טכנולוגיית יישום וייצור של פלדת סיליקון ללא-חוזק גבוה-

מהי פלדת סיליקון גבוהה-לא-חוזק?

פלדת סיליקון לא-חוזקת-גבוהה היא פלדת פלדה חשמלית שטוחה-מגולגלת שבה חוזק התפוקה המכאני מוגבה בכוונה מעל לרמת החומר הסטנדרטי של המנוע-, בעוד שהתכונות המגנטיות הדרושות למכונות מסתובבות נשמרות. החומר משמש לליבות הסטטור והרוטור של מנועים חשמליים, גנרטורים והתקנים אלקטרומגנטיים אחרים, כאשר הלמינציות חייבות לעמוד בפני מתח מכני וכן להוביל שטף מגנטי. במנועי מתיחה של רכב חשמלי הרוטור מסתובב במהירויות של עד 15,000 סל"ד ומעלה, והכוח הצנטריפוגלי הפועל על ליבת הרוטור גדל עם ריבוע המהירות, כך שליבה בעלת חוזק נמוך- תתעוות או תיכשל.

מדוע חוזק חשוב במנועי הנעה

במנוע מתיחה- גבוה, הלמינציות של הרוטור מוחזקים יחד על ידי הציר ועל ידי האיזון של המכלול. הלחץ הצנטריפוגלי בשפת הרוטור הוא פרופורציונלי לצפיפות החומר, ריבוע מהירות הסיבוב ורדיוס הרוטור. כאשר חוזק התפוקה של הלמינציה אינו מספיק, הרוטור מתעוות, מרווח האוויר הופך לא אחיד, והמנוע מפתח רטט, רעש ואובדן נוסף. דרגות חוזק- גבוהות שאינן- פותרות זאת על ידי מתן חוזק תפוקה של 400 MPa עד 700 MPa, תלוי בדרגה, מבלי לוותר על אובדן הברזל הנמוך ששומר על יעילות המנוע.

עיצוב סגסוגת ומנגנוני חיזוק

הליבה המגנטית של מנוע הנעה חייבת לשלב אובדן ברזל נמוך בתדירות גבוהה עם חוזק מכני מספיק. התכנון משתמש במספר מנגנונים ביחד: חיזוק תמיסה מוצקה על ידי סיליקון ומנגן, חיזוק משקעים על ידי חלקיקים מפוזרים דק ובדרגות מסוימות תוספות זרחן או ניוביום המעלות את החוזק עם השפעה מוגבלת על התכונות המגנטיות. תכולת הסיליקון מאוזנת מול ההתנגדות, כי יותר סיליקון משפר את ההתנגדות ומוריד את אובדן זרם המערבולת אך מפחית את צפיפות שטף הרוויה ומקשה על הרצועה לגלגול קר. התכונות המגנטיות הסופיות נשלטות על ידי מחזור החישול, הקובע את גודל הגרגיר והמרקם הקריסטלוגרפי של הרצועה המוגמרת.

טכנולוגיית ייצור

גלגול חם וגלגול קר

הפלדה מיוצרת כלוח יצוק רציף, מגולגלת בחום לעובי בינוני ולאחר מכן מגולגלת בקרה בכמה מעברים למדד הסופי, בדרך כלל 0.20 מ"מ עד 0.50 מ"מ עבור יישומי מנוע. הפחתת הגלגול הקרה ושלבי החישול הביניים קובעים את התנהגות ההתגבשות מחדש של המוצר הסופי.

חישול סופי

החישול הסופי מתבצע בכבשן רציף תחת אטמוספרה מבוקרת, בדרך כלל תערובת מימן- חנקן. טמפרטורת החישול ומהירות הרצועה קובעים את גודל הגרגיר: גרגר גדול יותר נותן אובדן היסטרזיס נמוך יותר, בעוד שהדרישה לחוזק מכני מגבילה את הגידול המותר. תנורים מודרניים שולטים בטמפרטורת הרצועה ובאטמוספירה במדויק, כך שאיבוד הברזל וחוזק התפוקה של הסליל יישארו אחידים מראש ועד זנב.

ציפוי בידוד

ציפוי אנאורגני דק או חצי-אורגני מוחל על שני המשטחים של הרצועה. הציפוי מספק את הבידוד הבין-למיני של הליבה המוערמת, עומד בטמפרטורת החישול, וצריך לשרוד את פעולות ההטבעה והערימה ללא נזק. איכות הציפוי משפיעה ישירות על גורם הערימה ועל אובדן זרם המערבולת של הליבה המוגמרת.

יישומים אופייניים

מנועי משיכה של רכבים חשמליים וכלי רכב היברידיים, כאשר הרוטור זקוק לחוזק גבוה במהירות סיבוב גבוהה

ליבות סטטור ורוטור של-מנועים תעשייתיים בעלי יעילות גבוהה

רוטורים של גנרטורים של-גנרטורים מהירים וטורבינות גז מיקרו

צירים ומדחסים מהירים- המונעים על ידי מנועי מגנט קבוע

בכל היישומים הללו בחירת הדרגה היא פשרה: דרגת חוזק גבוהה יותר נושאת יותר מתח אך בדרך כלל יש לה אובדן ברזל מעט גבוה יותר, ולכן מעצב המנוע בוחר את הדרגה העומדת בגבול המכאני של הרוטור עם ההפסד הנמוך ביותר האפשרי.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין פלדת סיליקון-גבוהה לבין פלדת סיליקון שאינה-סטנדרטית?

דרגות חוזק- גבוהות מעובדות עם רכיבי חיזוק נוספים ומחזור חישול מבוקר כך שחוזק התפוקה מועלה ל-400 MPa או יותר, בעוד שדרגות סטנדרטיות מתעדפות אובדן ברזל מינימלי על פני חוזק מכני.

מדוע ליבת רוטור צריכה חוזק גבוה?

הכוח הצנטריפוגלי על הרוטור גדל בריבוע מהירות הסיבוב. במהירויות אליהן מגיעים מנועי המתיחה, ליבה בעוצמה נמוכה-תתעוות והמנוע יפתח רטט, רעש ומשיכה מגנטית לא מאוזנת.

כיצד נמדד אובדן הברזל של פלדת המנוע?

אובדן הברזל נמדד עם מסגרת Epstein או בודק גיליון- יחיד לפי השיטות של IEC 60404-2 או GB/T 3655, בתדר שצוין ובצפיפות שיא השטף, בדרך כלל 1.5 T ו-50 הרץ או 400 הרץ עבור דרגות מנוע.

האם חוזק גבוה יותר אומר תמיד איבוד ברזל גבוה יותר?

באופן כללי כן, כי האלמנטים המחזקים ומבנה הגרגיר העדין יותר שמעלים את חוזק התפוקה גם מגבירים את אובדן ההיסטרזיס. פיתוח ציונים נועד לדחוף את החוזק עם העונש הקטן ביותר האפשרי בביצועים מגנטיים.

באיזה עובי משתמשים לפלדת מנוע רכב חשמלי?

מדדים דקים של 0.20 מ"מ עד 0.35 מ"מ אופייניים למנועי מתיחה. פס דק יותר מפחית את אובדן זרם המערבולת בתדרים החשמליים הגבוהים המשמשים את המנוע המוזן במהפך, במחיר של גורם ערימה נמוך יותר ועלות ייצור גבוהה יותר.

מדוע ציפוי הבידוד חשוב?

הציפוי מבודד את הלמינציות זו מזו, מה שמגביל את זרמי המערבולת הזורמים על פני הערימה. הוא חייב לשרוד חישול, הטבעה וערימה, והוא תורם לגורם הערימה של הליבה המוגמרת.