회주철의 자기적 성질

1. 소개

회색 (회색) 주철은 철 매트릭스에 의해 자기 거동이 설정되는 강자성 엔지니어링 재료입니다. (페라이트/펄라이트/시멘타이트), 흑연 플레이크 형태 및 가공 이력.

이러한 미세구조적 특징은 투과성을 제어합니다., 보자력, 포화 및 손실 — 자분 검사에 중요한 매개변수, 자기 차폐, 모터/발전기에 대한 근접성 및 와전류 동작.

이 가이드에서는 물리학을 설명합니다., 실용적인 측정 지침을 제공합니다., 일반적인 미세 구조에 대한 일반적인 수치 범위를 제시합니다., 자기 성능이 중요한 경우 주물을 설계하고 테스트하는 방법을 보여줍니다..

2. 철 재료의 기본 자성

강자성 철 기반 재료의 정렬된 자기 모멘트에서 발생 (짝을 이루지 않은 전자) Fe 원자에서.

적용된 필드 아래 H, 도메인이 정렬되어 자속 밀도 B 생성. B-H 관계는 비선형이며 히스테리시스를 나타냅니다..

몇 가지 필수 개념:

• 비 (자속밀도) 그리고 시간 (자화장) 비선형 B-H 곡선과 관련되어 있습니다..
• 상대 투자율 (μr) 진공보다 물질이 얼마나 쉽게 자화되는지를 측정합니다. (μr = B/(μ0H)).
• 보자력 (HC) 자화 후 B를 0으로 줄이는 데 필요한 역자기장입니다. (자화를 제거하는 것이 얼마나 "어려운지"를 나타내는 척도).
• 잔류성 (브르) H가 0으로 돌아갈 때의 잔류 자속 밀도입니다..
• 포화 자속 밀도 (Bs) 재료가 견딜 수 있는 최대 B입니다. (강자성 부피 비율에 의해 제한됨).
• 퀴리 온도 (Tc) 강자성이 사라지는 온도 이상 (약 ~770 °C의 철상, 합금으로 약간 수정됨).

회주철은 다음과 같이 작용합니다. 부드러운 강자성체 실온에서 (영구 자석에 비해 보자력이 낮음), 그러나 미세 구조에 크게 의존하는 투과성과 히스테리시스 손실이 있습니다..

3. 회주철의 자성을 제어하는 ​​것은 무엇입니까?

회색 주철 구성하다 흑연 플레이크 철 매트릭스에 내장 (페라이트 및/또는 펄라이트, 때로는 시멘타이트). 각 성분은 자성에 영향을 미칩니다:

• 페라이트 (α-Fe) — 체심 입방철. 부드러운 강자성체; 높은 투자율과 낮은 보자력에 기여.
• 펄라이트 (페라이트와 시멘타이트의 혼합물 Fe₃C) - 펄라이트 영역에는 시멘타이트가 삽입된 페라이트 라멜라가 포함되어 있습니다.;
  시멘타이트는 비강자성이므로 순수 페라이트에 비해 유효 투자율이 감소하고 보자력이 증가합니다. (아니면 약한 자기) 도메인 고정을 생성합니다..
• 시멘트 (fe₃c) - 강자성이 강하지 않음; 자성 희석제 및 도메인 벽 고정 사이트 역할을 합니다..
• 흑연 플레이크 - 전기적, 구조적으로 불연속적인 개재물. 흑연 자체는 강자성이 아니다; 플레이크는 자기 연속성을 방해하고 국부적인 응력 집중과 내부 감자장을 생성합니다..
  결과적으로 완전 페라이트 매트릭스에 비해 유효 투자율이 감소하고 히스테리시스 손실이 증가합니다..

그러므로: 더 많은 페라이트 → 더 높은 μr, 낮은 보자력; 더 많은 펄라이트/시멘타이트 → 더 낮은 μr, 더 높은 보자력 및 히스테리시스 손실.

흑연 형태 (크기, 정위, 부피 분율) 자속의 이방성 및 산란을 제어합니다..

4. 주요 자기 매개변수 및 측정 방법

• B-H 곡선 / 히스테리시스 루프 — 투과계 또는 Epstein 프레임으로 측정 (적층강용) 그리고 μr을 준다(시간), HC, 브르, 그리고 Bs.
• 상대 투자율, μr (초기 및 최대) — 작은 H에서의 초기 μr (작은 신호 응답을 지시합니다) 중간 필드에서 최대 μr.
• 보자력 Hc (오전/오(Oe) 또는 오에(Oe)) 그리고 자속 밀도 Br 유지 (티) — 자기적 행동이 얼마나 "부드러운" 또는 "단단한"지 나타냅니다..
  회주철은 부드러운 강자성체이다. (낮은 Hc) 영구 자석 재료에 비해 일반적으로 펄라이트/시멘타이트 함량이 높을 경우 어닐링된 저탄소강보다 단단합니다..
• 포화 자속 밀도 Bs (티) - 높은 H에서 측정; 회주철의 Bs는 비자성상과 다공성으로 인해 순철보다 낮습니다..
• 퀴리 온도 Tc — 철상의 경우 ~770 °C; 합금 및 미세구조는 Tc를 약간 이동시킵니다.; 열자기 분석으로 측정.

일반적인 측정 도구:

• 가지고 다닐 수 있는 투과성 측정기 빠른 매장 확인을 위해.
• 진동 샘플 자력계 (VSM) 그리고 히스테리시스 그래프 실험실 B-H 루프용.
• 와전류 프로브 그리고 임피던스 분석기 주파수 의존 투자율 및 손실.

5. 일반적인 회주철 등급의 자기 특성

아래는 컴팩트, 엔지니어링 중심의 데이터 테이블 표시 대표 일반적인 회주철 미세구조와 일반적으로 지정된 3가지 등급에 대한 자기 특성 범위.

주철 자기는 공정에 크게 의존하기 때문에 이 수치는 예비 설계를 위한 범위입니다. 자기적으로 중요한 부품의 경우 대표 쿠폰에 B-H 루프를 요청하세요..

이 표를 읽고 사용하는 방법 (실용적인 지침)

• 초기 μr 소신호 투과성 - 센서와 관련됨, 작은 DC 필드와 NDT의 첫 번째 자화 단계.
• 최대 μr 포화 상태에 도달하기 전에 재료가 플럭스를 얼마나 쉽게 집중시키는지 나타냅니다. 이는 누출 경로 또는 션트를 예측할 때 중요합니다..
• 보자력 (HC) 재료가 자화된 후 자기를 없애는 것이 얼마나 "단단한"지를 보여줍니다. (더 높은 Hc → MPI 이후 더 많은 잔류 필드). ≒79.577로 나누어 A/m → Oe로 변환합니다. (예를 들어, 800 오전/분 ≒ 10.05 오에).
• 채도 B 자속 밀도의 실제 상한선입니다.; 회주철의 Bs는 비자성 흑연과 시멘타이트가 강자성 부피 분율을 감소시키기 때문에 순철 및 많은 강의 Bs보다 낮습니다..
• 상대 저항률 연강 저항률의 배수로 제공됩니다. (질적인).
  저항률이 높을수록 AC 주파수에서 와전류가 감소합니다. 이는 회전하는 기계 하우징이나 와상 손실이 문제가 될 수 있는 곳에 유리합니다..

6. 화학이 어떻게, 미세 구조 및 처리로 인해 자기 특성이 변경됩니다.

합금화:

• 탄소 함량 & 흑연화: 더 높은 자유 탄소 → 더 많은 흑연 → 감소된 μr 및 Bs.
• 규소 흑연화를 촉진하고 저항성을 증가시킵니다.; 적당한 Si는 순철에 비해 투과성을 감소시키는 경향이 있습니다..
• 황, 인 및 기타 미량 원소 흑연 형태와 그에 따른 자기 연속성에 영향을 미칩니다..
• Ni와 같은 합금 원소, Cr, 망 자기 교환 상호 작용을 변경하고 퀴리 온도를 낮추거나 보자력을 수정할 수 있습니다..

열처리:

• 가열 냉각 (페라이트화) 페라이트 분율 증가, μr을 증가시키고 보자력을 감소시킵니다. (자기 반응을 부드럽게 한다).
• 정규화 / 더 빠른 냉각 펄라이트/시멘타이트 증가 → μr 감소 및 Hc 증가.
• 국부 가열 또는 용접 자기 불균일성 및 잔류 응력을 생성할 수 있음, 국부적인 투과성을 변화시키고 비파괴적으로 검출할 수 있는 것.

기계적 변형:

• 냉간 가공으로 인해 전위 및 잔류 응력이 발생 → 자벽 고정으로 보자력이 증가하고 투자율이 감소함. 스트레스 해소는 이러한 효과를 감소시킵니다.

다공성 & 포함:

• 기공 및 비자성 함유물은 자속 경로를 방해하고 유효 μr 및 Bs를 낮춥니다.. 또한 히스테리시스와 손실도 증가할 수 있습니다..

7. 이방성 및 흑연 박편 효과 - 주조 방향이 중요한 이유

흑연 플레이크는 다음과 같은 경향이 있습니다. 응고 중 열 흐름에 수직 방향, 종종 금형 표면에 대략 평행하게 정렬됨. 플레이크는 생산 자기 이방성:

• 플럭스 이동 플레이크와 평행 플럭스 교차 플레이크와는 다른 감자장을 만나게 됩니다. 수직 그들의 비행기로.
• 따라서 측정된 μr 그리고 투과성 스펙트럼 방향에 따라 달라질 수 있음; 실제로 이는 주물을 사용하는 자기 회로가 방향을 고려해야 함을 의미합니다., 가능한 경우 투과성이 더 높은 방향을 가로지르도록 자속 경로 정렬.

흑연 플레이크는 또한 국부적인 변형장을 생성합니다., 자벽 움직임에 더 많은 영향을 미치고 이로 인해 히스테리시스 동작이 발생합니다..

8. 전기 저항력, 회주철의 와전류 및 자기 손실

• 비저항: 회주철은 일반적으로 더 높은 전기 저항력 흑연 조각과 불순물이 전자 경로를 방해하기 때문에 저탄소강보다.
  질적으로: 회주철의 저항률은 여러개× 일반적인 저탄소강의. 저항률이 높을수록 주어진 교류 자기장에 대한 와전류 크기가 감소합니다..
• 와전류 손실: AC 자기용, 손실 = 히스테리시스 손실 + 와전류 손실.
  더 높은 저항률과 플레이크 구조로 인해, 회주철의 맴돌이 손실은 비슷한 투자율을 가진 조밀한 강철보다 종종 낮습니다., 중저주파수 자기장이 존재하고 와류 손실이 중요한 곳에서는 회주철을 비교적 매력적으로 만듭니다..
  하지만, 흑연 플레이크는 손실 예측을 복잡하게 만드는 미세 회로를 생성할 수 있습니다..
• 히스테리시스 손실: Pearlite/Cementite 및 자벽 고정으로 증가; 펄라이트 비율이 높은 회주철은 일반적으로 페라이트 주철보다 이력 손실이 더 높습니다..

디자인적 의미: 저주파 자기 회로용 (DC 또는 정적), 회주철은 자속을 전달할 수 있지만 고효율 AC 자기 회로용 전기 강철 코어와 일치하지 않습니다..

자기 손실이 2차적인 부품의 경우 (모터 근처의 엔진 하우징, 자기 장착 표면), 회주철의 적당한 투자율과 와류 손실 감소의 조합은 허용될 수 있습니다..

9. 실제 적용 및 시사점

자분탐상검사 (MPI)

• 회색철은 자화할 수 있는 표면 및 표면 근처 결함에 대해 MPI를 사용하여 광범위하게 검사됩니다..
  자기 반응 (자화 용이성 및 필요한 전류) 투자율에 따라 달라집니다. 페라이트 주물은 펄라이트 주물보다 자화하기가 더 쉽습니다.. 흑연 플레이크에 대한 필드 방향은 감도에 중요합니다..

모터 & 발전기 하우징, 프레임 및 인클로저

• 회주철 하우징은 일반적으로 자기 기계 근처의 기계적 지지에 사용됩니다.. 자기 투자율로 인해 자기 션팅이 발생하거나 표유장 패턴이 변경될 수 있습니다..
  설계자는 자기 결합을 고려해야 합니다. (예를 들어, 유도 전류, 자기 누설) 인클로저가 활성 코일이나 영구 자석에 가까운 경우.

에미 / 자기 차폐

• 회주철은 투자율로 인해 저주파 장에 대한 자기 경로 또는 부분 차폐 역할을 할 수 있습니다., 하지만 특수 연자성 합금 또는 적층 전기강판 높은 차폐 효과와 낮은 손실이 요구되는 곳에서 선호됩니다..
  회주철의 높은 저항성은 중간 주파수에 도움이 됩니다., 그러나 제어된 투과성 및 이방성 제한 성능이 부족합니다..

와전류 테스트 및 EMI 커플링

• 저항률 증가는 AC 환경에서 와전류를 줄이는 데 유리합니다.; 하지만, 흑연 플레이크와 다공성은 표피 효과와 소용돌이 분포 복합체를 상세하게 예측합니다..

자기 센서 위치 및 표유 자기장

• 플럭스게이트를 사용하는 엔지니어, 주물 근처의 홀 또는 유도 센서는 불균일한 주철 미세 구조 및 잔류 응력으로 인한 국부적인 자기 이상을 고려해야 합니다..

10. 측정 모범 사례 및 NDT 고려 사항

• 측정 시기: 자기적으로 중요한 주조에 대한 투자율 또는 B-H 곡선 지정 (전자기 액추에이터의 베어링 하우징, 자기 회로의 일부를 구성하는 프레임).
• 측정 방법: 작은 쿠폰 (대표적인 위치와 방향) 투과계 또는 VSM을 사용하여 실험실에서 측정;
  상점 승인을 위해, 휴대용 투과도 측정기 또는 링/칼라 테스트가 사용됩니다..
  둘 다 신고 초기 μr 그리고 해당 분야의 μr (예를 들어, 0.5-1.0T) AC 손실이 중요한 경우 히스테리시스 루프 추가.
• MPI의 경우: 원치 않는 잔류성을 자극하지 않고 결함을 찾아내는 데 필요한 최저 수준으로 자화 전류를 교정합니다.;
  보자력의 차이가 자화 유지를 변화시킬 수 있다는 것을 기억하십시오. (테스트 후 감자에 영향을 미칩니다).
• 기록 방향: 항상 테스트 방향을 보고합니다. (주조 표면에 평행/수직) 이방성이 존재하기 때문에.

11. 일반적인 오해 & 설명

모든 회주철은 자성이 강합니다.

거짓. 자기 강도는 매트릭스 위상에 따라 달라집니다.: 페라이트계 EN-GJL-200은 자성이 강합니다. (μᵢ = 380 H/m), 펄라이트 EN-GJL-300은 중간 정도의 자성을 가집니다. (μᵢ = 220 H/m). 흑연이 풍부한 등급 (기음 >3.5%) 자기 반응이 약하다.

탄소 함량은 자성에 영향을 미치지 않습니다

거짓. 탄소는 비자성 흑연을 형성합니다. 3.0% 에게 3.8% 투과성을 30~40% 감소시킵니다. (고자성 애플리케이션에 매우 중요).

회주철은 고출력 모터의 실리콘강을 대체할 수 있습니다.

거짓. 규소강의 μₘ = 5000–8000 H/m (2회주철보다 –4배 높음) 낮은 히스테리시스 손실 - 회주철은 중저 전력으로 제한됩니다. (5kW 이하) 애플리케이션.

열처리는 자기 특성에 영향을 미치지 않습니다.

거짓. 어닐링은 펄라이트를 페라이트로 변환합니다., μᵢ 30~35% 증가 - 주조 후 부품의 자기 성능을 최적화하는 데 중요.

12. 결론

회주철은 자성을 띤다., 그러나 미세구조에 민감한 소재.

페라이트 미세구조는 최고의 투자율과 최저 히스테리시스 손실을 제공합니다., 펄라이트/냉각 미세 구조는 투자율을 감소시키고 보자력 및 히스테리시스를 증가시킵니다..

흑연 플레이크는 이방성을 도입하고 국부적으로 자기 연속성을 감소시키지만 전기 저항을 높입니다. (와전류를 제한하는 데 도움이 됨).

자기적으로 중요한 모든 경우 주조 (MPI, 전자기 장치와의 근접성, 부분 차폐) 지정하고 측정하다 자기 매개변수 (초기 μr, B-H 루프, 보자력, 정위) 대표쿠폰에.

의심스러울 때, 주조소에 B-H 데이터를 요청하거나 입고 검사 중 간단한 투과성 테스트를 수행합니다..

 

자주 묻는 질문

회주철은 자성을 띤다?

예. 상온에서 강자성을 띠고 있다; 하지만, 투자율과 히스테리시스는 매트릭스에 크게 의존합니다. (페라이트 대 펄라이트), 흑연 함량 및 처리.

회주철을 자기 코어 재료로 사용할 수 있습니까??

고성능 AC 코어용이 아님. 회주철은 플럭스를 운반하고 저주파에서 부분 차폐 기능을 제공할 수 있습니다., 그러나 전기강판이나 연자성 합금은 훨씬 더 나은 결과를 제공합니다., 더 낮은 손실로 예측 가능한 성능.

흑연은 MPI 결과에 어떤 영향을 미칩니까??

흑연은 국소 투자율을 감소시키고 이방성을 유발합니다..

페라이트 영역은 더 쉽게 자화되고 더 높은 MPI 감도를 나타냅니다.; 펄라이트/차가운 영역은 더 강한 자화가 필요하며 잔류물이 갇힐 수 있습니다..

공급자에게 어떤 자기 데이터를 요청해야 합니까??

요구: 대표 B–H 루프 (가능하다면 두 가지 방향), 초기 및 최대 μr, 보자력 (HC), 포화 Bs 및 측정된 배향/열처리에 대한 설명. 흑연 형태를 보여주는 금속 조직학 사진도 요청하세요..

MPI 후 잔류 자화를 줄이는 방법?

제어된 AC 자기소거 사용 (점차적으로 감소하는 교류 필드) 또는 잔류 자기장보다 약간 높은 DC 역 자기장을 적용합니다., NDT 표준 관행에 따라. 가우스미터로 잔류 필드 확인.