Baja Silikon Dan Aplikasinya

Bahan magnet lunak pertama adalah besi, yang mengandung banyak kotoran. Para peneliti menemukan bahwa penambahan silikon meningkatkan resistivitas, menurunkan kehilangan histeresis, meningkatkan permeabilitas, dan hampir menghilangkan penuaan.

Sejumlah besar baja berorientasi digunakan, terutama dalam transformator daya dan distribusi. Namun, itu belum menggantikan baja silikon non-berorientasi, yang banyak digunakan di mana bahan berbiaya rendah dan kehilangan rendah diperlukan, terutama dalam peralatan berputar. Kita juga harus menyebutkan baja untuk relai, yang banyak digunakan dalam relai, armature, dan solenoida. Baja relai mengandung antara 1,25 dan 2,5 persen Si dan digunakan dalam aplikasi arus searah karena permeabilitasnya yang lebih baik, gaya koersif yang lebih rendah, dan kurangnya penuaan.

Sifat fisik penting dari baja silikon adalah resistivitas, induksi saturasi, anisotropi magnetokristalin, magnetostriksi, dan suhu Curie. Resistivitas, yang cukup rendah pada besi, meningkat tajam dengan penambahan silikon. Resistivitas yang lebih tinggi mengurangi kerugian inti dengan mengurangi komponen arus eddy. Meningkatkan kandungan silikon mengurangi magnetostriksi, tetapi pemrosesan menjadi lebih sulit. Temperatur Curie besi yang tinggi akan diturunkan oleh elemen-elemen paduan, tetapi penurunannya tidak terlalu penting bagi pengguna baja silikon.

Proses magnetisasi dipengaruhi oleh pengotor, orientasi butir, ukuran butir, regangan, ketebalan pita dan kehalusan permukaan. Salah satu cara terpenting untuk meningkatkan bahan magnetik lunak adalah menghilangkan kotoran, yang mengganggu pergerakan dinding domain; mereka kurang berbahaya jika mereka hadir dalam larutan padat. Dibandingkan dengan baja komersial lainnya, baja silikon sangat murni. Karena karbon, pengotor interstitial, dapat merusak permeabilitas induksi rendah, itu harus dihilangkan sebelum baja dianil untuk mengembangkan tekstur akhir.

Mekanisme pertumbuhan butir dengan orientasi kubus-tepi selama anil akhir tidak sepenuhnya dipahami. Proses ini melibatkan rekristalisasi sekunder yang, menurut definisi, dicirikan oleh percepatan pertumbuhan sekumpulan butir dalam matriks yang sudah direkristalisasi.

Untuk rekristalisasi sekunder, pertumbuhan butir normal harus dihambat dalam beberapa cara. Saat suhu meningkat, beberapa butir terlepas dari kekuatan penghambat dan tumbuh secara ekstensif dengan mengorbankan tetangga mereka. Produsen tahu bahwa, dalam praktiknya, urutan penggulungan dingin dan rekristalisasi yang tepat harus diikuti dengan hati-hati untuk mendapatkan inti rekristalisasi sekunder yang diinginkan dan tekstur yang benar. Baja silikon saat ini menggunakan MnS sebagai penghambat pertumbuhan butir, tetapi senyawa lain seperti karbida, oksida atau nitrida juga efektif.

Pembuatan dan penggunaan baja berorientasi

Baja silikon berorientasi memiliki komposisi yang lebih terbatas daripada varietas non-berorientasi. Tekstur dikembangkan melalui serangkaian operasi kerja dan anil yang hati-hati, dan material pada dasarnya harus tetap satu fase selama proses, terutama selama anil akhir, karena transformasi fase menghancurkan tekstur. Untuk menghindari loop-Y dari sistem fasa Fe-Si, baja komersial saat ini adalah sekitar 3,25 persen Si. Varietas silikon yang lebih tinggi, yang mungkin disukai oleh peningkatan resistivitas dan penurunan magnetostriksi, dihalangi oleh kesulitan penggulungan dingin.

Suhu, komposisi atmosfer, dan titik embun dikontrol secara ketat untuk mendekarbonisasi jaring tanpa mengoksidasi permukaan. Selama perlakuan ini, terjadi rekristalisasi primer yang membentuk butiran kecil, seragam dan berjarak sama. Kelongsong kaca magnesium silikat yang terbentuk akan memberikan insulasi listrik di antara lembaran-lembaran yang berurutan ketika mereka dirakit menjadi inti transformator. Pada fase ini, baja diklasifikasikan dengan memotong sampel Epstein dari koil; Sampel dianil dan diratakan pada 790 °, dan kehilangan inti diperiksa.

Aplikasi untuk baja silikon berorientasi termasuk transformator (daya, distribusi, pemberat, instrumen, audio, dan khusus) dan generator untuk turbin uap dan kincir air.

Secara umum, inti pabrik menggunakan berbagai macam grade dan gauge yang berorientasi pada biji-bijian. Pengukur dan kelas material untuk aplikasi tertentu ditentukan berdasarkan ekonomi, daya transformator, persyaratan tingkat kebisingan, persyaratan kerugian, kepadatan operasi, dan bahkan ukuran inti. Karena strip harus rata untuk menghasilkan inti yang baik, kumparan diratakan setelah anil suhu tinggi. Pita tersebut kemudian dilapisi dengan fosfat anorganik untuk isolasi. Sampel dari setiap ujung koil dinilai setelah anil pelepas stres laboratorium seperti dijelaskan di atas. Dari strip seperti itu, pabrikan transformator memotong panjang yang diperlukan untuk meningkatkan isolasi strip. Akibatnya, ini mengurangi kerugian arus eddy dan pembentukan panas, yang sangat penting dalam transformator yang harus tahan terhadap uji impuls.

Seperti disebutkan di atas, persyaratan penting dalam pembuatan inti laminasi adalah meminimalkan kebisingan transformator. Kebisingan adalah fungsi dari manufaktur inti dan faktor desain, dengan karakteristik bahan inti menjadi salah satu yang paling penting. Ketergantungan magnetostriction pada kandungan silikon telah ditunjukkan. Selain itu, magnetostriksi dikurangi dengan memperbaiki tekstur dan memperkenalkan tegangan tarik dengan menerapkan lapisan isolasi seperti kaca. Karena tegangan tekan berpengaruh negatif terhadap magnetostriksi, penting agar laminasi tetap rata untuk pemasangan. Menjalankan induksi juga merupakan faktor yang mempengaruhi kebisingan dan, pada kenyataannya, mempengaruhi karakteristik operasi keseluruhan transformator. Induksi operasi transformator laminasi biasanya dalam kisaran 10.000 sampai 17.000 G; daya berkisar dari 500 hingga 1.000.000 kVA.

Inti luka dilukai secara toroidal dengan arah kristalografi [100] di sekitar pita. Langkah-langkah pemrosesan agak berbeda dari yang digunakan untuk transformator Lego, meskipun bahan awalnya sama: kumparan anil toroidal besar yang dilapisi dengan magnesium silikat, yang biasanya memberikan insulasi yang cukup.

Untuk aplikasi inti luka, bubuk MgO yang tidak bereaksi dihilangkan dari permukaan strip, dan sampel dari setiap ujung koil dipotong menjadi strip Epstein untuk pengujian seperti sebelumnya. Setelah disortir, kumparan dikirim ke pabrik transformator, baik sebagai kelipatan yang dipotong atau sebagai kumparan lebar penuh untuk pemotongan lebih lanjut. Kelipatan yang dipotong, dililitkan ke dimensi inti yang diberikan, harus dihilangkan tegangannya dengan anil pada 790 derajat dalam atmosfer non-oksidasi yang kering. Panci dan pelat anil harus terbuat dari baja karbon rendah untuk menghilangkan kontaminasi karbon, yang dapat sangat merusak kualitas.

Setelah anil penghilang tegangan, inti dipotong dan inti transformator dirakit dengan mengikat baja di sekitar kumparan pembawa arus tembaga (atau aluminium). Dalam keadaan anil pelepas tegangan, baja berorientasi butir sensitif terhadap tekanan mekanis; oleh karena itu, inti harus dirakit dengan hati-hati. Terlepas dari perawatan yang dilakukan perakitan, kualitas akhir inti selalu lebih rendah daripada pelepas stres yang dianil, tidak dipotong.

Perbedaan kualitas, yang biasa disebut sebagai "faktor pembunuh", adalah karena sensitivitas regangan relatif dari baja berorientasi butir, prosedur penanganan di pabrik, dan keseragaman dan jumlah ruang udara di teras. Sebagai fungsi dari desain dan pembuatan transformator, dua faktor terakhir adalah yang paling baik dikendalikan oleh pabrikan. Sebagian besar luka inti digunakan dalam aplikasi transformator distribusi dari 25 hingga 500 kVA.

Pembuatan dan penggunaan baja silikon non-orientasi

Baja silikon non-orientasi tidak menggunakan proses rekristalisasi sekunder untuk mengembangkan sifat mereka, dan anil suhu tinggi tidak penting. Oleh karena itu, batas silikon yang lebih rendah, seperti yang diperlukan untuk nilai berorientasi, tidak penting.

Nilai non-berorientasi mengandung antara {{0}}.5 dan 3,25 persen Si ditambah hingga 0,5 persen Al, ditambahkan untuk meningkatkan resistivitas dan menurunkan suhu rekristalisasi primer. Pertumbuhan butir sangat diinginkan di kelas yang tidak berorientasi, tetapi umumnya jauh lebih sedikit daripada di kelas yang berorientasi.

Pemrosesan strip canai panas mirip dengan yang dijelaskan untuk berorientasi kualitas. Setelah pengkondisian permukaan, strip biasanya digulung dingin langsung ke pengukur akhir dan dijual ke produsen transformator dalam salah satu dari dua kondisi: diproses sepenuhnya atau setengah diproses. Setelah penggulungan dingin terakhir, strip dianil, dekarburasi menjadi 00,005 persen C atau kurang dan mengembangkan struktur butir yang diperlukan untuk sifat magnetik. Sampel kemudian diambil dari setiap ujung koil dan diuji.

Baja silikon non-orientasi yang diproses sepenuhnya umumnya digunakan dalam aplikasi di mana:

Jumlahnya terlalu kecil untuk menjamin pengurangan stres oleh konsumen, atau

Lembarannya sangat besar sehingga akan sulit untuk mempertahankan bentuk fisik yang baik setelah anil penghilang stres 843 derajat.

Baja non-orientasi tidak sensitif terhadap deformasi sebagai produk berorientasi. Akibatnya, regangan geser adalah satu-satunya efek deformasi, yang seharusnya menurunkan kualitas magnetik. Karena laminasi biasanya besar, deformasi geser ini dapat ditoleransi. Sebagian besar nilai yang diproses sepenuhnya digunakan sebagai laminasi yang dicap dalam aplikasi seperti rotor dan stator.

Baja non-berorientasi memiliki orientasi acak. Mereka biasanya digunakan dalam peralatan berputar besar seperti motor AC, generator listrik dan alternator. Baja yang diproses sepenuhnya menjalani anil "penuh" (untuk mengembangkan kualitas magnetik yang optimal), membuatnya lebih lembut dan lebih sulit untuk dibor daripada produk setengah jadi. Nilai dengan kandungan paduan yang lebih tinggi lebih keras dan karenanya lebih mudah untuk dilubangi.

Kemampuan meninju dalam baja yang diproses sepenuhnya dapat ditingkatkan dengan menambahkan lapisan organik, yang bertindak sebagai pelumas selama stamping dan memberikan beberapa insulasi tambahan ke skala dasar. Jika kekuatan interlaminasi yang baik diperlukan, bahan yang diproses sepenuhnya dapat dibeli dengan veneer dasar.

Produk setengah jadi biasanya mengalami anil dekarburisasi suhu rendah setelah penggulungan dingin akhir. Karbon tidak harus dihilangkan ke tingkat yang sama seperti pada bahan yang diproses sepenuhnya. Pabrikan transformator kemudian akan menganil material dalam atmosfer dekarburasi basah untuk dekarburasi lebih lanjut dan mengembangkan sifat magnetik. Setelah anil dekarburisasi pabrik, sampel diambil, dipotong menjadi kupon, didekarburasi pada 843 derajat setidaknya selama satu jam, dan diuji untuk mengklasifikasikan koil.

Baja silikon non-orientasi semi-proses digunakan untuk aplikasi anil dekarburisasi pelanggan. Secara umum, produk ini memiliki karakteristik punching yang baik dan digunakan dalam berbagai aplikasi seperti rotor kecil, stator, dan transformator daya kecil. Baja semi-proses dapat dibeli dengan skala yang sangat melekat, atau dengan lapisan isolasi di atas karat. Lapisan organik bertindak sebagai pelumas selama meninju, tetapi tidak tahan terhadap suhu anil pelepas stres; oleh karena itu, tidak berlaku untuk bahan setengah jadi.

Tabel 1. Nama-nama paling penting dari baja silikon yang ditentukan oleh standar yang berbeda