Залізо – фізичні властивості

Термін «залізо» відповідає назві хімічного елемента, яким умовно називають низьковуглецевою сталю і чистим залізом.

Чисте залізо містить не більше 0,6% домішок, в тому числі вуглецю не більше 0,04%. Найбільш шкідливими домішками всіх марок магнітного заліза є вуглець, кисень, сірка і фосфор. Особливо сильно погіршує магнітні властивості заліза вуглець у вигляді цементиту.

Чисте залізо є основним компонентом більшості сучасних магнітних матеріалів. Його переваги – високі показники індукції насичення (Br = 2,18 Тл), пластичності, корозійної стійкості, висока технологічність, низька ціна і доступність. Недоліки – низький питомий опір (p = 1 • 10-7 Ом • м) і, як наслідок цього, великі втрати на вихрові струми. Тому чисте залізо застосовується тільки у виробах, що працюють в постійному магнітному полі, і у вигляді магнітної фази в магнітодіелектриків.

Залежно від концентрації домішок магнітні властивості заліза, в першу чергу Нс і M, можуть змінюватися в широких межах. Чим менше домішок і менш дефектна кристалічна решітка, тим краще магнітні властивості матеріалу.

Для поліпшення магнітних властивостей всі види чистого заліза піддають спеціальній термічній обробці – відпалу, що проводиться при температурі 900оС протягом 2 – 4 годин, потім повільному охолодженню до 600оС. Весь цикл термічної обробки здійснюють для запобігання окислення металу або в вакуумі, або в захисному середовищі (чистому водні або диссоциированном аміаку, що складається з 75% водню і 25% азоту). При термообробці в залозі зменшуються внутрішні напруги, кількість дислокацій та інших дефектів кристалічної решітки і укрупнюється зерно, в результаті чого зменшується сумарна питома поверхня зерен.

Залізо піддається магнітному старінню внаслідок структурних перетворень, в результаті яких з часом збільшується коерцитивної сила, іноді більш ніж в 1,5 – 2 рази. Магнітне старіння зменшують шляхом легування деякими хімічними елементами (наприклад кремнієм або алюмінієм), а також штучним старінням, що полягає в дотриманні матеріалу при 100оС протягом 100 – 150 годин.

Деформація і внутрішня напруга, що виникають при механічній обробці, значно погіршують магнітні властивості заліза. Наприклад, деформація на 0,5 – 1% викликає збільшення Нс на 15 – 20% і зниження M на 25 – 30%. Внутрішня напруга знімають відпалом.

Як чистого заліза в електро- і радіотехніці використовують технічно чисте і особливо чисте залізо. Вони містять менше вуглецю та інших домішок, ніж конструкційні стали, і тому мають набагато кращими магнітними властивостями.

Технічно чисте залізо містить не більше 0,025% вуглецю і не більше 0,08 – 0,15 інших домішок. В електротехніці його іноді називають «армко залізом» (від перших букв назви фірми «American Rolling Mill Company»). Через малу питому опору його в основному використовують для магнітопроводів постійного магнітного потоку, коли втрати на вихрові струми не істотні.

Особливо чисте залізо містить менше 0,03% домішок. До цієї групи належить електролітичне і карбонильное залізо, а також особливо чисте залізо і його монокристали, особливо ретельно відпалені в водні.

Електролітичне залізо містить менше 0,02% вуглецю. Його отримують шляхом електролізу водних розчинів сірчанокислого або хлористого заліза. Анодом служить чисте залізо, а катодом – пластина м’якої сталі. Шар обложеного на катоді заліза товщиною 2 – 6 мм ретельно промивають, знімають з катода і подрібнюють в порошок на кульової млині. Електролітичне залізо неминуче містить сліди водню, для видалення якого порошок переплавляють у вакуумі або піддають відпалу в вакуумі.

Карбонильное залізо містить не більше 0,005% вуглецю. Його отримують шляхом термічного розкладання пентакарбонила заліза Fe (CO) 5, що представляє собою жовтувату рідину, стійку на повітрі (Ткип = 103оС).

При згорянні парів пентакарбонила заліза на повітрі утворюється дрібнодисперсний оксид заліза Fe2O3, який застосовують в якості активного шару магнітофонних стрічок.

За відсутності повітря пари Fe (CO) 5 при температурі 350оС розкладаються на оксид вуглецю і металеве залізо по реакції

Fe (CO) 5 = Fe + 5CO – 2.1

Утворився дуже дрібний порошок (розмір часток 0,5 – 20 мкм) для зменшення вмісту шкідливих домішок піддають відпалу в водні.

Карбонильное залізо застосовується в якості магнітної фази в магнітодіелектриків, з нього виготовляють листи різної товщини.

Сталь електротехнічна нелегована є різновидом технічно чистого заліза. Така сталь має містити не більше,%: 0,035 C, 0,3 Mn, 0,3 Si, 0,020 S, 0,020 P, 0,3 Cu. Її випускають тонколистовой і сортовий. Сталь отжигают при 900оС описаним вище способом.

Посилання на основну публікацію