланс.
Құрамында ферриттік немесе мартенситтік құрылым неғұрлым көп болса, оның магнитке тартылуы әдетте күштірек болады.
Кристалл құрылымы магнетизмнің негізі ретінде
Болаттың магниттік әрекеті кездейсоқ емес. Ол темір атомдарының кристалдық торда орналасуына және олардың жұпталмаған электрондарының өзара әрекеттесуіне негізделген..
Феррит: негізгі магниттік фаза
Кәдімгі болаттағы ең маңызды магниттік фаза болып табылады альфа феррит, бар Дене орталығы (Цис) Кристалл құрылымы.
Бұл ретте, темір атомдары магниттік домендерді оңай туралауға мүмкіндік береді, сондықтан материал күшті ферромагнетизмді көрсетеді.
Сондықтан көміртекті болат, Төмен легірленген болат, және көптеген құрылымдық болаттар магнитке қатты тартылады.
ОУСТЕНИТЕТТЕР: әлсіз магнитті немесе магнитті емес фаза
Керісінше, ауулениттер бар Бет әлпеті бар текше (ФСК) құрылым.
Бұл тығызырақ атомдық қаптама электрондардың орналасуын өзгертеді және феррит сияқты ұзақ диапазондағы магниттік доменді теңестіруге жол бермейді..
Болғандықтан, аустениттік болат әдетте әлсіз магнитті немесе күйдірілген күйде дерлік магнитті емес.
Мартенсит: магнитті және шыңдалған
Болат сөнген кезде, аустенитке айналуы мүмкін мартенсит, BCC отбасынан алынған денеге бағытталған тетрагональды құрылым.
Мартенсит магнитті әсер етеді, сондықтан шыңдалған болаттар әлі де магнитті болып табылады және көбінесе олар пайда болған аустениттік күйге қарағанда күштірек.
Неліктен бөлме температурасында болат әдетте магнитті болады
Бөлме температурасында, ең көп таралған болаттарда феррит бар, мартенсит, немесе екеуінің қоспасы. Бұл фазалар ферромагнетизмге қажетті доменді теңестіруді сақтайды.
Сондықтан қарапайым құрылымдық болат, Құрал болат, және көптеген легирленген болаттар арнайы өңдеусіз магнитке қатты жауап береді.
Аустенитті болаттар негізгі ерекшелік болып табылады, бірақ тіпті олар әрқашан толығымен магниттік емес.
Суық жұмыс, қалыптастыру, немесе қатты деформация жергілікті мартенситтік трансформацияны тудырып, оларды ішінара магнитті ете алады.
| Магниттік мінез-құлық | Түсіндірме | Болатта кездеседі? |
| Ферромагниттік | Күшті тартымдылық; магнетизмді сақтайды (гинтац) | Иә – көміртекті болаттардың көпшілігі, ферритті тот баспайтын, мартенситті тот баспайтын |
| Ainpagnикалық | Әлсіз, уақытша тарту; гистерезис жоқ | Иә – аустенитті баспайтын болаттар (E.Г., 304, 316) |
| Антиферромагниттік | Таза магниттелу жоқ; магниттік моменттерді жояды | Жоқ |
| Диамагниттік | Өте әлсіз итермелеу; барлық материалдарда бұл бар | Жоқ (болаттағы күшті әсерлерден асып түсті) |
Солай, практикалық жауап «болат магнитті?” болып табылады: ферромагниттік болаттар магнитті; парамагниттік болаттар кездейсоқ бақылау үшін магниттік емес дерлік.
Кюри температуралық эффектісі
Болаттағы магнетизм температураға да байланысты. Әрбір ферромагниттік материалда бар Кюри температурасы, оның үстінде термиялық қозу магниттік домен тәртібін жеңеді және материал парамагниттік болады.
Таза темір үшін, Кюри температурасы шамамен 770° °. Осы нүктеден жоғары, темір уақытша өзінің ферромагнетизмін жоғалтады.
Қайта суыған кезде, магнетизм тұрақты композициялық өзгеріссіз қайтады.
Бұл пайдалы өнеркәсіптік бақылауды түсіндіреді: болат соғу кезінде ыстық болған кезде магнитсіз болып көрінуі мүмкін, Термиялық өңдеу, немесе аустениттеу, бірақ салқындағаннан кейін магниттік әрекетін қалпына келтіреді.
Сондықтан магниттік өзгеріс қайтымды және температураға байланысты, міндетті түрде химиялық өзгерістің белгісі емес.
2. Болат отбасының магниттік әрекеті
Практикалық инженерия тұрғысынан, болат отбасы соғұрлым көп болады феррит немесе мартенсит, соғұрлым ол магнитті болады.
Ол неғұрлым тұрақтандырылған аустениттік құрылым, әдетте оның магниттік реакциясы әлсіз болады.
Жалпы болат отбасылары және магниттік мінез-құлық
| Болат отбасы | Жалпы бағалар / түрлері | Типтік магниттік мінез-құлық | Техникалық ескерту |
| Көміртекті болат | Айси 1010, 1018, 1020, 1045, 1095 | Қатты магнитті | Көміртекті болаттардың көпшілігінде феррит және/немесе мартенсит бар, сондықтан олар әдетте магнитке қатты тартылады. |
| Төмен легирленген болат | 4140, 4340, 8620, 4130 | Қатты магнитті | Легірлеу, егер ол аустенитті қатты тұрақтандырмаса, магнетизмді жоймайды; төмен легирленген болаттардың көпшілігі магнитті болып қалады. |
| Легірленген болат | Хром-молибденді болат, никель-хромды болат, құрылымдық легирленген болат | Әдетте магниттік | «Легирленген болат» - бұл кең санат; көптеген сорттар әлі де ферриттік немесе мартенситтік, сондықтан магнитті болып табылады. |
| Құрылымдық болат | ASTM A36, Q235, S235, S355 | Қатты магнитті | Кеңінен қолданылатын құрылымдық болаттар әдетте ферритті және магниттерге нақты жауап береді. |
| Құрал болат | Д2, O1, A2, H13, W1 | Қатты магнитті | Аспаптық болаттар термиялық өңдеуден кейін де жиі магнитті болады, өйткені мартенсит басым фаза болып табылады. |
Серіппелі болат |
5160, 1075, 1095 серіппелі болат | Қатты магнитті | Жоғары көміртекті серіппелі болаттар термиялық өңдеуден кейін әдетте мартенсит болып табылады және күшті магнитті болып қалады. |
| Подшипник болат | Айси 52100 | Қатты магнитті | Көміртекті хромы жоғары болат мартенситті матрицасына байланысты әдетте магнитті болады. |
| Ауыр болат | Кортен А, Кортен Б | Қатты магнитті | Ауыратын болаттар әлі де темір негізіндегі құрылымдық болаттар болып табылады және күшті магниттік реакцияны сақтайды. |
| Электрлік болат / кремний болат | M19, M27, 1008 электрлік болат | Магниттік, жиі басқарылатын магнетизм үшін әзірленген | Бұл болаттар қозғалтқыштар мен трансформаторлардағы магниттік өнімділік үшін арнайы жасалған. |
| Ферритті тот баспайтын болат | 409, 430, 439 | Магниттік | Ферритті баспайтын болаттар магнитті болып қалады, өйткені олардың құрылымы ферриттік, аустениттік емес. |
Мартенситті тот баспайтын болат |
410, 420, 440Б | Қатты магнитті | Бұл сорттар магнитті және қатайтылады. |
| Тот баспайтын болаттан жасалған дуплекс | 2205, 2507 | Магниттік | Дуплексті болаттарда феррит те, аустенит те болады, сондықтан олар айтарлықтай магнетизмді көрсетеді. |
| Остениттік тот баспайтын болат | 304, 316, 316Өшпін, 321 | Әдетте әлсіз магнитті немесе магнитті емес дерлік | Күйдіру жағдайында олар әдетте магнитті емес немесе шамалы ғана магнитті болады; суық жұмыс магнитті арттыруы мүмкін. |
| Тұндырғышпен қатайтатын баспайтын болат | 17-4Р, 15-5Р, 13-8Әзірлеу | Әдетте магниттік | Бұл сорттар аралас құрылымы мен термиялық өңдеу күйіне байланысты жиі магниттік жауап береді. |
3. Болаттың магниттік реакциясын не өзгертеді
Болаттың магниттік реакциясы тұрақты емес. көмегімен өзгеруі мүмкін өнімді, Термиялық өңдеу, деформация, фазалық баланс, және температура.
Тәжірибелік тұрғыдан, бір жағдайда қатты магнитті болып көрінетін болат әлсіз болуы мүмкін, күшті, немесе басқасында жергілікті айнымалы.
Легирлеуші химия
Болаттағы легирленген элементтер қай фазалардың түзілуіне және олардың қаншалықты тұрақты болатынына әсер етеді.
- Никель аустенитті тұрақтандыруға және магниттік жауапты азайтуға бейім.
- Хромий Коррозияға төзімділікті жақсартады, бірақ өздігінен магнетизмді жоймайды.
- Марганец және азот кейбір болаттардағы аустениттік құрылымды тұрақтандыра алады.
- Көміртегі қатаю қабілетіне қатты әсер етеді және сөндіргеннен кейін мартенситтік трансформацияға ықпал ете алады.
Сондықтан қарапайым көміртекті болат әдетте күшті магнитті болады, ал никельдің едәуір мөлшері бар аустениттік баспайтын болат әлсіз магнитті болуы мүмкін.
Термиялық өңдеу
Термиялық өңдеу болаттың ішкі кристалдық құрылымын өзгертеді, және бұл магнетизмді тікелей өзгертеді.
- Ақша салу болатты жұмсарта алады және қазіргі фазаға байланысты магниттік жауапты өзгерте алады.
- Сөндіру аустенитті мартенситке айналдыра алады, бұл әдетте магнетизмді арттырады.
- Тымбитора мартенситті өзгертеді, бірақ әдетте магниттік әрекетті жоймайды.
- Шешім аустениттік тот баспайтын болаттан тұрақты аустениттік құрылымды қалпына келтіру арқылы магнетизмді азайтады.
Сондықтан бірдей қорытпа термиялық өңдеуге дейін және одан кейін әртүрлі магниттік әрекетті көрсетуі мүмкін.
Суық жұмыс және пластикалық деформация
Механикалық деформация магнетизмді арттыруы мүмкін, әсіресе аустенитті баспайтын болаттарда.
Иілу, илемдеу, штамп, сурет, немесе ауыр өңдеу аустениттің бір бөлігін мартенситке айналдыруы мүмкін.
Нәтиже жасытылған күйге қарағанда қалыптаудан кейін магнитті бола түсетін болат болып табылады.
Бұл әсер жиі байқалады:
- иілген тот баспайтын түтік,
- терең тартылған тот баспайтын құрамдас бөліктер,
- қатты оралған парақ,
- және жергілікті штамммен өңделген аустенитті бөлшектер.
Фазалық баланс
Болаттың магниттік реакциясы оның қаншалықты болатынына байланысты феррит, мартенсит, жіне ауулениттер оның құрамында.
- Көбірек феррит → күшті магниттік жауап
- Мартенсит көбірек → күшті магниттік жауап
- Аустенит көбірек → әлсіз магниттік жауап
Бұл әсіресе тот баспайтын болаттан жасалған дуплексте маңызды, мұндағы феррит пен аустенит арасындағы тепе-теңдік жалпы магниттік әрекетті анықтайды.
Өйткені дуплексті болаттарда ферриттік фракция болады, олар кәдімгі көміртекті болат сияқты күшті магниттік болмаса да, әдетте магнитті болады.
Температура
Температура ферромагниттік болаттағы магнетизмді уақытша басуы мүмкін.
Жоғарыда Кюри температурасы, реттелген магниттік домендер теңестіруді жоғалтады және материал парамагниттік болады.
Болат сол табалдырықтан төмен суыған кезде, магнетизм қайтарылады.
Бұл соғу немесе термиялық өңдеу кезінде ыстық болат магнитті емес болып көрінуі мүмкін дегенді білдіреді, бірақ бұл материал болат болуды тоқтатты немесе магниттік қасиеттерін біржола жоғалтты дегенді білдірмейді.
Өзгеріс қайтымды және термиялық.
Беткейдің жағдайы және жергілікті өңдеу
Бетті тегістеу, дәнекерлеу, Жасыру, өңдеу, және қалдық кернеулер магниттік жауапта жергілікті өзгерістерді тудыруы мүмкін.
Кейбір болаттарда, беттік қабат штамм-индукциялық түрленуге немесе локализацияланған фазалық өзгерістерге ұшыраса, өзекке қарағанда магнитті болуы мүмкін.
Бұл магнит сынағы бір бөлікте біркелкі тартымдылықты көрсетуінің бір себебі.
4. Болаттың магниттік өнімділігіне негізделген қолданбалы материалды таңдау
Болат магнетизмі тек зертханалық қызығушылық емес. Нағыз инженерияда, әсер етеді құрастыру тәртібі, сезіну үйлесімділігі, қайта өңдеу, тексеру, электрлік өзара әрекеттесу, және қоршаған ортаға жарамдылығы.
Сондықтан дұрыс таңдау қарапайым мағынада «магниттік болат пен магниттік емес болат» емес, бірақ қолданбаның магниттік талабы үшін дұрыс болат тобы.
Күшті магнетизм пайдалы болған кезде
Магниттік жауап қолданбаның өзінде пайдалы болған кезде күшті магнитті болаттар әдетте ең жақсы таңдау болып табылады.
Әдеттегі пайдалану жағдайлары
- Құрылымдық өндіріс және жалпы машиналар
- Магниттік қысқыштар мен бекіту жүйелері
- Қалдықтарды сұрыптау және қайта өңдеу
- Магниттік сепараторлар және ұстау құрылғылары
- Көміртегідегі тозуға бейім компоненттер, аспап, немесе мартенситті болат
Мұндай жағдайларда, күшті магниттік реакция өңдеуге көмектеседі, бөлу, және арматураны ұстау.
Көміртекті болат, Төмен легірленген болат, Құрал болат, және ферриттік немесе мартенситті баспайтын болат жиі таңдалады, өйткені олар механикалық пайдалылықты сенімді магнитті тартумен біріктіреді..
Төмен магнетизм қажет болғанда
Кейбір қолданбалар өте әлсіз магниттік жауапты немесе магниттік емес әрекетті талап етеді.
Ондай жағдайларда, күйдірілген аустениттік баспайтын болат әдетте бағалауға бірінші материалдық отбасы болып табылады.
Әдеттегі пайдалану жағдайлары
- Медициналық және зертханалық жабдықтар
- Сезімтал электронды жинақтар
- Дәлдік өлшеу жүйелері
- МРТ байланысты орталар
- Магниттік сезімтал корпустар мен арматуралар
Бұл жағдайларда, тіпті шамалы магнетизм функцияға кедергі келтіруі мүмкін.
сияқты аустениттік сорттар 304 жіне 316 әдетте таңдалады, өйткені олар әдетте жасытылған күйде әлсіз магнитті болады.
Дегенмен, дизайн суық жұмыстың магнетизмді арттыруы мүмкін екенін ескеруі керек, сондықтан тарихты өңдеу номиналды баға сияқты маңызды.
Басқарылатын магнетизм пайдалы болған кезде
Кейбір қолданбалар максималды магнетизмді немесе минималды магнетизмді қажет етпейді. Оларға керек болжауға болатын, орташа магниттік мінез-құлық.
Әдеттегі пайдалану жағдайлары
- Тот баспайтын болаттан жасалған дуплексті құрылымдар
- Жүк көтеру талаптары бар коррозияға төзімді жабдық
- Хлоридті ортаның әсеріне ұшыраған өнеркәсіптік компоненттер
- 316L қарағанда жақсы беріктікті қажет ететін қысымды көтеретін бөлшектер
Дуплексті тот баспайтын болат - бұл күшті мысал. Ол жоғары беріктік пен коррозияға төзімділікті ұсынады, бірақ оның ферриттік фракциясы магнитті болып қалады.
Бұл бөлік хлоридті кернеу-коррозия крекингіне төтеп беруі және жақсы механикалық өнімділікті сақтауы қажет болғанда пайдалы..
Магниттік жауап дизайн мақсаты емес, бірақ бұл микроқұрылымның болжамды салдары.
5. Практикалық салдарлар және қате түсініктер
Неліктен менің «Тот баспайтын болат» тоңазытқышым магнитті??
Көптеген тоңазытқыш есіктері жасалған ферритті баспайтын болат (E.Г., 430), аустениттік емес.
Ферритті баспайтын материал арзанырақ, ішкі пайдалану үшін жақсы коррозияға төзімділігі бар, жіне магнитті болып табылады – бұл магниттердің жабысуына ыңғайлы мүмкіндік береді.
Егер сіздің тоңазытқышыңыз жасалған болса 304, магниттер жабыспайды.
Болат сынықтарын сұрыптау үшін магнитті қолдануға бола ма??
Иә, бірақ ескертулермен:
- Көміртекті болат, феррити, мартенситтік → магниттік → темір сынықтары.
- Остенитикалық тот баспайтын (304, 316) → магнитті емес → жоғары құнды тот баспайтын сынықтар.
- Дуплексті тот баспайтын → әлсіз магнитті → абайламасаңыз, қате сұрыпталуы мүмкін.
- Суық өңделген аустенитті → әлсіз магнитті болуы мүмкін, сұрыптаушыны шатастырады.
«Магниттік емес болат» толығымен магниттік емес?
Жоқ. Тіпті аустенитті тот баспайтын материалдың парамагниттік өткізгіштігі бар >1. Күшті магнит өрісінде (E.Г., МРТ машиналары), олар шағын, бірақ өлшенетін тартымдылықты тудырады.
Қажетті қолданбалар үшін төтенше төмен магниттік сезімталдық (E.Г., ЯМР түтіктері), MP35N немесе титан сияқты арнайы қорытпалар қолданылады.
Магниттік болатты магнитсіздендіруге бола ма??
Иә, бірақ шектеулермен:
- Көміртекті болат үшін: ауыспалы әрекетті қолданыңыз, магнит өрісінің төмендеуі (дегазациялау). Дегенмен, болаттың ферромагниттік табиғаты сақталады; ол оңай қайта магниттелуі мүмкін.
- Аустениттік тот баспайтын штаммнан туындаған мартенсит үшін: жоғары температурадағы ерітіндімен күйдіру (1050° °) магниттік емес аустенитті қалпына келтіреді, магнетизмді жою. Бірақ бұл үлкен жиналыстар үшін мүмкін емес.
6. Қорытынды
«Болат магнитті?” деген сұраққа қарапайым иә немесе жоқ деп жауап беруге болмайды. Дұрыс жауап:
Бөлме температурасында оның кристалдық құрылымы денеге бағытталған текше болса, болат магнитті болады (Цис) немесе денеге бағытталған тетрагональ (Таға).
Ол магнитті емес (ainpagnикалық) оның құрылымы бетке бағытталған текше болса (ФСК).
Магнитизмнің артындағы металлургияны түсіну инженерлерге магниттік патрондардан бастап қолданбалар үшін дұрыс болатты таңдауға мүмкіндік береді. (күшті ферромагнетизм қажет жерде) MRI-үйлесімді хирургиялық құралдарға (мұнда тіпті іздік магнетизмге де тыйым салынады).
Әрқашан калибрленген әдіспен сынаңыз, және маңызды материалды тексеру үшін ешқашан тек қарапайым магнит сынағына сенбеңіз.
ЖҚС
Магниттік емес 316L дәнекерлеуден кейін магнитке айналуы мүмкін?
Біркелкі емес салқындату кезінде дәнекерлеудің жылу әсер ететін аймағында жергілікті дельта феррит тұнбалары пайда болады., дәнекерлеу тігістерінің жанында әлсіз ішінара магнетизмді тудырады; жалпы негіздік тақта әлі де магниттік емес мүмкіндікті сақтайды.
Неліктен жоғары никельді аустенит магнитті емес, ал төменгі никельді ферритті баспайтын болат магнитті?
Никель реттелген магниттік домен орналасуын бұзатын FCC аустенит торын тұрақтандырады; төмен хром-никель формуласы тән ферромагнетизммен BCC феррит түзілуін баса алмайды.
Тот баспайтын болаттан жасалған магнетизм оның коррозияға қарсы қабілетіне әсер ете ме??
Деформациядан туындаған ішінара магнетизм қорытпаның хром пассивті пленка түзу қабілетін өзгертпейді.;
коррозияға төзімділік шағын жергілікті магниттік өзгерістерге қарамастан, бастапқы сынып сипаттамасына сәйкес болып қалады.
Ферромагниттік аустенитті болаттар бар ма??
Иә, бірақ жалпы емес. Кейбір жоғары марганец, жоғары алюминийлі болаттар (шын мәнінде «магниттік емес» деп аталады) өте төмен температурада ферромагниттік болуы мүмкін.
Бөлме температурасында, тұрақты аустенитті коммерциялық баспайтын болат ферромагниттік емес.
