ההשפעה של Alloy ההרכב על התכונות המגנטיות של פלדה כלי

פלדה כלי היא חומר בעל ביצועים גבוהים המונדס לעמוד בלחצים מכניים ורמוסיים קיצוניים בייצור, בולים, להרכיב, ו machining. בעוד הקושי שלה, ללבוש התנגדות, קשיחות מתועדת היטב, התכונות המגנטיות של פלדה כלי הם קריטיים באותה מידה עבור מגוון של יישומים תעשייתיים - החל ממגה מגנטית ו- מסווה לבדיקות לא הרסניות והפרדה מגנטית.

יסודות מגנטיות בכלי פלדה

כדי להבין כיצד סגסוגת משפיעה על תכונות מגנטיות, יש להבין תחילה כיצד מגנטיות עובדת בחומרים מפרשים. Steel היא פרוטרומגנטית בשל ההיערכות השיתופית של רגעים מגנטיים מאטומים לא מזוהים באטומי ברזל. מתחת לטמפרטורת Curie (כ 770 מעלות צלזיוס עבור ברזל טהור), רגעים אלה תואמים בתוך אזורים מיקרוסקופיים הנקראים תחומים מגנטיים.

פרמטרים מגנטיים מרכזיים עבור פלדה כלי כוללים:

• (ב) ⁇ :0 מ"גנטיות מגנטיות (μ): ⁇ 1) היכולת לתמוך בהקמת שדה מגנטי בתוך עצמו.
• (הופנה מהדף LT:0) Coercivity (Hc): ההרחבה 1 (Hc): ההתנגדות לדה-מגנטיות נמוכה מעידה על חומר מגנטי רך; קוהרנטיות גבוהה מצביעה על מגנטית קשה (הפרט) קשה.
• (FLT:0) מגנטיזציה (Ms): ⁇ F1) מגנט מקסימלית achievable. for Iron-basedסגסוגתs, גב' נקבעת בעיקר על ידי תוכן הברזל וההפליה על ידי אלמנטים של ⁇ לא מגנטית.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ (ב) ⁇ : 1 (החומר) לאחר שהשדה החיצוני הוסר.

מבנה המיקרו של פלדה - תערובת מורכבת של מרטן, נשמרה אוסר, carbides, ולפעמים bainite - משנה בבירור פרמטרים אלה. Alloying תוספת שליטה אשר שלב, את הסכומים היחסיים שלהם, ואת ההפצה של carbides לא מגנטית כי מעכבת תנועה של קיר דומיין.

ראשי תיבות של Alloying Elements in מגנטית Properties

כל רכיב סגסוגת נוסף פלדה כלי משמש מטרה פונקציונלית - קשיחות, קשיחות, התנגדות קורוזיה, או התנגדות מזג - אבל נוכחותו גם משנה את התגובה המגנטית.התתת הבאה מפרטת את ההשפעות של אלמנטים ⁇ העיקריים.

פחמן (C)

פחמן הוא האלמנט העיקרי של סגסוגת בכל כלי פלדה.הוא משלב עם ברזל ולשעברי קרב אחרים (Cr, V, Mo, W) כדי ליצור מטענים קשים המספקים התנגדות ללבוש.

• פחמן בפתרון מוצק מרחיב את הליטקטיס הברזל ומגביר את קצבי הגביש, אשר מעלה את הכפייה ומפחית את הכדאיות.אפילו כמויות קטנות (0.2–0.5 wt%) יכולות לרכך באופן משמעותי את התגובה המגנטית.
• פחמן מקדם את היווצרות של מרטיניט במהלך הריצוף - שלב tetragonal ממוקד גוף עם מתח פנימי גבוה פגמים ליטיצ'ים רבים כי סיכות קירות התחום. Martensitic כלי פלדה להראות קורציה גבוהה יותר ונחיתות נמוכה יותר מאשר מבנים פניניים או ferritic.

עבור יישומים הדורשים יכולת מגנטית גבוהה (למשל, צ'אקים מגנטיים), פלדה כלי פחמן נמוך (למשל, AISI O1 עם -0.9% C) הם לעתים קרובות העדיפו מעל גבוה פחמן ציונים כמו D2 (1.5% C).

Chromium (Cr)

Chromium הוא קבייד לשעבר ומגביר את ההתנגדות קורוזיה ואת קשיחות.בפלדות כלי כמו AISI D2 (12% Cr) או H13 (5% Cr), כרום משפיע באופן משמעותי על מגנטיות:

• Chromium הוא paramagnetic בטמפרטורת החדר, כך שהוא מלוטש את ממטריקס הברזל ומפחית את מגנט ההשטבה. עבור כל 1% Cr הוסיף, גבה יורדת בערך 1–2%.
• Chromium מייצב את הטלפטה בטמפרטורות גבוהות והתחדשות של היווצרות austenite, אשר יכול להפחית את כמות של אנתטי שלא מגנטית נשמר לאחר טיפול חום - שיפור משמעותי.
• עם זאת, כרום עשיר carbides (למשל, M7C3, M23C6) הם לא מגנטיים ופועלים כמכשולים לגדר שטח, עלייה בעקביות.הקלף יותר של פיזור הקרביד, ככל שהאפקט ה pinning.

פלדה כלי כרום משמש לעתים קרובות יישומים שבהם ללבוש וקורוזיון הם רב-חשיבות, אבל את העונשים המגנטיים יש לקבל או להפחית באמצעות טיפול חום.

Tungsten (W) ו Molybdenum (Mo)

Tungsten ו molybdenum משמשים פלדה כלי מהיר (HSS) כגון M2 (6% W, 5% Mo) ו- T1 (18% W) אלמנטים אלה מהווים קשה מאוד, יציב carbides (MC, M2C, M6C) אשר משמרות קשיחות בטמפרטורות גבוהות (קשה).

• שניהם אינם פרוטרומגנטיים ולהפחית באופן משמעותי את המגנטיזציה של השכור כאשר הם נמצאים בפתרון מוצק או כמטפלים. Mo מזיק במיוחד משום שהוא מתפצל בחוזקה למטריקס.
• הם משליכים את גודל הדגנים האנתטי במהלך טיפול חום, המוביל למבנה מרטן עדין יותר עם יותר גבולות דגנים אשר מעכבים קירות דומיין.
• החלקיק הגדול של מוליכים קשיחים (לעתים קרובות 10-20% ב HSS) מייצר מבנה מורכב שבו חלקיקים לא מגנטיים מעכבים פיזית את תנועת הקיר, מעלה נוספת את קוהרטיביות.

עבור יישומים מגנטיים, פלדה מהירה גבוהה נמנעים בדרך כלל אלא אם כן כוח עתיר גבוה הוא הכרחי. כאשר יש להשתמש בהם, אופטימיזציה של הטמפרטורה ואת מחזורי מזג האוויר אינטנסיבי יכול לשחזר באופן חלקי רך מגנטי.

Vanadium (V)

Vanadium הוא קרבייד חזק לשעבר, הוסיף פלדה כלי עבור התנגדות ללבוש הזיכוך דגנים.ההשפעה שלה על מגנטיות היא מותקפת בעיקר באמצעות מוליכים:

• Vanadium carbides (VC) הם מאוד קשה מאוד מאוד מאוד מאוד קנס מאוד - לעתים קרובות <1 מיקרומטר לאחר טיפול חום תקין. חלקיקים בסדר אלה יעילים מאוד על פי קירות התחום המגנטי, המוביל ל coercivity גבוהה.
• Vanadium גם מקדם היווצרות של מבנה לבתר, אשר מגביר את צפיפות פגמים כי מעכב רוטציה דומיין. Permeability מופחתת במקביל.
• בפתרון מוצק, וניל הוא פרמגנטי ומפחית את גבה, אבל הסגולות המוגבלות שלו בברזל (<1% בטמפרטורות הרדמה טיפוסיות) פירושה אפקט הדילול הישיר קטן יותר מאשר עבור Cr או W.

פלדה עם יון גבוה (למשל, AISI A11 עם 9% V) הם מאוד עמידים ללבוש אבל מגנטי מאוד קשה.

סיליקון (Si) ומניגנזה (Mn)

בעוד לא תמיד נחשב אלמנטים ⁇ ראשוניים פלדה כלי, סיליקון ומניגנזה נמצאים כמעט בכל הציונים ויש להם השפעות מגנטיות בולטות:

• (ה) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) ManganeseFLT:1 הוא ייצוב austenite. in Tool Steels, Manganese הוא בדרך כלל נוכח 0.2-0.5% ויש לו השפעה קטנה על תכונות מגנטיות.It מוריד את טמפרטורת קארי מעט ויכול להגדיל את כמות האנוסטנסית נשמרת, אשר אינה מגנטית.

ניקל (Ni) ו-Cobalt (Co)

ניקל וקובלט אינם נפוצים בפלדות כלי סטנדרטיות, אך מופיעים בכיתות מיוחדות (למשל, גירוד פלדה) ניקל הוא ייצוב חזק; אם זה מעל -4%, זה יכול להפוך את הפלדה לחלוטין austenitic ולא מגנטי. Cobalt, מצד שני, הוא ferroמגנטי מעלה את הטמפרטורה הקלסיתית של כלי פלדה, לפעמים להוסיף תכונות מגנטיות מעט מאוד לא מגנטיות, אבל לא מגנטיות יש שיפור משמעותי.

שלב מיקרו-מבנה וחתימות מגנטיות

ההרכב Alloy מכתיב את השלבים שמרכיבים במהלך טיפול חום.התגובה המגנטית של פלדה כלי היא סכום התגובות של השלבים המרכיבים שלה.הבנת האופי המגנטי של כל שלב הוא חיוני לתכנון סגסוגת חיזוי.

מרטינט

מרטן הוא השלב העיקרי של רוב פלדות הכלים.זהו פתרון מוצק על-טבעי של פחמן בברזל tetragonal ממוקדת גוף. Martensite הוא ferromagnetic, אבל צפיפות גבוהה של פגמים לקטייה (dislocations, Twins, מתחים פנימיים) מעכבת מאוד את גדר הקרקע, נותן לו מתון עד גבוהה יותר coercivity (בדרך כלל 100-Am600) עם עלייה מגנטית נמוכה יותר.

Retained Austenite

לאחר quenching, כמה austenite עשוי להישאר untransformed. Austenite הוא paraמגנטי (או ferroמגנטי חלש מעל טמפרטורת Curie) ואינו תומך שדה מגנטי חזק.נוכחות של אפילו כמה אחוזים נשמר austenite להפחית את המגנטיזציה הסריקה הכוללת יכול להפחית את ההסתה כי שלב paraמגנטי dilutes את המרקם מגנטית גבוהה.

Carbides

כל סגסוגת carbides (M3C, M7C3, M23C6, M2C, MC, M6C) הם פרמגנטיים או לא מגנטיים בטמפרטורת החדר. הם פועלים כהכללים המפריעים לגדר שטח.כוח סיכה תלוי בגודל carbide, צורה, וחלוקה. Coarse carbides לייצר סיכה חלשה יותר כי קירות יכולים לשתחוו בין אלה; מחסומים מעוקלים, קרוב מאוד, ומצעים מגנטיים עם נפח מתכתיים חזקים יותר עם נפח מתכתי פלדה.

פרמיט ופנינייט

פלדות כלי נדנדה עשויות להכיל ferrite ( מגנטי רך) ופניניט (הדלט ferrite / cementite) , Ferrite יש מאוד גבוה ו coercivity נמוכה, אבל זה רך מדי עבור יישומים כלי. פרליט יש תכונות מגנטיות ביניים. Tool פלדה כמעט אף פעם לא בשימוש במצב נישה עבור יישומים מגנטיים כי המבנה הוא coarse מדי וחסר קשה, עם זאת מתכת טובה.

אינטראקציה בין טיפול בטיפוח וריפוי

התכונות המגנטיות הסופיות של פלדה כלי לא נקבעות על ידי הרכב לבד; טיפול חום הוא המנוף השני קריטי, הקומפוזיציה קובעת את התגובה של החומר לטיפול בחום, יצירת בעיית אופטימיזציה מעודנת.

• (FLT:0)Austenitizing טמפרטורה: FLT:1 טמפרטורות גבוהות יותר מתמוסס יותר מטענים, הגדלת תכולת ⁇ בממטריקס.זה מעלה קשיחות אבל גם מגביר את נפח של austenite נשמר חיזוק ברזולוציה מוצק, שניהם פגיעה רכות מגנטית. עבור יישומים מגנטיים קריטיים, מהנדסים עשויים לבחור להפחית את הטמפרטורות למזער סגסוגת.
• (FLT:0)Quench rate: FLT:1 Faster quenching מקדם היווצרות מרטן מדכא משקעים carbide, אבל זה גם מגביר את הלחץ הפנימי ושומר austenite. a quench איטי יותר (למשל, שמן במקום מים) עשוי לייצר מצב מנוחה נמוך יותר עם אחריות טובה יותר.
• (FLT:0) טמפינג: פיתוי 1:(ראה: פיתוי 1) מפחית מתחים פנימיים, Decomposes לשמור austenite, ו precipitate carbides בסדר גודל.כל אחד מהשינויים האלה משפיע על מגנטיות אחרת. הקלה מתח משפר את הכדאיות; אבל משקעים דקים carbide מגביר את coercivity.
• (FLT:0) טיפול קלפי: 1.10LT עיבוד Cryogenic (-80 ° C או נמוך יותר) הופך את austenite נשמר כדי מרטינוט, הגדלת מגנטיות של השכור ולעתים קרובות מורידים את coercivity כי המרד טרי יש יותר מפוזר אתרי nucleation carbide.זה יכול להביא לשיפור נטו בנכסים מגנטיים עבור כמה ציונים.

דוגמה אמיתית: AISI A2 (5% Cr, 1% Mo) בשימוש בצק מגנטי הוא לעתים קרובות קשה מטמפרטורה מוגברת נמוכה (940–960 ° C) ומזג כפול ב 500 עד -5 ° C כדי להשיג התנגדות לביש טוב תוך שמירה על חדירות בינונית.

מחקרים: עריכת עסקאות עבור יישומים ספציפיים

לוחיות צ'אק מגנטיות

צ'ק מגנטי דורש פלדה כלי עם יכולת מגנטית גבוהה (לעבור ביעילות את השדה מאלקטרומגנט לעבוד) והתנגדות לבישה טובה (לעמוד על הדגימה חוזרת) אפשרויות נפוצות כוללות AISI O1 (1% C, 0.5% C, 0.5% W) ו- AISI S7 (0.5% C, 3.25% Cr, 1.4% מ-Mo יש קשיחות בינונית (60–RC) ו-RC) ו-H) ו-H) יותר מאשר ביצועים נמוכים יותר מאשר C2ide.

המונחים: Electromagnetic Forming

ביצור אלקטרומגנטי (EMF), פלדה הכלים חייבת להיות מגנטית במקצת כדי להתרכז בתחום, אבל קוהרקטיות גבוהה תגרום להפסדים באנרגיה.פלסטיק עם <0.5% C ו- מינימלי Cr, V, או W הם מועדפים לעתים קרובות, פלדה של כלי נמוך כמו AISI L6 (1% C, 1.5% C, 0.5%) או אפילו פחמן כלי פחמן בינוני (W1) משמש חום נמוך כדי לשמור על לחץ פנימי נמוך יחסית ל-HRC נמוך יחסית) ו- 50 לחץ נמוך יחסית ל-H.

פלדה ללא מגנטית למכשירים ה-MRI-Compatible

עבור ציוד רפואי או מדעי כי לא צריך להיות מגנטי, פלדה כלי אוסטיטי נדרשים.אלה מיוצרים על ידי הוספת כמויות גבוהות של ניקל או מניגנזה (למשל, 18Ni מרתינג ציונים או גבוה Mn Hadfield-type פלדהs) עם זאת, פלדה כאלה הם בדרך כלל לא מגנטיים (אחריות מינית <101) וקשידות קשה הם נישה: הסגסוגת מגנטית היא שלב מייצב לחלוטין.

תכונות: מדריך מעשי

בעוד תכונות מגנטיות מדויקות תלויות בעיבוד, ניתן לסכם מגמות כלליות:

Alloying Element	Effect on Permeability	Effect on Coercivity	Effect on Saturation
Carbon	Strong decrease	Increase	Decrease (via dilution and retained austenite)
Chromium	Moderate decrease	Increase (via carbides)	Decrease (dilution)
Tungsten/Molybdenum	Large decrease	Large increase	Large decrease
Vanadium	Large decrease	Large increase	Small decrease
Silicon	Increase (up to ~1.5%)	Little effect	Little effect
Manganese	Small decrease	Small increase	Decrease (via austenite)

הערה: ערכים אלה הם איכותניים; ערכים מוחלטים דורשים בדיקות אמפיריות או מודלים תרמודינמיקה / מגנטיים.

עיצוב Alloy מתקדם וכיוונים עתידיים

חומרים חישוביים מודרניים מדע מאפשר למהנדסים לחזות תכונות מגנטיות ממכשירים כמו CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) יחד עם סימולציות מיקרומגנטיות יכול להציג אלפי סגסוגת לפני כל טיפול חום מבוצע.זה הוביל לפיתוח של פלדה כלי עם תגובות מגנטיות מותאמות - לדוגמה, ⁇ עם <0.5% C, 3–4% C, נמוך W / M / יכולת גבוהה כי 000 מעל 1000 לעומת 55.

אזור מתפתח נוסף הוא השימוש של חנקן כגורם סגסוגת.Nitrogen פלדה יכול ליצור פחמן כי הם אפילו קנס יותר מאשר carbides, פוטנציאל לשפר את ההתנגדות ללבוש תוך שמירה על ביצועים מגנטיים טובים יותר מאשר פלדה פחמן-רק.עם זאת, פלדות כלי חנקן הם עדיין ניסיוניים עבור יישומים מגנטיים.

ייצור אדקטיבית (3D הדפסה) פותח אפשרויות חדשות: על ידי שליטה על ההיסטוריה התרמית, ניתן ליצור רכיבי פלדה כלי סטנדרטית שבו תכונות מגנטיות משתנות בין החלק - לדוגמה, הליבה של יכולת גבוהה לריכוז שדה ומשטח קשה, בעל השפעה על פני השטח.

המלצות מעשיות למהנדסים

בעת בחירת פלדה כלי עבור יישום מגנטי קריטי, בצע את ההנחיות הבאות:

1. (FLT:0) זיהוי הנכס המגנטי הנדרש: ⁇ 1) האם יש צורך בדמיון גבוה (מגבלה מגנטית) או בקליפות נמוכה (יעילות אנרגיה)?
2. (FLT:0) צמצום V, W, Mo ו- Cr לרמות הנמוכות ביותר שעדיין עומדות בפני קשיים ודרישות ללבוש.
3. (FLT:0)Control Carbonmia: FLT:1 השתמש בתוכן הפחמן הנמוך ביותר עקבי עם מטרות קשיחות.חשב להחליף פחמן עם חנקן או באמצעות ממטריקס פחמן נמוך יותר עם פיזור של חלקיקים קשים.
4. (FLT:0) טיפול למטרות מגנטיות:FLT:1 טמפרטורה מוגברת, quenches איטי יותר (אם קשיחות מאפשרת), ומזגים רבים של זמן גבוה להפחית את הלחץ הפנימי ולשמור על טיפול אוסטגנטי יכול לשפר עוד יותר את הישבן.
5. (FLT:0) ולאמת: תכונות מגנטיות 1:1 רגישים וריאציות כימיות קטנות. השתמש במקלת לולאה BH או permeameter על הרבה חום ספציפי לאחר טיפול בחום.

(ב) להדרכה מפורטת יותר, להתייעץ עם משאבים כגון FLT:0ASMori InternationalFLT (המדריךים של 1:1) על טיפול בחום וחומרים מגנטיים, או על ידי FLT:2"נכסים מגנטיים של פלדה"FLT 3: על ידי B.D Cullity.

מסקנה

התכונות המגנטיות של פלדה כלי הן פונקציה רגישה של הרכב סגסוגת, מתווך באמצעות מיקרו-מבנה וטיפול חום.כל רכיב ⁇ - מפחמן ועד וניל לסיליקון - מהווה השפעה נפרדת על חד-משמעיות, coercivity, ו-Sauration magnetization. עבור מהנדסים המדיימים כלי פלדה עבור יישומים שבהם עניינים מגנטיים, הבנה של מערכות יחסים אלה אינה אופציונלית; היא הבסיס של בחירה אופטימלית על ידי איזון יעיל של דרישות מדע מגנטיות ואפקטים, כמו גם שיטות מגנטיות, כמו גם שיטות טיפול מגנטיות יעילות, כמו גם כן, כמו גם שיטות טיפול מגנטיות, כמו גם שיטות טיפול יעיל יותר, כמו גם מגנטיות, כמו גם תכונות מאי-ממות, כמו אמצעי זהירות, כמו גם מגנטיות יעיל יותר, כמו גם מגנטיות יעיל יותר, כמו גם שיטות טיפול יעיל יותר, כמו גם מגנטיות יעיל יותר, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי זהירות, כמו גם שיטות טיפול יעיל יותר, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי זהירות, כמו גם מגנטיות יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר, כמו אמצעי זהירות, כמו גם מגנטיות יעיל יותר, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי זהירות, כמו גם מגנטיות יעיל יותר, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי זהירות, כמו אמצעי