Која су механичка својства AlNiCo магнета?

1. Увод у AlNiCo магнете

AlNiCo магнети, легура првенствено састављена од алуминијума (Al), никла (Ni) и кобалта (Co), заједно са гвожђем (Fe), бакром (Cu) и понекад титанијумом (Ti), представљају значајан део индустрије перманентних магнета од њиховог проналаска 1930-их. Могу се производити кроз два главна процеса: ливење и синтеровање, што резултира ливеним AlNiCo и синтерованим AlNiCo магнетима, сваки са различитим механичким карактеристикама.

2. Физичка структура и њен утицај на механичка својства

2.1 Ливени AlNiCo магнети

• Микроструктура : Ливени AlNiCo магнети имају релативно крупнозрнасту микроструктуру. Током процеса ливења, растопљена легура се стврдњава и долази до раста зрна. Ова крупнозрна структура даје магнетима одређене механичке карактеристике.
• Механичко понашање : Велика зрна могу довести до кртије природе. Када се примени сила, пукотине се могу лакше ширити дуж граница зрна, што резултира релативно ниском затезном и притисном чврстоћом у поређењу са неким другим магнетним материјалима. Међутим, процес ливења омогућава производњу магнета у широком спектру облика и величина, што може бити предност у одређеним применама где су потребне сложене геометрије. На пример, код неких аутомобилских сензора, јединствени облици ливених AlNiCo магнета могу се прецизно прилагодити тако да стану у одређене просторе унутар мотора или других компоненти.

2.2 Синтеровани AlNiCo магнети

• Микроструктура : Синтеровани AlNiCo магнети се производе коришћењем металургије праха. Фине честице праха AlNiCo легуре се пресују у жељени облик, а затим синтерују на високим температурама. Ово резултира уједначенијом и финозрнастом микроструктуром.
• Механичко понашање : Финозрна структура синтерованих AlNiCo магнета генерално пружа боља механичка својства у погледу чврстоће и жилавости у поређењу са ливеним магнетима. Они могу да издрже већа механичка напрезања током руковања и рада. Синтеровани AlNiCo магнети се често користе у применама где је потребна већа прецизност и бољи механички интегритет, као што је то случај код неких врхунских инструмената и малих електромеханичких уређаја.

3. Затезна чврстоћа

3.1 Опште карактеристике

AlNiCo магнети, генерално, имају релативно ниску затезну чврстоћу. То је углавном због њихове крхке природе. Атомска структура и присуство више металних елемената у легури стварају материјал који није баш дуктилан. Када се примени сила затезања, везе између атома нису у стању да се истегну и значајно деформишу пре него што се пукну.

3.2 Поређење између ливених и синтерованих типова

• Ливени AlNiCo : Затезна чврстоћа ливених AlNiCo магнета је типично у опсегу који је релативно низак у поређењу са многим инжењерским металима. На пример, у неким применама, затезна чврстоћа може бити око неколико десетина MPa. Велика зрна и могућност унутрашњих дефеката током процеса ливења доприносе овој релативно ниској вредности.
• Синтеровани AlNiCo : Синтеровани AlNiCo магнети обично имају већу затезну чврстоћу од ливених. Финозрнаста структура и равномернија расподела компоненти легуре током процеса синтеровања резултирају материјалом који може боље да се одупре затезним силама. Затезна чврстоћа синтерованог AlNiCo може бити неколико пута већа од чврстоће ливених магнета у неким случајевима, достижући и до неколико стотина MPa у оптимизованим формулацијама.

4. Чврстоћа на притисак

4.1 Опште карактеристике

AlNiCo магнети показују релативно високу чврстоћу на притисак у поређењу са њиховом затезном чврстоћом. То је зато што је под компресивним оптерећењем крта природа материјала мањи недостатак. Атоми су потиснути ближе један другом, а структура може боље да издржи примењену силу без пуцања једнако лако као под затезањем.

4.2 Разлике између ливених и синтерованих варијанти

• Ливени AlNiCo : Ливени AlNiCo магнети могу имати добру чврстоћу на притисак, често у распону од неколико стотина MPa. Структура великих размера може распоредити компресивно оптерећење на већу површину, а чврста природа ливеног материјала му омогућава да се до одређене мере одупре гњечењу. На пример, у неким индустријским магнетним машинама где су магнети изложени силама компресије од других компоненти, ливени AlNiCo магнети могу добро да функционишу.
• Синтеровани AlNiCo : Синтеровани AlNiCo магнети такође имају високу чврстоћу на притисак, а у неким случајевима може бити чак и већа од чврстоће ливених магнета. Финозрнаста структура може ефикасније распоредити притисак, спречавајући стварање и ширење пукотина. Ово чини синтеровани AlNiCo погодним за примене где је потребна висока прецизност и велика чврстоћа на компресију, као што је случај са неким минијатурним електромеханичким уређајима.

5. Чврстоћа на савијање

5.1 Укупни учинак

Флексурна чврстоћа, која мери способност материјала да се одупре савијању, је важно механичко својство за AlNiCo магнете, посебно у применама где могу бити изложени силама савијања. AlNiCo магнети генерално имају умерену флексибилну чврстоћу. Њихова крта природа ограничава њихову способност пластичне деформације при савијању, а пукотине могу релативно лако настати и ширити се.

5.2 Ливено у односу на синтеровано

• Ливени AlNiCo : Чврстоћа на савијање ливених AlNiCo магнета је под утицајем њихове крупнозрнасте структуре. При савијању, концентрација напона на границама зрна може довести до раног стварања пукотина. Вредности чврстоће на савијање за ливени AlNiCo су типично ниже у поређењу са синтерованим магнетима, често у опсегу који може ограничити њихову употребу у применама које захтевају високу отпорност на савијање.
• Синтеровани AlNiCo : Синтеровани AlNiCo магнети, са својом финозрнастом структуром, имају бољу чврстоћу на савијање. Равномернија расподела компоненти легуре омогућава равномернију расподелу напона током савијања, смањујући вероватноћу настанка пукотина. Због тога је синтеровани AlNiCo погоднији за примене где може доћи до одређеног степена савијања или флексије, као што је случај код одређених типова сензора.

6. Тврдоћа

6.1 Опште карактеристике тврдоће

AlNiCo магнети су познати по својој високој тврдоћи. Комбинација више металних елемената у легури формира јаку и круту атомску структуру. Тврдоћа AlNiCo магнета се обично мери помоћу Викерсовог теста тврдоће.

6.2 Поређење између ливених и синтерованих типова

• Ливени AlNiCo : Ливени AlNiCo магнети имају високе вредности тврдоће, често у распону од неколико стотина HV (Викерсова тврдоћа). Крупнозрна структура доприноси овој тврдоћи, јер су појединачна зрна релативно тврда и тешка за утискивање. Међутим, присуство потенцијалних дефеката у процесу ливења може мало утицати на укупну уједначеност тврдоће.
• Синтеровани AlNiCo : Синтеровани AlNiCo магнети такође показују високу тврдоћу, а у неким случајевима може бити и нешто већа од ливених магнета. Финозрнаста структура обезбеђује хомогенију расподелу тврдоће по целом магнету. Уједначеност синтерованог материјала осигурава да је тврдоћа конзистентна у различитим деловима магнета, што је корисно у применама где су потребна прецизна и конзистентна механичка својства.

7. Крхкост и жилавост

7.1 Кртост

AlNiCo магнети су по својој природи крти материјали. Ова кртост је резултат њихове атомске структуре и природе веза метал-метал у легури. Када се примени сила, било да је затезна, компресивна или савијна, недостатак дуктилности значи да је материјал склонији ломљењу него пластичној деформацији. Ова кртост је значајан фактор који треба узети у обзир при пројектовању и употреби AlNiCo магнета, јер може ограничити њихову примену у ситуацијама где се очекују велике ударне или велике деформационе силе.

7.2 Издржљивост

Жилавост, која је способност материјала да апсорбује енергију пре лома, релативно је ниска за AlNiCo магнете због њихове кртости. Међутим, синтеровани AlNiCo магнети генерално имају нешто бољу жилавост у поређењу са ливеним магнетима. Финозрнаста структура синтерованих магнета може боље расподелити енергију удара или примењене силе, смањујући вероватноћу изненадног лома. Ово мало повећање жилавости чини синтеровани AlNiCo погоднијим за неке примене где је потребан одређени степен отпорности на удар, иако и даље нису толико жилави као многи дуктилни материјали.

8. Утицај на избор апликације

8.1 Примене ливеног AlNiCo челика

Могућност производње ливених AlNiCo магнета у сложеним облицима чини их идеалним за примене где је потребна специфична геометрија. На пример, код аутомобилских сензора, јединствени облици ливених AlNiCo магнета могу се прецизно дизајнирати тако да се уклопе у мотор или друге компоненте. Њихова релативно добра чврстоћа на притисак такође им омогућава употребу у индустријским магнетним машинама где могу бити изложени силама притиска из других делова. Међутим, њихова ниска затезна и савијајућа чврстоћа и висока кртост ограничавају њихову употребу у применама где су присутне велике силе затезања или савијања.

8.2 Примене синтерованих AlNiCo челика

Синтеровани AlNiCo магнети, са својим бољим механичким својствима у погледу чврстоће и жилавости, погоднији су за примене са високом прецизношћу и високим напрезањем. Широко се користе у инструментима, где су потребна високо прецизна магнетна поља, а магнети морају да издрже механичка напрезања током руковања и рада. У електромеханичким уређајима малих размера, као што су неке врсте микромотора и сензора, финозрнаста структура и бољи механички интегритет синтерованих AlNiCo магнета чине их преферираним избором.