Kebolehtelapan magnet relatif (μr) menentukan bagaimana sesuatu bahan bertindak balas terhadap medan magnet berbanding vakum. Ia merupakan salah satu asas sifat fizikal keluli dan logam, penting dalam reka bentuk peranti elektrik, perisai magnet, perumah peralatan pengukur, komponen induktif dan bahagian yang diperbuat daripada keluli tahan karat. Kebolehtelapan magnet adalah kuantiti yang berbeza daripada kerentanan magnet, kebolehtelapan, remanen dan Suhu curie.
Untuk bahan bermagnet lemah μr mengambil nilai hampir dengan 1. Dalam kes bahan feromagnetik seperti besi, keluli feritik atau martensitik, nilainya mungkin berkali-kali lebih tinggi, tetapi bergantung pada kekuatan medan, sejarah kemagnetan, suhu, rawatan haba dan mikrostrukturAtas sebab ini, apabila menyatakan nombor μr keadaan dan kaedah pengukuran hendaklah diterangkan.
Peraturan yang paling penting: Nama gred keluli sahaja tidak mencukupi untuk menentukan satu nilai universal kebolehtelapan magnet. Bagi keluli austenit, sisihan kecil μ boleh dinilai.r daripada 1; bagi keluli feromagnetik, biasanya perlu menggunakan ciri kemagnetan B–H dan jenis kebolehtelapan yang ditentukan.
Apakah kebolehtelapan magnet relatif μr?
Dari perspektif material kebolehtelapan magnet mutlak μ menerangkan hubungan antara aruhan magnet B dan keamatan medan magnet HKebolehtelapan relatif mengaitkan kuantiti ini dengan kebolehtelapan magnet vakum μ0Untuk medium linear, isotropik dan bebas histeresis, kita boleh menulis:
μ r = μ / μ 0 dan B = μ 0 · μ r · H
μ0 ≈ 1,25663706 × 10-6 H/m; μr ialah kuantiti tanpa dimensi.
Bagi sebarang bahan dengan kemagnetan M dalam sistem SI, hubungan umum berlaku B = μ0(H + M)Dalam feromagnet, kebergantungan B(H) biasanya tidak linear dan histeretik, jadi formula mudah B = μ0μrH tidak menggambarkan keseluruhan kelakuan sesuatu bahan dengan satu pemalar.
| Saiz | Simbol | Unit | Maksudnya |
|---|---|---|---|
| Permeabiliti magnet relatif | μr | tanpa unit | Nisbah kebolehtelapan bahan yang ditakrifkan dengan sewajarnya kepada μ0. |
| Permeabiliti mutlak | μ | H/m | Respons magnetik medium; dalam kes tak linear ia bukan pemalar tunggal. |
| Kebolehtelapan vakum | μ0 | H/m | Pemalar magnet yang digunakan dalam persamaan elektromagnet. |
| Aruhan magnet | B | T (tesla) | Fluks magnet per unit luas yang berserenjang dengan medan. |
| Kekuatan medan magnet | H | A/m | Kuantiti yang menggambarkan medan kemagnetan. |
| Kemagnetan | M | A/m | Tindak balas magnet bersih sesuatu bahan. |
| Kerentanan magnet | χ | tanpa unit | Dalam model linear dan isotropik: M = χH, a μr = 1 + χ. |
Jenis-jenis kebolehtelapan magnet – awal, sekan, pembezaan dan maksimum
Dalam dokumentasi teknikal, penetapan μr memerlukan penjelasan. Dua sampel yang diperbuat daripada gred keluli yang sama mungkin menghasilkan nilai yang berbeza jika ia diuji pada kekuatan medan yang berbeza atau selepas sejarah kemagnetan yang berbeza.
| jenis | Opis | Kepentingan praktikal |
|---|---|---|
| Permittiviti awal μi | Nilai yang terhasil daripada cerun awal lengkung kemagnetan bahan yang sebelum ini dinyahmagnetkan. | Berguna untuk isyarat yang sangat lemah dan bahan yang lembut secara magnet. |
| Permeabiliti sekan | Pada titik tertentu ia ditentukan sebagai B/(μ0H), untuk cabang ciri yang ditakrifkan dan H ≠ 0. | Ia menerangkan keadaan tertentu, bukan pemalar untuk semua medan. |
| Kebolehtelapan pembezaan | μr,d = (1/μ0) · dB/dH, pada cabang B–H yang dipilih. | Penting apabila mengira perubahan medan di sekitar titik operasi. |
| Kebolehtelapan maksimum | Nilai tertinggi bagi jenis kebolehtelapan yang dipilih pada ciri tertentu. | Digunakan dalam penilaian bahan lembut secara magnet. |
| Amplitud/permeabiliti tambahan | Perihalan tindak balas terhadap medan selang-seli yang diberikan atau perubahan kecil dalam medan di sekitar keadaan mantap. | Penting dalam teras, sensor dan peranti AC. |
| Permittiviti kompleks | Dalam model AC yang dipermudahkan: μ* = μ′ − jμ″; bahagian nyata menerangkan tindak balas konservatif, bahagian khayalan menerangkan kerugian. | Membolehkan analisis pengaruh frekuensi dan kehilangan magnet. |
Bagi bahan diamagnet dan paramagnet yang lemah, tindak balas biasanya secara kasarnya linear pada julat medan rendah yang luas. Bagi keluli feromagnet, gelung ketepuan dan histeresis perlu dipertimbangkan. Anda tidak boleh membandingkan μi dengan μmaks seolah-olah ia adalah parameter yang sama.
Jadual kebolehtelapan magnet relatif pelbagai bahan
Permeabiliti magnet relatif μr ialah kuantiti tanpa dimensi. Bahan diamagnet mempunyai μr sedikit kurang daripada 1, paramagnetik lemah – sedikit lebih besar daripada 1, manakala feromagnet boleh mencapai nilai dari beberapa puluh hingga ratusan ribu atau lebih. Permittiviti awal μi dan maksimum μmaks ini adalah parameter yang berbeza; bagi bahan yang sangat magnet, satu nilai tidak boleh diberikan tanpa menyatakan syarat dan jenis pengukuran.
Bahan diamagnet dan paramagnet – nilai μr hampir dengan 1
Jadual di bawah memberikan anggaran nilai μr pada suhu bilik lebih kurang (gas: lebih kurang 1 atm, melainkan dinyatakan sebaliknya). Dalam penghampiran linear μr = 1 + χv, di mana χv ialah kerentanan magnet isipadu dalam sistem SI. Nilai-nilai tersebut bukanlah parameter kebolehtelapan maksimum.
| barangan | Permittiviti relatif μr | Watak magnetik |
|---|---|---|
| Bismut (Bi) | 0,999834 | diamagnetik |
| Emas (Au) | 0,999964 | diamagnetik |
| Merkuri (Hg), cecair | 0,999972 | diamagnetik |
| Perak (Ag) | 0,9999736 | diamagnetik |
| Berlian (C) | 0,999978 | diamagnetik |
| Plumbum (Pb) | 0,9999831 | diamagnetik |
| Kuprum (Cu) | 0,9999906 | diamagnetik |
| Woda | 0,999992 | diamagnetik |
| Silikon (Si) | 0,9999958 | diamagnetik |
| Gas hidrogen, 1 atm | 0,9999999978 | diamagnetik |
| Gas nitrogen, 1 atm | 0,9999999933 | diamagnetik |
| Vakum | 1 | titik rujukan |
| Udara, 1 atm | 1,00000036 | paramagnetik yang sangat lemah |
| Gas oksigen, 1 atm | 1,0000018 | paramagnetik |
| Magnesium (Mg) | 1,000012 | paramagnetik |
| Kalsium (Ca) | 1,000019 | paramagnetik |
| Aluminium (Al) | 1,000021 | paramagnetik |
| Tungsten (W) | 1,000068 | paramagnetik |
| Platinum (Pt) | 1,0003 | paramagnetik |
| Paladium (Pd) | 1,0008 | paramagnetik |
| Mangan (Mn), lebih kurang 20°C | 1,001 | kemagnetan yang sangat lemah |
| Keluli austenit: 304 / 1.4301 i 316L / 1.4404 | biasanya 1,003–1,05 | stan disepuh; bergantung pada mikrostruktur |
Nota: Bagi bismut, gas dan logam bermagnet lemah, angka-angkanya adalah anggaran; kerentanan bergantung pada suhu, ketulenan dan, dalam sesetengah kristal, juga pada arah pengukuran. Bagi keluli austenit, julat 1,003–1,05 biasanya terpakai pada keadaan anil, bukan untuk setiap penghantaran gred 304 dan 316L.
Besi, keluli magnet dan superaloi – kebolehtelapan awal dan maksimum
Nilai diberikan untuk bahan dan syarat tertentu yang diterangkan dalam penerbitan teknikal. μi menunjukkan kebolehtelapan awal, dan μmaks maksimum, ditentukan di bawah keadaan kemagnetan yang sesuai. Tanda sempang menunjukkan kekurangan nilai yang setanding dalam sumber yang digunakan – bukan nilai sifar.
| Bahan / keadaan | μi - permulaan | μmaks – maksimum |
|---|---|---|
| Kobalt (Co), 99%, disepuh | 70 | 250 |
| Nikel (Ni), 99%, disepuh | 110 | 600 |
| Besi teknikal, 99,8% Fe, disepuh | 150 | 5 000 |
| besi ketulenan tinggi, 99,95% Fe, disepuh dalam H₂ | 10 000 | 200 000 |
| Keluli karbon rendah, lebih kurang 99,5% Fe | 200 | 4 000 |
| Keluli karbon, lebih kurang 0,9% C, dikeraskan | 50 | 100 |
| Lembaran elektrik Fe–3%Si, tidak berorientasikan | 270 | 8 000 |
| Lembaran elektrik Fe–3%Si, berorientasikan | 1 400 | 50 000 |
| Aloi Fe–Ni jenis 4750 (lebih kurang 48% Ni) | 11 000 | 80 000 |
| Permalloy 78 (lebih kurang 78% Ni), disepuh dengan betul | 8 000 | 100 000 |
| Permalloy 4–79 (lebih kurang 79% Ni, 4% Mo) | 40 000 | 200 000 |
| MuMETAL (lebih kurang 80% Ni, Fe–Mo), selepas siap | - | lebih 400,000 |
| Supermalloy / Superpermalloy (Ni–Fe–Mo), disepuh lindap | 100 000 | 1 000 000 |
| Permendur 2V (lebih kurang 49% Co, 49% Fe, 2% V) | 800 | 8 000 |
| Supermendur (Fe–Co–V) | - | 100 000 |
| Aloi amorfus Metglas 2605SC (Fe–B–Si–C) | - | 210 000 |
| Aloi amorfus Metglas 2605S-3 (Fe–B–Si) | - | 30 000 |
| Ferit MnZn TDK N87, 25°C | 2,200 ±25% | - |
Perbezaan antara sumber: contohnya untuk Supermalloy satu bertemu μmaks kira-kira 450,000, dan untuk sampel yang disepuh khas kira-kira 1,000,000 atau lebih. Ini antara lain disebabkan oleh komposisi, kaedah penyepuhlindapan, tekstur dan kaedah pengukuran yang berbeza. Bagi MuMETAL, pengilang menyatakan kebolehtelapan maksimum melebihi 400,000; kebolehtelapan 80,000 pada aruhan 40 gauss tidak secara automatik membentuk kebolehtelapan awalnya.
Keluli tahan karat: ferit 1.4016 / AISI 430, keluli martensitik dan dupleks 1.4462 / 2205 adalah magnet, tetapi tidak mempunyai satu nilai μ yang betuli nor μmaks hasil semata-mata daripada penetapan gred. Ciri B–H dan maklumat tentang keadaan bahan diperlukan. Bagi keluli austenit, selepas kerja sejuk atau kimpalan, μr mungkin meningkat disebabkan oleh kehadiran fasa feromagnetik.
Jangan dikelirukan dengan kebolehtelapan berkesan teras: untuk teras serbuk, parameter μe (cth., 14–550 untuk teras MPP terpilih) termasuk pengaruh mikrostruktur dan retakan berselerak. Ini bukan nilai μi aloi Ni–Fe–Mo pepejal. Sebaliknya, ferit MnZn TDK N87 mempunyai katalog μi = 2,200 ±25% pada 25°C.
Asas data: OpenStax – Kemagnetan dalam Jirim; Bahan – ringkasan μr bahan terpilih; HiperFizik – Sifat Magnet Pepejal; Data Rujukan untuk Jurutera – Logam Magnet Lembut; MuMETAL – data pengilang; TDK – Ferit N87; BSSA – kemagnetan keluli austenitNilai-nilai tersebut dibentangkan untuk tujuan perbandingan; untuk pengiraan reka bentuk, data daripada kad bahan dan syarat penghantaran tertentu harus digunakan.
Bagaimana untuk mentafsir nilai μr?
| Nilai/Tingkah Laku | Tafsiran | Contoh |
|---|---|---|
| μr kurang daripada 1 | Tindak balas diamagnet dalam penghampiran linear. | Kuprum, bismut; sisihan daripada 1 biasanya kecil tetapi bergantung kepada bahan. |
| μr 1 | Respons yang sangat lemah terhadap medan magnet; nilai mungkin sedikit di atas 1. | Austenit stabil bagi keluli tahan karat dalam keadaan yang sesuai, beberapa aloi nikel. |
| μr dari 1,01 kepada beberapa | Kebolehtelapan relatif rendah tetapi boleh diukur, memerlukan kaedah pengukuran yang ditetapkan. | Produk dan unsur separa siap terpilih dengan sifat magnet yang terhad. |
| μr pasti melebihi 1 | Bahan yang jelas bermagnet; bagi feromagnet, nilainya sangat bergantung pada H. | Keluli feritik, martensitik, dupleks dan banyak aloi magnet. |
| Pengurangan kebolehtelapan pada H tinggi | Mungkin berlaku akibat menghampiri ketepuan magnet. | Teras feromagnet dan bahan magnet lembut. |
Istilah biasa "keluli bukan magnet" biasanya bermaksud tindak balas yang sangat lemah terhadap magnet di bawah keadaan tertentu, bukan μ yang tepat secara matematik.r = 1. Dalam aplikasi sensitif medan magnet, had tertentu diperlukan, contohnya μr ≤ 1,02 atau μr ≤ 1,05, tetapi had sedemikian merupakan keperluan reka bentuk yang perlu disemak untuk kelompok sebenar, bukan jaminan sejagat untuk nama spesies.
Kebolehtelapan magnet relatif keluli tahan karat – perbandingan kumpulan
Keluli tahan karat boleh menjadi sangat lemah magnetnya atau jelas feromagnetnya. Kelakuannya ditentukan terutamanya oleh fasa yang terdapat dalam mikrostrukturnya: austenit, ferit i martensit, serta perkadaran dan keadaannya selepas pemprosesan. Hubungan ini dihuraikan, antara lain, dalam kajian ini Persatuan Keluli Tahan Karat British mengenai sifat magnet keluli tahan karat.
| Kumpulan / bahan | Watak magnetik | Penilaian dan kekangan kebolehtelapan relatif |
|---|---|---|
| Austenitik - 1.4301 / 304 | Biasanya sangat lemah daya magnetnya dalam keadaan lampau tepu; mungkin menjadi lebih ketara daya magnetnya selepas dipicit. | μr selalunya hampir dengan 1, tetapi tiada ambang khusus dijamin; ubah bentuk martensit mungkin berlaku. |
| Austenitik - 1.4404 / 316L | Biasanya bermagnet lemah dalam keadaan lampau tepu; kerentanan terhadap perubahan semasa pengerasan kerja bergantung pada komposisi. | Untuk aplikasi magnet rendah, pengukuran diperlukan; nama 316L sahaja tidak menjamin μr ≤ 1,02. |
| Ferit - 1.4016 / 430 | Feromagnetik disebabkan oleh struktur ferit. | μr jauh melebihi 1, tetapi sangat bergantung pada sejarah bidang dan teknologi. |
| Martensitik – contohnya 1.4021, 1.4057 | Feromagnetik, biasanya bertindak balas dengan kuat terhadap magnet. | Keadaan keras dan terbaja serta jumlah pengaruh austenit yang tertahan B–H. |
| Duplex - 1.4462 / 2205 | Terdapat ferit feromagnetik dan austenit magnetik lemah. | Respons biasanya jelas, bergantung pada nisbah fasa, tekstur dan keadaan pengukuran. |
| Superdupleks - 1.4410 / S32750, 1.4501 / S32760 | Struktur dua fasa ferit + austenit. | Kandungan ferit tidak boleh dikenal pasti dengan satu nilai μr. |
| Kerpasan yang diperkuat – contohnya 17-4PH / 1.4542 | Banyak spesies bersifat feromagnet; bergantung pada struktur dan keadaan penuaan. | Sifat-sifatnya bergantung pada rawatan haba dan perkadaran fasa. |
Dalam keluli austenit, unsur pengaloi yang menstabilkan austenit, terutamanya nikel dan nitrogen, boleh membantu mengekalkan kebolehtelapan yang rendah. Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna mana-mana aloi yang lebih kaya dengan nikel akan mempunyai daya magnet yang lemah: nikel tulen adalah feromagnetik di bawah suhu CurienyaKeseluruhan susunan fasa aloi itu yang penting, bukan hanya satu elemen.
Keluli 304 dan 316L – mengapakah kebolehtelapan berubah selepas kerja sejuk?
Dalam keadaan anil dan lampau tepu yang sesuai, austenit keluli 1.4301 / AISI 304 secara amnya menunjukkan tindak balas magnet yang kecil. Semasa ubah bentuk sejuk yang teruk, sebahagian daripada austenit mungkin berubah menjadi ubah bentuk martensit α′, yang bersifat feromagnet. Ini boleh mengakibatkan peningkatan kemagnetan selepas penggelekkan, penarikan dalam, pembengkokan atau pembentukan.
Dalam kes 1.4404 / AISI 316L Austenit biasanya lebih stabil terhadap transformasi ubah bentuk berbanding keluli 304 biasa, tetapi tindak balas sebenar bergantung pada leburan, suhu dan tahap regangan. Kimpalan juga boleh mengubah sifat: dalam beberapa kimpalan dan zon leburan semula, ferit δ terdapat, yang meningkatkan tindak balas magnet.
Contoh praktikal: Dua helaian berlabel 1.4301 mungkin menunjukkan tindak balas magnet yang berbeza jika satu dikeraskan larutan dan yang satu lagi telah digulung secara meluas atau ditekan sejuk. Ini tidak semestinya menunjukkan kekeliruan gred; perbezaannya mungkin disebabkan oleh mikrostruktur.
Keluli ferit, martensit dan dupleks – mengapa ia tidak mempunyai nilai μr tunggal?
Dalam bahan feromagnet, pergerakan dinding domain magnet, penambatannya pada kecacatan, dan putaran magnetisasi berikutnya menyebabkan tindak balas tak linear terhadap medan. Permittiviti pada mulanya mungkin meningkat, mencapai maksimum, dan kemudian berkurangan apabila ketepuan menghampiri. Jika bahan mengekalkan magnetisasi yang tinggal, hasilnya juga bergantung pada cabang hulu gelung histeresis.
Sifat-sifat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti saiz butiran, mendakan, kehelan, tegasan baki dan austenit yang tertahan. Bagi keluli dupleks, nisbah ferit kepada austenit juga penting. Mengukur tarikan magnet sahaja tidak menentukan μr dan tidak membenarkan penilaian yang boleh dipercayai tentang perkadaran fasa.
| Faktor teknologi | Impak yang mungkin | Kepentingan untuk pengukuran |
|---|---|---|
| Kerja sejuk | Pengerasan dan tegasan; transformasi kepada α′ martensit mungkin dalam austenit metastabil. | Peningkatan tindak balas magnet tidak semestinya menunjukkan perubahan dalam penetapan spesies. |
| Rawatan larutan keluli tahan karat austenit | Ia boleh menghapuskan kesan perubahan struktur sebelumnya dengan kitaran rawatan yang sesuai. | μ rendahr memerlukan pengesahan pada produk siap. |
| Pengerasan dan pembajaan | Perubahan dalam pecahan fasa dan keadaan kecacatan mikrostruktur. | Kemungkinan perubahan dalam paksaan dan hala tuju lengkung B–H. |
| Kimpalan | Kemungkinan kehadiran δ ferit dalam kimpalan, kitaran terma tidak homogen. | Kemagnetan setempat mungkin berbeza daripada bahan induk. |
| Saiz dan arah butiran | Perubahan dalam mobiliti dinding domain dan anisotropi. | Adalah wajar untuk memeriksa sampel dalam arah tertentu. |
| Tegasan dan keadaan permukaan | Mereka boleh mengubah kemagnetan dan kebolehtelapan melalui kemagnetan keanjalan. | Penting: prosedur penyediaan sampel yang sama. |
| temperatura | Pengaruh terhadap susunan magnet dan gerakan dinding domain. | Suhu ujian hendaklah dilaporkan. |
Nikel, Invar, Permalloy dan superaloi nikel
Nikel 200 dan Nikel 201 adalah bahan berasaskan nikel. Nikel bersifat feromagnetik di bawah suhu Curienya iaitu kira-kira 355–358°C, tetapi kebolehtelapan produk sebenar bergantung pada keadaan logam dan parameter pengukuran. Aloi nikel tidak boleh dianggap sebagai kumpulan homogen magnetik tunggal.
Invar, Kovar dan Permalloy Ini menggambarkan tiga aplikasi aloi besi-nikel yang berbeza. Invar terutamanya dikenali kerana pengembangan habanya yang rendah pada julat suhu tertentu, Kovar kerana ciri pengembangannya seperti kaca, dan aloi Permalloy terpilih kerana kebolehtelapannya yang tinggi dan daya paksaan yang rendah selepas pemprosesan yang betul. Aloi ini memerlukan penilaian komposisi dan keadaan penghantaran tertentu.
Sebaliknya, dalam kes spesies seperti Aloi 625 lub Aloi 718 Kemagnetan bergantung pada komposisi dan mikrostruktur. Data nikel tulen tidak boleh digunakan untuk Aloi 625 atau Aloi 718. dan juga tidak menganggap tanpa menguji bahawa semua aloi nikel adalah feromagnetik.
| Bahan/keluarga | Ciri-ciri magnet | Peringatan yang paling penting |
|---|---|---|
| Besi Tulen / Armco | Bahan feromagnetik, kebolehtelapan tinggi mungkin bergantung pada keadaan. | Malah ketulenan kimia bukanlah pengganti untuk pemesinan dan kawalan tekanan. |
| Nikel 200 / 201 | Feromagnetik di bawah TC nikel. | Parameter B–H bergantung pada keadaan dan suhu. |
| Invar 36 | Aloi feromagnet dalam julat suhu yang sesuai. | Jangan kelirukan pengembangan haba yang rendah dengan kebolehtelapan yang rendah. |
| Permalloy / aloi Ni–Fe terpilih | Bahan yang direka untuk, antara lain, kebolehtelapan yang tinggi dan daya paksaan yang rendah. | Sifat-sifatnya sangat bergantung pada rawatan haba dan tekanan. |
| Kovar | Aloi Fe–Ni–Co dengan pengembangan khas. | Aplikasi dalam pengedap tidak menentukan μ itu sendirir. |
| Aloi 625 / Aloi 718 | Respons magnet bergantung pada komposisi dan keadaan struktur. | Jangan nyatakan satu nilai pun bagi μr tanpa data untuk produk tertentu. |
Permeabiliti magnet dan suhu Curie
Pemanasan bahan feromagnetik mengubah sifat magnetnya. Suhu curie Susunan feromagnet jarak jauh hilang dan bahan berubah kepada keadaan paramagnet. Bagi besi tulen, TC adalah kira-kira 770°C, manakala bagi nikel tulen ia adalah kira-kira 355–358°C.
Kebergantungan μr(T) biasanya tidak monotonik: permittiviti boleh berubah mengikut suhu dan kekuatan medan dengan cara yang kompleks, walaupun jauh sebelum mencapai titik Curie. Selain itu, keluli aloi boleh mengalami transformasi fasa dan pemendakan. Oleh itu, reka bentuk suhu tinggi memerlukan data mengenai aloi yang sesuai dan keseluruhan julat suhu operasi.
Perbezaan: Suhu Curie ialah had susunan magnet, manakala suhu Ac ialah had susunan magnet1, Ac3, Ar1 dan Ar3 merujuk kepada perubahan struktur dalam keluli. Ini bukan parameter yang sama.
Kebolehtelapan magnet dan frekuensi medan – pengaruh terhadap induksi
Dalam arus terus, lengkung kemagnetan dan gelung histeresis diterangkan terutamanya. Dalam arus ulang-alik, frekuensi, amplitud, arus pusar dan kehilangan teras menjadi lebih penting. Respons teras sebenar pada 50 Hz boleh berbeza daripada yang pada frekuensi beberapa puluh kHz, walaupun dengan gred bahan yang sama.
Kebolehtelapan bersama-sama dengan kerintangan elektrik mempengaruhi kedalaman penembusan medan elektromagnet (kesan kulit). Secara anggaran, untuk medium linear homogen, kedalaman penembusan adalah berkadar terus dengan punca kuasa dua kerintangan dan berkadar songsang dengan punca kuasa dua frekuensi dan kebolehtelapan. Dalam bahan feromagnet dengan pembolehubah μr Pengiraan yang tepat memerlukan model tak linear yang sesuai.
Dalam amalan prosedur, ini penting, contohnya, dalam pengerasan induksi keluli, yang mana sifat elektrik dan magnet yang berubah mengikut suhu mempengaruhi pengagihan kuasa pemanasan.
Bagaimanakah kebolehtelapan magnet relatif diukur?
Pemilihan kaedah bergantung pada julat μ yang dijangkakanr, bentuk sampel, medan pengukuran dan sama ada bahan yang diuji mempunyai daya magnet yang lemah atau kuat. Untuk sisihan kecil daripada μr = 1, kepekaan dan penentukuran peranti adalah penting. Bagi feromagnet, ciri B–H biasanya ditentukan.
| Kaedah | permohonan | Sekatan penting |
|---|---|---|
| Indeks Rendah-Mu / Perbandingan Penanda Aras | Pemeriksaan pantas aloi magnet lemah dan penerimaan pada ambang μr. | Hasilnya mungkin ambang, bergantung pada geometri sampel dan penentukuran. |
| Kaedah fluksmetrik | Pengukuran kebolehtelapan dalam medan yang ditentukan untuk bahan μ rendahr. | Saiz dan bentuk sampel yang sesuai adalah perlu. |
| Kaedah cincin | Penentuan lengkung B–H dan histeresis dalam litar magnet tertutup. | Sampel cincin mesti mewakili kelompok yang sedang diuji. |
| Permeameter | Pengukuran sifat magnet bahan magnet lembut. | Memerlukan kawalan geometri dan kaedah menutup litar. |
| Histereograf | Pengukuran gelung histeresis penuh atau separa dan ciri-ciri kemagnetan. | Tinggi μi atau bahan tertentu mungkin memerlukan prosedur yang berbeza. |
| Magnetometer VSM / Pengukuran M–H | Ciri-ciri kemagnetan dan tindak balas magnet sampel kecil. | Untuk menukar kepada bahan μ, medan dalaman dan penyahmagnetan mesti diambil kira. |
Amat penting ialah pekali penyahmagnetanDalam rod memanjang, plat nipis dan elemen pendek, medan di dalam bahan tidak semestinya sama dengan medan di luar. Untuk elipsoid ideal, H boleh dituliswah = Hpanggilan − N M, dengan N ialah pekali yang bergantung pada geometri dan arah kemagnetan. Bacaan daripada instrumen tanpa pembetulan geometri tidak selalunya memberikan kebolehtelapan bahan.
Piawaian untuk mengukur kebolehtelapan magnet dan sifat B-H
| Piawaian / dokumen | Julat | Kepentingan dalam menentukan μr |
|---|---|---|
| ASTM A342/A342M-26 | Kaedah untuk menguji kebolehtelapan bahan magnet lemah, dengan μr tidak melebihi 6, dalam julat kaedah individu yang dinyatakan. | Amat berguna untuk mengawal sifat magnet rendah keluli austenit. |
| ASTM A596/A596M-21 | Pengukuran sifat magnet dalam arus terus menggunakan kaedah titik, termasuk pada sampel cincin. | Ciri-ciri B–H dan gelung histeresis bahan magnet. |
| ASTM A773/A773M-21 | Kajian sifat magnet pada arus terus menggunakan graf histeresis untuk bahan berkoersiviti rendah. | Pengukuran lengkung kemagnetan, gelung histeresis dan parameter yang berkaitan. |
| IEC 60404-4:1995+A1:2000+A2:2008 | Kaedah mengukur sifat magnet DC bagi bahan magnet lembut; kaedah cincin dan permeametrik. | Pemilihan dan pelaksanaan penyelidikan mengenai bahan magnet lembut. |
| IEC 60404-6:2018+A1:2021 | Pengukuran sifat magnet bahan magnet lembut menggunakan kaedah cincin pada frekuensi sehingga 100 kHz. | Ciri-ciri dalam medan berselang-seli dan kerugian yang berkaitan dengannya. |
Piawaian kaedah ujian menerangkan kaedah pengukuran, manakala had yang dibenarkan μr mesti ditentukan secara berasingan berdasarkan dokumentasi peralatan, keperluan pesanan atau spesifikasi produk yang berkaitan. Piawaian yang mengawal komposisi dan penghantaran keluli tahan karat tidak seharusnya secara automatik menganggap keperluan untuk μr ≤ 1,02.
Contoh pengiraan – bahan dengan μr = 1,02
Pertimbangkan bahan homogen yang tindak balasnya dalam julat medan yang dianalisis adalah lebih kurang linear. Kita andaikan H = 1000 A/m dan μr = 1,02. Menggunakan B = μ0μrH, kita dapat:
B = 1,25663706 × 10-6 × 1,02 × 1000 ≈ 0,00128177 T = 1,282 mT
Bagi vakum dengan H yang sama, induksi adalah lebih kurang 1,257 mT. Perbezaan lebih kurang 0,025 mT menunjukkan tindak balas magnet bahan yang kecil tetapi boleh diukur. Dalam sistem sebenar, geometri dan keadaan pengukuran juga mesti diambil kira. Ini boleh menjelaskan μ yang rendahr; Walau bagaimanapun, satu pemalar μ tidak boleh digunakanr untuk mengira sebarang keadaan feromagnetik.
Mengapakah kebolehtelapan magnet yang rendah atau tinggi diperlukan?
| permohonan | Apakah tindak balas yang biasanya dijangkakan? | Apa yang perlu disahkan |
|---|---|---|
| Perumah untuk peranti magnet dan peralatan pengukur | Selalunya μ sangat rendahr, hampir dengan 1. | μ sebenarr elemen siap, terutamanya selepas kimpalan dan lenturan. |
| Unsur-unsur mesin MRI | Respons magnetik yang rendah dan memenuhi keperluan keserasian MR yang berasingan. | Bukan sahaja μr, tetapi juga daya, artifak, pemanasan RF dan keperluan keselamatan. |
| Skrin magnetik | Di bawah keadaan kebolehtelapan tinggi yang sesuai bagi bahan lembut secara magnet. | Titik operasi, tepu, geometri, jurang dan frekuensi. |
| Teras transformer dan gegelung | Ciri-ciri B-H yang menggalakkan dan kerugian yang rendah untuk frekuensi tertentu. | Ketelapan amplitud, kehilangan, induksi tepu dan pemanasan. |
| Sensor dan geganti medan | Kepekaan dan sifat magnet yang boleh diramal dalam julat H yang diberikan. | Kekuasaan, histeresis, kebolehulangan dan ciri-ciri suhu. |
| Peranti pemanasan induksi | Kebolehtelapan yang sesuai dengan medan dan pengagihan kuasa. | Perubahan dalam μ dan kerintangan semasa pemanasan. |
| Pemilihan skru, bebibir, rod dan kepingan | Bergantung pada reka bentuk: tindak balas magnet rendah atau feromagnet terkawal. | Gred, keadaan penghantaran, pelaksanaan, pengesahan kelompok dan ujian yang sesuai. |
Kesilapan yang paling biasa apabila mentafsir kebolehtelapan magnet
- "Keluli tahan karat bukan magnet." Tidak benar sebagai peraturan umum: keluli feritik, martensitik dan dupleks boleh menjadi sangat magnet.
- "μ"r adalah satu nombor yang tidak berubah untuk keluli." Bagi feromagnet, ia bergantung pada H dan sejarah kemagnetan.
- "Magnet itu tidak menarik, jadi μr = 1". Respons magnet yang lemah mungkin terlalu kecil untuk dirasai dengan tangan.
- "Keluli 316L sentiasa mempunyai μr ≤ 1,02". Tanpa keperluan dan ukuran yang sesuai, nilai sedemikian tidak dapat dijamin.
- "Kebolehtelapan yang tinggi bermaksud pemaksaan yang tinggi." Bahan magnet lembut boleh menggabungkan μ tinggi dengan H rendahc.
- "Jumlah ferit dan μr adalah sama." Pecahan fasa dan nombor ferit FN bukanlah pengganti untuk kebolehtelapan.
- "Ukur sahaja sebelum diproses." Pengecapan, kimpalan, pengerasan atau pelurusan boleh mengubah tindak balas bahagian yang telah siap.
- "Keluli Hadfield sentiasa bukan magnet". Keluli Hadfield (X120Mn12, 1.3401, 110G12) dengan struktur austenit yang diperoleh dengan betul biasanya menunjukkan tindak balas magnet yang sangat lemah dan kebolehtelapan relatif μr hampir dengan 1. Walau bagaimanapun, komposisi kimia, rawatan haba dan kehadiran fasa struktur lain boleh mempengaruhi sifat magnetnya. Ciri pengerasan terikan yang kuat bagi keluli ini tidak secara automatik bermaksud kehilangan struktur austenit atau penampilan feromagnetisme.
Bagaimanakah saya merekodkan keperluan magnet dalam susunan bahan?
Bagi produk yang bertujuan untuk digunakan dalam persekitaran sensitif magnet, sila berikan: kebolehtelapan relatif maksimum yang dibenarkan atau ciri-ciri B-H yang diperlukan. Dokumentasi tersebut hendaklah merangkumi: gred dan piawaian produk, keadaan penghantaran, lokasi pengukuran, jenis dan saiz sampel, jenis ujian, suhu, keadaan kemagnetan dan kriteria penerimaan. Bagi komponen selepas pembentukan dan kimpalan plastik, adalah wajar untuk menyatakan sama ada penerimaan tersebut merupakan produk separa siap atau produk siap.
Dalam situasi di mana ambang tertentu μ diperlukanr, sijil komposisi kimia sahaja tidak menggantikan laporan ujian magnet. Adalah juga penting untuk membezakan antara memerlukan bahan dengan sifat magnet yang rendah dan memerlukan bahan untuk melindungi medan secara berkesan—ini adalah dua matlamat reka bentuk yang berbeza.
Najczęściej zadawane pytania (Soalan Lazim)
Apakah maksud μr = 1?
Ini mewakili tindak balas seperti dalam vakum dalam model medan yang diandaikan. Dalam praktiknya, bahan yang ditakrifkan sebagai magnet lemah mempunyai kebolehtelapan yang sangat hampir dengan 1, dan tidak selalunya sama persis dengan 1.
Adakah kebolehtelapan magnet relatif mempunyai unit?
No. μr ialah nisbah dua kebolehtelapan, jadi ia tidak berdimensi. Kebolehtelapan mutlak μ dinyatakan, antara lain, dalam H/m.
Bolehkah μr kurang daripada 1?
Ya. Dalam bahan diamagnet dalam penghampiran statik linear μr adalah sedikit kurang daripada 1.
Apakah kebolehtelapan magnet bagi keluli 304?
Dalam keadaan lampau tepu yang sesuai, ia biasanya hampir dengan 1, tetapi bergantung pada komposisi dan keadaan. Kerja sejuk boleh menghasilkan martensit ubah bentuk dan meningkatkan kemagnetan.
Adakah keluli 316L bukan magnet?
Biasanya bermagnet lemah dalam keadaan lampau tepu. Dengan keperluan yang ketat, contohnyar ≤ 1,02, adalah perlu untuk menyemak kelompok dan produk yang sesuai.
Adakah keluli ferit 1.4016 bersifat magnet?
Ya. Feritnya mempunyai sifat feromagnetik dan kebolehtelapannya bergantung pada medan, mikrostruktur dan pemprosesan.
Adakah keluli dupleks 2205 tertarik kepada magnet?
Ya, biasanya jelas kerana ia mengandungi fasa ferit feromagnetik. Nilai μr walau bagaimanapun, ia tidak tetap untuk keseluruhan spesies.
Mengapakah kebolehtelapan berubah selepas kimpalan?
Kimpalan boleh mengubah komposisi fasa tempatan, tegasan dan mikrostruktur. Terutamanya dalam keluli austenit, kimpalan dengan ferit δ mungkin bertindak balas secara magnetis secara berbeza daripada bahan induk.
Adakah μr sama dengan kerentanan magnet?
Tidak. Dalam model SI linear dan isotropik, μ berlakur = 1 + χ, tetapi kedua-dua kuantiti mempunyai definisi yang berbeza. Dalam feromagnet, jenis kebolehtelapan juga mesti ditakrifkan.
Adakah kebolehtelapan bermaksud kekuatan magnet?
Tidak. Daya tarikan juga bergantung pada geometri, jurang udara, tepu, taburan medan dan sifat bahan lain.
Mengapakah μr yang tinggi tidak bermaksud induksi tepu yang tinggi?
Kebolehtelapan merujuk kepada tindak balas terhadap perubahan medan; induksi tepu adalah ciri yang berasingan. Parameter ini tidak boleh dikelirukan antara satu sama lain.
Apakah yang berlaku kepada μr di atas suhu Curie?
Tertib feromagnetik hilang dan bahan beralih kepada keadaan paramagnetik. Tindak balas magnet kemudiannya berbeza daripada yang di bawah TC.
Bagaimana untuk menguji μr yang sangat rendah, contohnya di bawah 1,05?
Kaedah yang dikalibrasi yang sesuai untuk bahan bermagnet lemah, contohnya salah satu kaedah yang diterangkan dalam ASTM A342/A342M, harus digunakan, dengan mengambil kira batasannya dan geometri sampel.
Adakah magnet neodymium cukup untuk mengangkat keluli?
Tidak, jika spesifikasi memberikan had berangka μrUjian magnet manual adalah kualitatif dan bergantung pada banyak parameter yang tidak terkawal.
Kaedah manakah yang harus saya pilih untuk keluli feromagnet yang kuat?
Lazimnya, lengkung B–H dan gelung histeresis diukur, contohnya pada sampel cincin yang sesuai atau dalam permeameter, mengikut kaedah ujian yang sesuai.
Ringkasan – kepentingan μr semasa memilih keluli dan aloi
Permeabiliti magnet relatif μr ialah parameter yang menggambarkan tindak balas bahan terhadap medan magnet. Bagi bahan yang lemah magnetnya, ia selalunya hampir dengan 1, manakala dalam keluli feritik, martensitik dan dupleks, ia boleh menjadi jauh lebih tinggi dan bergantung pada kekuatan medan. Suhu, keadaan penghantaran, ubah bentuk sejuk, kimpalan dan rawatan haba juga penting. Apabila memilih bahan, adalah wajar untuk mempertimbangkan μr termasuk Suhu curie, kekonduksian elektrik dan sifat mekanikal, tetapi tanpa mengenal pasti kuantiti ini.
Bagi bahagian yang mana kemagnetan rendah adalah penting, adalah wajar untuk menentukan had μr dan kaedah penerimaan. Bagi teras, skrin dan komponen elektromagnet, ciri penuh B–H, kebolehtelapan pada titik operasi tetap, pemaksaan, induksi tepu dan kehilangan teras adalah lebih berguna.