RĪGAS VALSTS TEHNIKUMS

V. MeĜĦikovs

ELEKTROTEHNISKIE MATERIĀLI

I DAěA

VADĪTĀJU, MAGNĒTISKIE UN KONSTRUKCIJAS MATERIĀLI

Rīga 2006

2

PRIEKŠVĀRDS

Grāmata „Elektrotehniskie materiāli. I daĜa. Vadītāju, magnētiskie un konstrukcijas

materiāli” paredzēta galvenokārt to Rīgas Valsts tehnikuma specialitāšu izglītojamiem, ku-

riem jāapgūst mācība par elektrotehniskajiem materiāliem. Grāmatas saturs atbilst šo disciplī-

nu mācību programmai „Enerăētika”.

Grāmatā ietverti visi svarīgākie programmas jautājumi, aplūkotas plaši lietojamo elek-

trotehnisko materiālu galvenās īpašības. Aprakstīti elektriskie procesi, kas noris materiālos un

lielā mērā nosaka šo materiālu darba drošumu. Grāmatā sniegtās ziĦas palīdzes izglītojamiem

racionāli izvēlēties un lietot elektroizolācijas, magnētiskos un citus elektrotehniskos materi-

ālus.

146 lapaspuses, 73 ilustrācijas, 30 tabulas, 29 bibliogrāfiskie nosaukumi.

3

Satura radītājs

Priekšvārds 2

Satura radītājs 3

1. Elektrotehnisko materiālu klasifikācija un raksturlielumi…….. 5

1.1. Elektrotehnisko materiālu klasifikācija……………………….. 5

1.2. Materiālu mehāniskie raksturlielumi………………………….. 6

1.3. Materiālu elektriskie raksturlielumi…………………………... 11

1.4. Materiālu termiskie raksturlielumi……………………………. 16

1.5 Materiālu fizikāli ėīmiskie raksturlielumi……………………. 18

2. Vadītāji materiāli…………………………………………………... 21

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

Vadītāju materiālu klasifikācija………………………………….

Vadītāju materiālu elektrovadītspēja…………………………….

Vadītāju materiālu mehāniskās un termiskās īpašības…………...

Termopirmspriegums (Termo-EDS)…………………………….

Supravadītāji un kriovadītāji……………………………………

21

22

28

30

31

3. Vadītāju materiāli un to izstrādājumi ………………………………… 34

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

3.6.

3.7.

3.8.

3.9.

3.10.

Lielas elektrovadītspējas materiāli………………………………

Lielas pretestības sakausējumi……………. ………………….

Elektrovakuuma materiāli ………………………………………

Kontaktu materiāli ……………………………………………

Elektrotehniskie ogles materiāli ………………………………...

KabeĜizstrādājumi ……………………………………………...

Vadi un kabeĜi gaisvadu elektropārvades līnijām.

Spēka kabeĜi.

Vadi

Lodes un kušĦi

34

39

41

43

47

51

51

58

67

72

4. MAGNĒTISKO MATERIĀLU ĪPAŠĪBAS 74

4.1. Klasifikācija …………………………………………… 74

4.2. Feromagnētiėu īpašības……………………………………. 76

4.3. Feromagnētisko materiālu raksturlīknes ……………………… 79

4.4. Jaudas zudumi magnētiskajos materiālos …………………….. 87

4

5. MAGNĒTISKIE MATERIĀLI…………………………………... 92

5.1. Magnētisko materiālu klasifikācija ………………………. 92

5.2. Magnētiski mīkstie materiāli ………………………… 94

5.3. Zemfrekvences magnētiski mīkstie materiāli …………………. 95

5.4. Magnētiski cietie materiāli 105

6. Konstrukciju materiāli……………………………………………... 109

6.1. Konstrukciju tēraudi…………………………………………… 109

6.2. Čuguni…………………………………………………………. 123

6.3. Varš un tā sakausējumi………………………………………… 128

6.4. Alumīnijs un tā sakausējumi………………………………….. 135

6.5. Magnijs un tā sakausējumi……………………………………. 139

6.6. Titāns un tā sakausējumi……………………………………… 140

6.7. Antifrikcijas materiāli…………………………………………. 142

Izmantotā literatūra……………………………………………

144

5

1. ELEKTROTEHNISKO MATERIĀLU KLASIFIKĀCIJA UN RAKSTURLIELUMI

1.1. ELEKTROTEHNISKO MATERIĀLU KLASIFIKĀCIJA

Elektrotehniskie materiāli ir speciāli materiāli, no kuriem izgatavo elektriskās mašīnas,

aparātus, instrumentus un citus elektroiekārtu un elektroietaišu elementus. Visus elektroteh-

niskos materiālus parasti iedala četrās pamatgrupās:

dielektriskie materiāli,

vadītāji materiāli,

pusvadītāji materiāli un

magnētiskie materiāli.

Atšėirību starp vadītājiem, dielektriskajiem un pusvadītājiem materiāliem nosaka dažādu

atomu enerăētiskie līmeĦi.

DaĜa šo līmeĦu ir aizpildīta ar elektroniem normālā, neierosinātā atomā. Citos līmeĦos

elektroni var atrasties tikai pēc tam, kad atoms tiek pakĜauts ārējai enerăētiskai iedarbībai —

kad atoms ierosināts.

Tiecoties atkal nonākt stabilā stāvoklī, atoms tajā momentā, kad elektroni atgriežas līme-

Ħos, kuros atoma enerăija ir minimāla, izstaro enerăijas pārpalikumu.

Enerăētiskās zonas, kuras veido enerăētisko līmeĦu kopums, sauc par atĜautajām zonām.

Tās parasti viena no otras ir atdalītas ar aizliegtajam zonām, kuru enerăētiskie līmeĦi padara

elektronu atrašanos tajās neiespējamu.

AtĜautajiem līmeĦiem atbilstošās enerăētiskās zonas iedala aizpildītajās un brīvajās zonās.

Ja no aizpildītās zonas daĜa elektronu pāriet uz brīvo zonu, rodas elektrovadāmība. Tā ir

atkarīga no elektronu pārejai patērētā enerăijas daudzuma un tai proporcionālā aizliegtās zo-

nas platuma.

Vadītāju, pusvadītāju un dielektriėu vadītspējas atšėirības nosaka to struktūras īpatnības.

1.1. att. Dielektriėu, pusvadītāju un vadītāju enerăētiskās diagrammas 1— ar elektroniem aizpildītā zona; 2 — aizliegtā zona; 3 — brīvo enerăētisko līmeĦu zona.

6

No cietvielu zonu teorijas izriet, ka

dielektriėi ir tādi materiāli, kuriem aizliegtā zona ir tik plata, ka parastos apstākĜos elek-

trovadītspēja nav novērojama;

pusvadītāji ir vielas ar daudz šaurāku aizliegto zonu, kuru var pārvarēt ārēja enerăētiska

iedarbība;

vadītāji ir materiāli, kuros ar elektroniem aizpildītā zona cieši piekĜaujas brīvo enerăētis-

ko līmeĦu zonai vai pat pārklāj to. Tā rezultātā elektroni metālā ir brīvi, tā ka viĦi var pāriet

no aizpildītās zonas līmeĦiem uz brīvās zonas neaizĦemtajiem līmeĦiem jau vājas elektriskā

lauka intensitātes iespaidā.

Elektrisko mašīnu, aparātu un ietaišu drošs darbs ir atkarīgs no elektrotehnisko materiālu

pareizas izvēles un kvalitātes.

Racionāli izvēloties elektroizolācijas, magnētiskos un citus elektrotehniskos materiālus,

var izveidot ekspluatācijā drošas elektroiekārtas ar maziem izmēriem un nelielu masu. Lai to

izdarītu, jāpārzina elektrotehnisko materiālu īpašības un šo īpašību izmaiĦas elektriskā sprie-

guma, temperatūras un citu faktoru ietekmē.

Lielumus, ar kuriem novērtē kāda materiālā īpašības, sauc par raksturlielumiem. Lai pil-

nībā novērtētu noteikta elektrotehniskā materiāla īpašības, jāzina tā mehāniskie, elektriskie,

termiskie un fizikāli ėīmiskie raksturlielumi. Magnētiskajiem materiāliem jāzina arī to magnē-

tiskie raksturlielumi, lai varētu novērtēt šo materiālu magnētiskās īpašības.

1.2. MATERIĀLU MEHĀNISKIE RAKSTURLIELUMI

Materiāla galvenie mehāniskie raksturlielumi ir stiprība stiepē σst, stiprība spiedē

σsp,. stiprība statiskajā liecē σl un triecienstigrība a.

Materiāla stiprību stiepē σst nosaka noteiktas formas materiālu paraugiem, kuru forma

nodrošina stiepes slodzes vienmērīgu sadalījumu parauga vidusdaĜas šėērsgriezumā. Pa-

rauga 1 paresninātos galus iestiprina pārbaudes mašīnas tērauda spīlēs 2 (1.2. att.). Ma-

šīnas apakšējā spīle ir nekustīga, bet otrai spīlei pieliek stiepes spēku P. Pārbaudes mašī-

nas apgādātas ar ierīci, kas pierakstaslodzes un parauga garuma izmaiĦas pārbaudes

gaitā, t.i., uzĦem stiepes diagrammu. Pārbaudes sākumā, kad slodze ir neliela parauga

pagarinājums ∆l it proporcionāls slodzei. Šāda sakarība ir novērojama līdz slodzei Pp,

pēc kuras aprēėina proporcionalitātes robežspriegumu σp:

Pa,,S

Pσ

0

pp =

7

S0 — parauga šėērsgriezuma laukums pirms pārbaudes, m2.

Paaugstinot slodzi no Pp līdz PT, metāls sāk it kā tecēt. Attiecīgo spriegumu σT

sauc par tecēšanas robežu, un to aprēėina šādi:

Pa.,S

Pσ

0

TT =

Spriegumu, kas atbilst lielākai slodzei Pb pirms parauga sagraušanas, sauc par ro-

bežstiprību un aprēėina pēc formulas:

,S

Pσ

0

bb = (1.1)

kur Pb — graujošās deformācijas spēks, materiālu stiepjot, N;

S0 — parauga šėērsgriezuma laukums pirms pārbaudes, m2.

Izdarot materiāla pārbaudi stiepē, nosaka arī plastiskuma rādītājus: relatīvo pagarinā-

jumu un relatīvo šėērsgriezuma samazinājumu.

Relatīvais pagarinājums δ ir attiecība starp parauga sākotnējo garumu; to izsaka pro-

centos:

%,10010000

0 ⋅∆=⋅

−=

l

l

l

llkδ

kur lk – parauga garums pēc pārraušanas, m;

l0 – parauga sākotnējais garums, m.

Relatīvais šėērsgriezuma samazinājums ψ ir attiecība starp parauga šėērsgriezuma

samazinājumu pēc pārraušanas un tā sākotnējo šėērsgriezumu; to izsaka procentos:

%,1000

0 ⋅−

=S

SS kψ

kur S0 — parauga šėērsgriezuma laukums pirms pārbaudes, m2;

Sk – parauga šėērsgriezums pārraušanas vieta, m2.

Materiāla stiprību spiedē σsp nosaka paraugiem, kuriem ir cilindra vai kuba forma. Vei-

dotām vai presētām plastmasām šo raksturlielumu nosaka 15 mm augstiem pilniem cilin-

driem, kuru diametrs ir 10 mm.

Paraugu novieto starp pārbaudes spiednes tērauda plāksnēm, kuram pieliek spiedes

slodzi. To palielina ar noteiktu ātrumu līdz parauga sagraušanas momentam.

Materiāla stiprību spiedē, Pa, aprēėina pēc formulas

,S

Pσ

0

spsp = (1.2)

8

kur Psp — graujošās deformācijas spēks, materiāla paraugu spiežot, N;

S0 - parauga šėērsgriezuma laukums pirms pārbaudes, m2.

1.2. att. Elektrokeramiska materiāla paraugs, kas ievietots mašīnas spīlēs pārbaudei stiepē: 1 —

elektrokeramiska materiāla paraugs, 2 — tērauda spīles.

1.3. att. Plastmasas paraugs (stienītis), kas no-vietots uz diviem tērauda atbalstiem pārbaudei statiskajā liecē un triecienstigrības pārbaudei: 1 — tērauda uzgalis, 2 — plastmasas paraugs,

3 — tērauda atbalsts

Materiāla stiprību statiskajā liecē σl nosaka materiāla taisnstūrveida šėērsgriezuma

stienīšiem. Materiāla paraugu 2 (1.3. att.) ievieto pārbaudes mašīnā tā, ka parauga gali brīvi

balstās uz diviem tērauda atbalstiem 3. Lieces slodzi Pl, kas pielikta parauga 2 vidū ar tērauda

uzgaĜa 1 starpniecību, vienmērīgi palielina tik ilgi, kamēr paraugs tiek sagrauts. Materiāla

stiprību statiskajā liecē, Pa, aprēėina pēc formulas

,bh

Lp1,5σ

2l

l = (1.3)

kur Pl — graujošā lieces slodze, N;

L — atstatums starp tērauda atbalstiem pārbaudes mašīnā, m;

b — parauga platums, m;

h — parauga biezums, m.

Vairumam materiālu (plastmasām) lieto stienīšus, kuru šėērsgriezums ir 10X15 mm,

bet garums — 120 mm.

Triecienstigrību a nosaka paraugiem, kas ir vai nu 120 mm gari stienīši ar šėērsgrie-

zumu 15X10 mm (plastmasas), vai ari pilni cilindri. Materiāla paraugu novieto pārbau-

des ierīcē uz diviem tērauda atbalstiem 3 (sk. 1.3. att.). Pa pētāmā parauga centru sit

ar krītoša svārsta tērauda uzgali 1, izraisot trieciena lieci.

Triecienstigrību aH, J/m2, aprēėina kā darba ∆A, ko patērē svārsts parauga sagrau-

šanai, un parauga sākotnējā šėērsgriezuma laukuma S0 attiecību:

9

.S

∆Aa

0H = (1.4)

Jo mazāka triecienstigrība, jo materiāls trauslāks.

izmantot par tehnoloăisku raksturlielumu, piemēram, auksta štancēšanā, vilkšanā, kur ne-

pieciešams Ĝoti plastisks materiāls.

Izdarot pārbaudi stiepē, parauga šėērsgriezums izmainās. Tā kā robežsprieguma aprē-

ėiniem izmanto parauga sākotnējo šėērsgriezuma laukumu, tad plastiskiem materiāliem stiepes

spriegumu noteikšana ir ar noteiktu kĜūdu. Daudz precīzāku parauga deformācijas un spriegu-

ma sakarību iegūst pēc faktisko spriegumu diagrammas, kur faktisko spriegumu aprēėina, da-

lot slodzi dotajā momentā ar šai momentā esošo parauga šėērsgriezuma laukumu.

Bez pārbaudes stiepē veic arī materiālu pārbaudi spiedē, liecē un vērpē.

Materiālu cietība. Par cietību sauc materiāla spēju pretoties plastiskai deformācijai, ko

rada cita, cietāka ėermeĦa iespiešanās. Cietības noteikšanas vienkāršības un ātruma dēĜ, kā

arī tādēĜ, ka, zinot materiāla cietību, bez parauga sagraušanas var spriest par tā īpašībām,

šī pārbaudes metode tiek plaši izmantota materiālu kvalitātes kontrolē.

Apskatīsim plašāk pielietojamās cietības noteikšanas metodes.

Brinela metode. Šī cietības noteikšanas metode pamatojas uz to, ka pārbaudāmā ma-

teriāla virsmā ar pastāvīgu slodzi P iespiež rūdītu tērauda lodīti (1.4. att. a). Pēc slodzes

noĦemšanas materiālā paliek iespiedums ar diametru d un dziĜumu h.

Cietība, pēc Brinela, HB ir slodzes attiecība pret iegūtā iespieduma virsmas laukumu:

[ ] Pa,πDh

P

)d(DDπD

2PHB

22=

−−=

kur P — slodze (N);

D — lodītes diametrs (m);

d — iespieduma diametrs (m);

h — iespieduma dziĜums (mm).

Lodītes diametru D un slodzi P izvēlas atkarībā no pārbaudāma materiāla sastāva, cie-

tības un parauga biezuma. Cietības noteikšanai tēraudam un čugunam izmanto lodīti ar

diametru D = 10 mm un slodzi P=30 kN (P =30 D2), vara sakausējumiem — D = 10 mm,

P = 10 kN (P = 10 D2), mīkstiem metāliem — D =10 mm, P = 2,5 kN (P = 2,5 D2).

Lai noteiktu cietību metāliem, izmēra iespieduma diametru d un pēc tabulām

nosaka cietību. Plastmasām, kas ir Ĝoti elastīgas, cietību nosaka, izmērot lodītes ie-

spieduma dziĜumu h zem slodzes (slogošanas ilgums 60 s) un aprēėinot cietības

skaitli.

10

Brinela metodi nedrīkst lietot materiāliem, kuru cietība lielāka par HB 450, jo

lodīte var deformēties. To nedrīkst lietot arī plānu materiālu cietības noteikšanai.

1.4. att. Cietības noteikšanas shēmas:

a — pēc Brinela; b — pēc Rokvela un c — pēc Vikersa metodēm.

Rokvela metode. Pēc šīs metodes materiālā iespiež dimanta konusu ar virsotnes leĦėi 120°

vai rūdītu tērauda lodīti ar diametru 1,588 mm un mēra iespieduma dziĜumu pirms un pēc slo-

gošanas. Dimanta konusu lieto cietiem, bet lodīti — mīkstiem materiāliem.

Konusu un lodīti slogo ar divām secīgām slodzēm (1.4. att. b): priekšslodzi P0 = 10 kG un

pamatslodzi — konusam P1 = 50 kG (A skala) vai P1 = 140 kG (C skala), lodītei P1 = 90 kG

(B skala). Cietību pēc Rokvela metodes mēra nosacītās vienībās, kas atbilst uzgaĜa pārvieto-

jumam 0,002 mm. To aprēėina pēc šādas formulas:

,

c

)h(hkHR 01 −−=

kur h0 — iespieduma dziĜums (mm) zem slodzes P0;

h1 — iespieduma dziĜums (mm) pēc pamatslodzes noĦemšanas, paliekot priekšslodzei P0;

k — pastāvīgs lielums, kas lodītei ir 0,26, konusveida uzgalim 0,2;

c — indikatora ieda|as vērtība (0,002 mm).

Rokvela cietības skaitlis raksturo uzgaĜa iespiedumu dziĜumu starpību; jo cietāks metāls,

jo šī starpība ir mazāka. Iespiedumu dziĜumu starpību automātiski uzrāda uz pārbaudes aparā-

ta indikatora skalas. Rokvela cietības skaitli apzīmē ar burtiem HR, pierakstot arī lietotās ska-

las apzīmējumu. Tā, piemēram, ja lietota C skala, raksta HRC 64. Visplašāk lieto C skalu; to

izmanto rūdītu tēraudu un cietu virsmas slāĦu cietības pārbaudei.

Sakarā ar mērīšanas vienkāršību, ātrumu, augsto precizitāti un iespieduma nelielo izmēru,

Rokvela metodi plaši izmanto materiālu cietības noteikšanai rūpniecībā un zinātniskajā dar-

bā.

Vikersa metode. Šo cietības pārbaudes metodi lieto plānu detaĜu un plānu virsmas slāĦu

cietības noteikšanai. Cietību nosaka, iespiežot pārbaudāmajā virsmā četrstūra dimanta piramī-

11

du (leĦėis starp skaldnēm 136°) un izmērot rombiskā iespieduma diagonāles garumu (1.3.

att. c). Cietību pēc Vikersa nosaka, aprēėinot attiecību starp piramīdai pielikto slodzi P un

iespieduma virsmas laukumu pēc šādas formulas:

,mm

kG

d

P1,8544

d2

α2Psin

S

PHV

222===

kur P — piramīdai pieliktā slodze (5, 10, 20, 30, 50, 100, 120 kG);

α — leĦėis starp piramīdas pretējām skaldnēm;

d — vidējais diagonāles garums (mm).

Slodzes lielumu izvēlas atkarībā no pārbaudāmā materiāla biezuma — jo plā-

nāks materiāls, jo mazāka slodze piramīdai jāpieliek. Vikersa cietības skaitli, zinot

izmērītās diagonāles garumu, var noteikt pēc tabulām.

Mikrocietības metode. Šo metodi izmanto, lai noteiktu cietību Ĝoti plāniem slāĦiem,

maza izmēra detaĜām un atsevišėām struktūras sastāvdaĜām. Cietību mēra ar aparātu,

kas Ĝauj dimanta piramīdu slogot ar nelielu slodzi — 5-500 G un mikroskopā no-

lasīt iespieduma diagonāles garumu. Šo metodi var izmantot arī struktūras nevienmē-

rības noteikšanai, konstruējot pēc mērījumu rezultātiem t. s. atkārtošanās biežuma

līknes.

Mērīšanas paraugi jāsagatavo līdzīgi mikrošlifiem. Mikrocietību nosaka pēc šādas

formulas:

,mm

kG

d

P1,8455H

22=

kur P — piramīdas slodze kG);

d — iespieduma diagonāles garums (mm).

Mikrocietības apzīmējumam H bieži pievieno indeksu, kas rāda slodzes lielumu

gramos, piemēram, H50 = 220 kG/mm2.

Materiālu spēju lēni un nepārtraukti plastiski deformēties ilgstošas slodzes iedarbībā

augstas temperatūras apstākĜos sauc par šĜūdi.

Aukstās plastiskās deformācijas rezultātā metāls nostiprinās, palielinās tā stiprība un cie-

tība, mazinās plastiskums. Šo parādību sauc par uzkaldi.

1.3. MATERIĀLU ELEKTRISKIE RAKSTURLIELUMI

Īpatnējā elektriskā pretestība. Ikviens elektrotehniskais materiāls — vadītājs,

12

pusvadītājs un pat dielektriėis — vada elektrisko strāvu. Lai novērtētu kāda materiāla

elektrovadītspēju, jānosaka šī materiāla īpatnējā elektriskā pretestība.

Īpatnējo elektrisko pretestību, Ω·m, aprēėina pēc formulas

,l

SR=ρ (1.5)

kur R— materiāla parauga kopējā elektriskā pretestība, Q;

S — materiāla parauga laukums, caur kuru plūst strāva, m2;

l — strāvas ceĜa garums materiāla paraugā, m.

Mērvienība SI sistēmā ir Ω·m. Dažreiz īpatnējo elektrisko pretestību izsaka ar vienību

Ω·cm (1 Ω·cm = 0,01 Ω·m).

Metāla vadītājiem īpatnējā pretestība ir

Ĝoti maza — ρ = 10-8...10-6 Ω·m. Tas norāda

uz vadītāju materiālu lielo elektrovadītspē-

ju.

Pusvadītāju materiālu īpatnējo pretestī-

bu vērtības ir lielākas nekā vadītājiem mate-

riāliem (ρ = 10-4...10-8 Ω·m), bet dielektri-

ėiem vēl lielākas — ρ = 108...1018 Ω·m.

1.5. att. Materiālu īpatnējas pretestības atkarība

no temperatūras: 1— vadītājam, 2— pusvadītājam, 3 — dielektriėim.

Dielektriėu īpatnējo pretestību lielās skaitliskās vērtības norāda uz šo materiālu visai nie-

cīgo elektrovadītspēju. Dielektriėiem jāievēro divas īpatnējās pretestības: īpatnējā tilpuma

pretestība ρv un īpatnējā virsmas pretestība ρs.

Īpatnējo tilpuma pretestību var novērtēt pēc dielektriėa elektriskās pretestības, ja caur

dielektriėi plūst strāva. Īpatnējo virsmas pretestību var novērtēt pēc dielektriėa pretestības, ja

strāva plūst pa dielektriėa virsmu. īpatnējo virsmas pretestību mēra omos (Ω). Skaitliski ρs

vērtības vienmēr ir mazākas par ρv vērtībām (tās ir 109...1016 Ω).

Vadītajiem materiāliem un pusvadītājiem mēra tikai kopējo īpatnējo pretestību ρ, jo šiem

materiāliem neizšėir tilpuma un virsmas strāvas.

Elektrotehnisko materiālu īpatnējā pretestība lielā mērā ir atkarīga no temperatūras (1.5.

att.).

Īpatnējās pretestības temperatūras koeficients αρ ir raksturlielums, ar kuru var novērtēt

materiāla īpatnējās elektriskās pretestības izmaiĦas, mainoties tā temperatūrai. Lineārām īpat-

nējās pretestības izmaiĦām αρ , K-1 aprēėina pēc formulas

,

)T(Tρ

ρρα

121

12ρ −

−=

(1.6)

13

kur ρ1 — materiāla īpatnējā elektriskā pretestība sākuma temperatūrā T1;

ρ2 — materiāla īpatnējā elektriskā pretestība temperatūrā T2.

No 1.5. attēla var secināt, ka vadītājiem materiāliem αρ > 0. Tas norāda uz elektriskās pre-

testības palielināšanos, palielinoties vadītāja materiāla temperatūrai. Pusvadītājiem un dielek-

triėiem αρ < 0, kas norāda uz pretestības samazināšanos, paaugstinoties šo materiālu tempera-

tūrai.

Dielektriskā caurlaidība εr. Zinot dielektrisko caurlaidību εr, var novērtēt dielektriėa spēju

veidot elektrisku kapacitāti. Kā zināms, divu metāla klājumu veidota plakana kon-

densatora kapacitāte C ir tieši proporcionāla dielektriskas caurlaidības lielumam εr:

,

h

SεεC r0=

(1.7)

kur h — atstatums starp klājumiem (dielektriėa biezums), m;

S — kondensatora viena klājuma laukums, m2;

ε0 — elektriskā konstante (ε0 = 8,85418·10-12 F/m);

εr — dielektriskā caurlaidība (bez vienības).

Dielektrisko materiālu dielektriskā caurlaidība ir atkarīga no polarizācijas procesu intensi-

tātes, kuri norisinās dielektriėos tiem pieliktā sprieguma ietekmē. Izšėir četrus galvenos die-

lektriėu polarizācijas veidus: elektronu polarizāciju, dipolu polarizāciju, jonu polarizāciju un

domēnu polarizāciju.

Elektronu polarizācija ir elastīga elektronu apvalku nobīde attiecībā pret kodolu dielektri-

ėa atomos (vai jonos). Elektronu polarizācija noris bez izĦēmuma visos dielektriėos.

Dipolu polarizācija ir polāro molekulu (dipolu) pagriešanās. Šo polarizācijas veidu novēro

tikai polāriem organiskiem dielektriėiem, kas sastāv no polārām molekulām, kurām ir elek-

trisks moments. Dielektriėus, kuru molekulām elektrisku momentu nav, sauc par nepolāriem

dielektriėiem.

Tā kā nepolāros dielektriėos vienīgais polarizācijas veids ir elektronu polarizācija, tad šo

dielektriėu dielektriskā caurlaidība nav liela — εr = 1,0-2,2. Polāriem dielektriėiem polarizā-

cijas intensitāte ir lielāka nekā nepolāriem dielektriėiem, jo šajos dielektriėos darbojas divi

polarizācijas veidi: dipolu polarizācija un elektronu polarizācija. Tāpēc polāro dielektriėu die-

lektriskā caurlaidība ir lielāka nekā nepolāro dielektriėu caurlaidība (εr = 3- 8).

Jonu (neorganiskajiem) dielektriėiem (vizlai, elektrokeramikai) līdztekus elektronu pola-

rizācijai raksturīga arī jonu polarizācija, kas izpaužas kā elastīga jonu nobīde no sava līdzsva-

ra stāvokĜa. Polarizācijas procesa intensitāte jonu dielektriėiem ir liela, tāpēc to dielektriskā

caurlaidība ir 8-20 un lielāka (jonu dielektriėos, kuru struktūra nav monokristāliska, notiek arī

14

jonu relaksācijas polarizācija: vāji saistītie joni ierobežoti pārvietojas un izraisa aktīvās jaudas

izkliedi).

Domēnu polarizācija novērojama īpašai dielektriėu grupai, kurus sauc par segnetoelektri-

ėiem. Tipisks šīs dielektriėu grupas pārstāvis ir segneta sāls NaKC4H4O6·4H2O.

Segnetoelektriėos ir apgabali (domēni) ar orientētiem dipoliem. Pievienojot spriegumu,

segnetoelektriėī sākas intensīvs domēnu polarizācijas process. Tas izpaužas kā dipolu pagrie-

šanās segnetoelektriėa domēnos elektriskā lauka spēku ietekmē. Vienlaikus segnetoelektriėī

norisinās arī jonu un elektronu polarizācijas procesi. Segnetoelektriėu dielektriskās caurlaidī-

bas vērtība sasniedz 1500-4500 un vairāk.

Dielektrisko materiālu dielektriskā caurlaidība mainās atkarībā no temperatūras (1.6. att.),

pieliktā sprieguma frekvences un citiem faktoriem.

Dielektrisko zudumu leĦėa tangenss tgδ. Ja metāla vadītāja gabalu vienreiz pieslēdz līdz-

spriegumam, bet otrreiz maiĦspriegumam, kura efektīvā vērtība vienāda ar līdzspriegumu, tad

enerăijas zudumi abos gadījumos ir vienādi, tātad P~ = P-.

Ja šo pašu mēăinājumu izdara ar polāru organisku dielektriėī, tad enerăijas zudumi maiĦ-

sprieguma gadījumā daudzkārt pārsniedz enerăijas zudumus līdzsprieguma gadījumā, tātad

P~ >> P-. Aktīvās jaudas zudumus dielektriėī sauc par dielektriskajiem zudumiem.

Aktīvās jaudas zudumu dielektriėī (mērvienība W), ja tam pieslēgts līdzspriegums, aprē-

ėina pēc formulas

P = U·I,

kur I — caur dielektriėi plūstošās strāvas stiprums, A;

U — dielektriėim pieliktais līdzspriegums, V.

MaiĦsprieguma gadījumā dielektriskos zudumus aprēėina pēc formulas

Pa = U2·2πfCtgδ, (1.8)

kur U — dielektriėim pieliktais maiĦspriegums, V;

f — frekvence, Hz;

C — dielektriėa (izolācijas) kapacitāte, F.

No izteiksmes (1.8) izriet, ka noteikta sprieguma U, frekvences f un dielektriėa kapacitā-

tes C gadījumā aktīvie zudumi tajā ir atkarīgi no lieluma tgδ. Gāzveida dielektriėim tgδ = 10-

6... 10-5, tāpēc gāzveida dielektriėus (gaisu u. c.) izmanto etalonkondensatoros.

Labākajiem šėidrajiem un cietajiem dielektriėiem tgδ = (2-6)·10-4, bet pārējiem — tg δ =

0,002... 0,05.

15

Tādējādi tgδ raksturo enerăijas zudumus

dielektriėos. Šis lielums Ĝoti atkarīgs no di-

elektriėa temperatūras (1.7. att.).

Nepolārā dielektriėī tgδ palielināšanos un

tātad arī enerăijas zudumu palielināšanos tajā

izraisa caurplūdes strāvas palielināšanās di-

elektriėī.

1.6. att. Dielektriskās caurlaidības a tkarība no temperatūras:1 — polāram organiskam die-

lektriėim, 2 — nepolāram dielektriėim.

Polāra organiska dielektriėa tgδ pieaugumu līdz temperatūrai t1 izraisa enerăija, kas

tiek izlietota, l a i aizvien vairāk pagrieztu polārās molekulas. Temperatūru intervālā

t1…t2 enerăijas zudumi samazinās. To izraisa dielektriėa sakaršana, kuras rezultātā sa-

mazinās dipolu polarizācijas intensitāte, jo to traucē termiskā kustība (Līdzīgā veidā

aktīvās jaudas zudumus izraisa arī jonu relaksācijas polarizācija neorganiskajos materi-

ālos, kuru struktūra nav monokristāliska). Dielektrisko zudumu leĦėa tangensa tgδ palieli-

nāšanos, tātad arī dielektrisko zudumu palielināšanos dielektriėī, sākot ar temperatūru t2,

izraisa strāvas palielināšanās, jo, dielektriėim sasilstot, tā lādiĦnesēju (brīvo jonu) koncen-

trācija pieaug un tā rezultātā caurplūdes strāva palielinās.

Elektriskā izturība Ec ir elektriskā lauka intensitāte, kuru sasniedzot notiek caursite

— dielektriėī izveidojas vadošs kanāls ar Ĝoti lielu vadītspēju. Dielektriėa elektrisko iztu-

rību (mērvienība SI sistēmā MV/m), aprēėina pēc formulas

,h

UE c

c = (1.9)

kur Uc — caursites spriegums, kuru sasniedzot notiek dielektriėa caursite, kV;

h — dielektriėa biezums caursites vietā, mm.

Elektriskā izturība parasti samazinās, palielinoties dielektriėa biezumam un paaugsti-

noties temperatūrai (1.8. att.).

1.7. att. Dielektrisko zudumu leĦėa tangensa at-

karība no dielektriėa temperatūras: 1 - nepolāram dielektriėim, 2 — polāram organiskam

dielektriėim.

1.8. att. Elektriskās izturības atkarība no dielek-triėa temperatūras (termiskās caursites gadīju-

mā).

16

1.4. MATERIĀLU TERMISKIE RAKSTURLIELUMI

Zinot termiskos raksturlielumus, var novērtēt materiālu izturēšanos, tiem sasilstot.

Tam ir svarīga nozīme, jo lielākā daĜa materiālu elektriskajās mašīnās un aparātos atro-

das paaugstinātā temperatūrā. Galvenie termiskie raksturlielumi ir šādi.

Kušanas temperatūra (tkuš.) ir raksturīga kristāliskas struktūras materiāliem (metāliem,

pusvadītājiem, dielektriėiem), kas noteiktā temperatūrā var pāriet no cieta stāvokĜa šėidrā

stāvoklī.

Mīksttapšanas temperatūra ir raksturīga vielām ar amorfu struktūru - vielas, kuram

struktūras elementi nav sakārtoti kristāliskā režăī, bet izvietoti haotiski (sveėiem, bitume-

niem u. c). Šiem materiāliem pāreja no cieta stāvokĜa šėidrā stāvoklī nenotiek stingri no-

teiktā temperatūrā, bet gan kādā temperatūru intervālā. Tāpēc amorfos materiālus

raksturo ar nosacītu mīksttapšanas temperatūru, kuru sasniedzot materiāls kĜūst viskozi

plūstošs. Materiālu nevar lietot temperatūrā,, kas tuva tā mīksttapšanas temperatūrai,

jo tad tas kĜūst mīksts un var plūst.

Siltumizturība ir raksturlielums, ar kuru var novērtēt, kā dielektriėis iztur īslaicīgu

sasilšanu. Siltumizturību nosaka Martensa aparātā (1.9. att.) paraugiem, kas izveidoti kā

120 mm gari stienīši ar 10X15 mm šėērsgriezumu. Stienīšus 7 vertikālā stāvoklī ievieto

aparāta tērauda ligzdās 9, kas piemetinātas tērauda plāksnei 10. Plāksne novietota uz

pamatnes aparātā 8, kuru silda ar elektriskajiem stieples sildelementiem. Katra stienīša

augšējam galam uzbīda tērauda spaili 6, kam pievienots stienis 5 ar slogu 11. Uz stieĦa 5

brīvā gala balstās tievs tērauda stienītis 1 ar rādītāju 2, Slogu 11 uz stieĦa 5 novieto

ar tādu aprēėinu, lai lieces momenta iedarbības rezultātā stienīša bīstamajā šėērsgriezumā

veidotos 5 MPa liels spriegums.

Martensa aparātā vienlaikus ievieto trīs materiāla paraugus, novietojot starp tiem di-

vus termometrus 4. Izmantojot termoregulatoru, temperatūru termostatā paaugstina ar

ātrumu 50 K/h. Sildīšanas un lieces momenta vienlaicīgas iedarbības rezultātā paraugi

sāk deformēties — izliekties. StieĦa 5 brīvais gals un stienītis 1 pārvietojas uz leju. Stie-

Ħa 5 gala pārvietošanās lielumu fiksē rādītājs 2 uz milimetru skalas 3.

Par siltumizturību, kas noteikta pēc šīs metodes, pieĦem temperatūru, kuru sasniedzot

parauga deformācijas rezultātā rādītājs 2 uz skalas pārvietojas uz leju par 6 mm. Tem-

peratūras vidējo aritmētisko lielumu aprēėina pēc divu termometru rādījumiem, vien-

laikus pārbaudot trīs dotā materiāla paraugus. Tā, piemēram, polistirola siltumizturība pēc

Martensa ir 75-80°C, bet getinaksa siltumizturība — 150-170 °C.

17

1.9. att. Martensa aparāts plastmasu siltumizturības noteikšanai.

Termoizturība ir dielektriskā materiāla spēja ilgstoši izturēt paaugstinātu temperatūru, ne-

pieĜaujami nepasliktinoties tā īpašībām. Elektriskajās mašīnās un aparātos izmantojamos

elektroizolācijas materiālus pēc termoizturības iedala 7 klasēs (1.1. tab.).

Pie Y klases pieder organiskie dielektriėi: dažu marku polistirols un polietilēns; nepie-

sūcinātie šėiedru materiāli: kartoni, papīri, kokvilnas materiāli, dabiskais zīds u. c.

Pie A klases pieder ar piesūcināšanas materiāliem piesūcināti papīri, kartoni, kokvilnas

un zīda materiāli, kā arī lakaudumi, daudzas plastmasas, getinakss, tekstolīts u.c.

Pie B klases pieder tādi materiāli kā lavsāna plēves un šėiedra, stikla tekstolīts uz re-

zolsveėu bāzes u. c.

1.1.tabula

Elektroizolācijas materiālu termoizturības klases

Termoizturības klase Maksimāli pieĜaujamā darba temperatūra

Y 90 .

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

C Virs 180

Pie E klases pieder līmētie vizlas materiāli (mikanīti), vairāki stikla šėiedras materi-

āli ar termoreaktīvu saistvielu un dažas plastmasas ar neorganisku pildvielu.

Pie F klases pieder materiāli, kuru pamatā ir vizla, azbests un stikla šėiedra, kas sa-

18

līmēti vai piesūcināti ar termoizturīgām saistvielām (epoksīdlakām u. c).

Pie H klases pieder silīcijorganiskās lakas, ka arī materiālu kompozīcijas, kas sastāv no

vizlas un stikla šėiedras un salīmētas ar silīcijorganiskiem sveėiem un lakām.

Pie C klases pieder galvenokārt neorganiskas izcelsmes dielektriėi (elektrokeramika,

stikli, vizla bez organiskas izcelsmes līmējošiem vai piesūcinošiem sastāviem u. c.). No or-

ganiskiem lielmolekulāriem dielektriėiem pie šīs klases pieder fluoroplasts-4 un poliimīdi.

Aukstumizturība raksturo materiāla spēju izturēt zemas temperatūras iedarbību. Zemā tem-

peratūrā elastīgie un lokanie dielektriskie materiāli (gumijas, plastmasas, lakas plēves u. c.) sa-

plaisā vai zaudē lokanību.

Šėidriem dielektriėiem aukstumizturību nosaka pēc sacietēšanas temperatūras, kuru sasnie-

dzot tie kĜūst cieti.

Temperatūru, kurā, saskaroties ar atklātu liesmu, uzliesmo tvaiki un gāzes, kas rodas, sildot

noteikta tilpuma šėiedru dielektriėi, sauc par tvaiku uzliesmošanas temperatūru.

1.5. MATERIĀLU FIZIKĀLI ĖĪMISKIE RAKSTURLIELUMI

Skābes skaitlis — kālija hidroksīda (KOH) miligramu skaits, kas nepieciešams

brīvo skābju neitralizācijai vienā gramā šėidra dielektriėa.

Jo lielāks skābes skaitlis, jo vairāk brīvo skābju ir šėidrajā dielektriėī un tātad lielāka

ir tā vadītspēja, tāpēc ka skābes elektriskā sprieguma ietekmē viegli sadalās jonos. Bez

tam skābes noārda šėiedru elektroizolācijas materiālus (papīru, kokvilnas aptinumu

u. c), ar kuriem šėidrais dielektriėis saskaras.

Viskozitāte ir iekšējās berzes koeficients, šėidruma daĜiĦām relatīvi pārvietojoties. Ja

viskozitāte ir liela, šėidrums ir biezs un tā daĜiĦas ir mazkustīgas; ja viskozitāte maza,

šėidruma daĜiĦas ir kustīgas, t. i., šėidrumam raksturīga laba plūstamība.

No viskozitātes ir atkarīga šėidro dielektriėu piesūcināšanas spēja. Jo mazāka pie-

sūcināšanas materiālu (laku, kompaundu) viskozitāte, jo labāk to daĜiĦas iespiežas tinumu

šėiedrainās izolācijas porās. Viskozitātei palielinoties, šėidro dielektriėu piesūcināšanas

spēja samazinās. Lai novērtētu šėidruma iekšējās berzes koeficientu, nosaka kinemātisko

viskozitāti un nosacīto viskozitāti (Kinemātisko viskozitāti mēra m2/s, bet nosacīto viskozitāti

— sekundēs).

Temperatūrai paaugstinoties, visu šėidrumu viskozitāte samazinās. Tas izskaidro-

jams ar savstarpējās iedarbības spēku samazināšanos starp šėidruma daĜiĦām.

Ūdensabsorbējamība ir raksturlielums, ar kuru var novērtēt dielektriėa spēju izturēt

19

ūdens iedarbību, kas, iespiežoties materiāla porās, pasliktina tā elektriskos raksturlielu-

mus. Ūdensabsorbējamības noteikšanai cieto dielektriėu paraugus vispirms nosver, bet

pēc tam iegremdē traukā ar ūdeni istabas temperatūrā. Pēc 24 stundām (materiāliem

ar mazu ūdensabsorbējamību to nosaka paraugiem, kas atradušies ūdenī 48 vai 72 stundas)

paraugus no ūdens izĦem un vēlreiz nosver.

Materiāla ūdensabsorbējamību W procentos aprēėina pēc formulas

,100m

mmW

1

12 ⋅−

= (1.10)

kur m1 — izžāvēta materiāla parauga masa, g;

m2 — materiāla parauga masa pēc 24 stundu atrašanās ūdenī, g.

Tropisko izturību nosaka elektroizolācijas materiāliem, kas paredzēti elektroiekārtām,

kuras darbojas tropiskā klimata apstākĜos.

Elektroizolācijas materiāli, kas nav aizsargāti ar hermētiski slēgtiem apvalkiem, tropu

apstākĜos pakĜauti šādām iedarbībām: augstai apkārtējā gaisa temperatūrai (45-55 °C);

krasām temperatūras izmaiĦām diennakts laikā (līdz 40 K un vairāk); mitrā tropiskā kli-

matā lielam gaisa relatīvajam mitrumam (90-95%); saules radiācijai (liels gaismas plūs-

mas un siltuma plūsmas blīvums); pelējumsēĦu (mikroorganismu) iedarbībai, kuras sabojā

daudzus organiskas izcelsmes izolācijas materiālus; kukaiĦiem un grauzējiem, kas sabojā

elektroizolāciju atklāta tipa elektroiekārtās; gaisam, kas satur sāĜus un putekĜus.

Minētie faktori postoši ietekmē tādus organiskos materiālus kā kokvilnas un zīda audu-

mi, kā arī daudzas plastmasas ar koka miltu pildījumu. Šos materiālus var lietot tikai tad, ja

tie ievietoti hermētiski slēgtos apvalkos vai arī aizsargāti ar biezu tropiski izturīga kom-

paunda (epoksīdsveėu un citu tipu kompaundu) kārtu.

Pret tropisko apstākĜu iedarbību visizturīgākie ir neorganiskas izcelsmes materiāli —

elektrokeramika, bezsārmu stikls u. c. Liela izturība pret tropisko apstākĜu iedarbību rak-

sturīga daudziem organiskas izcelsmes sintētiskajiem dielektriėiem (fenolformaldehīdsve-

ėiem, epoksīdsveėiem, polivinilhlorīdam, silīcijorganiskajiem sveėiem, fluoroplastiem un

plastmasām uz to bāzes ar neorganiskām pildvielām: stikla šėiedru, azbesta šėiedru,

kvarca miltiem, kā arī lakām, emaljām un kompaundiem uz šo sveėu bāzes).

Dielektriskā materiāla vai izstrādājuma tropisko izturību nosaka ar speciālām pārbau-

dēm.

20

Kontroljautājumi

1. Kādi ir materiālu galvenie mehāniskie raksturlielumi? Nosauciet to vienības!

2. Kādi ir materiālu galvenie elektriskie raksturlielumi? Nosauciet to vienības!

3. Ka mainās dielektriėu, pusvadītāju un vadītāju īpatnējā elektriskā pretestība atkarī-

bā no temperatūras?

4. Nosauciet materiālu termiskos raksturlielumus!

5. Nosauciet materiālu galvenos fizikāli ėīmiskos raksturlielumus!

21

2. VADĪTĀJU MATERIĀLI

2.1. VADĪTĀJU MATERIĀLU KLASIFIKĀCIJA

Vadītājus materiālus var klasificēt pēc

elektrovadītspējas mehānisma,

agregātstāvokĜa,

izmantošanas veida.

Elektrovadītspējas mehānismu materiālā nosaka lādiĦnesēju veids. Vadītajos materiālos pa-

rasti novērojama elektronu vai jonu vadītspēja.

Pēc agregātstāvokĜa izšėir cietos un šėidros vadītājus materiālus.

Praktiski visnozīmīgākie ir cietie vadītāji materiāli, pie kuriem pieder galvenokārt metāli

un to sakausējumi. Cietie vadītāji materiāli sastāv no kristāliskā režăa un elektronu gāzi

(2.1. att.). Tajos praktiski brīvi ir visi atomu ārējās čaulas elektroni, tādēĜ metāliem un to sa-

kausējumiem raksturīga elektronu vadītspēja un Ĝoti liela lādiĦnesēju koncentrācija, kura visos

materiālos ir apmēram vienas kārtas lielums. Struktūras elementi kristāliskajā režăī atro-

das termiskā svārstību kustībā ap režăa mezgliem. Svārstību intensitāte un amplitūda atka-

rīga no ārējiem apstākĜiem, it sevišėi no temperatūras un spiediena.

2.1. att. Cieta vadītāja struktūra

Šėidrie vadītāji materiāli ir izkausēti metāli un to sakausējumi, kā arī elektrolīti. Izkausēta-

jos metālos novērojama elektronu vadītspēja. Normālos apstākĜos šėidrs ir vienīgi dzīvsud-

rabs (kušanas temperatūra ap -39°C), bet pārējie metāli un to sakausējumi kūst tikai paaug-

stinātā temperatūrā. Elektrolīti ir sāĜu, skābju vai bāzu šėīdumi ūdenī un izkausēti sāĜi.

Tiem raksturīga jonu vadītspēja.

Visas gāzes un tvaiki, to skaitā arī metālu, zemos elektriskā lauka spriegumos nav vadītāji. No-

teiktā t. s. kritiskā elektriskā lauka spriegumā, kurā sākas trieciena un fotojonizācija, gāze top vadī-

tāja ar elektronu un jonu vadītspēju. Ja gāze ir stipri jonizēta un tajā negatīvi lādēto elektronu un po-

22

zitīvi lādēto jonu skaits tilpuma vienībā ir vienāds, tad vielu tādā stāvoklī sauc par plazmu. Plazmā

notiek jaukta elektronu un jonu vadītspēja.

Elektrotehnika un radiotehnika par vadītajiem materiāliem lieto galvenokārt metālus un to

sakausējumus, tādēĜ tālāk aplūkoti fizikālie procesi, kas notiek tieši šādos vadītājos materi-

ālos. Pēc ėīmiskā sastāva tos iedala tīros metālos un sakausējumos. Tīriem metāliem ir homo-

gēna kristāliska struktūra. Parasti tā ir polikristāliska, bet, pielietojot speciālas metodes, var

iegūt arī metālu monokristālus. Arī sakausējumiem ir polikristāliska struktūra. Atkarībā no

struktūras īpatnībām izšėir divus galvenos metālu sakausējumu tipus — cietu šėīdumu un

cietu mehānisku maisījumu.

Cietu šėīdumu veido komponenti, kuriem gan atomu rādiusi, gan kristāliskā režăa konstantes

ir apmēram vienādas. Šāda sakausējuma komponenti kristalizējas kopīgā režăī, veidojot homo-

gēnu struktūru. Kristāliskais režăis cieta šėīduma tipa sakausējumos ir izkropĜots, jo kompo-

nentu parametri tomēr vairāk vai mazāk atšėiras.

Cietu mehānisku maisījumu veido komponenti, kuriem atomu rādiusi un režăa konstantes

ir Ĝoti atšėirīgas. Katrs komponents kristalizējas atsevišėi, tādēĜ rodas nehomogēna sistēma, ku-

rā katra komponenta kristāli veido atsevišėu fāzi.

Ja komponenti nav inerti, tie sakausējumā ėīmiski reaăē un veido saliktas vielas, kuras

sauc par intermetātiskiem savienojumiem. Intermetāliskie savienojumi bieži vien pēc īpašībām

ir pusvadītāji. Šādu komponentu veidotajam cietam mehāniskam maisījumam ir sarežăīts fāzu

sastāvs, jo komponents, kas sakausējumā ir mazākumā, neveido atsevišėu fāzi, bet ir pilnīgi

saistīts savienojumā. Daži metāli var veidot vairākus intermetāliskus savienojumus. Tā,

piemēram, magnija un cinka sakausējumā atkarībā no komponentu daudzuma attiecības var

pastāvēt savienojumi MgZn, Mg2Zn3, MgZn4 un MgZn6.

Vadītāju materiālu klasifikācija pēc izmantošanas veida dota 3. nodaĜā.

2.2. VADĪTĀJU MATERIĀLU ELEKTROVADĪTSPĒJA

Vadītāju materiālu elektrovadītspējas raksturošanai lieto īpatnējo pretestību ρ, kuras

mērvienība ir Ω·m vai µΩ·m.

,l

sR ⋅=ρ (2.1)

kur R — materiāla parauga kopējā elektriskā pretestība, Ω;

s — materiāla parauga laukums, caur kuru plūst strāva, m2;

ℓ — strāvas ceĜa garums materiāla paraugā, m.

23

Rokasgrāmatās doto īpatnējās pretestības skaitlisko vērtību mērvienība bieži vien ir

Ω·mm2/m. Lai šīs skaitliskās vērtības pārrēėinātu SI sistēmas mērvienībās, izmanto sakarī-

bu 1 Ω·mm2/m = 10-6 Ω·m = l µΩ·m.

Īpatnējai pretestībai apgriezto lielumu — īpatnējo elektrovadītspēju σ

ρ

σ1= (2.2)

vadītāju materiālu raksturošanai lieto reti. Mērvienība SI sistēmā ir sīmenss .1 Ω=S

Elektrovadītspējas īpatnības metālos un to sakausējumos var analizēt, izmantojot universālo

elektrovadītspējas vienādojumu, kurā lādiĦnesēja lādiĦš q aizstāts ar elektrona lādiĦu e:

σ = neu,

kur n ir brīvo elektronu koncentrācija, u – lādiĦnesēju kustīgums.

Elektronu koncentrācija metālos un to sakausējumos ir gandrīz vienas kārtas lielums — ap-

mēram 1028 m-3. Elektronu kustīgums turpretim dažādos metālos var būt atšėirīgs — to nosaka

elektrona brīvā noskrējiena garums, kuru ierobežo sadursmes ar metāla katjoniem. Tātad kustī-

gums atkarīgs galvenokārt no metāla kristāliskās struktūras īpašībām, kvalitātes un režăa svār-

stībām. Jo tuvāka ideālai ir metāla kristāliskā struktūra un jo mazāk tajā defektu, jo lielāks ir

elektronu kustīgums un līdz ar to arī elektrovadītspēja. Elektronu vidējais kustības ātrums

metālos ir mazs — nepārsniedz dažus milimetrus sekundē. Dažādiem metāliem un sakau-

sējumiem elektronu kustīgums praktiski atšėiras ne vairāk kā par divām kārtām, tādēĜ arī

īpatnējo pretestību vērtības aptver tikai diapazonu no 10-8 Ω·m līdz l0-6 Ω·m. Salīdzinājumam

atzīmēsim, ka dielektriėiem īpatnējās tilpuma pretestības vērtības var būt vairāk nekā desmit

kārtu robežās — no 107 Ω·m līdz 1018 Ω·m.

Metāliskos vadītājus materiālus iedala metālos ar lielu elektrovadītspēju — īpatnējā pretes-

tība ρ normālā temperatūrā nepārsniedz 0,05 µΩ·m un lielas pretestības sakausējumos, ku-

riem ρ tajos pašos apstākĜos ir ne mazāk par 0,3 µΩ·m.

Vadītājus ar lielu elektrovadītspēju izmanto vadu, kabeĜu, kopĦu u. c. izgatavošanai. Metālus

un sakausējumus ar lielu pretestību izmanto rezistoru, sildierīču, kvēlspuldžu pavedienu u. c. izga-

tavošanai.

Atsevišėu grupu pārstāv supravadītāji un kriovadītāji — materiāli, kuru elektriskā pretestība

temperatūrās, kas tuvas absolūtajai nullei, ir Ĝoti niecīga.

Metālu īpatnējā pretestība nav konstants lielums, jo to nosaka ne tikai vielas struktūra,

bet arī dažādi citi faktori. Galvenie no tiem ir temperatūra, mehāniskās deformācijas, termiskā

apstrāde un piejaukumi. Tā kā brīvo elektronu koncentrācija metālos ir praktiski konstanta,

īpatnējās pretestības mainīšanos rada vienīgi elektronu kustīguma palielināšanās vai samazi-

24

nāšanās.

Paaugstinoties temperatūrai, metālu īpatnējā pretestība palielinās. Tas izskaidrojams ar

elektronu kustīguma samazināšanos — temperatūras paaugstināšanās rezultātā palielinās

režăa mezglu jonu termiskās svārstību kustības intensitāte un amplitūda, kas kavē

elektronu dreifu pretēji elektriskā lauka virzienam, t. i., samazina elektronu brīvā no-

skrējiena garumu. Metālam izkustot, šī paša iemesla dēĜ elektrovadītspēja lēcienveidā sa-

mazinās (2.2. att.). Šėidru un cietu metālu īpatnējo pretestību ρšė. un ρC attiecību kuša-

nas temperatūrā raksturo šādas skaitliskās vērtības:

Metāls Hg Cu Au Zn Sn Ag Al

ρšė. / ρc 3,2 2,4 2,28 2,19 2,10 1,9 1,64

Daudziem tīriem metāliem, paaugstinot temperatūru no vērtībām, kas nedaudz pār-

sniedz absolūto nu l l i , līdz kušanas temperatūrai tkuš, īpatnējā pretestība palielinās gan-

drīz lineāri (2.3. att.). Temperatūru pazeminot līdz absolūtajai nullei, metālu īpatnējā

pretestība kĜūst vienāda ar nulli, jo režăa termiskās svārstības pilnīgi izzūd, tādēĜ

elektronu brīvā noskrējiena garums un kustīgums kĜūst neierobežoti lieli.

Visiem sakausējumiem un arī dažiem tīriem metāliem (piemēram, dzelzij) īpatnējās

pretestības atkarība no temperatūras ir sarežăītāka (sk. 2.2. att.).

Īpatnējā elektriskā pretestība vairumam metālu krasi palielinās, pārejot no cieta stāvokĜa

šėidrā. Piemēram, varam tā palielinās apmēram 2,4 reizes.

2.2. att. Īpatnējās pretestības atkarība no temperatūras metāliskiem materiāliem: Tkuš — metāla kušanas temperatūra, TD – Debaja temperatūra, Tkr – kritiska temperatūra

Eksperimentālo faktu analīze parāda, ka pilnā īpatnējā pretestība ir struktūras un termis-

kajiem defektiem atbilstošo pretestības daĜu summa:

ρ = ρd + ρT . (2.1)

25

kur ρT — īpatnējā pretestība, kas saistīta ar režăa svārstībām siltuma ietekmē; ρd. — īpatnējā

pretestība, kuru izsauc kristāliskā režăa defekti. Izteiksmi (2.1) sauc par Matisena likumu.

2.3. att. Īpatnējās pretestības tipiskā atkarība no temperatūras tīriem metāliem: T — temperatūra, kurai aprēėina īpatnējās pretestības temperatūras koeficientu; ρ — šai temperatūrai atbilstošā īpatnējā pretes-

tība.

Temperatūrai palielinoties, galvenā nozīme ir elektronu sadursmēm ar termiskajiem de-

fektiem, bet Ĝoti zemās temperatūrās noteicošās ir sadursmes ar struktūras defektiem. Sākot ar

T = 20 K, īpatnējā pretestība pieaug proporcionāli temperatūrai ěoti zemu temperatūru inter-

vālā īpatnējā pretestība gandrīz nav atkarīga no temperatūras un tiecas uz paliekošo vērtību,

kad temperatūra tiecas uz nulli. Paliekošo pretestību nosaka kristālrežăa struktūras defekti. To

labi var redzēt 2.4. attēlā. Paliekošā pretestība pieaug, palielinoties piejaukumu koncentrācijai,

un ir sevišėi liela dažādiem metālu sakausējumiem. Tas rāda, ka sakausējumu kristālrežăī ir

liela struktūras defektu koncentrācija.

2.4. att.

Praktiskos aprēėinos metāla īpatnējas pretestības ρ mainīšanos atkarībā no tempe-

ratūras nosaka, izmantojot īpatnējās pretestības temperatūras koeficientu αρ

[ ],)(1 00 TT −+= ραρρ (2.1a.)

kur ρ0 ir īpatnēja pretestība, ja temperatūra ir T0 =273 K = 00C

Koeficientu αρ tīriem metāliem var noteikt, izmantojot 2.3. attēlā parādīto tuvināto līkni. No

tās redzams, ka temperatūras pieaugums vienāds ar temperatūru, kurai aprēėina αρ, bet īpatnējās

pretestības pieaugums vienāds ar šai temperatūrai atbilstošo īpatnējās pretestības vērtību:

26

∆T =T —T0 = T — 0 = T; ∆ρ = ρ - ρ0 = ρ - 0 = ρ.

Ievietojot šos lielumus formulā, var konstatēt, ka tīriem metāliem īpatnējās pretestības tem-

peratūras koeficients ir aptuveni (ievērojot līknes tuvināto raksturu) vienāds ar kelvinos

mērītai temperatūrai apgrieztu lielumu:

.111

TTT=⋅=

∆∆

=ρ

ρρ

ρα ρ (2.2)

Precīziem aprēėiniem šo aptuveno koeficienta vērtību lietot nevar.

Metāliem, kuriem īpatnējās pretestības raksturlīkne ir savādāka, īpatnējās pretestības

temperatūras koeficients nesakrīt ar aprēėināto vidējo vērtību, piemēram, dzelzij tas normālos

apstākĜos ir 1,5 reizes lielāks. Metālu sakausējumiem α bieži vien ir mazāks, pie tam atsevišėos

gadījumos var būt vienāds ar nulli vai pat negatīvs.

Metāliskā vadītāja īpatnējās pretestības izmaiĦas šaurā intervālā (100° C robežās) arī var no-

vērtēt ar īpatnējās pretestības temperatūras koeficientu αρ

,1

01

01

0 TT −

−=

ρρρ

α ρ (2.3)

kur ρ0— īpatnējā pretestība sākuma temperatūrā To, bet ρ1 — temperatūrā T1. To parasti pieĦem

20° C, tāpēc αρ bieži uzrāda pie 20° C.

Izmantojot koeficienta αρ nozīmes temperatūras intervālam T1 — To, var pietiekami precīzi

noteikt īpatnējo pretestību ρ2 jebkurai temperatūrai T2 šā intervāla robežās:

[ ].)(1 1202 TT −+= ραρρ . (2.4)

Mehānisko deformāciju ietekme uz metālu elektrovadītspēju atkarīga no deformācijas rak-

stura. Ja deformācija ir plastiska, tās rezultātā metāla kristāliskā struktūra tiek papildus

izkropĜota, tādēĜ elektronu kustīgums un īpatnējā elektrovadītspēja samazinās. Elastīgas de-

formācijas ietekme atkarīga no deformācijas veida. Spiedes deformācijas gadījumā kristāliskā

režăa mezglu jonu svārstību amplitūda samazinās, tādēĜ elektronu kustīgums un īpatnējā

elektrovadītspēja palielinās. Turpretim stiepes deformācijas gadījumā režăa mezglu jonu

svārstību amplitūda palielinās, tādēĜ elektronu kustīgums un īpatnējā elektrovadītspēja sama-

zinās. īpatnējo pretestību ρ elastīgi deformētam metālam var aprēėināt pēc formulas:

),1(0 ϕγρρ ±= (2.5)

kur ρ0 — īpatnējā pretestība pirms deformācijas;

φ — mehāniskās deformācijas koeficients (Pa-1);

γ — mehāniskais spriegums metāla šėērsgriezumā (Pa).

Stiepes deformācijas gadījumā formula raksta plusa zīmi, spiedes deformācijas gadījumā

27

- mīnusa zīmi.

Termiskās apstrādes ietekme uz materiāla elektrovadītspēju atkarīga no apstrādes veida un

kristāliskās struktūras mainīšanās apstrādes rezultātā. Rūdīšanas procesā, metālu sakarsējot

līdz augstai temperatūrai un strauji atdzesējot, struktūra kĜūst sīkgraudaina, kā arī palielinās

defektu koncentrācija, tādēĜ elektronu kustīgums un īpatnējā elektrovadītspēja samazinās.

Turpretim atkvēlināšanas procesa, lēni atdzesējot sakarsētu metālu, veidojas rupjgraudaina

struktūra, izzūd iekšējie mehāniskie spriegumi un samazinās struktūras defektu daudzums,

tādēĜ elektronu kustīgums un īpatnējā elektrovadītspēja palielinās.

Ar struktūras īpatnībām un pārmaiĦām izskaidrojama arī īpatnējās elektrovadītspējas at-

karība no ėīmiskā sastāva un piejaukumiem. Piejaukumi parasti izkropĜo metāla kristālisko

struktūru, tādēĜ, pieaugot metāla tīrības pakāpei, tā īpatnējā elektrovadītspēja palielinās.

Metālu sakausējumu elektrovadītspēju un tās atkarību no temperatūras nosaka sakausē-

juma veids un sastāvs. 2.5. attēlā redzamas diagrammas, kas parāda īpatnējās pretestības un

tās temperatūras koeficienta atkarību no sastāva dažādiem sakausējumu tipiem. Aplūkoti ti-

kai binārie sakausējumi, kas sastāv no diviem komponentiem, jo vairāku komponentu gadījumā

īpašību atkarību no sastāva nav iespējams attēlot plaknē.

Cieta mehāniska maisījuma gadījumā raksturlielumi mainās lineāri starp tām vērtībām, kas

raksturīgas tīriem komponentiem, jo katra fāze saglabā savus raksturlielumus un to rezultē-

jošā vērtība atkarīga tikai no komponentu daudzuma attiecības (2.5. att. a).

Cieta šėīduma tipa sakausējumiem izkropĜotās struktūras dēĜ lādiĦnesēju kustīgums ir ma-

zāks un īpatnējā pretestība lielāka nekā tīriem komponentiem, tādēĜ diagrammā (2.5. att. b) ir

līkne ar izteiktu maksimumu, kurš atbilst tādai komponentu daudzuma attiecībai, kad struktūra

visvairāk izkropĜota. Arī īpatnējās pretestības temperatūras koeficients mainās nelineāri, pie

tam šīs izmaiĦas attēlo līkne ar minimumu. Atsevišėos gadījumos α vērtības kādā

komponentu daudzuma attiecību diapazonā var kĜūt arī negatīvas. Īpatnējās pretestības

temperatūras koeficienta samazināšanās izskaidrojama ar to, ka, palielinoties struktū-

ras defektu koncentrācijai, elektronu kustīgums strauji samazinās un temperatūras mai-

nīšanās to ietekmē mazāk.

Sakausējums, kura komponenti veido intermetāliskus savienojumus, īstenībā ir īpat-

nēja daudzkomponentu sistēma, kas sastāv no vienkāršajiem komponentiem un to ėīmis-

kajiem savienojumiem. Diagrammā (2.5. att. c) pa kreisi no abscisas, kura atbilst kom-

ponentu daudzuma attiecībai ėīmiskā savienojumā AmBm, attēlotas ρ un α izmaiĦas binā-

rajam sakausējumam, kas sastāv no viena komponenta un ėīmiskā savienojuma, kurā

saistīti visi otra komponenta atomi. Savukārt pa labi no šīs abscisas attēlotas ρ un αρ izmaiĦas

28

sakausējumam, kuru veido tikai ėīmiskais savienojums un otrs komponents. TādēĜ šāda sa-

kausējuma diagramma sastāv no divām elementāro bināro sakausējumu diagrammām. LīkĦu

punktus, kuros lēcienveidā mainās līknes raksturs, sauc par singulārajiem punktiem. Ja kompo-

nenti var veidot divus vai vairākus dažādus ėīmiskos savienojumus, diagramma sastāv atbilstoši

no trim vai vairākām elementāro bināro sakausējumu diagrammām.

a b

c

2.3. att. Īpatnējās pretestības un tās temperatūras koeficienta atkarība no sastāva dažādu tipu binā-

rajiem metālu sakausējumiem: A un B — sakausējumu komponenti;

a — ciets mehānisks maisījums; b — ciets šėī-dums; c — sakausējums, kurā veidojas

ėīmisks savienojums AmBn.

Metālu īpatnējā elektrovadītspēja nav atkarīga no elektriskā lauka frekvences. Pa vadītā-

ju plūstošas strāvas samazināšanās augstfrekvences elektriskajā laukā izskaidrojama nevis ar

materiāla īpašību mainīšanos, bet gan ar skinefekta parādību. Skinefekta jeb virsmas efekta bū-

tība ir tā, ka elektriskais lauks neiespiežas materiālā, bet novērojams tikai virsējā slānī. Vadī-

tāja tilpumā, palielinoties atstatumam no virsmas, elektriskā lauka intensitāte pakāpeniski sa-

mazinās. Praktiskos aprēėinos pieĦem, ka elektrisko strāvu skinefekta gadījumā vada tikai va-

dītāja virsējais slānis, kura biezums ir tāds, ka zem šī slāĦa elektriskā lauka intensitāte ir

vismaz e reizes mazāka nekā uz vadītāja virsmas (e — naturālo logaritmu bāze).

2.3. VADĪTAJU MATERIĀLU MEHĀNISKĀS UN TERMISKĀS ĪPAŠĪBAS

Metālu un to sakausējumu nozīmīgākās mehāniskās īpašības ir

cietība,

mehāniskā izturība un

plastiskums.

Pietiekama cietība, liela mehāniskā izturība spiedē un liela dilšanas izturība nepieciešama

29

kontaktu materiāliem un metāliem, kurus izmanto komutācijas un sadales ierīču izgatavošanai.

Liela izturība stiepē nepieciešama galvenokārt vadu materiāliem. Metāliem, no kuriem izga-

tavo Ĝoti tievus vadus vai plānas lentas un folijas, jābūt pietiekami plastiskiem. Metālu plas-

tiskumu raksturo relatīvais pagarinājums pārraušanas brīdī.

Nozīmīgākās metālu termiskās īpašības ir

kūstamība,

siltumvadītspēja,

siltumabsorbcija un

termiskā izplešanās.

Pēc kušanas temperatūras metāla vadītājus iedala trīs grupās, kurām raksturīga zema (līdz

500°C), vidēja (500-1500°C) vai augsta (virs 1500°C) kušanas temperatūra. No kušanas tempe-

ratūras atkarīga ne tikai metāliem pieĜaujamā darba temperatūra, bet arī tehnoloăiskās un eko-

nomiskās īpašības, jo metāliem, kuriem ir augstāka kušanas temperatūra, pārstrādes tehnoloăija

ir komplicētāka un dārgāka.

No kušanas temperatūras atkarīga arī metālu termiskā izplešanās. Jo augstāka ir metāla

kušanas temperatūra, jo mazāks tā lineārās izplešanās temperatūras koeficients.

Metālu iegūšanas tehnoloăiskajā procesā un iekārtu temperatūras režīma noteikšanā liela no-

zīme ir metālu siltumkapacitātei Ct — siltuma enerăijas daudzumam, kas jāpatērē, lai metāla

masas vienību sasildītu par 1 K.

Metāliem raksturīga ne tikai liela elektrovadītspēja, bet arī liela siltumvadītspēja. Tas iz-

skaidrojams ar brīvo elektronu gāzes nozīmi elektrības un siltuma vadīšanas procesos.

Kvantitatīvo sakarību starp metāla siltumvadītspējas koeficientu λ un īpatnējo elektrovadītspēju

σ nosaka Vīdemana—Franca likums:

,aT=σλ

(2.6)

kur a — proporcionalitātes koeficients; ,

T — metāla temperatūra (K).

Koeficientu a sauc par Vīdemana—Franca konstanti, jo lielākai daĜai tīru metālu tas ir

konstants lielums, kura skaitliskā vērtība ir

,/KV1023,23 2282

−⋅=

=e

ka (2.7)

kur k ir Bolcmana konstante, bet e — elektrona lādiĦš.

Elektrotehnikā un radiotehnikā lietojamo metālu elektriskie, mehāniskie un termiskie

raksturlielumi doti 2.1. tabulā.

30

2.1. tabula

Dažu metālu galvenie raksturlielumi normālos apstākĜos

Metāls

Blīvums, kg/m3

Tkuš,

0C

Ct,

J/kgK

λ,

W/mK

αl,

K-1

ρ,

Ω·m

αρ,

K-1

HB,

MPa Varš 8900 1083 385 390 16,5·10-8 1,72·10-8 4,3·10-3 380 Alumīnijs 2700 657 922 209 24·10-8 2,8·10-8 4,2·10-3 250 Dzelzs 7800 1535 452 73 11·10-8 9,8·10-8 6·10-3 650 Niėelis 8900 1455 444 95 13·10-8 7,3·10-8 6,5·10-3 730 Platīns 21400 1770 134 71 9·10-8 10,5·10-8 3,9·10-3 500 Zelts 19300 1003 126 293 14,2·10-8 2,4·10-8 3,8·10-3 185 Sudrabs 10500 961 234 415 19,3·10-8 1,61·10-8 4·10-3 250 Volframs 19300 3380 138 168 4,4·10-8 5,5·10-8 4,6·10-3 4500 Molibdēns 10200 2620 264 151 5,1·10-8 5,7·10-8 4,6·10-3 1870 Tantāls 16800 2996 142 54 6,5·10-8 13,5·10-8 3,8·10-3 1000 Niobijs 8600 2415 272 50 7,2·10-8 18·10-8 3·10-3 750 Titāns 4500 1725 577 15 8,1·10-8 42·10-8 4,4·10-3 2000 Cirkonijs 6500 1845 276 17 5,4·10-8 41·10-8 4,5·10-3 1530 Rēnijs 21000 3145 138 71 4,7·10-8 21,1·10-8 3,2·10-3 2500 Pallādijs 12000 1555 243 72 11,9·10-8 11·10-8 3,8·10-3 600 Alva 7300 232 226 65 23·10-8 12·10-8 4,4·10-3 50 Svins 11400 327 130 35 29·10-8 21·10-8 3,7·10-3 40 Cinks 7100 420 390 111 31·10-8 5,9·10-8 4·10-3 330 Kadmijs 8600 321 230 93 30·10-8 7,6·10-8 4,2·10-3 200 Berilijs 1850 1284 2025 168 13·10-8 5,0·10-8 6·10-3 1530 Nātrijs 970 98 1220 125 71·10-8 4,6·10-8 5·10-3 0,7 Dzīvsudrabs 13600 -39 138 10 61·10-8 95,8·10-8 0,9·10-3 „

2.4. TERMOPIRMSPRIGUMS (TERMO-EDS)

Elektriskā ėēdē, kas sastāv no dažādiem virknē saslēgtiem vadītājiem materiāliem, gadīju-

mā, kad kontaktu temperatūras ir atšėirīgas, rodas pirmspriegums jeb elektrodzinējspēks. Šo

parādību sauc par Zēbeka termoelektrisko efektu, bet radušos pirmspriegumu — par termo-

pirmspriegumu (saīsinātā pierakstā termo-EDS).

Zēbeka efekts izskaidrojams ar to, ka brīvo elektronu saistība dažādos materiālos ir atšėirī-

ga. Ja metāls atrodas vakuumā vai gaisā, elektronu gāzes spiediena dēĜ daĜa elektronu difundē

apkārtējā vidē. Tā rezultātā starp metālu

un apkārtējo vidi rodas potenciālu starpī-

ba, jo metāls uzlādējas pozitīvi. Potenciālu

starpībai palielinoties, metāls sāk arvien

stiprāk pievilkt difundējušos elektronus, līdz

2.4. Termoelementa shēma

31

iestājas dinamisks līdzsvars starp elektronu difūziju un atgriešanos metālā. Potenciālu

starpību, kas atbilst līdzsvara stāvoklim, sauc par attiecīgā metāla potenciālu.

Saskaroties diviem dažādiem metāliem, starp tiem veidojas kontakta potenciālu star-

pība. To var aprēėināt pēc formulas

,lnB

AABAB n

n

e

kTUUU +−= (2.8)

kur UAB — kontakta potenciālu starpība;

UB un UA — kontaktā esošo metālu potenciāli;

k — Bolcmana konstante;

T — kontakta temperatūra (K);

e — elektrona lādiĦš;

nA un nA — elektronu koncentrācija kontaktā esošos metālos.

Kontakta potenciālu starpība dažādiem metālu pāriem ir robežās no volta desmitda-

Ĝām līdz dažiem voltiem.

Noslēgtā ėēdē, kurā kontaktu temperatūras ir vienādas, kontaktu potenciālu starpī-

bu summa vienāda ar nulli. Ja turpretim kontaktu temperatūras ir dažādas, novērojams

Zēbeka efekts un rodas termo-EDS. Ėēdei, kas sastāv no diviem vadītājiem A un B

(2.4. att.), termo-EDS vienāds ar kontaktu potenciālu starpību summu:

),()(ln

lnln

2121

21

TTATTn

n

e

k

n

n

e

kTUU

n

n

e

kTUUUUU

B

A

A

BBA

B

AABBAABT

−=−=

=+−++−=+=

(2.9)

kur UT — termo-EDS;

b

A

n

n

e

kA ln= — ėēdei raksturīgs konstants lielums, ko sauc par īpatnējo termo-EDS.

2.5. SUPRAVADĪTĀJI UN KRIOVADĪTĀJI

Pazeminoties temperatūrai, metālu un to sakausējumu pretestība samazinās. TādēĜ teorē-

tisku un praktisku interesi izraisa metālu elektrovadītspēja kriogēnās (Ĝoti zemās) tempera-

tūrās, kas tikai nedaudz pārsniedz absolūto nulli. Kriogēno temperatūru iegūšanai lieto aukstuma

pārnesējus — sašėidrinātas gāzes. Viszemāko temperatūru nodrošina hēlijs, kura viršanas

temperatūra ir 4,2 K. Pieejamāki un lētāki aukstuma pārnesēji ir ūdeĦradis un slāpeklis, kuru

viršanas temperatūra ir attiecīgi 20,4 K un 77,4 K.

32

Kriogēnā temperatūrā daudzos metālos notiek īpatnējās pretestības lēcienveida samazinā-

šanās līdz. Ĝoti niecīgai vērtībai, kas praktiski vienāda ar nulli, — metāls kĜūst par ideālu

vadītāju. Tādu parādību sauc par supravadītspēju, bet materiālus, kam šī īpašība piemīt, — par

supravadītājiem. Temperatūru, kurā materiāls iegūst supravadītāja īpašības, sauc par supravadī-

šanas pārejas kritisko temperatūru Tkr.

Supravadītspējas parādību 1911. gadā atklāja holandiešu zinātnieks Kamerlings-Onness. Pētot

dzīvsudraba elektrisko pretestību zemās temperatūrās, noskaidrojās, ka 4,2° K (-268,8° C ir šėid-

ra hēlija viršanas temperatūra) temperatūrā dzīvsudraba pretestība strauji samazinās praktiski līdz

nullei un to vairs nav iespējams izmērīt. Ja Ħemtu noslēgtu metāla ėēdi (gredzenu) supravadīšanas

apstākĜos kritiskajā temperatūrā Tkr un ierosinātu šajā ėēdē strāvu, tad strāva ėēdē plūstu ne-

ierobežoti ilgi.

Pašreiz zināmi 35 metāli un vairāk nekā tūkstoš sakausējumu un dažādu elementu ėīmisko

savienojumu ar supravadītāju īpašībām (2.2. tabula).

Tādi elektriskās strāvas vadītāji ka sudrabs, varš un zelts, kā arī feromagnētiskie materiāli

dzelzs, niėelis, kobalts un to sakausējumi nav supravadītāji.

Pēc supravadītspējas mikroskopiskās teorijas (izstrādājuši amerikāĦu fiziėi Bardīns, Kūpers,

Srifers 1957. gadā) metālu supravadītspēju var izskaidrot tādējādi, ka temperatūrās, kas tuvas ab-

solūtajai nullei, mainās elektronu savstarpējās iedarbības un elektronu un atomu režăa iedarbības

raksturs, tā ka kĜūst iespējama vienādi lādēto elektronu pievilkšanās un veidojas brīvo elektronu

pāri (Kūpera efekts).

2.2. tabula.

Dažu supravadītāju galvenās īpašības

Materiāli Tkr, K Bkr, T ELEMENTĀRIE

Alumīnijs 1,19 0,0099 Irīdijs 0,14 0,0020 Niobijs 9,22 0,1944 Alva 3,72 0,0309 Cinks 0,91 0,0053 Vanādijs 5,30 0,1370

SALIKTIE — SAKAUSĒJUMI 44 % niobija + 56 % titāna 8,70 12 50% niobija + 50% cirkonija 9,50 11

SAVIENOJUMI Vanādija gallīds V3Ga 14 50 Niobija gallīds Nb3Ga 15 7 Niobija stannīds Nb3Sn 18 22

33

Tā kā Kūpera pāriem supravadītspējas stāvoklī ir liela saites enerăija, tad starp viĦiem un ato-

mu režăi enerăētisko impulsu apmaiĦa nenotiek un metālu elektriskā pretestība kĜūst praktiski

vienāda ar nulli.

Temperatūrai palielinoties, daĜa elektronu tiek termiski ierosināti, un tie pāriet vieninieka stā-

voklī, kas raksturīgs parastajiem metāliem. Kritiskā temperatūrā Tkr sairst visi Kūpera pāri un sup-

ravadītspēja izzūd.

Analoăisku rezultātu novēro noteikta magnētiskā lauka lielumā (kritiskā intensitāte Hkr vai

kritiskā indukcija Bkr), t. i., uz daudziem supravadītājiem iedarbojoties pat ar vāju magnētisko lauku,

to supravadītspēja zūd.

Šo īpašību dēĜ elektrotehnikā praktiski var izmantot tikai t. s. trešā veida supravadītājus —

savienojumus, piemēram, niobiju ar alvu, ar titānu, ar cirkoniju un titānu u. c.

Viena no galvenajām supravadītāju lietošanas jomām ir lieljaudas supravadoši solenoīdi (magnē-

tiskie lauki ar B = 20 T). Enerăijas patēriĦš atdzesēšanai līdz 4,2° K temperatūrai ir 1000 reižu ma-

zāks nekā tādas pašas jaudas parasta elektromagnēta barošanai.

Lietojot supravadošus tinumus, var būtiski samazināt elektrisko mašīnu un transformatoru

gabarītus un masu.

Supravadošu kabeĜu konstrukcijas dod iespēju ievērojami palielināt pārvadāmās jaudas bez

enerăijas zudumiem.

Kriovadītāji jeb hipervadītāji ir metāli, kam ir samērā zema elektriskā pretestība zemās tempe-

ratūrās, kas tomēr ir augstākas par supravadītāju kritiskajām temperatūrām. Šo materiālu elek-

triskā pretestība krasi samazinās šėidra ūdeĦraža (20,4° K), šėidra neona (27,3° K) un šėidra slā-

pekĜa (77,4° K) temperatūrā.

Tas izskaidrojams ar kristāliskā režăa svārstību intensitātes krasu samazināšanos, kā rezultātā

samazinās elektronu izkliede, kuri ir strāvas veidotāji metālu vadītājos. Elektronu izkliedes pakāpi

šajā gadījumā nosaka vienīgi piemaisījumu daĜiĦas, ko satur metāliskais kriovadītājs.

Tāpēc par kriovadītājiem lieto ėīmiski Ĝoti tīrus metālus:

Cu ≥ 99,99 %; Al ≥ 99,999 %;

Ag ≥ 99,99 %; Be ≥ 99,95%.

Kriogēnā izpildījumā izgatavoto elektrisko mašīnu un aparātu gabarītus un masu var ievēro-

jami samazināt.

34

3. VADĪTĀJU MATERIĀLI UN TO IZSTRĀDĀJUMI

Pēc izmantošanas veida vadītājus materiālus iedala piecās grupās:

1. lielas elektrovadītspējas materiāli;

2. lielas pretestības materiāli;

3. elektrovakuuma materiāli;

4. kontaktu materiāli;

5. elektrotehniskie ogles materiāli.

3.1. LIELAS ELEKTROVADĪTSPĒJAS MATERIĀLI

No materiāliem, kam ir liela elektrovadītspēja, izgatavo vadus, kopnes, kabeĜu dzīslas un citas

elektrotehnisko un radiotehnisko iekārtu strāvu vadošās daĜas. Lai šo daĜu īpatnējā pretestība būtu

minimāli maza, izmanto metalurăiskā procesā iegūtus tīrus un speciāli attīrītus Ĝoti tīrus materi-

ālus. Šiem materiāliem nepieciešama arī liela mehāniskā izturība stiepē, pietiekama cietība, plas-

tiskums un korozijas izturība. Tīri metāli ar lielu elektrovadītspēju spēju ir mīksti, tādēĜ izstrādā-

jumus, kam vajadzīga palielināta mehāniskā izturība, izgatavo no sakausējumiem. Nozīmīgākie

lielas elektrovadītspējas materiāli ir varš, alumīnijs un daži šo metālu sakausējumi. Retāk lieto

dzelzi mīksta tērauda veidā. Šo materiālu galvenie raksturlielumi doti 20.1. tabulā.

Varš ir viens no vislabākajiem vadītajiem, jo mazāka īpatnējā pretestība ir tikai sudrabam.

Tīrs varš ir mīksts, Ĝoti plastisks materiāls, kas labi velmējams, tādēĜ no tā var izgatavot Ĝoti

tievus vadus un plānas folijas. Ar atbilstošu mehānisko un termisko apstrādi var iegūt varu,

kam ir dažāda struktūra un īpašības. Varu stiepjot vai velmējot aukstā stāvoklī, tam veidojas

sīkgraudaina struktūra, tādēĜ palielinās vara cietība un mehāniskā izturība, taču vienlaikus pa-

lielinās arī īpatnējā pretestība. Atkvēlinot varu, rodas rupjgraudaina struktūra, tādēĜ varam ir

mazāka cietība un mehāniskā izturība, bet lielāks plastiskums un elektrovadītspēja. Atka-

rība no apstrādes veida izšėir cieto varu (MT) un mīksto varu (MM). No mīkstā vara

izgatavo vadus, folijas un kabeĜu dzīslas, no cietā vara — izstrādājumus, kuriem ne-

pieciešama palielināta cietība un mehāniskā izturība, piemēram, kontaktvadus, sadales ie-

kārtu kopnes, elektrisko mašīnu kolektoru plāksnītes.

Vara īpašības Ĝoti atkarīgas no piejaukumu daudzuma. TādēĜ par vadītāju materiālu

var lietot tikai Ĝoti tīru metālu, ko iegūst, elektrolītiski rafinējot metalurăiskā procesā

iegūto varu. Pēc tīrības pakāpes elektrolītiskajam varam izšėir divas markas — Ml un

M0. Varam Ml piejaukumu daudzums nedrīkst pārsniegt 0 , 1 %, bet varam M0 —

0,05%. Sevišėi nevēlams varam ir skābekĜa piejaukums, kas metālu padara trauslu. TādēĜ

35

skābekĜa daudzumu normē atsevišėi, pie tam varam M1 tas nedrīkst pārsniegt 0,08%,

bet varam M0 — 0,02%.

3.1. tabula

Lielas elektrovadītspējas materiālu galvenie raksturlielumi

Materiāls un tā sastāvs

Stāvoklis

ρ,

10-8Ω·m

Īpat

nēj

ā el

ektr

ovad

ītsp

ēja

sa-

līd

zin

āju

mā

ar t

īta

vara

īpat

-n

ējo

elek

trov

adīt

spēj

u, %

σb,

MPa

,l

l∆

%

Varš MisiĦš (68% Cu, 32% Zn) Kadmija bronza (0,9% Cd) Fosforbronza (7% P) Berilija bronza (2,3% Be) Hroma bronza (0,3% Cr, 0,3% Cd) Alumīnijs Aldrejs Dzelzs (mīksts tērauds)

MM MT

Atkvēlināts Velmēts

Atkvēlināta Velmēta

Atkvēlināta Velmēta

Atkvēlināta Velmēta

Atkvēlināta

AM AT - -

1,75 1,79...1,82

- - - - - - - - -

2,95 2,95 3,17 10

- -

40 30 95 85 15 10 30 17 90 - - - -

270 390 380 880 310 730 400 1050 550 1350 300

80 170 350 750

50 4 65 5 50 4 60 3 40 7 30

18 2

6,5 8

Varam ir apmierinoša korozijas izturība, jo metāls ir pasīvs un korozijas produkti uz tā

virsmas veido blīvu aizsargkārtiĦu, kurai ir liela īpatnējā pretestība. Lai uzlabotu vada

virskārtas elektrovadītspēju, kam sevišėi l iela nozīme ir skinefekta gadījumā, vara va-

dus, kurus paredzēts izmantot augstās frekvencēs, pārklāj ar sudrabu.

Varš ir efektīvs naftas eĜ Ĝu novecošanas katalizators, tādēĜ vara vadus, kas paredzēti

ekspluatācijai transformatoru eĜĜā, pārklāj ar alvu.

Varš ir labi metināms un lodējams.

Nozīmīgākie vara sakausējumi, kurus var izmantot par lielas elektrovadītspējas mate-

riāliem, ir bronzas un misiĦi.

Par bronzām sauc vara sakausējumus ar nelielu daudzumu alvas, fosfora, kadmija,

36

berilija vai citu piejaukumu. Bronzām ir ievērojami labākas mehāniskās īpašības, bet

mazāka īpatnējā elektrovadītspēja nekā varam. No bronzām izgatavo elastīgas strāvu

vadošas detaĜas, piemēram, atsperes. Kadmija bronzu, kuras mehāniskās īpašības ir la-

bākas nekā varam, bet īpatnējā elektrovadītspēja tikai nedaudz mazāka, izmanto

augstas kvalitātes kontaktvadu un kolektoru plāksnīšu izgatavošanai. Fosforbronzai un

berilija bronzai ir izcilas mehāniskās īpašības, taču relatīvi maza īpatnējā elektrovadīt-

spēja:

Visai perspektīvas ir pēdējā laikā izveidotās hroma bronzas, kas satur 0 , 2 . . . 1%

hroma un dažas desmitdaĜas procenta cirkonija, magnija un kadmija.

MisiĦi ir vara sakausējumi ar cinku. Tiem ir daudz lielāka pretestība nekā varam,

toties mehāniskās īpašības, it sevišėi elastība atkvēlinātā stāvoklī, ir labas. TādēĜ misiĦi

labi apstrādājami ar spiedienu, no tiem izgatavo dažādas štancētas elektroizolācijas de-

taĜas.

Daudzveidīgo un plašo izmantošanas iespēju dēĜ varš pieder pie ekonomējamiem metā-

liem, tādēĜ to cenšas aizstāt ar lētākiem un mazāk deficītiem vadītājiem materiāliem,

galvenokārt ar alumīniju, it sevišėi elektroenerăijas pārvades gaisvadu līnijās un kabe-

Ĝos.

Alumīnijs pēc īpatnējās elektrovadītspējas lieluma ieĦem ceturto vietu aiz sudra-

ba, vara un zelta. Alumīnijs ir sudrabbalts, mīksts metāls, kuram raksturīgs mazs

blīvums un maza mehāniskā izturība. Salīdzinot alumīnija un vara vadus, kuriem ir

vienāds garums un pretestība, var konstatēt, ka alumīnija vadam ir 1,63 reizes lielāks

šėērsgriezums un tilpums, bet 2 reizes mazāka masa nekā vara vadam.

Pie vienādiem šėērsgriezumiem un garumiem alumīnija vada elektriskā pretestība 0,028:

0,0172 = 1,63 reizes lielāka nekā vara vadam.

Lai dabūtu alumīnija vadu ar tādu pašu elektrisko pretestību kā vara vadam, jāĦem tā šėērs-

griezums 1,63 reizes lielāks, t. i., tā diametram jābūt

44,163,127,1,4

2

=⋅== dd

Sπ

reizes lielākam nekā vara vadam.

Lai gan alumīnija vads ir resnāks par vara vadu, tomēr tas ir apm. 2 reizes vieglāks par to:

.263,17,2

94,8≅

⋅

Ar atbilstošu mehānisko un termisko apstrādi iegūst mīksto (AM) un cieto (AT) alu-

mīniju. Mīkstajam alumīnijam ir lielāka elastība, cietajam — lielāka mehāniskā izturība.

37

īpatnējā pretestība abu marku alumīnijam ir praktiski vienāda.

Arī alumīnija īpašības Ĝoti atkarīgas no tīrības pakāpes. Īpatnējo pretestību it se-

višėi palielina vara, sudraba un magnija piejaukumi, kuri stipri izkropĜo alumīnija

kristālisko režăi. TādēĜ par vadītāju materiālu lieto tikai Ĝoti tīru alumīniju, kura mar-

kas ir A1 un AB00. Maksimālais piejaukumu daudzums alumīnijam A1 nedrīkst pār-

sniegt 0,5%, bet alumīnijam AB00 — 0,03%. No alumīnija A1 izgatavo vadus un ka-

beĜu dzīslas, no alumīnija AB00 — elektrolītisko kondensatoru elektrodus un korpusus,

kā arī alumīnija foliju, no kuras veido klājumus papīra kondensatoros.

Alumīnijam ir Ĝoti liela korozijas izturība, jo uz tā virsmas veidojas Ĝoti blīva ok-

sīda kārtiĦa, kurai raksturīga laba adhēzija ar metāla virsmu, liela īpatnējā pretestība,

kā arī liela mehāniskā un termiskā izturība. Veicot speciālu ėīmisko vai elektroėīmisko

apstrādi, uz alumīnija virsmas var izveidot pietiekami biezu oksīda kārtiĦu, kas veido

elektroizolāciju. Elektrolītiskajos kondensatoros izmanto oksidētas alumīnija loksnes.

Vienu kondensatora klājumu veido alumīnijs, otru — elektrolīts, bet dielektriėis ir ok-

sīda kārtiĦa uz alumīnija virsmas.

Oksīda kārtiĦa, kas acumirkli izveidojas arī uz tikko mehāniski notīrītas alumīnija virsmas,

palielina alumīnija kontaktu pretestību un apgrūtina alumīnija lodēšanas procesu. TādēĜ

alumīnija lodēšanai lieto speciālu pastu vai ultraskaĦas lodāmuru, jo ultraskaĦas laukā ok-

sīda kārtiĦa mehāniski noārdās.

Alumīnija un vara kontakta vietā mitrā vidē veidojas makroskopisks korozijas elements, kurā

alumīnijs ir anods un tādēĜ strauji korodē. TādēĜ elektriskajās ėēdēs alumīnija un vara kon-

takta vietas rūpīgi jāaizsargā pret mitruma piekĜūšanu, pārklājot tās ar lakām vai kom-

paundiem.

Elektroenerăijas pārvades gaisvadu līnijām ar reti izvietotiem balstiem vadus izgatavo arī

no alumīnija sakausējumiem. To mehāniskās īpašības ir daudz labākas, taču īpatnējā pretes-

tība gandrīz vienmēr daudz lielāka nekā tīram alumīnijam. Vienīgais sakausējums, kuru var

izmantot par lielas elektrovadītspējas materiālu, ir aldrejs, kas satur dažas procenta desmit-

daĜas magnija, silīcija un dzelzs. Pēc mehāniskajām īpašībām aldrejs līdzīgs cietajam varam,

bet īpatnējā pretestība un blīvums ir gandrīz tādi paši kā tīram alumīnijam.

Mazjaudas elektroenerăijas pārvades līniju vadu izgatavošanai lieto arī dzelzi mīksta tērau-

da veidā, kas satur 0,1. . . 0,15% oglekĜa. Dzelzs īpatnējā pretestība gan ir 6 reizes lielāka

nekā varam, toties dzelzs ir Ĝoti lēts un nedeficīts metāls ar Ĝoti lielu mehānisko izturību. Ko-

rozijas izturība dzelzij ir Ĝoti maza, tādēĜ tērauda vadus var lietot tikai piemērotā vidē un

zemā temperatūrā. Lai tērauda vadus aizsargātu pret koroziju, tos pārklāj ar cinku, kas ne

38

tikai veido mehānisku aizsargkārtiĦu, bet ari nodrošina protektoraizsardzību. Par strāvas va-

dītājiem izmanto arī elektrificētā transporta tērauda sliedes. Augstfrekvenču tehnikā tērauda

vadus nelieto izteiktā skinefekta un feromagnētisko īpašību dēĜ, kas rada papildu jaudas zu-

dumus. Šo pašu iemeslu dēĜ tērauda vadu pretestība maiĦspriegumam ir lielāka nekā līdz-

spriegumam.

Dzelzij ir liets īpatnējās pretestības temperatūras koeficients, tādēĜ dzelzi izmanto bareteros

— ierīcēs strāvas stabilizēšanai. Palielinoties strāvai ėēdē, baretera dzelzs stieple sakarst, tās

pretestība palielinās, tādēĜ strāva atbilstoši samazinās.

Lai ekonomētu krāsainos metālus un pilnīgāk izmantotu dažādu vadītāju materiālu pozi-

tīvas īpašības, izgatavo kombinētos bimetāla un tērauda-alumīnija vadus.

Bimetāla vads sastāv no tērauda stieples, kurai cieši uzklāta vara kārtiĦa tā, lai starp

abiem metāliem būtu labs elektrisks kontakts. Vada šėērsgriezumā jābūt vismaz 50% va-

ra. Tērauda serde piešėir bimetāla vadam lielu mehānisku izturību, bet varš aizsargā tēraudu

pret koroziju un nodrošina lielu elektrovadītspēju, it sevišėi skinefekta gadījumā. Jau 5 kHz

frekvencē strāvu praktiski vada tikai vara kārtiĦa.

Bimetāla vadus izmanto elektroenerăijas pārvades un sakaru līnijās. No bimetāla izgatavo

arī sadales iekārtu kopnes, slēdžu nažus un citas elektrisko aparātu strāvu vadošās detaĜas.

Vadītāju bimetālu nedrīkst sajaukt ar termisko bimetālu, kas sastāv no diviem metāliem

ar dažādiem lineārās izplešanās temperatūras koeficientiem un paredzēts automātiskai tempe-

ratūras regulēšanai elektriskajās sildierīcēs.

Tērauda-alumīnija vads sastāv no tērauda stieples — serdes, kas savīta kopā ar vairākām

alumīnija dzīslām. Tērauda serde nodrošina kombinētā vada mehānisko izturību, bet alumīnija

dzīslas — lielu elektrovadītspēju.

Lai paplašinātu lielas elektrovadītspējas materiālu sortimentu un to īpašību diapazonu, pē-

dējā laikā veic pētījumus nātrija vadu izgatavošanā. Nātrijs pēc īpatnējās elektrovadītspējas

lieluma starp metāliem ieĦem piekto vietu — tūlīt aiz alumīnija (nātrija elektrovadītspēja ir

38% no vara elektrovadītspējas). Nātrijs ir Ĝoti mīksts un ėīmiski aktīvs (intensīvi oksidējas

gaisā, strauji reaăē ar ūdeni), tādēĜ racionālākais variants vadu izgatavošanai ir nātrija iepildī-

šana ėīmiski izturīgās atbilstoša diametra izolācijas caurulītēs, kuras nodrošina nepieciešamo

vada izturību stiepē un metāla hermetizāciju.

Nātrijam 7,2

0172,0

046,00 ≅

=

−=

Cu

Na

ρρ

ρ reizes lielāks nekā varam un

39

7,1

028,0

046,00 ≅

−

−=

Al

Na

ρρ

ρ reizes lielāks nekā alumīnijam.

Bet, pateicoties Ĝoti mazajam blīvumam (apm. 9,2 reizes mazākam nekā varam, 2,8 reizes ma-

zākam nekā alumīnijam), nātrija vadam jābūt ievērojami vieglākam nekā vadam no cita metāla.

Nātrija vadiem ir Ĝoti liela lokanība, niecīgs blīvums (mazāks nekā ūdenim) un maza ma-

sa. Pašreiz nātrija vadus un kabeĜus izgatavo ar polietilēna apvalkiem, kuri kalpo arī kā elektriskā

izolācija.

3.2. LIELAS PRETESTĪBAS SAKAUSĒJUMI

Par vadītājiem materiāliem ar lielu pretestību racionāli lietot cieta šėīduma tipa sakausējumus.

Atbilstoši izvēloties komponentu daudzuma attiecību, var panākt, ka šo materiālu īpatnējā

pretestība ir daudz lielāka nekā atsevišėu komponentu īpatnēja pretestība. Atkarība no iz-

mantošanas veida šiem sakausējumiem nepieciešamas dažādas mehāniskās, elektriskās, termis-

kās un tehnoloăiskās īpašības. TādēĜ visus lielas pretestības sakausējumus iedala divās gru-

pās — rezistoru materiālos un sildierīču materiālos.

Rezistoru materiāliem savukārt ir divas apakšgrupas — sakausējumi elalonrezistoriem un sa-

kausējumi reostatiem. Lielas pretestības sakausējumu sastāvs un raksturlielumi doti 3.2. tabulā.

Sakausējumiem, kuri paredzēti etalonrezistoru un mērinstrumentu pretestību izgatavošanai,

līdz ar lielu īpatnējo pretestību nepieciešamas arī vairākas citas īpašības:

minimāli mazs īpatnējās pretestības temperatūras koeficients, lai pretestība būtu sta-

bila, temperatūrai mainoties;

mazs īpatnējais termo-EDS pārī ar varu, lai mērījumu ėēdēs nerastos parazītiski

pirmspriegumi;

liels plastiskums, lai varētu izgatavot tievas stieples un plānas lentas. Materiāla īpa-

šībām jābūt stabilām, lai tās ar laiku nemainītos.

Šīm prasībām vislabāk atbilst vara un mangāna sakausējums manganīns. Tas ir oranždzel-

tens plastisks materiāls. No manganīna var izgatavot stiepli, kuras diametrs ir 0,02 mm, un

lentu, kuras biezums ir 10 µm. Īpašību stabilizēšanai manganīnu atkvēlina speciālā režīmā. Pē-

dējā laikā iegūti vairāki jauni manganīna tipi ar lielāku mangāna saturu. Vienam no tiem

raksturlielumi doti 3.2. tabulā. Jaunajiem manganīniem ir labākas elektriskās īpašības, bet ne-

stabilāki raksturlielumi.

Sakausējumiem, kuri paredzēti reostatu izgatavošanai, īpašību stabilitāte (neatkarība no

laika un temperatūras) ir mazāk svarīga, tāpat maza nozīme īpatnējā termo-EDS vērtībai, toties

40

materiālam jābūt termiski izturīgākam un lētākam. Šīm prasībām atbilstošākais materiāls ir

vara un niėeĜa sakausējums konstantāns. Tā īpatnējais termo-EDS pārī ar varu ir liels, tādēĜ

precīzās mērījumu ėēdēs konstantāna rezistorus lietot nevar. Darba temperatūra daudz aug-

stāka nekā manganīnam, tādēĜ konstantānu var lietot arī zemas temperatūras elektrisko sildierī-

ču izgatavošanai.

3.2. tabula

Lielas pretestības sakausējumu

Sastāvs, % Sakausējums Cu Mn Ni Cr AI Fe

ρ, 10-8Ω·m

Manganīns Jaunais manganīns Konstantāns Nihroms Fehrals Hromals

86 33 60 — — —

12 67 — 1,5 0,7 0,7

2 — 40 58 0,6 0,6

— — — 16 13 25

— — — — 4 5

— — —

24,5 81,7 68,7

42 ... 48 188

48...52 100...120 120 ...135 130...150

3.2. tabula (turpinājums)

Sakausējums

αρ,

10-5K-1

Īpatnējais ter-mo-EDS

pārī ar varu, µV/K

σb,

(MPa) l

l∆,

%

td max

0C

Manganīns Jaunais manganīns Konstantāns Nihroms Fehrals Hromals

0,5..3 0

-0,5…-2,5 10..20 10..12

6,5

1 ...2 1

40... 50 — — —

450...600 —

400...500 650...700

700 800

15... 30 —

20...40 25...30

20 10...15

100...200 100...200 450...500

1000…1100 850

1200

900°C temperatūrā uz konstantāna virsmas rodas oksīda kārtiĦa. Tāpat kā alumīnijam,

tā aizsargā metālu pret koroziju un veido elektroizolāciju. TādēĜ reostatos konstantāna vijumus

var novietot cieši blakus citu citam. Ja sprieguma kritums uz vijumu nepārsniedz 1,5 V, oksīda

kārtiĦas elektriskā izturība ir pietiekama.

Atsevišėos gadījumos reostatu izgatavošanai lieto arī nikelīnu un jaunsudrabu — vara sakau-

sējumus ar mazāku niėeĜa saturu un cinka piedevu. Nikelīns un jaunsudrabs ir lētāki par

konstantānu, taču to īpatnējā pretestība ir mazāka, bet darba temperatūra — zemāka.

No lielas pretestības sakausējumiem izgatavo divu veidu — stieples un metālplēves pastā-

vīgos rezistorus. Stieples rezistorus uztin uz keramikas caurules un pārklāj ar stikla emaljas

izolāciju. Metālplēves rezistorus izgatavo tāpat kā tālāk aplūkotos oglekĜa rezistorus. Biežāk

lietotais metālplēves rezistoru, kura darba temperatūra ir -60...+125°C, nominālā jauda

0,125...2 W, bet nominālā pretestība var būt robežās no 1 Ω līdz 10 MΩ.

41

Elektrisko sildierīču materiāliem raksturīga augsta darba temperatūra. Biežāk lie-

totās sildierīču materiālu grupas ir niėeĜa, hroma un dzelzs sakausējumi nihromi, kā

arī dzelzs, hroma un alumīnija sakausējumi fehrali un hromali. Galvenais komponents, kas

nodrošina šo sakausējumu spēju izturēt augsto darba temperatūru, ir hroms. Hroma ok-

sīds kopā ar niėeĜa oksīdu uz sakausējuma virsmas veido izturīgu kārtiĦu, kas aizsargā

materiālu pret skābekĜa iedarbību augstā temperatūrā. Šie sakausējumi ir cieti un

trausli. To plastiskums ir mazs — no nihroma var izgatavot relatīvi tievu stiepli,

kuras diametrs ir 0,01 mm, bet fehrala un hromala stieples minimālais diametrs ir 0,2

mm.

Nihroma sildelementi labi darbojas stacionārā režīmā. Biežas ieslēgšanas un izslēgša-

nas apstākĜos uz stieples virsmas esošā oksīdu kārtiĦa sadrūp, tādēĜ sildelementa dar-

bmūžs saīsinās. Nihromus izmanto mazas jaudas sildelementos, kas paredzēti, piemēram,

elektriskajām plītiĦām un gludekĜiem. Rūpniecības lieljaudas elektrokrāsnīm sildelemen-

tus izgatavo no fehraliem un hromaliem.

Termoelementu izgatavošanai lieto varu, dzelzī, platīnu, konstantānu un dažus spe-

ciālus sakausējumus — kopelu (56% Cu, 44% Ni), alumelu (95% Ni, pārējais AI,

Si, Mg), hromelu (90% Ni, 10% Cr) un platīnrodiju (90% Pt, 10% Rh).

Termoelementos biežāk lietotie materiālu pāri mērījumiem dažādos temperatūru di-

apazonos ir šādi:

līdz 350 °C — varš-konstantāns un varš-kopels;

līdz 600 °C — dzelzs-konstantāns, dzelzs-kopels un hromels-kopels;

līdz 900 °C — hromels-alumels;

līdz I600°C — platins-platīnrodijs. .

Termoelementu lielākajai daĜai īpatnējais termo-EDS nav konstants, bet gan atkarīgs

no temperatūras. Vislielākais īpatnējais termo-EDS piemīt hromela-kopela termoelementam,

kam, mērot 600 °C temperatūru, īpatnējais termo-EDS ir 81 µV/K.

3.3. ELEKTROVAKUUMA MATERIĀLI

Elektrovakuumtehnikas galvenās ierīces ir radiolampas, kurās vadītāji materiāli darbojas

zemā spiedienā un augstā temperatūrā. Šādos apstākĜos darba temperatūru ierobežo nevis me-

tāla kušana, bet tā iztvaikošanas intensitāte vakuumā un piesātinātā tvaika spiediens. Metālam

iztvaikojot, mainās detaĜu izmēri un atstatums starp tām, bez tam uz aukstajām lampas

izolācijas detaĜām kondensējas vadoša plēve. Tā rezultātā radiolampas raksturlielumi paslik-

42

tinās. TādēĜ ir svarīgi, lai darba temperatūrā metāla iztvaikošanas intensitāte un tai pro-

porcionālais metāla tvaika spiediens būtu minimāli mazi. Tāpat svarīgi, lai ekspluatācijas ap-

stākĜos metālā nebūtu novērojama plūstamība, kuras dēĜ deformējas tīkliĦi un katodspirāles.

Elektrovakuuma metāliem jābūt ėīmiski inertiem, it sevišėi attiecībā pret gāzēm, lai radio-

lampu detaĜu izgatavošanas procesa uz to virsmas neizveidotos oksīdi, sulfīdi un citi radiolam-

pas normālu darbību traucējoši ėīmiski savienojumi. Pie nozīmīgiem raksturlielumiem pieder

arī īpatnējā pretestība, īpatnējās pretestības temperatūras koeficients un elektrona izej darbs.

Elektrovakuumtehnikā lieto niėeli, dzelzi un vairākus, metālus, kuriem ir augsta kušanas

temperatūra, — titānu, cirkoniju, niobiju, tantālu, molibdēnu, rēniju un volframu. Šo metālu

galveno raksturlielumu vidējās vērtības dotas 3.3. tabulā.

3.3. tabula Elektrovakuuma metālu galvenie raksturlielumi

Raksturlielums

Mēr

vien

ība

Niė

elis

Dze

lzs

Titā

ns

Cir

koni

js

Nio

bijs

Tan

tāls

Mol

ibdē

ns

Rēn

ijs

Vol

fram

s

Blīvums 103 kg/m3 8,9 7,8 4,5 6,5 8,6 16,8 10,2 21,0 19,3

Kušanas temperatūra 0C 1455 1535 1725 1845 2415 2996 2620 3145 3380 Maksimālā darba temperatūra vakuumā

0C 800 800 1200 1400 2100 2200 1700 2000 2500

Lineārās izplešanās temperatūras koeficients

10-5 K-l 1,3 1,1 0,81 0,54 0,72 0,65 0,51 0,47 0,44

Izturības robeža stiepē atkvēlinātai lentai

MPa 600 500 500 400 350 350 640 — 1400

Plūstamības robeža MPa 300 430 400 — 300 300 600 — 800 Īpatnējā pretestība atkvēlinātam metālam

µΩ· m 0,068 0,096 0,42 0,40 0,18 0,155 0,048 0,21 0,055

Īpatnējās pretestības temperatūras koeficients normālā temperatūrā

10-3K-1 6,5 6,0 4,4 4,5 3,0 3,8 4,6 3,2 4,6

Elektrona izejdarbs eV 0,774 0,646 0,654 0,614 0,634 0,656 0,683 0,768 0,726

Elektrovakuuma metāliem nepieciešama augsta tīrības pakāpe un labas tehnoloăiskās īpašī-

bas, kas atvieglo metālu mehānisko apstrādi. Daži no šiem metāliem — titāns, niobijs un tantāls

— ir plastiski, turpretim citi, piemēram, molibdēns un it sevišėi volframs, ir cieti un trausli.

Tievus, elastīgus volframa vadus var izgatavot vienīgi tādēĜ, ka zināmos apstākĜos volframā

veidojas tievi, gari, orientēti monokristāli.

Lai uzturētu vakuumu, elektronu lampās ievieto detaĜas, kas absorbē gāzes. Arī vairāki metā-

li, piemēram, titāns, cirkonijs un tantāls, labi uzsūc gāzes, tādēĜ radiolampās, kurās izmanto šos

43

metālus, speciāli gāzu adsorbenti nav vajadzīgi.

Radiolampu detaĜu izgatavošanai lieto arī cieta šėīduma tipa sakausējumus ar augstu kuša-

nas temperatūru. Šiem sakausējumiem bieži vien ir lielāka cietība, mehāniskā izturība un īpat-

nējā pretestība, kā arī labākas tehnoloăiskās īpašības nekā tīriem metāliem. Tā, piemēram, mo-

libdēna sakausējumam ar 35% rēnija ir labākas īpašības nekā tīram molibdēnam. Bieži lieto

arī volframa-molibdēna, molibdēna-dzelzs-niėeĜa, tantāla-niobija un citus sakausējumus.

Strāvas ievadiem radiolampās lieto speciālus sakausējumus, kuriem lineārās izplešanās

temperatūras koeficients ir tāds pats kā stiklam vai keramikai, kas veido hermetizēto sistēmu.

Šiem sakausējumiem nepieciešama liela mehāniskā izturība, augsta kušanas temperatūra un ma-

za īpatnējā pretestība. Tādu sakausējumu veido niėelis ( 4 2 - 47%), hroms (6%) un dzelzs.

Lieto arī kobalta sakausējumus. Sevišėi mazs lineārās izplešanas temperatūras koeficients

(4,8·10-6 K-1) ir kovara tipa sakausējumiem (29% Ni, 18% Co, 53% Fe).

Radiolampām lieto speciālus lodēšanas sastāvus, kuru kušanas temperatūra par apmēram

100 K pārsniedz maksimālo temperatūru, (450-700 °C) lampas izsūknēšanas laikā.

3.4. KONTAKTU MATERIĀLI

Elektrisks kontakts ir strāvas pārejas vieta no vienas strāvu vadošas detaĜas otrā. Pēc

darbības režīma izšėir

nepārtraucamos(nekustīgos) kontaktus,

komutējošos kontaktus un

slīdkontaktus.

Nepārtraucamie kontakti parasti ir sametināti, mehāniski saspiesti vai salodēti.

Lodes. Lodēto kontaktu izgatavošanai lieto speciālus vadītājus sakausējumus — lodes jeb

lodalvas. To kušanas temperatūra ir daudz zemāka nekā salodējamo metālu kušanas temperatūra.

Izkausētā lode slapina šos metālus, daĜēji šėīdina tos un atdziestot veido salodējamo detaĜu me-

hāniski izturīgu savienojumu, kam ir maza elektriskā pretestība.

Izšėir divus ložu veidus

mīkstlodes (lodalvas) un

cietlodes.

Mīkstložu kušanas temperatūra nepārsniedz 400 °C, turpretim cietložu kušanas temperatūra

ir daudz augstāka(virs 450 0C). Mīkstlodēm raksturīga mazāka cietība.

Vara un tā sakausējumu lodēšanai plašāk lietotās mīkstlodes ir alvas-svina lodes (dažreiz

to sastāvā ietilpst kadmija, antimona vai vara piedeva). Marku apzīmējumos ietilpstošais skaitlis

44

norāda alvas daudzumu procentos. Alva ir deficīts krāsainais metāls. Lai to ekonomētu, iekārtu

elektrisko shēmu montāžā lieto galvenokārt lodes mazāku alvas daudzumu un tikai atbildīgiem

lodējumiem izmanto lodi ar lielāku alvas daudzumu . Alvas-svina ložu kušanas temperatūra (190

... 299°C) atkarīga no alvas daudzuma lodē — jo tas ir lielāks, jo zemāka lodes kušanas tempe-

ratūra. Atsevišėos gadījumos lieto arī svina vai kadmija lodes, kuru sastāvā ietilpst sudrabs un

kuru kušanas temperatūra ir augstāka.

Alumīnija lodēšanai lieto mīkstlodes, kuru sastāvā ietilpst Sn, Cd un Zn, dažreiz arī Al.

No cietlodēm biežāk lieto sudraba lodes (sudraba sakausējumus ar Cu, Zn un Cd) un vara

lodes (vara sakausējumus ar P un Zn).

KušĦi. Lodēšanas procesu atvieglo speciāli palīgmateriāli — kušĦi. Tie notīra lodājamās

virsmas (šėīdina oksīdus) un aizsargā tās pret vides oksidējošo iedarbību lodēšanas procesā.

Bez tam kušĦi bieži vien samazina arī izkausētās lodes virsmas spraigumu, tādēĜ lode labāk iz-

plūst pa lodājamo virsmu.

Pēc sastāva izšėir

aktīvos kušĦus jeb skābju kušĦus, kuru galvenais komponents ir sālsskābe vai cin-

ka hlorīds (ZnCl2), un

bezskābju kušĦus, kurus izveido galvenokārt uz kolofonija bāzes.

Aktīvie kušĦi nodrošina labāku lodējuma kvalitāti, bet sakarā ar to, ka no lodējuma vietas

rūpīgi jānomazgā skābes pārpalikums, kas var izraisīt intensīvu koroziju, elektrisko shēmu

montāžā šos kušĦus lietot nedrīkst.

Aktivizētos bezskābju kušĦus ar salicilskābes vai anilīna hlorīda piedevu var lietot ari ne-

notīrītu virsmu salodēšanai. Tā kā alumīnijs gaisā Ĝoti ātri oksidējas, tā lodēšanai lieto spe-

ciāla sastāva kušĦus.

Lodējot ar cietlodēm, par kušĦiem lieto maisījumus, kuru galvenais komponents parasti ir

boraks (Na2B4O7·10H2O) vai borskābe (H3BO3).

Komutējošos kontaktus, ar kuriem saslēdz vai atslēdz elektrisko ėēdi, iedala

stiprstrāvas kontaktos un

vājstrāvas kontaktos.

Šo kontaktu izgatavošanai lieto materiālus, kas nodrošina minimālu kontaktpretestību, kā arī

nepieciešamo mehānisko, termisko un ėīmisko izturību.

Kontaktpretestība Rk ir divu komponentu — pārejas pretestības Rpār un kontaktdetaĜu pretes-

tības Rkd summa:

Rk = Rpār + Rkd. (3.1)

Nelīdzenā virsmas mikroreljefa dēĜ kontaktdetaĜas saskaras tikai atsevišėos laukumiĦos. Tā-

45

dēĜ kontaktēšanās virsma, kas vienāda ar šo laukumiĦu summu, ir ievērojami mazāka par

kontaktdetaĜu saskares virsmas laukumu. Turklāt kontaktdetaĜu virsma reālos apstākĜos vien-

mēr pārklāta ar oksīdu, sulfīdu un citu ėīmisku savienojumu, kā arī dažādu apkārtējās vides

nogulšĦu kārtiĦu. Pārejas pretestība sastāv no pretestības, ko rada materiāla efektīvā

šėērsgriezuma samazināšanās kontakta vietā, kā arī no pretestības, ko rada oksīdu, sulfīdu,

eĜĜas, gāzu un putekĜu kārtiĦa. KontaktdetaĜu pretestība atkarīga no to ăeometriskajiem izmē-

riem un izgatavošanai izmantotā materiāla īpatnējās pretestības.

Kontaktu ekspluatācijas procesā kontaktu materiāliem jābūt drošiem pret sametināšanos, kā

arī izturīgiem pret eroziju un elektrisko un mehānisko dilšanu.

Sametināšanās iespējama kontakta ieslēgšanas momentā, kad rodas elektriskais loks,

un arī ieslēgtā stāvokli, ja caur kontaktu, kam ir liela pārejas pretestība, plūst stipra strā-

va.

Erozija novērojama, ja kontakta pārtraukšanas momenta starp kontaktdetaĜām rodas iz-

kausēta metāla kanāls. Erozijas rezultātā notiek metāla pārnešana no vienas kontaktdetaĜas

uz otru, tādēĜ uz tām var veidoties adatas, uzaugumi un krāteri. Erozija saistīta ar elektrodu

polaritāti un biežāk novērojama līdzstrāvas kontaktos.

Kontakta dilšanas rezultātā tiek noārdīta tā darbīgā virsma, ka arī mainās kontakta masa,

forma un izmēri. Dilšanu var izraisīt mehāniski un elektriski faktori. Kontakta mehāniskā dil-

šana atkarīga galvenokārt no materiāla īpašībām un kontaktspiediena — jo lielāks spēks, ar

kādu kontaktdetaĜas piespiež vienu pie otras, jo vairāk tās dilst. Elektrisko dilšanu var radīt

elektriskā loka termiskā un elektrodinamiskā iedarbība vai citi elektriski faktori.

Materiālu, kas atbilstu visām minētajām prasībām, nav. Vājstrāvas kontaktiem piemērotākie

materiāli ir cēlmetāli (platīns, zelts, sudrabs), stiprstrāvas kontaktiem — metālkeramiskie sakau-

sējumi, kuriem piemīt vairāku metālu pozitīvās īpašības.

Vājstrāvas komutējošajiem kontaktiem parasti raksturīgs mazs kontaktspiediens, caur tiem

plūst mazas strāvas, tādēĜ galvenā prasība, kas jāievēro, izvēloties materiālu, ir maza kontakt-

pretestība. Šai prasībai vislabāk atbilst platīns, rodijs, pallādijs, zelts un sudrabs.

Platīns gaisā neoksidējas un neveicina loka rašanos, taču tam raksturīga erozija — adatu

veidošanās. TādēĜ biežāk lieto platīna sakausējumu ar irīdiju. No šī sakausējuma izgatavo at-

bildīgus precīzijas kontaktus. Rodijs ir Ĝoti ciets, mehāniski grūti apstrādājams metāls. No tā

izgatavotiem precīzajam kontaktiem ir Ĝoti labas īpašības. Pallādijs pēc īpašībām līdzīgs platī-

nam, bet lētāks, tādēĜ to lieto platīna aizstāšanai. Bieži izmanto pallādija sakausējumu ar sud-

rabu. Zeltu tīrā veidā nelieto, jo tas veicina loka rašanos un ir neizturīgs pret eroziju. Parasti

izmanto zelta sakausējumus ar platīnu, sudrabu, niėeli un cirkoniju. Sudrabs gaisā oksidē-

46

jas, tādēĜ mazāk pakĜauts erozijai. Ja kontaktspiediens ir pietiekami liels, oksīda plēve kon-

taktu pārejas pretestību praktiski neietekmē, turpretim precīzijas kontaktiem, kam raksturīgs

Ĝoti mazs kontaktspiediens, sudrabs nav ieteicams. To bieži lieto sakausējumā ar niėeli un

varu. Sudrabs Ĝoti aktīvi reaăē ar sēru, tādēĜ nav pieĜaujama sudraba kontaktu saskare ar

vielām, kas satur sēru piemēram, ar gumiju).

Vājstrāvas kontaktiem, kuru ekspluatācijas apstākĜos elektriskais loks nerodas, praktiski

pietiek ar cēlmetāla vai tā sakausējumu pārklājumu uz vara vai niėeĜa kontaktdetaĜas. Šādus

kontaktus sauc par bimetāla kontaktiem. Tādējādi panāk cēlmetālu ekonomiju, nepazeminot

kontaktdetaĜu kvalitāti, jo elektrolītiski nogulsnētiem pārklājumiem ir pat lielāka cietība un dilša-

nas izturība nekā masīviem cēlmetāliem.

Stiprstrāvas komutējošajiem kontaktiem lieto cieto varu, bet galvenokārt metālkeramiskos

materiālus (kompozīcijas: sudrabs-kadmija oksīds, sudrabs-vara oksīds, varš-grafīts, sudrabs-

niėelis, sudrabs-grafīts, sudrabs-niėelis-grafīts, sudrabs-volframs-niėelis, varš-volframs-niėelis

utt.). Tos izgatavo pēc pulvermetalurăijas metodēm, kuru pamatprocesi ir analoăiski keramikas

izgatavošanas tehnoloăijas procesiem. Vispirms komponentus sasmalcina pulverī un sajauc. No

sajauktās masas normālā temperatūrā presē kontaktdetaĜu sagataves. Apdedzinot šīs sagata-

ves augstā temperatūrā (1000-14000C), kas zemāka par vismaz viena komponenta kušanas

temperatūru, iegūst keramikai līdzīgu materiālu ar nehomogēnu struktūru, kas sastāv vismaz

no divām fāzēm.

Metālkeramisko kontaktu materiālu izgatavošanai parasti izmanto divus komponentus. Tos

izvēlas tā, lai vienam komponentam būtu zema kušanas temperatūra, maza cietība un liela īpat-

nējā elektrovadītspēja. Šis komponents — visbiežāk sudrabs vai varš — nodrošina mazu kon-

taktpretestību. Otrs komponents, kam nepieciešama liela mehāniskā izturība un augsta kuša-

nas temperatūra, nodrošina kontaktiem vajadzīgo izturību pret eroziju un dilšanu, kā arī novērš

kontaktu sametināšanās iespēju. Par šo komponentu izvēlas vai nu metālus ar augstu kušanas

temperatūru, piemēram, volframu un molibdēnu, vai arī nemetāliskas vielas — metālu oksīdus,

karbīdus un grafītu. Tā kā šīm divām fāzēm jāsaglabājas arī gatavajā metālkeramikā, kompo-

nenti nedrīkst veidot cietu šėīdumu ne apdedzināšanas temperatūrā, ne arī maksimālajā kon-

taktu darba temperatūrā.

Metālkeramiskie kontaktu materiāli ir daudzveidīgi gan pēc sastāva, gan arī pēc īpašī-

bām. Salīdzinājumā ar sudraba, vara, volframa vai metālu sakausējumu kontaktiem metālkeramis-

kie kontakti ir nodilumizturīgāki, tiem pieĜaujami lielāki kontaktspiedieni, tie ir izturīgāki pret ero-

ziju (kontakta virsmas noārdīšana elektriskā loka un dzirksteĜu ietekmē), pēc izgatavošanas nav

mehāniski jāapstrādā.

47

Sudraba-kadmija oksīda kontakti ir plastiski un viegli apstrādājami. Tiem raksturīga maza

kontaktpretestība un liela izturība pret eroziju un sametināšanos. 900°C temperatūrā kadmija

oksīds termiski sadalās, veidojot daudz gāzu, tādēĜ šie kontakti veicina elektriskā loka dzē-

šanu.

Līdzīgas īpašības ir arī sudraba-vara oksīda kontaktiem, tikai tiem gāzveida produkti izda-

lās augstākā temperatūrā, tādēĜ šos kontaktus ieteicams izmantot par lieljaudas kontaktiem, ku-

ros loka temperatūra ir augstāka.

Sudraba-grafīta un vara-grafīta kontaktiem piemīt maza kontaktpretestība, tie ir droši

pret sametināšanos un izturīgi pret dilšanu, it sevišėi tad, ja kompozīcijā ietilpst arī niėelis.

Sudraba—niėeĜa metālkeramikas kontakti ir plastiski, tiem piemīt maza kontaktpretes-

tība. Šie kontakti ir izturīgi pret eroziju, bet viegli sametinās. Lai to novērstu, vienu sud-

rabniėeĜa kontaktdetaĜu bieži vien lieto pārī ar sudraba-grafīta vai sudraba-kadmija oksīda

kontaktdetaĜu,

Sudraba-volframa un vara-volframa kontakti ir Ĝoti izturīgi pret eroziju un dilšanu, taču

tiem ir relatīvi liela kontaktpretestība un nepieciešams liels kontaktspiediens.

Slīdkontaktu izgatavošanai lieto divas materiālu grupas;

elektrotehniskos ogles materiālus, kuri aplūkoti nākamajā apakšnodaĜā, un

atsperīgos metāla materiālus.

Atsperīgo slīdkontaktu izgatavošanai lieto galvenokārt kadmija bronzu un kadmija-alvas

bronzu. Mehāniskās īpašības tām ir sliktākas nekā, piemēram, berilija bronzai, toties īpatnējā

pretestība ir daudz mazāka un nodrošina mazu kontaktpretestību.

Elektrisko mašīnu slīdkontaktos parasti izmanto elektrotehniskos ogles materiālus, bet po-

tenciometros, pārslēgos un citos radioaparatūras elementos lieto galvenokārt atsperīgos me-

tāla materiālus.

3.5. ELEKTROTEHNISKIE OGLES MATERIĀLI

Slīdošajiem kontaktiem papildus jābūt ar lielu izturību pret nodilumu, kas sevišėi liels pie sau-

sās berzes, t. i., kad abi kontakti izgatavoti no viena un tā paša materiāla vai ari kontaktu pāris izvē-

lēts neveiksmīgi.

Visaugstākā kvalitāte ir kontaktu pāriem no metāliskiem no vienas puses un grafītu saturo-

šiem no otras puses materiāliem.

Elektrisko mašīnu suku, kontaktdetaĜu, prožektoru, elektriskā loka krāšĦu un elektrolītisko

vannu, elektrodu, galvanisko elementu, anodu u. c. izgatavošanai plaši lieto elektrotehnisko ogli.

48

Elektrotehniskās ogles izstrādājumus izgatavo no oglekĜa materiālu — grafīta, koksa, kvēpu un

antracīta — maisījuma ar pulvertehnoloăijas metodēm. Dažu elektrotehniskās ogles izstrādājumu

izejvielu sastāvam vēl pievieno metālu (vara, svina, alvas u. c.) pulverus. Bez tam ražošanas procesā

vēl lieto saistvielas — dažādus sveėus.

Nozīmīgākie elektrotehniskie ogles izstrādājumi ir elektrisko mašīnu sukas, ogles elektrodi,

mikrofonu pulveri un membrānas, kā arī oglekĜa rezistori.

No elektrotehniskās ogles izstrādājumiem visplašāk lieto elektrisko mašīnu sukas un kontak-

tdetaĜas. Izšėir šādus suku veidus:

grafīta sukas — izgatavo no dabiskā grafīta; ρ = 8 – 30 µΩ·m;

ogles-grafīta sukas — izgatavo no grafīta, kvēpiem, koksa un saistvielas (sveėiem); ρ = 100 –

400 µΩ·m;

metālgrafīta sukas — izgatavo no grafīta un vara pulveriem, bet dažu sastāvam vēl pievieno al-

vas un sudraba pulverus; ρ = 0,3 - 0,8 µΩ·m;

elektrografitētās sukas — izgatavo no grafīta, koksa, kvēpiem un saistvielas; grafitē elektro-

krāsnī pie 2500° C; ρ = 12 – 75 µΩ·m.

Elektrotehniskie ogles materiāli sastāv no vairāk vai mazāk tīra oglekĜa. Pēc elektrovadīt-

spējas mehānisma tie pieder pie pusvadītājiem, taču dažām šo materiālu modifikācijām ir liela

īpatnējā elektrovadītspēja, tādēĜ tās praktiski lieto par vadītājiem materiāliem. Galvenie elek-

trotehniskie ogles materiāli ir grafīts, kvēpi un pirolītiskais ogleklis, kā arī koksi un antracī-

ti.

Grafīts ir dabā atrodama oglekĜa kristāliska modifikācija, kurai raksturīga augsta kuša-

nas temperatūra (3900°C). Kristāliskā struktūra ir rupjgraudaina, Ĝoti anizotropa. OglekĜa

atomi tajā izvietoti paralēlās plaknēs. Šo plakĦu virzienā grafītam ir labas mehāniskās īpašī-

bas un liela elektrovadītspēja, pie tam elektrovadītspējas mehānisms ir tāds pats kā metāliem.

Perpendikulāri šiem slāĦiem darbojas tikai Van-der-Vālsa spēki, tādēĜ šai virzienā mehāniskā

izturība ir maza, bet elektrovadītspējas mehānisms ir tāds pats kā pusvadītājiem. Grafītam ir Ĝoti

maza cietība, kas anizotropijas dēĜ dažādos virzienos atšėiras 5 reizes. Grafīta īpatnējā pretestī-

ba ρ = 8·10-6 Ω·m. Augstā temperatūrā skābekĜa klātbūtnē grafīts oksidējas. Kalnraktuvēs iegū-

tais grafīts satur dažādus piejaukumus un vismaz 90% oglekĜa.

Kvēpi ir oglekĜa sīki dispersa modifikācija, kas rodas, nepilnīgi sadegot ar oglekli bagātām

organiskām vielām. Kvēpiem līdzīgs ir pirolītiskais ogleklis, ko iegūst, bezskābekĜa vidē ter-

miski sadalot metānu, benzīnu un citus ogĜūdeĦražus. Kvēpiem un pirolītiskajam ogleklim rak-

sturīga Ĝoti liela tīrības pakāpe.

ěoti cietas oglekĜa modifikācijas ir koksi un antracīti.

49

Koksus iegūst akmeĦogĜu vai kūdras termiskas sadalīšanās procesā. Antracīti ir visvecā-

kais akmeĦogĜu paveids ar lielu oglekĜa saturu (90-97%) un raksturīgu spīdumu. Tiem ir

Ĝoti liels blīvums un cietība. Koksus un antracītus izmanto tādu ogles materiālu izgatavošanai,

kuriem nepieciešama liela mehāniskā izturība.

Atkarībā no izgatavojamo izstrādājumu veida lieto tīrus vai arī ar saistvielu sajauktus

elektrotehniskos ogles materiālus. Par saistvielu izmanto akmeĦogĜu piėi vai darvu. Iz-

strādājumus, kurus izveido no ogles materiāla pulvera un saistvielas maisījuma, pēc tam

apdedzina. Lai iegūtu specifiskas īpašības, masai var pievienot dažādas piedevas. īpašību modi-

fikāciju var panākt arī ar atbilstošu termisko apstrādi, kuras rezultātā- veidojas noteikta tipa

struktūra. Tā, piemēram, 2500-3000°C temperatūrā neoksidējošā vidē notiek grafitēšana — vei-

dojas grafīta struktūra.

Nozīmīgākie elektrotehniskie ogles izstrādājumi ir elektrisko mašīnu sukas, ogles elektrodi,

mikrofonu pulveri un membrānas, kā arī oglekĜa rezistori.

Elektrisko mašīnu sukas pieder pie slīdkontaktu detaĜām. Sukām nepieciešama maza īpatnē-

jā pretestība, liela dilšanas izturība un spēja pieslīpēties rotora kolektoram vai -

kontaktgredzeniem. Elektrovadītspējas uzlabošanai ogles materiāla masai vai pievienot me-

tāla (vara vai bronzas) pulveri. Dažu suku veidus grafitē, lai uzlabotu mehāniskās īpašības.

Gatavo suku mitrumizturību palielina, sukas piesūcinot ar sveėiem vai vaskveida dielektri-

ėiem.

Suku sortiments ir Ĝoti plašs. Elektrisko mašīnu sukas iedala četrās grupās

ogles-grafīta sukās,

grafīta sukās,

elektrografitētās sukās un

metālgrafīta sukās.

Galveno raksturlielumu nominālās robežvērtības visām suku grupām dotas 3.4. tabulā. Pēc šo

raksturlielumu skaitliskajām vērtībām izvēlas katram konkrētam gadījumam piemērotākās sukas.

Ogles elektrodus klasificē pēc izmantošanas veida.

Loka elektrokrāsnīm un elektroėīmiskiem procesiem paredzētie elektrodi, kurus izgatavo no

koksa un antracīta, var būt apdedzināti vai grafitēti.

Metināšanas elektrodus izmanto metināšanai ar līdzstrāvu un metālu griešanai.

Elektrodus elektriskā loka spuldzēm sauc par apgaismošanas oglēm. Tas izgatavo no koksa,

grafīta un kvēpiem cilindra veidā, bieži vien ar mīkstākas masas, pildījumu vidū. Dažreiz apgais-

mošanas oglēm pievieno metālu sāĜus, kas piešėir lokam krāsojumu.

Ogles mikrofonu pulveros izmanto ogles graudiĦu pārejas pretestības mainīšanos spiediena ie-

50

darbības rezultātā. Šos pulverus izgatavo no loti sīki sasmalcināta, apdedzināta antracīta. To īpat-

nējā pretestība ir 0,4-7 Ω·m. Mikrofonu membrānas iegūst, sapresējot un apdedzinot maisījumu,

kas sastāv no 75% piėa koksa un 25% akmeĦogĜu darvas.

Regulējamos oglekĜa rezistorus izgatavo ogles plākšĦu vai disku veidā, kurus saspiež ar mainī-

gu spiedienu. Palielinot spiedienu pieĜaujamās robežās, rezistora pretestība kĜūst 30-80 reižu ma-

zāka.

Pastāvīgos oglekĜa rezistorus iedala virsmas rezistoros un tilpuma rezistoros. Virsmas rezis-

toros par lielas pretestības materiālu izmanto plānu pirolītiskā oglekĜa kārtiĦu, kas uzklāta uz

izolācijas materiāla — visbiežāk keramikas stienīša pamatnes. OglekĜa kārtiĦu pārklāj ar elek-

troizolācijas laku. Virsmas rezistoru nominālā pretestība ir robežās no dažiem omiem līdz 1012

Ω. Tos iedala vispārīgas nozīmes rezistoros un speciālos rezistoros.

3.4. tabula

Elektrisko mašīnu suku galveno raksturlielumu robežvērtības

Suku grupa

Raksturlielums

Mēr

vien

ība

ogles- grafīta sukas

grafīta Sukas

elektrografitē-

tās sukas

metālgrafīta

sukas Īpatnējā pretestība

µΩ·m 20 ... 54 13...37 10.. . 50 0,12... 9 Strāvas blīvums (maksimālais)

A/cm2 6.. . 8 7 . . . 11 9. . . 12 12... 20

Tangenciālais ātrums (maksimālais)

m/s 10…15 12 ...60 35 ... 45 20. . . 35

Kontaktspiediens (optimālais)

kPa 20. . .25 15.. .25 15. . .40 15... 25

Sprieguma kritums uz suku pāri

V 1,5...2,5 1,5...3,2 1,6... 3,5 0,1 . . . 2

Berzes koeficients — 0,3 0,25...0,3 0,2 ...0,25 0,2 . . .0,26

Pie pirmās grupas pieder rezistori, kas paredzēti izmantošanai temperatūru intervālā no -

60°C līdz +100 vai + 125°C. Šo rezistoru pretestību vērtības ir robežās no 27 Ω līdz 10 MΩ,

bet darba spriegums atkarībā no rezistora jaudas var būt visai dažāds — no 100 V līdz 3 kV .

Parasti tiek lietoti šādu tipu speciālie virsmas rezistori:

boroglekĜa lakotie precīzijas rezistori ar uzlabotu kontaktmezglu, kas hermetizēti futrāĜos

un iepresēti plastmasā;

oglekĜa lakotie mazgabarīta rezistori, kuru nominālā jauda ir 0,12 W, bet nominālā pretes-

tība ir robežās no 10 Ω līdz 1 MΩ;

oglekĜa neaizsargātie ultraaugstfrekvences rezistori, kuri paredzēti ekspluatācijai diapazo-

nā -60... +125°C temperatūrā paaugstinātā mitrumā un kuru nominālā jauda ir 0,1-100 W, bet

51

nominālā pretestība — 7,5 -100 Ω;

kompozīciju lakotie megaomu rezistori, kuros lielas pretestības plēvi veido grafīta vai

kvēpu suspensija rezolsveėos, gliftālsveėos, epoksīdsveėos vai silikonsveėos un kuru nomi-

nālā pretestība ir no 10 MΩ līdz 1 TΩ.

Tilpuma rezistori ir stienīši, kurus izgatavo no oglekĜa izejvielas ar dielektrisku saistvielu

un lieto galvenokārt augstfrekvenču tehnikā. Biežāk lietotie tilpuma rezistoru tipi ir «keraks»,

kuru izgatavo no mālainas keramikas un grafīta pulvera, un «defar» — Ĝoti poraina keramikā,

kuras porās sadedzināts dekstrīns, tā piesātinot keramiku ar oglekli. Izgatavo arī vairāku tipu

speciālos tilpuma rezistorus, kurus lieto par šuntiem impulsu iekārtu devējos, kā arī re-

zistorus, kurus lieto radiotraucējumu novēršanai augstsprieguma aizdedzes ėēdēs.

3.6. KABEěIZSTRĀDĀJUMI

Par kabeĜizstrādājumiem sauc elektrotehniskus izstrādājumus, kas paredzēti elek-

troenerăijas un sakaru signālu pārvadīšanai tālumā pa vadītājiem vai arī elektrisko ma-

šīnu, aparātu un instrumentu tinumu izgatavošanai.

Izšėir trīs galvenos kabeĜizstrādājumu veidus

kabeĜus,

vadus un

auklas.

3.7. Vadi un kabeĜi gaisvadu elektropārvades līnijām.

Gaisvadu elektrisko tīklu izbūvei lieto kailvadus un piekarkabeĜus.

3.7.1. Kailvadi.

Kailvadus izgatavo no vara, alumīnija vai tērauda, un tiem nav izolācijas. Kailvadus var

lietot tad, ja cilvēkam nav iespējams nejauši pie tiem pieskarties, Ja vadā ir spriegums un pie

tā nejauši pieskaras cilvēks, viĦa dzīvība ir apdraudēta. Saskaroties diviem kailvadiem, rodas

īsslēgums un bojātais iecirknis atslēdzas. Ja kailvadi atrodas zem klajas debess, tie pakĜauti

atmosfēras ietekmei (vējš, apledojums, temperatūras izmaiĦas) un gaisā atrodošos koroziju

veicinošo piemaisījumu iedarbībai (ėīmisko rūpnīcu un jūras tuvumā), tāpēc vadiem jābūt me-

hāniski izturīgiem un korozijizturīgiem. Agrāk gaisvadu līnijās lietoja galvenokārt vara va-

52

dus. Tagad līnijas izbūvē no alumīnija, tēraudalumīnija un tērauda vadiem. Lai ekonomē-

tu varu, vara, bronzas un tēraudbronzas vadus gaisvadu līnijās nelieto.

Vadus pēc konstruktīvā izpildījuma iedala šādi:

a) vienstieples jeb viendzīslas vadi, kas sastāv no vienas stieples (3.1. att. b);

b) daudzdzīslu jeb daudzstiepĜu vadi, kurus izgatavo no vara, alumīnija vai tērauda, sav-

starpēji savijot 7, 19, 37 vai 61 dzīslas (atkarībā no vada šėērsgriezuma) (3.1. att. c);

c) daudzdzīslu vadi, kurus izgatavo no diviem metāliem (alumīnijs—tērauds, tērauds

— bronza) savstarpēji savijot 6, 18, 24, 26, 30, 42, 48, 51, 54, 76 vai 90 dzīslas (at-

karībā no vada šėērsgriezuma) (3.1. att. d);

d) cauruĜvadi (3.1. att. e).

Pašreiz rūpniecība ražo vadus pēc standarta IEC 61089 un 60228, klases 2, SFS 5701, NE

50182, ASTM B-232, BS 215 2.daĜa, DIN 48204, ГOCT 839—80, taču ekspluatācijā vēl ir

agrāk ražotie vara, alumīnija, tērauda un tēraudalumīnija vadi.

3.1. att. Gaisvadu līniju vadu konstrukcijas: a – vispārīgs skats; b — viendzīslas vads; c — daudzdzīslu vads no viena metāla;

d — daudzdzīslu vads no diviem metāliem, e — cauruĜvads. .

Vara vadi. Vara vadus (apzīmē ar burtu M) izgatavo no cieti velmēta vara ar mazu īpat-

nējo omisko pretestību (ρ = 18,8 Ω·mm2/km), bet relatīvi augstu mehānisko izturību ar grau-

jošo stiepes spriegumu σgr = 39 daN/mm2. Vara vadi ir izturīgi pret koroziju, un tos praktiski

nebojā atmosfēras piesārĦojumi. Taču šie vadi ir dārgi, un tāpēc tos lieto Ĝoti reti.

Alumīnija vadi. Alumīnija vadus izgatavo ar diametru no 10 līdz 1500 mm2.

Alumīnija vadiem mehāniskā izturība σB = 150-160 MPa, īpatnējā elektriskā vadītspēja γ

= 32 MS/m. Sakarā ar mazo mehānisko izturību alumīnija vadus lieto vietējos elektriskajos

tīklos, kur attālums starp balstiem nav liels. Lai paaugstinātu vadu mehānisko izturību,

alumīnija vadus izgatavo ar daudzām dzīslām. Alumīnija vadus apzīmē ar burtu A, piemēram,

b c d e

a

53

vads A-35. Alumīnija vadi labi iztur atmosfēras iedarbību, bet vāji pretojas ėīmiskajai iedarbī-

bai. Ja gaisvadu līnija atrodas juras piekrastes, sālsūdens ezeru vai ėīmisko uzĦēmumu tu-

vumā, jālieto gaisvadu līnijas vadi ar paaugstinātu korozijizturību.

Tērauda vadi. Tērauda vadiem īpatnējo elektrisko vadītspēju neuzrāda, jo tā ir atkarīga

no strāvas lieluma. Salīdzinājumā ar alumīnija vadiem tērauda vadu īpatnējā elektriskā

vadītspēja ir mazāka, bet mehāniskā izturība lielāka (σB = 550...770 MPa). Ekspluatācijā vēl

sastopami viendzīslas un daudzdzīslu tērauda vadi. To galvenais trūkums — tie nav koro-

zijizturīgi, tāpēc vadu virsmu pārklāj ar cinka kārtiĦu. Augstsprieguma līnijās aizsardzībai

pret pārspriegumu lieto troses no tērauda vadiem.

Tēraudalumīnija vadi. Tēraudalumīnija vadus izgatavo ar diametru no 10 līdz

1250 mm2. Tēraudalumīnija vadus gaisvadu līnijās lieto visvairāk, jo tie ir mehāniski iz-

turīgi (tērauda serde) un tiem ir liela īpatnējā vadītspēja (alumīnija dzīslas). Tēraudalu-

mīnija vadu īpatnējo elektrisko vadītspēju pieĦem vienādu ar tāda paša šėērsgriezuma alumīni-

ja vada vadītspēju. Tērauda serdes īpatnējā elektriskā vadītspēja ir maza, tāpēc to aprēėinos

neievēro. Izgatavo šādu marku daudzdzīslu tēraudalumīnija vadus: AC, ACSR, AT (alumīni-

ja un tērauda daĜu šėērsgriezumu attiecība 5,5.. . 6 : 1 ) , ACSR, ACУ — vadi ar pastiprinātu

mehānisko izturību (alumīnija un tērauda daĜu šėērsgriezumu attiecība 4.. . 4 ,5 : 1 ) , ACO —

atvieglotas konstrukcijas vads (alumīnija un tērauda daĜu šėērsgriezumu attiecība 8 : 1 ) ,

ACK — korozijizturīgs vads.

Aldreja vadi. Aldreja vadu īpatnējā elektriskā vadītspēja ir par 10. . .12% mazāka ne-

kā alumīnija vadiem, bet to mehāniskā izturība ir divas reizes lielāka. Aldrejs ir alumīnija

sakausējums ar dzelzi (≈ 0,2%), magniju (≈ 0,7%), silīciju ( ≈ 0 , 8 % ) . Atkarībā no

magnija un silīcija daudzuma un apstrādes paĦēmiena aldreja vadus izgatavo ar dažādu me-

hānisko izturību. Korozijizturības ziĦā aldreja vadi līdzvērtīgi alumīnija vadiem.

CauruĜvadi. Lai samazinātu koronas zudumus, jāpalielina vada diametrs. Ja vadu izgatavo

blīvu, vada šėērsgriezums netiek pilnīgi izmantots, jo, vados plūstot maiĦstrāvai, novērojams

virsmas efekts. Tāpēc izgatavo arī dobus vadus (cauruĜvadus). CauruĜvadus izgatavo no

alumīnija vai vara. Tos izmanto galvenokārt apakšstaciju kopnēm, ja spriegums ir 330 kV un

augstāks. Vada atsevišėās daĜas savieno, izveidojot rievsavienojumus (sk. 3.3. att. e).

Gaisvadu līnijās izmanto arī šėeltos vadus.

0,4 kV un 20 kV sprieguma līnijās pēdējos gados montāžai izmanto jaunas konstrukci-

jas un materiālu vadus (P.1.1. un P.1.2. pielikums). Ja gaisvadu līnija atrodas jūras pie-

krastes, sālsūdens ezeru vai ėīmisko uzĦēmumu tuvumā, rekomendē lietot speciālas markas

vadus (alumīnija, korozijizturīgi, spraugas starp atsevišėām dzīslām aizpildītas ar neitrālu

54

ziežvielu).

Atkarība no pielietojuma izmanto dažāda tipa tēraudalumīnija vadus:

a - vads, kas sastāv no vairākām cinkota tērauda dzīslām veidotas serdes, ap kuru ir

alumīnija dzīslas;

b - tēraudalumīnija vads, kuram spraugas starp serdes tērauda dzīslām vai starp visa

vada dzīslām ir aizpildītas ar ziežvielu, kas aizsargā vadu pret koroziju (vadus lieto juras

piekrastes, sālsūdens ezeru vai ėīmisko uzĦēmumu tuvumā);

c - tēraudalumīnija vads, kuram tērauda serdes dzīslas izolētas.

Tēraudalumīnija vadus izgatavo ar dažādu tērauda dzīslu un alumīnija dzīslu šėērsgrie-

zumu attiecību: 1 :6,0...6,16, ja vads novietots normālas mehāniskās slodzes apstākĜos; 1:

4,29..4,39, ja vads novietots palielinātas mehāniskās slodzes apstākĜos; 1:0,65.. .1,46, ja

vads novietots Ĝoti lielas mehāniskās slodzes apstākĜos; 1 : 7,71...8,03 — atvieglotas kon-

strukcijas vads; 1 : 12,22...18,09 — Ĝoti atvieglotas konstrukcijas vads.

Atkarībā no vada markas un šėērsgriezuma vadus izgatavo ar noteiktu garumu (celtnie-

cības garums).

No mehāniskās izturības viedokĜa pieĜaujamais vadu minimālais šėērsgriezums dots 3.5..

tabulā.

Izstrādājumi parastajām kailvada līnijām aptver visplašāk pielietojamu vadu diapazonu.

Plašs armatūras klāsts nodrošina vienkāršu, ekonomisku un vispusīgu sistēmu līniju uzbūvē-

šanai atbilstoši vispārīgiem Eiropas standartiem.

3.7.2. PiekarkabeĜa (AMKA) sistēma ar neizolēto nesošo nullvadu

AMKA - 1 kV gaisvadu vītais pašnesošais alumīnija kabelis. Piekarkabelis AMKA sastāv

no viena līdz pieciem izolētiem fāzes vadiem kuri apvīti ap nesošo nullvadu. Nesošais vads

tiek izmantots ka PEN-dzīsla. Fāzes vadi izolēti ar atmosfēras izturīgu blīvu melnu polietilē-

nu, nesošais nullvads izgatavots no alumīnija sakausējuma (izturība pret stiepes deformāciju

300 N/mm²) un uzĦem visas mehāniskās slodzes.

Fāzes vadu šėērsgriezums var būt no 16 mm² līdz 120 mm² atkarībā no slodzes strāvas,

maksimāli pieĜaujamā sprieguma krituma un īsslēguma strāvas. Nesošā nullvada šėērsgrie-

zums var būt no 16 mm² līdz 95 mm² (atkarībā no mehāniskajiem un elektriskajiem paramet-

riem). Kabelim papildus var būt viens vai divi izolēti vadi ielu apgaismojumam.

55

3.5. tabula

No mehāniskās izturības viedokĜa pieĜaujamais minimālais vadu šėērsgriezums

gaisvadu līnijās ar spriegumu virs 1000 V

Vadu šėērsgriezums

Gaisvadu līnijas raksturojums vadi ar AH

markas alumī-nija sakausē-juma dzīslām

tēraudalumīnija vadi ar AЖ

markas alumīni-ja sakausējuma

dzīslām

tērauda vadi

Gaisvadu līnija bez šėērsojumiem rajonos ar apledojuma kārtiĦas biezumu:

līdz 10 mm 15 mm un vairāk

Pārejās pār kuăojamām upēm un kanāliem rajonos ar apledojuma kārtiĦas biezumu:

līdz 10 mm 15 mm un vairāk

Pārejās neatkarīgi no apledojuma rajona: pār sakaru līnijām par virszemes cauruĜvadiem un trošu ce-

Ĝiem Pārejās pār dzelzceĜiem rajonos ar aple-dojuma kārtiĦas biezumu:

līdz 10 mm 15 mm un vairāk

35 50

70 70

70 70

— —

25 35

25 25

35 35

35 50

25 25

25 25

25 Nedrīkst iz-

mantot

Nedrīkst iz-mantot

Nedrīkst iz-mantot

Piezīme. Pārejās, kuras tabulā nav uzrādītas, atĜauts lietot tādus pašus vadus kā līnijās bez šėērsoju-miem. Tā, piemēram, pārejās pār automobiĜu ceĜiem, trolejbusu un tramvaju līnijām.

Pielietojums. Gaisvadu elektropārvades līnijām.

Augstāka pieĜaujamā dzīslas temperatūra - pie nepārtrauktas darbības 70 0C, īsslēgums

(ilgums līdz 5 s) - 135 0C . Zemāka ieteicamā uzstādīšanas temperatūra mīnus 20 °C

3.2. att. Piekarkabelis AMKA

Uzbūve. Vads 16 mm2 - apaĜa un monolīta alumīnija dzīsla, vads 25-120 mm2 - apaĜa,

56

atdedzināta un kompakta alumīnija dzīsla. Izolācija - klimata noturīgs melns PE. Nesošais

vads - apaĜš, atdedzināts un kompakts alumīnija sakausējuma vads. Izvietojums - izolētie vadi

tiek savīti apkārt nesošajam vadam.

Dzīslu identifikācija. Fāzes dzīslas 2, 3 vai 4 gareniskas rievas. Papildus dzīsla - nav rie-

vu (3.2. att.).

Standarti. SFS 2200, HD 626-5D S1

Nominālais spriegums. U0/U = 0.6/1 kV, Um=1.2 kV

3.7.3. PiekarkabeĜa sistēma ar izolēto nesošo nullvadu

Piekarkabelis sastāv no viena līdz pieciem izolētiem alumīnija fāzes vadiem kuri apvīti ap

izolētu nesošo nullvadu no alumīnija sakausējuma (izturība pret stiepes deformāciju 300

N/mm²). Vadi izolēti ar atmosfēras izturīgu blīvu melnu polietilēnu. Nesošais nullvads uzĦem

visas mehāniskās slodzes (3.3. att.).

Fāzes vadu šėērsgriezums var būt no 16 mm² līdz 150 mm² atkarībā no slodzes strāvas,

maksimāli pieĜaujamā sprieguma krituma un īsslēguma strāvas. Nesošā nullvada šėērsgrie-

zums var būt no 25 mm² līdz 95 mm² (atkarībā no mehāniskajiem un elektriskajiem paramet-

riem).

3.3. att. Piekarkabelis ar izolēto nesošo nullvadu

3.7.4. Četru izolēto vadu sistēma

Piekarkabelis sastāv no četriem identiskiem izolētiem vadiem (šėērsgriezums no 16 līdz

185 mm²) , mehāniskā slodze sadalās starp tiem vienmērīgi (3.4 att.). Tie ir izgatavoti no iztu-

rīga alumīnija, izturība pret stiepes deformāciju katram vadam ir 150 N/mm². Tā kā šī slodze

57

sadalās starp visiem vadiem, tad piekarkabeĜa kopējā izturība ir diezgan augsta. Vadi izolēti ar

atmosfēras izturīgu blīvu melnu polietilēnu PE vai cauršūto polietilēnu XLPE. Kabelim papil-

dus var būt viens vai divi izolēti vadi ielu apgaismojumam.

a

b

3.4. att. Četru izolēto vadu sistēma: a - piekarkabelis СИП-4; b - piekarkabelis EX

EX (ALUS, СИП-1А, СИП-4, СИП-5) - 1 kV gaisvadu vītais kabelis ar PE izolētām

alumīnija dzīslām. Pielietojums - gaisvadu elektropārvades līnijām.

Augstāka pieĜaujamā dzīslas temperatūra pie nepārtrauktas darbības — 70 °C, īsslēgums

(ilgums līdz 5 s) - 135 °C

Uzbūve. Vads - apaĜa, apdedzināta un kompakta alumīnija dzīsla. Izolācija - klimata no-

turīgs melns PE. Izvietojums - izolēti vadi savīti kopā.

Dzīslu identifikācija. Fāzes dzīslas 2, 3 vai 4 gareniskas rievas (3.5. att.).

Papildus dzīsla - nav rievu. СИП-1А, СИП-4, СИП-5 – bez rievām.

Standarti. HD626-3I. Nominālais spriegums. U0/U = 0.6/1 kV, Um=1.2 kV

3.5. att. Dzīslu identifikācija: A, B, C – fāzes vadi, 0 - nullvads

3.7.5. Izolēto vadu sistēmas vidēja sprieguma elektrotīkliem

Izolēto vadu sistēmas (vēl sauktas par SAX, PAS, BLX vai СИП-3) tika izstrādātas lai

samazinātu bojājumu skaitu salīdzinoši ar kailvada sistēmām vidēja sprieguma tīklos (3.6.

att). Papildus ieguldījumi līniju izbūvē bieži vien pilnībā tiek kompensēti ietaupot ar mazā-

kiem līnijas trases platumiem, ar mazākiem izdevumiem līniju apkalpošanā un nodrošinot

58

kvalitatīvāku elektroenerăijas piegādi. Armatūra izolēto vadu sistēmai ir derīga visiem šėērs-

griezumiem un vadu tipiem, to ir viegli montēt.

Kabelis SAX-W Kabelis СИП-3

3.6. att. Izolēto vadu sistēmas vidēja sprieguma elektrotīkliem

SAX-W 20 kV. Sistēmu pielieto uzstādīšanai stabos kā daĜu no gaisvadu SAXM – sistē-

mas ar spriegumu līdz 20 kV un frekvenci 50 Hz.

Augstākā pieĜaujamā dzīslas temperatūra pie nepārtrauktas darbības – 800C; īsslēgums

(ilgums līdz 5 s) – 2000C. Zemākā ieteicama guldīšanas temperatūra – mīnus 20 °C

Uzbūve. Vads - apaĜš, kompakts ūdensizturīgs alumīnija sakausējuma vads, atbilst stan-

dartam IEC 104 Type A. Apvalks - apkārtējo apstākĜu izturība, melns XLPE maisījums (3.6.

att. un P.1.7. pielikums).

Standarts. SFS 5791. Nominālais spriegums: U0/U = 12/20 kV, Um = 24 kV.

3.8. Spēka kabeĜi.

KabeĜi paredzēti elektroenerăijas kanalizācijai, un tie sastāv no viena vai vairākiem savstar-

pēji izolētiem vadītajiem, kuri ievietoti hermētiskā aizsargapvalkā, kas izveidots no gumijas,

plastmasas, alumīnija vai svina. KabeĜi, kuriem virs aizsargapvalka ir tērauda lenšu, apaĜu vai

plakanu tērauda stiepĜu segums — bruĦas (aizsardzībai pret mehāniskiem bojājumiem), sauc

par bruĦotu kabeli. Ja kabeĜa aizsargapvalks vai bruĦas nav pārklāti ar piesūcinātu džutas ap-

pinumu, šādus kabeĜus sauc par kailiem kabeĜiem.

Izšėir spēka kabeĜus un kontrolkabeĜus.

Spēka kabeĜus izmanto elektroenerăijas pārvadei un sadalei apgaismes un spēka elektroie-

taises, kā arī gadījumos, kad kabeĜus izmantot ir ekonomiskāk un tehniski mērėtiecīgāk nekā

vadus.

Standarti. Vadi un kabeĜi tiek izgatavoti atbilstoši esošajiem starptautiskajiem standar-

tiem. Kabelis atbilst standartu prasībām, kas ir norādīts konkrētā kabeĜa aprakstā.

Izmēru un svara rādītāji ir jāĦem vērā kā nominālie.

Nominālie spriegumi. Zemāk norādītajā 3.6. tabulā tiek norādīti visbiežāk izplatītie no-

minālie kabeĜu spriegumi, kas atbilst starptautiskajam standartam IEC 38.

59

3.6. tabula

Nominālie spriegumi U0/U kV 0,6/1 3,6/6 6/10 12/20 18/30

Um kV 1,2 7,2 12 24 36 UP kV - - 75 125 170

U0 - nominālais spriegums starp dzīslu un zemi; U - nominālais spriegums starp dzīslām; Um - maksimālais dar-bības spriegums, kas ietekmē jebkuru tīkla daĜu un uz kuru neattiecas īslaicīgas sprieguma svārstības, kas radītas pie palaišanas, atslēgšanas vai traucējumu situācijās; Up - impulsīvā sprieguma pīėa lielums starp katru atsevišėu dzīslu un zemi.

KabeĜu konstrukcija. KabeĜi pēc konstrukcijas, tehniskiem raksturojumiem un eksplu-

atācijas īpašībām atbilst standartiem IEC 60827, IEC 60840, IEC 60 502-1 un CENELEC

standartiem HD 620, HD 632.

Tagad stacionārajos spēka tīklos izmanto kabeĜus ar izolāciju no šūtā polietilēna (PE), kas

ir drošāki ekspluatācijā, nekā kabeĜi ar papīra izolāciju un ekoloăiski tīrāki (konstrukcijā ne-

izmanto svina, bituma, eĜĜas). Patlaban gandrīz visos ES valstīs izmanto spēka kabeĜus tikai ar

izolāciju no šūtā polietilēna. Daudzdzīslu kabeĜu konstrukcija paradīta 3.7. attēlā, viendzīslu

vidējā sprieguma kabeĜa konstrukcija paradīta 3.8. attēlā.

Spēka kabeĜa strāvu vadošās dzīslas izgatavo no viena vai vairākiem alumīnija vai vara

vadiem. Dzīslās šėērsgriezuma forma var būt aplis, kā arī sektors vai segments (3.8. att.).

1 2 4 9 1 2 4 5 6 7 8 9

a

b

3.7. att. Daudzdzīslu kabeĜu konstrukcija ar izolāciju no šūtā polietilēna a – spēka kabelis bez bruĦas, b – bruĦots spēka kabelis;

1 - strāvu vadošā dzīsla; 2 - dzīslu izolācija no šūtā polietilēna (PE); 3 - aizpildītāji no kabeĜauduma vai cita ma-teriāla; 4 - savienošanas lente; 5 - jostas izolācija no PVH plastikāta vai polietilēna; 6 - tērauda lenšu bruĦas; 7 - bitums; 8 - aptinums no polietipentereftalatas plēves; 9 – liesmu kavējošs aizsargpārklājums (apvalks) no PVH

plastikāta (IEC 60332)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3.8. att. Viendzīslu vidējā sprieguma kabeĜu konstrukcija ar izolāciju no šūtā polietilēna 1 - strāvu vadošā dzīsla; 2 – dzīslas ekrāns no pusvadoša šūtā polietilēna; 3 – izolācija no šūtā polietilēna; 4 -

ekrāns no pusvadoša šūtā polietilēna; 5 – sadalījuma slānis no strāvu vadošās lentes; 6 – ekrāns no vara stieplēm, kas savienoti ar vara lentes; 7 - sadalījuma slānis; 8 – slānis no alumopolimērās lentes; 9 – liesmu kavējošs ap-

valks no polietilēna, plastikāta vai PVH plastikāta.

60

Lietojot šādus sektora vai segmenta formas šėērsgriezuma kabeĜus, var paaugstināt to ko-

pējā šėērsgriezuma lietderīgā aizpildījuma pakāpi. KabeĜu diametrs ar sektoru vai segmenta

formas dzīslām ir mazāks par 20-25%. Mazāks ir arī materiālu patēriĦš. DaudzstiepĜu dzīslu

sablīvēšana arī dod materiāla ekonomiju. Sablīvētas un nesablīvētas dzīslās šėērsgriezumi pa-

radīti 3.10. un 3.11. attēlā.

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

a - dzīslās šėērsgriezuma forma sek-tors

b - dzīslās šėērsgriezuma forma aplis c - dzīslās šėērsgriezuma forma segments

3.9. KabeĜu dzīslās šėērsgriezuma forma

a b

3.10. att. ApaĜas dzīslas šėērsgriezums (a - nesablīvēta dzīsla; b – sablīvēta dzīsla)

a b

3.11. att. KabeĜu šėērsgriezums ar sektora formas dzīslām (a - nesablīvēta dzīsla; b – sablīvēta dzīsla)

Spēka kabeĜa strāvu vadošās dzīslas izgatavo no vara, alvota vara un alumīnija stieplēm

atbilstoši standartam IEC 60228, DIN VDE 0295, ГОСТ 22483-77 ar izmaiĦām 1, 2. Va-

ra un alumīnija dzīslas kabeĜiem stacionārai instalācijai sadala uz 1 un 2 klasi, bet lokaniem

kabeĜiem – uz 3, 4, 5 un 6 klasi (3.12. att.).

Standarts Cenelec HD 308 S2:2001 nosaka dzīslu krāsojumu fiksētās montāžas un lokanajiem ka-

beĜiem. ZaĜi - dzeltenā dzīsla paredzēta aizsardzībai (PE), vai kopējā - aizsardzībai un nullei (PEN),

pirmās dzīslas krāsa – brūna, otrās dzīslas – melna, trešās dzīslas – pelēka, ceturtās dzīslas krāsa - zila.

Atsevišėu dzīslu izolācijai lieto speciālu plastmasu. Izolācijas kārtas biezums un aizpildī-

juma veids ir atkarīgs no kabeĜu nominālā darba sprieguma un dzīslas šėērsgriezuma.

Minimālais locījuma rādiuss. Minimāla kabeĜa locījuma rādiusa norādījumi to instalāci-

jas laikā tiek noteikti galvenajos kabeĜa rādītājos (3.7. tab.).

Galējās uzstādīšanas laikā tiek pieĜauts vienreizējs locījuma rādiusa pielietojums līdz 30%

mazāks kā norādīts un tikai ar nosacījumu, ka locījums tiks veikts vienmērīgā režīmā.

Maksimālais nostiepuma spēks. KabeĜu guldīšanas darbu laikā tiek pielietotas vilcēja

uzmava un maksimālais pieĜaujamais nostiepuma spēks tiek norādīts konkrētā kabeĜa datu ap-

rakstā: kabelis ar alumīnija dzīslām 10-15 N/mm2, bet ne vairāk par 40 N/mm2; kabelis ar va-

ra dzīslām 10-20 N/mm2, bet ne vairāk par 70 N/mm2. Šo apjomu var pareizināt ar visu kopā

61

saliktu dzīslu šėērsgriezumu, bet nepārsniedzot 8500 N.

1 klase

Vads (N)YM(St)-J, ПВ-1

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

2 klase

Vads NYM-J, ПВ-2

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

3 klase

Vads/kabelis HO5Z-K,

HO7Z-K, ПВ-3

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

4 klase

Kabelis KRANFLEX NSHTOU, КГ

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

5 klase

Vads/kabelis H05VV-F, H03VV-

F, SIF, JZ-500, ПВС

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

6 klase

Kabelis JZ-HF-500, КОГ

Izolācija Strāvu vadoša dzīsla

3.12. att. Vadu un kabeĜu dzīslu klasēs

3.7. tabula

Minimālais locījuma rādiuss

Viendzīslas kabelis Trīsdzīslu kabelis

Instalācijas gadījumā 15 D 12 D

Montāža gadījumā 10 D 8D

D – kabeĜa diametrs.

62

Pielietojot speciālo vilkšanas mehānismu maksimālo pieĜaujamo nostiepuma spēku var

palielināt: kabelis ar alumīnija dzīslām 50 N/mm2; kabelis ar vara dzīslām 100 N/mm2. Šo ap-

jomu var pareizināt ar visu kopa saliktu dzīslu šėērsgriezumu, bet nepārsniedzot 20 000 N.

Ja vilkšana tiek veikta ar atbalstu pret tērauda nodrosi, tad pieĜaujamais vilkšanas spēks

nedrīkst pārsniegt 130 N/mm2, kas pareizināts ar nodroses šėērsgriezumu.

Minimālās pieĜaujamas uzstādīšanas temperatūras. Speėa kabeĜu uzstādīšanas laikā

kabeĜa temperatūra nedrīkst būt zemāka par norādītajām vērtībām:

Spēka kabeĜi uz spriegumu ≤1 kV ar plastmasas izolāciju un ar apvalku no PVX — -15

°C.

Spēka kabeĜi uz spriegumu 1 kV < U < 30 kV ar izolāciju no šūtā PE ar apvalku no PVX

— -5 °C; ar apvalku no šūtā PE — -20 °C. Spēka kabeĜi uz spriegumu >30 kV ar izolāciju

no šūtā PE ar apvalku no PVX — -5 °C; ar apvalku no PE — -15 °C

Pie zemākām temperatūrām kabelim ir jānodrošina priekšlaicīga uzsildīšana. Nepiecieša-

mo kabeĜa temperatūru var sasniegt to vairākas dienas glabājot apsildītās telpās vai arī pielie-

tojot speciālas uzsildīšanas iekārtas.

Guldīšanas veidi. KabeĜu grupu ar PE izolāciju var novietot trīsstūrī (3.13.att.) vai plaknē

3.13. att. KabeĜu guldīšana

trīsstūrī

3.14. att. KabeĜu guldīšana plaknē

(3.14. att.). Izvēle ir atkarīga no dzīs-

las šėērsgriezumu, no montāžas vieta

un no ekrāna zemēšanas veida.

KabeĜus, kuru dzīslas ir izolētas

ar gumijas vai plastmasas izolāciju, stāvās un vertikālās kabeĜu trasēs var izmantot bez ierobe-

žojumiem.

KabeĜa metāliskā ekrāna zemēšana. KabeĜu sistēmas projektēšanas laikā var būt izman-

toti dažādas metodes kabeĜa metāliskā ekrāna zemēšanai. 3.15. att. un 3.16. att. paradīti pa-

rastas zemēšanas metodes. Atvērta shēma: kopējie kabeĜu ekrāni ir savienoti un sazemēti tikai

vienā trases galā. Aizvērta shēma: kopējie kabeĜu ekrāni ir savienoti abos trases galos uz sa-

zemēti jebkura gadījumā vienā trases galā.

3.15. att. KabeĜu ekrāna zemēšanas aizvērta

shēma 3.16. att. KabeĜu ekrāna zemēšanas atvērta shēma

63

Elektriskā pretestība. Katalogā katram kabeĜu tipam tiek noradīta maksimālā standarta

pieĜaujamā vērtība elektriskajai pretestībai strāvas dzīslām pie nepārtraukta sprieguma un

temperatūras +20 °C.

Metālisko apvalku un kopējo ekrānu elektriskā pretestība pie nepārtrauktas strāvas ir

aprēėinu rādītāji.

Saistībā ar maiĦstrāvas pretestību un zemāk norādītajiem faktoriem ir jāĦem vērā papildus

zudumi, kas rodas atkarībā no virsmas vai saskarsmes: frekvence 50 Hz kopējā ekrāna ėēde ir

noslēgta uzstādot trīsstūrveidā viendzīslu kabeĜi saskaras, savukārt izvietojot to vienā līmenī,

distance starp kabeĜiem ir vienāda ar ārējo kabeĜa diametru.

Ir iespējams pārrēėināt elektrisko pretestību pie nepārtraukta sprieguma arī citās tempera-

tūrās pēc sekojošas formulas:

Rt = R20 [1 + a20(t - 20)], (3.1)

kur: Rt -elektriskās pretestības vērtība pie temperatūras t0C, Ω;

R20 - elektriskās pretestības vērtība pie temperatūras 20 °C, Ω;

t - strāvas nesošās dzīslas temperatūra, °C

a20 – īpatnējas pretestības temperatūras koeficients (1 /°C) ar vērtību: 0,00393 1/°C vara

dzīslām, 0,00403 1/°C alumīnija dzīslām/apvalkiem, 0,00400 1/°C apvalkiem no svina sa-

kausējuma

Kapacitativā pretestība. Kapacitatīvās pretestības vērtības ir vidējie rādītāji, kas Ħemti

izejot no temperatūras +20 °C un nominālo spriegumu ar frekvenci 50 Hz. Paaugstinot strāvas

nesošās dzīslas temperatūru no +20 °C līdz maksimāli pieĜaujamai kabeĜa darbības temperatū-

rai, tad kapacitatīvās pretestības apjoms paaugstinās aptuveni par 40%. Tas attiecas uz speci-

ālajiem kabeĜiem ar izolāciju no PVX.

Īsslēguma uz zemi apjoms palielinās atbilstoši kapacitatīvās pretestības apjomam. Izlādes

un īsslēguma strāvas apjomi uz zemi ir aprēėinu vērtības pie frekvences 50 Hz.

Kapacitīvo pretestību aprēėina:

km

F

d

dC

i

µε,

ln18 0

= (3.2)

kur ε – relatīva dielektriskā caurlaidība;

d0 – izolācijas ārējais diametrs, mm;

di – dzīslu diametrs ar ekrānu, mm;

εspe = 2,3.

Dielektriskie zudumi var aprēėināt, izmantojot formulu

64

km

WtgfC

UWd ,2

3

2

δπ ⋅⋅= (3.3)

kur U – nominālais spriegums, kV;

f – frekvence, Hz;

C – kapacitāte, µF/km;

tgδ – dielektrisko zudumu tangensa leĦėis.

Induktīvā pretestība. Induktīvās pretestības vērtības, kas norādītas katram kabelim atse-

višėi, ir aptuvenas. Viendzīslu kabeĜu induktīvas pretestības vērtība tiek noteikti atbilstoši se-

kojošajam: uzstādīšana vienā līmenī, attālums starp kabeĜiem ir vienāds ar ārējo kabeĜa di-

ametru, uzstādot trīsstūrveida kabeĜi saskaras.

3.17. att. Ilustrācija induktivitātes un induktīvas pretestības aprēėiniem

Induktivitātes aprēėins (3.17. att.):

,ln2,005,0

⋅⋅+=

r

sKL

km

Hµ (3.4)

kur К = 1 uzstādot trīsstūrveidā;

К = 1,26 uzstādīšana vienā līmenī;

s – attālums starp dzīslu ass, mm;

r – dzīslu rādiuss, mm.

Induktīvo pretestību var aprēėināt, izmantojot formulu:

,1000

2L

fX ⋅= π km

Ω (3.5)

kur f – frekvence, Hz;

L – induktivitāte, µH/km

PieĜaujamā kabeĜa dzīslas sasiluma temperatūra. Ilgstoši pieĜaujama maksimāla strā-

vas nesošās dzīslas darbības temperatūra: kabeĜi ar 1 kV slodzi ar izolāciju no PVX — 700C,

kabeĜi ar izolāciju no šūtā PE — 90 0C.

PieĜaujamā kabeĜa dzīslas sasiluma temperatūra avārijas režīmā ar izolāciju no PVX — 90 0C, kabeĜi ar izolāciju no šūtā PE — 130 0C.

65

Lai nodrošinātu mehānisko un elektrisko izolācijas noturību termiskā slodze, kas ir īsslē-

guma iemesls, tiek ierobežota ar maksimālo galējo temperatūru noteikšanu strāvas vadošo

dzīslu īsslēgumiem.

- kabeĜi ar šūto PE izolāciju - 250 °C;

- kabeĜi ar PVX izolāciju ar 1 kV spriegumu: ≤ 300 mm2 - 60 0C; > 300 mm2 - 140 °C.

Norādītie maksimālie pieĜaujamie īsslēguma strāvas apjomi tiek aprēėināti balstoties uz

faktu, ka sākotnējā temperatūra strāvas nesošajā dzīslā ir maksimālā pieĜaujamā darbības tem-

peratūra.

1 sekundes īsslēgumu apjomi ir strāvas nesošās dzīslas termiskās izturības rādītājs. Mak-

simālo pieĜaujamo termiskās strāvas apjomu īsslēguma gadījumā ar ilgumu no 0,2 līdz 5 se-

kundēm var noteikt pēc zemāk noradītās formulas:

,/1 tII st =

kur I1s - 1 sekundes termiskais īsslēguma strāvas apjoms, kA

t - īsslēguma ilgums, s

Guldot zemē kabeĜus ar šūtā polietilēna izolāciju ir jāĦem vērā fakts, ka ilgstoša dzīslas

temperatūra +90 °C apjomā var izžāvēt apkārtējo augsni un tādējādi būt par iemeslu kabeĜa

pārslodzei. ĥemot to vērā nepieciešams ierobežot dzīslu ar izolāciju no šūtā polietilēna, kuras

tiek guldītas zemē, ilgstošu temperatūras apjomu līdz +65 °C.

Dinamiskā slodze. Īsslēguma strāvas mehāniski noslogo ne tikai kabeli, bet arī armatūru.

Maăistrālo tīklu un lielu elektrostaciju tuvumā dinamiskās slodzes nozīme pie īsslēgumiem ir

daudz lielāka nekā attālinātās tīkla daĜās. Ir nepieciešams pārbaudīt armatūras dinamisko iztu-

rību kā arī paša kabeĜa nostiprinājumu. Tas jo īpaši attiecas uz augstsprieguma sistēmām un

paralēlo gaisvadu trašu kabeĜiem

Īsslēguma momentā maksimālie iedarbības spēki tiek pārvērsti īsslēguma trieciena strāvā,

kura ietekme pārsniedz īsslēguma strāvas apjomu 2,5 reizes.

Dinamisko slodžu samazināšana līdz minimumam bez drošas armatūras pielietojuma pra-

sa arī izmantot paredzēto montāžas tehniku.

Dinamisko slodzi starp kabeĜiem var aprēėināt ar formulu:

,2,0 2I

sF = (3.6)

kur I = 2.5·Iīsl, kA

Iīsl – īsslēguma strāva, kA;

s – attālums starp kabeĜu ass, m;

F – maksimālais spēks, N/m.

66

3.8.1. Spēka kabeli ar gumijas izolāciju. Spēka kabelis ar gumijas izolāciju (3.18.att.)

var būt bez bruĦām vai bruĦots ar ārējo segumu. Strāvu vadošo dzīslu šėērsgriezumu diapa-

zons ir 1-500 mm2. Šos kabeĜus lieto stacionāru ietaišu tīklos ar maiĦspriegumu līdz 500 V un

ar līdzspriegumu līdz 1000 V, kā arī elektroietaisēs ar darba maiĦspriegumu 3, 6 un 10 kV. Ir

arī speciālas kabeĜu markas, kurus izmanto kustīgam savienojumam telpās vai ārpus telpām

(darba galdos, liftos, celtĦos, transportēšanas iekārtās un konveijeros, spēka ėēdēs un visur,

kur kabelis tiek pakĜauts vilkšanai vai dauzīšanai pret zemi, vai tiek izmantots arī kā trose),

ievērojot norādīto temperatūras diapazonu. KabeĜi ir laikapstākĜu un UV staru izturīgi. Dzīslas

sastāv no smalkām tīra alumīnija vai vara šėiedrām, gumijas (PCH) saturošas dzīslu izolāci-

jas, dzīslas savītas kopā ar speciālām izturīgām papildus dzīslām, ārējā apvalka izolācijai iz-

mantots speciāls gumijas (PCH) savienojums melns, liesmu kavējošs. Visos kabeĜos ar trīs vai

vairākām dzīslām viena ir dzeltena/zaĜa un tā ir novietota ārējā slānī. Pārējās dzīslas ir krāsai-

nas. Markas un lietošanas joma spēka kabeĜiem ar gumijas izolāciju dotas katalogos.

Tehniskie dati zemsprieguma kabeĜiem ar gumijas izolāciju. Nominālais maiĦ-

spriegums ar frekvenci 50 Hz – 660 V, nominālais līdzspriegums – 1000 V, maksimāla

dzīslas darba temperatūra – +700C, īsslēguma maksimāla dzīslas temperatūra – 2000C, ap-

kārtējas vides temperatūra - +50/-50 0C, minimālās pieĜaujamas uzstādīšanas temperatūras –

- 150C, locījuma rādiuss – viendzīslas kabeĜiem – 7,5 D, daudzdzīslu kabeĜiem – 10 D.

110—220 kV spriegumam ražo ar gāzi vai eĜĜu pildītus kabeĜus.

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8

a

b

3.18. Spēka kabelis ar gumijas izolāciju: a – kabelis bez bruĦas, b – bruĦots kabelis. 1 - strāvu vadošā dzīsla; 2 – apvalks; 3 – izolācija; 4 – aptinums; 5 – apvalks; 6 – spilvens; 7 – bruĦa;

8 – segums.

3.8.2. KontrolkabeĜi. KontrolkabeĜus lieto datu pārraidei spēka ėēdēs, vadības ėēdēs, re-

leja aizsardzības ėēdēs. KontrolkabeĜus (3.19. att.) izgatavo ar 4-61 dzīslām, dzīslu šėērsgrie-

zums — 0,75-10 mm2. KabeĜus izmanto brīvam savienojumam, statiskai instalācijai vai kustī-

gam savienojumam.

Uzbūve. Dzīslas sastāv no smalkām tīra alumīnija vai vara šėiedrām, polivinilhlorīda

(PVH), gumijas vai polyolefina saturošas dzīslas izolācijas, dzīslas savītas kārtās, apkārt dzīs-

lām aptīts auduma materiāls, tam seko sapīts vara vai alumīnija ekrāns (bruĦa), ārējā apvalka

67

izolācijai izmantots polivinilhlorīds (PVH), gumija vai speciāls halogēnbrīvs poliuretāna

(PUR) savienojums, liesmu kavējošs (IEC 60332.1). Dzīslas ir krāsainas.

1 2 7 1 2 3 4 5 6 7

a

b 3.19. Kontrolkabelis: a – kontrolkabelis bez bruĦas, b - bruĦots kontrolkabelis

1 - strāvu vadošā dzīsla; 2 – izolācija; 3 - sadalījuma slānis; 4 – bruĦa; 5 - izolācija; 6 – PET plēve; 7 - apvalks

Tehniskie dati. Nominālais maiĦspriegums ar frekvenci līdz 100 Hz – 660 V, nominā-

lais līdzspriegums – 1000 V, maksimāla dzīslas darba temperatūra – 700C, apkārtējas vides

temperatūra - +50/-50 0C, minimālās pieĜaujamas uzstādīšanas temperatūras – nebruĦotiem

kabeĜiem — - 150C, bruĦotiem kabeĜiem — - 50C.

KabeĜu marėēšana. KabeĜu markas apzīmējumā ietilpst burti, kas norāda kabeĜa elementu

konstrukciju. Burtu secība markas apzīmējumā atbilst konstrukcijas elementu secībai, sākot no

kabeĜa dzīslām.

3.8.3. KabeĜu markas izvēle.

KabeĜu markas izvēli nosaka apkārtējās vides apstākĜi, kabeĜu trases profils un sarežăītī-

ba, kā arī kabeĜa likšanas veids. KabeĜu konstrukcija (marka) un šėērsgriezums ir jāizvēlas,

ievērojot vissmagākos apkārtējās vides apstākĜus visā kabeĜa garumā. Telpās, kur ir novēro-

jama vibrācija, jāuzstāda kabeĜi ar alumīnija vai plastmasas apvalku. Izvēloties kabeĜus jāievē-

ro, ka stiepes slodze kabeĜiem var rasties, tos liekot dažādos uzbērumos, purvainās vai jaukta

sastāva gruntīs, ūdenī, kā arī montējot tos pa vertikālām konstrukcijām.

Ja kabeĜus liek tuneĜos, blokos vai citās slēgtās ietaisēs, tad nav pieĜaujams lietot kabeĜus

ar degošu aizsargpārklājumu, bet tiem ir jābūt pārklātiem ar nedegošu pretkorozijas materiālu.

Zonās, kur ir paaugstināta korozijaktivitāte vai arī grunts satur vielas, kas var sagraut metāla

apvalkus, jālieto kabeĜi ar pastiprinātu aizsargslāni.

20 kV sprieguma līnijām lieto arī viendzīslas kabeĜus, ja nevar lietot trīsdzīslu kabeĜus to

īsā celtniecības garuma dēĜ. Viendzīslas kabeĜu šėērsgriezumi jānosaka, Ħemot vērā apvalku

sasilšanu inducēto strāvu dēĜ.

68

3.9. Vadi

Elektrotehniskās un radiotehniskās iekārtās plašāk lietotie vadu veidi ir

tinumu vadi;

montāžas vadi;

instalācijas vadi.

Galvenie vadu raksturlielumi ir

dzīslas diametrs,

dzīslas īpatnējā pretestība,

maksimālā darba temperatūra,

izolācijas biezums un

izolācijas caursites spriegums.

Dzīslas diametrs nosaka vada šėērsgriezumu un līdz ar to arī maksimālo pieĜaujamo

strāvu.

Īpatnējā pretestība atkarīga no vadītāja materiāla veida.

Maksimālā darba temperatūra, kura atkarīga no dzīslas izolācijas veida, jāizvēlas atbil-

stoši elektriskās mašīnas vai aparāta termiskās izturības klasei.

Izolācijas biezums sevišėi svarīgs ir tinumu vadiem — jo plānāka ir vada izolācija, jo lie-

lāku vijumu skaitu var ievietot vienā un tai pašā tinuma tilpumā.

Izolācijas caursites spriegums jāzina tādēĜ, lai varētu pareizi izvēlēties iekārtas vai mezgla

darba spriegumu. Caursites spriegums atkarīgs no izolācijas veida un biezuma. Lai noteik-

tu caursites spriegumu, diviem noteiktā garumā kopā savītiem vadiem pieslēgto spriegumu

paaugstina tik ilgi, kamēr notiek caursite. Atbilstošā sprieguma vērtība ir abu divu vadu

izolācijas kopējais caursites spriegums.

3.9.1. Tinuma vadi.

No tinumu vadiem izgatavo elektrisko mašīnu, transformatoru un aparātu tinumus, releju

spoles, induktivitātes spoles, pretestības spoles un citus elementus. Tinumu vadiem parasti ir

vara dzīsla un emaljas, šėiedru, plēves vai arī jaukta izolācija. Izgatavo arī tinumu va-

dus ar alumīnija dzīslu. Pretestības tinumu vadiem visbiežāk ir manganīna dzīsla. Pār-

skats par galvenajiem vara tinumu vadu veidiem dots 3.8. tabulā.

Tinumu vadus ar emaljas izolāciju sauc par emaljētiem vadiem. Emaljas izolācija ir

plānāka par citiem izolācijas veidiem, jo tās biezums ir tikai 0,0075...0,07 mm. Emal-

69

jas izolācijai parasti ir liela elastība un dilšanas izturība, vienīgi eĜĜas emaljas mehānis-

kās īpašības ir sliktākas. Maksimālā darba temperatūra emaljētiem vadiem atkarībā

no emaljas bāzes ir 1 0 5 . . . 1 8 0 ° C , bet vadiem ar poliimīdu emaljas izolāciju tā ir vēl

augstāka. Poliuretāna emalja, vadus lodējot, nav jānotīra, jo šī emalja izpilda kušĦu

funkcijas.

3.8. tabula

Galvenie vara tinumu vadu veidi

Dzīslas di-

ametrs, mm

Izolācijas bie-

zums, mm

Maksimāla darba tempe-

ratūra 0C

Izolācijas veids

Ar

emal

ijas

izol

ācij

u

0,02... 2,44 0,05... 2,44 0,02... 2,44 0,05... 2,44 0,02 ... 2,44 0,02 ... 2,44 0,06... 1,0 0,06... 1,0 0,05... 2,44

0,0075...0,05 0,0125...0,06 0,01... 0,05

0,015...0,065 0,01... 0,05

0,015...0,065 0,01... 0,05

0,015... 0,07 0,01... 0.05

105 105 105 105 105 105

120...130 120...130

130

Žūstošās eĜĜas emalja Tas pats Vinifleksa un metalvina tipa emalja Tas pats Poliamīda-rezola emalja Tas pats Poliuretāna emalja Tas pats PolietilēnglikoItereftalāta emalja

Ar

šėid

ru u

n pl

ēves

iz

olāc

iju

1,0... 5,2 0,2... 5,2 1,0... 5,2

0,83x3,53 * No 0,9x2,83

līdz 1,16x9,8* No 0,9x14,5

līdz 5,5x14,5*

0,15... 0,30 0.09 ... 0,16 0,42

0,07... 0,08 0,07... 0,08 0,15... 0,22

105 90 90 90 105

120

Vairākkāršs kabeĜu papīra aptinums Divkāršs kokvilnas aptinums Kokvilnas aptinums un appinums Divkāršs zīda aptinums Divkāršs kaprona aptinums Divkāršs triacetātcelulozes plēves aptinums un kokvilnas aptinums

Ar

šėie

dru

un p

lē-

ves

izol

ācij

u

Tas pats

0,31... 5,2

0,31... 5,2

No 0,9x2,1 līdz 5,5x14,5*

0,15... 0,22

0,11...0,165

0,11...0,165

0,22 ... 2,80

120

155

180

105

Divkāršs triacetātcelulozes plēves aptinums un kaprona aptinums Divkāršs stikla šėiedras appinums, kas piesūci-nāts ar gliftāllaku Divkāršs stikla šėiedras appinums, kas piesūci-nāts ar silikonlaku Vairākkāršs kabeĜu papīra un kokvilnas spirāles aptinums

Ar

jauk

tu i

zolā

ciju

0,2,.. 2,1 0,2... 2,1 0,72... 2,1

0,05... 2,1 0,05... 2,1 0,72 ... 0,96 0,72 ... 0,96 0,31 ...2,1

0,31... 1,56

0,062...0,1 0,062...0,1 0,14...0,16

0,033 ...0,078 0,062... 0,10

0,095 0,093

0,10...0,12 0,08... 0,10

90 105 90 90 105 90 105 155 180

EĜĜas emalja, kokvilnas aptinums EĜĜas emalja, kaprona aptinums EĜĜas emalja, divkāršs kokvilnas aptinums EĜĜas emalja, zīda aptinums EĜĜas emalja, kaprona aptinums EĜĜas emalja, divkāršs zīda aptinums EĜĜas emalja, divkāršs kaprona aptinums Glif-tāla emalja, stikla šėiedras aptinums Silikona emalja, stikla šėiedras aptinums

* Taisnstūrveida šėērsgriezuma izmēri.

Šėiedru izolāciju tinumu vadiem izgatavo no kokvilnas, zīda un kaprona diedzi-

Ħiem vai stikla šėiedras, retāk lieto azbesta šėiedru. EĜĜas transformatoru tinumiem

70

lieto arī vadus ar kabeĜu papīra aptinumu. Šėiedru izolācijai ir labas mehāniskās īpa-

šības, bet maza termiskā izturība. Vienīgi stikla šėiedras izolācijai darba temperatūra

sasniedz 155 . . .180 °C.

Plēves izolāciju parasti veido triacetātcelulozes plēves aptinums, kas nodrošina l ielu

mehānisko, elektrisko un termisko (līdz 120 °C) izturību.

Jauktā izolācija sastāv no emaljas pārklājuma un šėiedru aptinuma. Šī izolācija

ir relatīvi bieza un mehāniski izturīga, taču tai ir maza termiskā izturība (izĦēmums

— izolācijas veidi, kuros ietilpst stikla šėiedras aptinums).

Viszemākās caursites sprieguma vērtības (līdz 450 V) ir šėiedru izolācijai. Tinumu

vadiem ar emaljas izolāciju Uc = 500...1200 V, bet poliimīdu emaljas izolācijai pat

7900 V. Plēves izolācijai Uc = 3...4 kV. Vadiem ar jauktu izolāciju pieĦem, ka caursi-

tes spriegumu nosaka tikai lakas komponents.

Augstfrekvences tinumu vadu katra dzīsla sastāv no Ĝoti daudzām izolētām stiep-

lēm, kas pārklātas ar emalju. Dzīsla aptīta ar vienu vai divām zīda diedziĦu kārtām.

Dzīslas diametrs ir 0,05. . . 0,2 mm, katrā dzīslā ietilpst 7. . . 630 stieples. PieĜaujamā

darba temperatūra augstfrekvences tinumu vadiem ir 90 °C.

Lielas pretestības tinumu vadiem, kurus izgatavo no manganīna, retāk no konstantā-

na vai nihroma, ir emaljas, šėiedru vai jaukta izolācija. Dzīslas diametrs - 0 , 0 2 … 0,8

mm. No šiem vadiem izgatavo pretestību tinumus etalonrezistoriem, mērinstrumentu pa-

pildrezistoriem un rezistoru magazīnām.

3.9.2. Izolēti vadi

Atkarībā no konstruktīvā izveidojuma izolētus vadus iedala šādi:

a) izolēts vads — strāvu vadošās daĜas ieslēgtas izolējošā apvalkā;

b) izolēts aizsargāts vads — virs izolācijas apvalka vēl ir mehāniski izturīgs apvalks;

c) aukla — izolēts lokans vīts vara stiepĜu vads, sastāv no vairākām kopā savītām va-

ra dzīslām.

Vada strāvu vadošo daĜu šėērsgriezumu skala ir šāda (mm2): 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6;

10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400.

Par vada nominālo šėērsgriezumu sauc noapaĜotu vada faktisko šėērsgriezumu.

Alumīnija vadus izgatavo, sākot ar 2,5 mm2 šėērsgriezumu. Vadu marka, raksturojums,

nominālais spriegums, dzīslu skaits un šėērsgriezums var atrast katalogos.

Montāžas vadus izmanto aparātu un instrumentu shēmu montāžai radiotehniskās, elektro-

71

niskās un elektrotehniskās iekārtās. Šiem vadiem parasti ir vara, retāk alumīnija dzīslas.

Dzīsla var sastāvēt no vienas vai daudzām kopā savītām stieplēm, kas pārklātas ar lodalvu,

lai atvieglotu lodēšanu. DaudzstiepĜu dzīslām ir lielāka lokanība un mehāniskā izturība.

3.9. tabula

Galvenie vara montāžas vadu veidi

Dzīslas diametrs (mm)

Darba temperatūra °C

minimālā maksimālā

Izolācijas veids

Ar vienstieples dzīslu 0,35...1,5 0,2... 0,75 0,2 ... 0,75

-40 -60 -60

65 50 50

Gumija Polivinilhlorīda plastikāts Kokvilnas aptinums un polivinilhlorīda plasti-

kāts Ar daudzstiepĜu dzīslu

0,35. . . 2,5 0,35. . . 2,5 0,75. . . 5,0 0,35. . . 4,0

0,35. . . 6,0

0,2. .. 1,25

0,2. . . 1,25 0,05... 0,1 0,05. . . 0,5

-40 -40 -50 -60

-60

-50

-50 -60 -60

65 65 70 100

250

100

100 70 70

Gumija Gumija un lakots kokvilnas aptinums Polivinilhlorīda plastikāts Plēves izolācija ar aptinumu un lakotu appi-

numu no stikla šėiedras Fluoroplasta-4 plēve un stikla diegu appinums,

kas piesūcināts ar silikonlaku Aptinums un lakots appinums no stikla šėied-

ras Tas pats, ar lokanu ekrānu Poliamīdzīda appinums Divkāršs poliamīdzīda appinums

Montāžas vadu izolāciju izgatavo no gumijas, polivinilhlorīda plastikāta, polietilēna, kok-

vilnas vai poliamīdzīda diedziĦiem, kā arī no sintētiskajām plēvēm. Dažādu izolācijas veidu no-

drošinātā termiskā izturība aptver plašu diapazonu. Pārskats par galvenajiem vara montāžas va-

du veidiem dots 3.9. tabulā.

Automātisko telefona centrāĜu montāžai izgatavo speciālus vadus ar paaugstinātu lokanību.

Vadi sastāv no daudzām (līdz 60) sīkdzīslām, kuras veido vizuĜojošie metāla diegi. Sīk-

dzīslas izolētas ar zīda vai kaprona šėiedrām, bet vada appinums izgatavots no kokvilnas,

zīda vai kaprona.

Instalācijas vadus izmanto spēka un apgaismes iekārtu sadales tīklu izveidošanai. Izgatavo

viendzīslas un daudzdzīslu instalācijas vadus. Tiem ir vara vai alumīnija dzīslas un polivinil-

hlorīda plastikāta izolācija, kas nodrošina labu ėīmisko izturību un mitrumizturību. Vēl lieto

arī instalācijas vadus ar gumijas izolāciju un kokvilnas appinumu.

Iekšējos elektriskos tīklus jeb instalācijas izbūvē arī no kabeĜiem. Strāvu vadošās da-

72

Ĝas izolētiem vadiem izgatavo no vara vai alumīnija. Atkarībā no strāvu vadošās daĜas, izo-

lācijas materiāla un vada konstrukcijas vadus apzīmē ar burtiem, kuru nozīmes doti firmās

katalogos. Visvairāk praksē izmanto PVH vadu/kabeĜu NYM-J un NYM-0, kā arī ekranēto

PVH vadu (N)YM(St)-J.

Auklas ir Ĝoti lokanu instalācijas vadu paveids. Tās lieto pārnēsājamu elektroenerăijas

patērētāju pieslēgšanai pie barošanas tīkla.

3.10. Lodes un kušĦi

Lodes ir tīri metāli vai metālu sakausējumi. Jebkuru lodi izvēlas ar tādu aprēėinu, lai tās kuša-

nas temperatūra būtu daudz zemāka par savienojamo metāla detaĜu kušanas temperatūru.

Lodes iedala vieglkūstošajās mīkstlodēs — kušanas temperatūra līdz 450° C un grūtkūstošajās

cietlodēs — kušanas temperatūra virs 450° C.

Mīkstlodēm lieto sakausējumus no viegli kūstošiem metāliem: alvas, svina, antimona, bismuta,

vara, kadmija u. c.

Visplašāk lieto alvas-svina lodes, bez tam arī alvas-svina-antimona, bismuta un kadmija u. c.

lodes.

Pie cietlodēm pieder vara-cinka, vara-sudraba u. c. sakausējumi, piem., alumīnija sakausējumi

ar varu, cinku un silīciju.

Bez lodēm lodēšanas procesā nepieciešami arī kušĦi.

Tie no salodējamo metālu virsmas notīra oksīdus un citus netīrumus, kā arī aizsargā lodēja-

mās virsmas pret oksidēšanos pašā lodēšanas procesā.

KušĦi var būt cietas vielas (boraks Na2B4O7 • 10H2O, borskābe H3BO3, kolofonijs u. c.) vai šėid-

rumi (cinka hlorīda ZnCl2 — sālsskābē izšėīdināts Zn — šėīdums, kolofonija šėīdums spirtā u.

c). Dažreiz lieto pusšėidras kušĦu pastas. Cieto kušĦu kušanas temperatūrai jābūt zemākai par

lodes kušanas temperatūru, bet lodēšanas temperatūrai — zemākai par kušĦu termiskās sadalī-

šanās temperatūru.

Montējot instalācijas un kabeĜu līnijas, vadu un kabeĜu dzīslu savienošanu un at-

zarošanu, ka arī zemēšanas vadu pievienošanu pie kabeĜu svina vai alumīnija ap-

valkiem, veic, lodējot ar dažādām lodēm (3.10. tab.), lietojot lodēšanas ziedes (3.11

tab.) un kušĦus (3.12. tab.).

73

3.10. tabula

Plašāk lietojamo ložu sastāvi

Sastāvs pēc masas, % Kušanas

temperatūra, °C

Lodes marka

alva svins anti- mons

varš sud-rabs

cinks kad-mijs

alu-mīnijs

Blī- vums g/cm3 sā-

kumabeigu

Alvas-svina lodes

ПОС-90 89.. .90 Pārējais daudzums

Ne vai-rāk par

0,15

0,8 — — — — 7,6 183 222

ПОС-61 59.. .61 Tikpat 0,8 0,1 — — — — 8,6 183 225

ПОС-50 49...50 „ 0,8 0,1 — — — — 8,9 183 230

ПОС-40 39.. .40 „ 1,5...2 0,1 — — — — 9,3 183 235

ПОС-30 29...30 „ 1,5...2 0,15 — — — — 9,8 183 245

ПОС-18 17...18 „ 2 ...2,5 0,15 — — — — 10,2 185 277

ПОС-4 3 . . . 4 „ 5 . . . 6 0,15 — — — — 10,7 245 265

Lodes kabeĜu un vadu ar alumīnija dzīslām lodēšanai

ЦKO — — — — — 85 — 15 — 450 500

ЦMO 36 — — — 40 24 — — — 250 300

П150A 40 — — 1,5 — 58,5 — — — 400 425

П170A 38,7 — — — — 3,8 57,5 — — 150 —

П200A 79 — — 20 — — 1 — — 170 —

П250A 90 — — — — 10 — — — 200 —

П300A 80 — — — — 20 —_ — — 250 —

ЦA-I5 — — — — — 60 40 — — 300 —

3.11. tabula

Izplatītāko lodēšanas ziežu receptūra

Sastāvs, %

Sastāvu numuri

tehniskie dzīvnieku tauki vai stearīns

kolo-fonijs

amonija hlorīds

cinka

hlorīds

ūdens

tehnis-kais va-zelīns

petrola-

tums

sālsskābe (kodinātā)

1. (Mosenergo) 30 50 10 5 5 — — — 2. 30 30 5 25 10 — — —

3. 5 2,5 2 20 5,5 — 65 —

4. (ЦBЛ) 5 2,5 2 20 5,5 65 — — 5. (ěenenergo) — 11 — — — 64 — 25

74

3.12. tabula Alumīnija lodēšanā un metināšanā biežāk lietojamo kušĦu receptūra

Sastāvs, % KušĦu marka kālija hlo-

rīds nātrija hlo-

rīds bārija hlo-

rīds litija hlorīds

nātrija flu-orīds

K-l markas kriolīts

KM-1 AФ-4A BAMИ

45 50 50

20 28 30

20 — —

— 14 —

15 8

—

— — 20

Piezīme. KušĦu masu izgatavo ar biezu konsistenci, tādēĜ uz 100 g pulverveida kušĦu pievieno apmēram 35 g ūdens.

75

4. MAGNĒTISKIE MATERIĀLI

4.1. Klasifikācija

Magnētiskās īpašības raksturīgas gan vielas elementārdaĜiĦām, gan atomiem, gan makro-

skopiskiem vielas daudzumiem. Jebkura viela, kas ievietota magnētiskajā laukā, iegūst

magnētisko momentu.

Vielas magnetizēšanu raksturo šādi lielumi: B — magnētiskā indukcija (T), H — mag-

nētiskā lauka intensitāte (A/m), I — magnetizācija — magnetizēšanās pakāpe (A/m), km

— magnētiskā uzĦēmība, µ — magnētiskā caurlaidība (permeabilitāte), Ф — magnētiskā

plūsma (Wb).

Magnetizācija ir saistīta ar magnētiskā lauka intensitāti

I = kmH. (4.1)

Magnētisko indukciju vielā nosaka ārējā un pašas vides magnētiskā lauka indukcijas

summa

B = B0 + Bār = µ0H + µ0I = µ0(H + I), (4.2)

kur 70 104 −⋅= πµ — magnētiskā lauka konstante, H/m.

Apvienojot (4.1) un (4.2)

B = µ 0H(1 + km) = µ0µ r H, (4.3)

µ r = km + 1 vai ,0 H

Br µµ = (4.4)

kas ir relatīvā magnētiskā caurlaidība un kas parāda, cik reižu magnētiskā indukcija mag-

nētiėī atšėiras no indukcijas vakuumā.

Magnētisko caurlaidību pie H = 0 sauc par sākuma caurlaidību µr sāk., nosakot to Ĝoti vā-

jos laukos — apmēram 0,1 A/m.

Atbilstoši to magnētiskajām īpašībām, visus materiālus iedala šādās grupās.

1. Diamagnētiėi, kas ir vielas, kuras ārējā magnētiskajā laukā magnetizējas pretēji ārējā lau-

ka virzienam, tādēĜ diamagnētiėiem magnētiskā uzĦēmība 0≤=H

Ikm un relatīvā magnētiskā

caurlaidība 1≤rµ . Diamagnētiėis no magnēta atgrūžas. Diamagnētiėi ir inertās gāzes, ūdeĦra-

dis, varš, cinks, svins, bismuts, ūdens.

Diamagnētiėos visi elektronu magnētiskie momenti ir kompensēti, tādēĜ atoma summārais

magnētiskais moments ir vienāds ar nulli. Arēja magnētiskajā laukā atomos inducējas neliels

76

magnētiskais moments, kas vērsts pretēji ārējā lauka virzienam un vā j i n a lauka iedarbību.

Šis moments rodas nosacīto elektronu orbītu (īstenībā elektronu kustība ap kodolu nenotiek pa

orbītu, bet ir sarežăītāka) precesijas rezultātā. Par elektrona o r b ī t a s precesiju sauc parādību,

kad orbītas ass savukārt rotē ap asi, kas sakrīt ar ārējā magnētiskā lauka virzienu.

2. Paramagnētiėi, kas ir vielas, kuras ārējā magnētiskajā laukā magnetizējas tā virzienā, tādēĜ

km ≥ 0 un µr ≥ 1. Paramagnētiėi magnēts pievelk. Paramagnētiėi ir alumīnijs, volframs, skābeklis.

Paramagnētiėos elektronu magnētiskie momenti nav pilnīgi kompensēti, tādēĜ arī ato-

miem ir magnētiskie momenti. Šie momenti vērsti haotiski dažādos virzienos, tādēĜ makro-

skopiskā paraugā summārais magnētiskais moments ir vienāds ar nulli. Arējā magnētiskajā

laukā atomu magnētiskie momenti daĜēji orientējas tā, ka to poli pagriežas uz ārējā lauka pre-

tēju zīmju polu pusi, tādēĜ rodas iekšējs magnētiskais lauks, kas pastiprina ārējā lauka iedarbī-

bu. Šis efekts ir Ĝoti niecīgs, jo atomu magnētisko momentu orientācijas pakāpe ir Ĝoti maza.

Feromagnētiėi, kas ir vielas, kuras Ĝoti spēcīgi magnetizējas ārējā magnētiskajā laukā. Fe-

romagnētiėiem km >> 0 un µr >> l. Viens no pazīstamākajiem feromagnētiėiem ir dzelzs. No tā

cēlies arī nosaukums.

Arī feromagnētiėu atomiem ir magnētiskie momenti, taču feromagnētiėiem atšėirībā no

paramagnētiėiem raksturīga specifiska kristāliskās struktūras īpatnība — nelielas makrosko-

piska ėermeĦa daĜās, kuras sauc par domeniem, visu atomu magnētiskie momenti spontāni

orientējas vienā virzienā. Šī parādība izskaidrojama ar elektronu apmaiĦas mijiedarbību, kas

noris starp atomiem. Mijiedarbības procesam atbilst enerăija, ko sauc par apmaiĦas enerăiju.

ApmaiĦas enerăijas vērtība atkarīga no atoma diametra d un neaizpildītās elektronu apakščau-

las diametra d' attiecības. Šo atkarību attēlo līkne, kas parādīta 4.1. attēlā. Kā redzams, pozitī-

va apmaiĦas enerăijas vērtība, kam atbilst sistēmas pilnās enerăijas samazināšanās un tātad arī

termodinamiski stabils stāvoklis, novērojama tikai tiem elementiem, kuriem diametru attiecī-

ba ir robežās no 1,5 līdz 3,5 — dzelzij, niėelim, kobaltam un lantanīdam gadolīnijam. TādēĜ

normālos apstākĜos pie feromagnētiėiem pieskaitāmi tikai šie četri elementi. Zemās tempera-

tūrās feromagnētiskas īpašības parādās vēl dažiem citiem lantanīdiem.

4.1. att. ApmaiĦas enerăijas atkarība no atoma diametra un neaizpildītās elektronu apakščaulas

diametra attiecības.

77

Ar atbilstošu diametru attiecību un pozitīvu apmaiĦas enerăijas vērtību izskaidrojamas fe-

romagnētiskas īpašības, kas piemīt dažiem neferomagnētiėu sakausējumiem, piemēram, sis-

tēmām Mn-Sb, Mn-Al-Ag.

3. Ferimagnētiėi, kas pēc savām magnētiskajām īpašībām neatšėiras no feromagnētiėiem, bet

tie nav metāliski vadītāji, piemēram, skābais dzelzs oksīds.

Visi tehnikā (elektrotehnikā) lietojamie magnētiskie materiāli ir feromagnētiėi vai ferimagnēti-

ėi.

4.2. Feromagnētiėu īpašības

Feromagnētiėiem raksturīga specifiska kristāliskās struktūras īpatnība — nelielas makro-

skopiska ėermeĦa daĜās, kuras sauc par domeniem (4.2. att.), visu atomu magnētiskie momen-

ti spontāni orientējas vienā virzienā.

Ja arēja magnētiskā lauka nav, feromagnētiėa domenu momenti vērsti kristalogrāfisko asu

virzienos un savstarpēji kompensējas, tādēĜ makroskopiskā paraugā summārais magnētiskais

moments vienāds ar nulli.

Mag

neti

zēša

nas

ass

4.2. att. Feromagnētiskā materiāla domenu struktūra

Ievietojot paraugu ārējā magnētiskajā laukā, domenu magnētiskie momenti cenšas orien-

tēties ārējā lauka virzienā, jo šāds stāvoklis atbilst minimālai potenciālajai enerăijai un tātad

arī sistēmas maksimālai stabilitātei. Šo procesu sauc par magnetizēšanos. Tā atsevišėas stadi-

jas shematiski parādītas 4.3. attēlā. Vājā magnētiskajā laukā notiek tikai domenu sieniĦu elas-

tīga deformācija — domeni, kuru magnētiskā momenta virziens ir termodinamiski izdevīgāks

(mazāk atšėiras no ārējā lauka virziena), palielinās uz citu domenu rēėina. Šis process ir elas-

tīgs — ārējo lauku noĦemot, sieniĦu deformācija izzūd un atjaunojas sākotnējais stāvoklis.

Vidēji spēcīgā magnētiskajā laukā magnetizēšanās notiek straujāk, jo noris domenu sieniĦu

neelastīga deformācija un, palielinot lauka intensitāti vēl vairāk, arī domenu momentu pagrie-

šanās ārējā lauka virzienā. Šo procesu rezultātā viss magnetizējamais feromagnētiėa paraugs

78

pārvēršas par vienu vienīgu domenu, kura magnētiskais moments vērsts ārējā lauka virzienā.

Līdz ar to iestājas piesātinājums — tālāk palielinoties ārējā lauka intensitātei, magnetizēšanās

pakāpe un parauga magnētiskais moments vairāk palielināties nevar.

a b c d

4.3. att. Domenu konfigurācija dažādās feromagnē-tiėa magnetizēšanās stadijās:

a — ārējā lauka nav; b — domenu sieniĦu elastī-ga deformācija; c — domenu sieniĦu neelastīga

deformācija; d — domenu momentu pagriešanās.

Magnetizēšanās rezultātā notiek feromagnētiėa deformācija, mainās tā lineārie izmēri. Šo

parādību sauc par magnetostrikciju. Atkarībā no dimensijas mainīšanās zīmes izšėir pozitīvu

un negatīvu magnetostrikciju: ja, palielinot magnētiskā lauka intensitāti, lineārā dimensija pa-

lielinās, magnetostrikcija ir pozitīva, pretējā gadījumā — negatīva.

Pēc ārējā magnētiskā lauka noĦemšanas daĜiĦu termiskās kustības rezultātā domenu ori-

entācijas pakāpes samazinās. Atkarībā no materiāla sastāva, struktūras un citām īpašībām kaut

kāda magnetizēšanās pakāpe var saglabāties ilgāku vai īsāku laiku vai pilnīgi izzust. Magneti-

zēšanās process saistīts ar magnētiskā lauka enerăijas patēriĦu. Patērētais enerăijas daudzums

un magnētiskā lauka minimālā intensitāte, kas nepieciešama, lai sasniegtu piesātinājumu, at-

karīga no materiāla dabas un struktūras, kā arī no faktoriem, kuri, ietekmē materiāla struktūru.

Feromagnētiėiem ir kristāliska struktūra. Tā parasti ir polikristāliska, vairāk vai mazāk

sīkgraudaina, ar neregulārām graudu skaldnēm. Dzelzij un niėelim raksturīgs kubisks, kobal-

tam — heksagonāls kristāliskais režăis (4.4. att.). Līdzīgi režău tipi ir arī lielākajai daĜai fe-

romagnētisko sakausējumu.

Tāpat kā citas, fizikālās īpašības, arī galvenās magnētiskās īpašības kristāliem ir anizotro-

pas. TādēĜ feromagnētiėu monokristālos izšėir vieglas magnetizēšanās virzienus, kuros piesā-

tinājumu var panākt relatīvi vājā magnētiskajā laukā, patērējot minimālu enerăijas daudzumu,

un sevišėi grūtas magnetizēšanās virzienus, kuros enerăijas patēriĦš un lauka nepieciešamā

intensitāte ir lielāka. Dzelzs kristāliskajā režăī vieglās magnetizēšanās virziens sakrīt ar ele-

mentārā kuba šėautni, niėeĜa kristāliskajā režăī — ar kuba telpisko diagonāli, bet ko balta

kristāliskajā režăī — ar heksagonālo asi (4.4. att. c).

a b c

4.4. att. Kristāliskā režăa šūnas:

a — dzelzij (tilpumā centrēta kubiska režăa šūna); b — niėelim (skaldnēs centrēta kubiska režăa šūna); c —

kobaltam (heksagonāla režăa šūna).

79

Polikristāliskajos feromagnētiėos atsevišėu graudu kristalogrāfiskas asis vērstas dažādos

virzienos (4.5. att.), tādēĜ šo feromagnētiėu īpašības ir ižotropas. Izotropie materiāli magneti-

zējas vienādi visos virzienos, protams, grūtāk nekā monokristāla vieglās magnetizēšanas vir-

zienā.

4.5. att. Polikristāla domenu struktūra

Dažreiz liela magnētiskās anizotropijas pakāpe ir arī polikristāliskajiem materiāliem. Šī

parādība izskaidrojama ar magnētisko tekstūru — īpatnēju struktūru, kurā atsevišėu graudu

kristalogrāfiskās asis orientētas paralēli. Atkarībā no orientācijas rakstura izšėir dažādus tek-

stūras veidus. Teksturētiem materiāliem atkarībā no sastāva un tekstūras veida iespējami viens

vai vairāki vieglās magnetizēšanas virzieni, kuros enerăijas patēriĦš gan ir lielāks nekā mono-

kristāla vieglās magnetizēšanas virzienā, bet mazāks nekā neteksturētā materiālā.

Kristāliskās struktūras defekti un mehāniskie spriegumi materiālā apgrūtina feromagnēti-

ėu magnetizēšanas un atmagnetizēšanas procesus. Defektu koncentrācija atkarīga gan no pie-

jaukumiem, gan arī no kristālisko graudu lieluma, jo graudu virsmā defektu ir Ĝoti daudz.

Graudu īpatnējā virsma (virsmas laukums uz tilpuma vienību) ir jo lielāka, jo mazāki ir grau-

du izmēri. TādēĜ sīkgraudainie materiāli magnetizējas grūtāk un magnetizētu stāvokli saglabā

ilgāk nekā rupjgraudainie materiāli. Termiskās un mehāniskās apstrādes veidi, kuri maina ma-

teriāla struktūru un rada vai likvidē struktūras defektus un mehāniskos spriegumus, atbilstoši

ietekmē arī magnetizēšanas un atmagnetizēšanas procesus.

Galvenie magnētisko materiālu termiskās apstrādes veidi ir rūdīšana un atkvēlināšana.

Rūdīšanas procesā metālu sakarsē līdz noteiktai temperatūrai un strauji atdzesē. Augstai tem-

peratūrai raksturīgā sīkgraudainā struktūra, materiālam strauji atdziestot, nepaspēj pārvei-

doties atbilstoši temperatūras izmaiĦām. TādēĜ šī struktūra saglabājas arī atdzisušajā materi-

ālā, kurā bez tam rodas mehāniskie spriegumi. Turpretim atkvēlināšanas procesā, ko realizē,

sakarsējot metālu līdz temperatūrai, kad iespējamas kristāliskās struktūras pārvērtības, un pēc

80

tam Ĝoti lēni atdzesējot, metāla struktūra pārveidojas, kĜūst rupjgraudaināka, bet mehāniskie

spriegumi un mehāniskās apstrādes radītie struktūras defekti izzūd.

Magnetizēšanas un atmagnetizēšanās procesi feromagnētiėos atkarīgi arī no mehāniska-

jām deformācijām. Elastīgo deformāciju ietekmi nosaka magnetostrikcijas īpatnības. Tā, pie-

mēram, virzienā, kurā novērojama pozitīva magnetostrikcija, elastīga stiepes deformācija at-

vieglo magnetizēšanas procesu, bet elastīga spiedes deformācija — apgrūtina. Plastiskās de-

formācijas vienmēr izkropĜo kristālisko struktūru un rada mehāniskos spriegumus materiālā,

tātad apgrūtina magnetizēšanas procesu.

Materiālus, kas viegli magnetizējami un atmagnetizējami, sauc par magnētiski mīkstiem

materiāliem, turpretim materiālus, kuros magnetizēšanās notiek tikai spēcīgā magnētiskajā

laukā, patērējot lielu enerăijas daudzumu, bet atmagnetizēšanās ir aizkavēta un tādēĜ magneti-

zētais stāvoklis var saglabāties ilgstoši, — par magnētiski cietiem materiāliem.

Magnētiski mīkstos materiālus izdevīgi lietot transformatoru un spoĜu serdēm un citiem

izstrādājumiem, kurus ekspluatācijas procesā pastāvīgi pārmagnetizē. Turpretim pastāvīgo

magnētu izgatavošanai piemērotāki ir magnētiski cietie materiāli, kuros atmagnetizēšanās ir

aizkavēta un tādēĜ var ilgstoši saglabāties liela magnetizēšanas pakāpe. Tātad, kvalitatīvi no-

vērtējot magnētiskos materiālus, jāizšėir magnētiski mīkstās un magnētiski cietās īpašības,

kuras parasti jāvērtē diametrāli pretēji: ja materiāla magnētiski mīkstās īpašības ir labas, tad

magnētiski cietās īpašības — sliktas, un otrādi.

4.3. Feromagnētisko materiālu raksturlīknes

Feromagnētiskos materiālus kvalitatīvi raksturo ar magnetizēšanas līkni un histerēzes cilpu.

Magnetizēšanas līkne. Materiāla magnetizēšanas procesu raksturo līkne, kas attēlo induk-

cijas atkarību no magnētiskā lauka intensitātes. Šo līkni sauc par magnetizēšanas līkni. Tipis-

ka feromagnētiėu magnetizēšanas līkne parādīta 4.6. attēlā. Vājā magnētiskajā laukā, kad no-

tiek domenu sieniĦu elastīga deformācija, indukcija pieaug proporcionāli lauka intensitātei.

Palielinoties lauka intensitātei, novērojams straujš indukcijas pieaugums, kas atbilst domenu

sieniĦu neelastīgajai deformācijai, un relatīvi mazāk straujš indukcijas pieaugums, kas atbilst

domenu magnētisko momentu pagriešanās procesam. Spēcīgā magnētiskajā laukā magnetižē-

šanas process beidzas, jo, lauka intensitātei sasniedzot kādu vērtību Hs, ko sauc par piesātinā-

juma magnētiskā lauka intensitāti, magnētiskais moments un magnetizētība sasniedz maksi-

mālo iespējamo vērtību.— piesātinājuma vērtību. Lauka intensitātes tālāka palielināšana rada

tikai niecīgu indukcijas pieaugumu, jo magnetizētība vairs nepalielinās, bet magnētiskā lauka

81

intensitāte ir daudzkārt mazāka par to. Intensitātei HS atbilstošo indukcijas vērtību BS sauc par

piesātinājuma magnētisko indukciju.

Katram feromagnētiskam materiālam ir sava magnetizēšanas līkne (4.7. att.). Magnetizē-

šanas līkni, ko uzĦem pilnīgi atmagnetizētam feromagnētiskam materiālam, sauc par sākotnē-

jo magnetizēšanas (indukcijas) līkni.

Magnetizēšanas līknes dažiem biežāk lietotiem magnētiskajiem materiāliem redzamas

4.7. attēlā.

4.6. att. Magnetizēšanas līkne:

I — vāja magnētiska lauka apgabals; II — vidēja magnētiskā lauka apgabals; III — spēcīga magnētiskā lauka apgabals.

4.7. att. Dažu feromagnētisko materiālu magnetizēšanas līknes.

Sakarības B = f(H) rada, ka galvenās magnētiskās īpašības kristāliem ir anizotropas. Tā-

dēĜ feromagnētiėu monokristālos izšėir vieglas magnetizēšanās virzienus, kuros piesātināju-

mu var panākt relatīvi vājā magnētiskajā laukā, patērējot minimālu enerăijas daudzumu, un

sevišėi grūtas magnetizēšanās virzienus, kuros enerăijas patēriĦš un lauka nepieciešamā in-

tensitāte ir lielāka. Dzelzs kristāliskajā režăī vieglās magnetizēšanās virziens sakrīt ar elemen-

tārā kuba šėautni, niėeĜa kristāliskajā režăī — ar kuba telpisko diagonāli, bet ko balta kristā-

liskajā režăī — ar heksagonālo asi (4.8. att. c).

Sevišėi grūtās magnetizēšanas virzieni savukārt ir telpiskās diagonāles virziens dzelzs

82

kristāliskajā režăī, kuba šėautĦu virzieni niėeĜa kristāliskajā režăī un heksagonālajai asij per-

pendikulārie virzieni kobalta kristāliskajā režăī.

a

b

c

4.8. att. Feromagnētiskā materiāla anizotropijas: a - skaldnēs centrēta kubiska režăa šūna; b - til-

pumā centrēta kubiska režăa šūna; c - heksagonā-la režăa šūna

Magnētiskās caurlaidības atkarība no magnētiskā lauka intensitātes parādīta 4.9. attēlā b.

Šīs atkarības raksturu var izskaidrot, izmantojot galveno magnetizēšanas līkni (4.9. att. a) un

formulu (4.4). Nav grūti secināt, ka noteiktai magnētiskā lauka intensitātes vērtībai atbilstošā

4.9. att. Galvenā magnetizēšanas līkne (a) un magnētiskās caurlaidības atkarība no magnētiskā lauka intensitātes (b).

magnētiskā caurlaidība attiecīgā mērogā vienāda ar leĦėa Θ tangensu. LeĦėi Θ veido abscisu

ass un taisne, kas savieno koordinātu sākumpunktu ar lauka intensitātei atbilstošo galvenās

magnetizēšanas līknes punktu. Vājā magnētiskajā laukā atbilstoši minimālajai leĦėa vērtībai

Θmin novērojama minimālā magnētiskās caurlaidības vērtība, ko sauc par sākotnējo magnētis-

ko caurlaidību un apzīmē ar µsāk. Šī vērtība tajā lauka intensitātes diapazonā, kurā indukcija

83

pieaug lineāri, ir konstanta. Daudziem materiāliem šis diapazons ir Ĝoti šaurs un nepārsniedz

5...10 A/m. Tālāk palielinoties lauka intensitātei, arī magnētiskā permeabilitāte strauji palieli-

nās. Tas notiek līdz punktam, kad leĦėis sasniedz maksimālo lielumu Θmax. Šim punktam at-

bilst maksimālā magnētiskā caurlaidība µmax. Lauka intensitātei vēl vairāk pieaugot, leĦėis Θ

un līdz ar to arī magnētiskā caurlaidība samazinās.

No specifiskajiem magnētiskās caurlaidības izteiksmes veidiem jāatzīmē dinamiska, dife-

renciāla, reversīvā un impulsu magnētiskā caurlaidība.

Dinamiskā magnētiskā caurlaidība µ~, raksturo materiāla īpašības mainīgā magnētiskajā

laukā. To aprēėina pēc indukcijas un lauka intensitātes maksimālajām (amplitūdas) vērtībām:

.0

~m

m

H

B

µµ = (4.5)

Diferenciālā magnētiskā caurlaidība ir ar magnētisko konstanti dalīts magnētiskās induk-

cijas atvasinājums pēc magnētiskā lauka intensitātes jebkurā magnetizēšanas līknes vai histe-

rēzes cikla punktā:

dH

dBd ⋅=

0

1

µµ (4.6)

Diferenciālo magnētisko caurlaidību praktiski var aprēėināt pēc grafiskās diferencēšanas

metodes. Diferenciālās caurlaidības maksimālā vērtība ir lielāka par µmax un novērojama vājā-

kā magnētiskajā laukā, kas atbilst tam magnetizēšanas līknes punktam, kurā novilktā pieskare

veido maksimālo leĦėi ar abscisu asi.

Visas iepriekš aplūkotās likumsakarības mainīgam magnētiskajam laukam raksturīgas tad,

ja lauka intensitātes maiĦai ir sinusoidāls raksturs. Histerēzes cikls tādā gadījumā ir simetrisks

— ja attēla plaknē ciklu pagriež par 180° ap koordinātu sākumpunktu, tas sakrīt ar sākotnējo

stāvokli. Dažos gadījumos magnētiskos materiālus lieto īpatnējā magnētiskajā laukā. Tad

magnētisko īpašību aprakstīšanai lieto speciālus raksturlielumus un raksturlīknes.

Reversīvā magnētiskā caurlaidība µr raksturo materiāla magnētiskās īpašības, ja to spēcī-

gā pastāvīgā magnētiskajā laukā pārmagnetizē ar nelielas amplitūdas sinusoidālu mainīgu

lauku. Šādā ekspluatācijas režīmā magnetizēšanas līknes punktā, kas atbilst pastāvīgā lauka

intensitātes vērtībai H_, mainīgā lauka iedarbības rezultātā veidojas neliels parciālais histerē-

zes cikls (4.10. att.). Reversīvo caurlaidību aprēėina kā, mainīgā lauka radītās magnētiskās in-

dukcijas izmaiĦas ∆B~ un divkāršotas šī lauka intensitātes amplitūdas ∆H~ attiecību, kas dalīta

ar magnētisko konstanti:

.1

~

~

0 H

Br ∆

∆⋅=

µµ (4.7)

84

Magnētiskie materiāli, kurus izmanto impulsu transformatoros, darbojas tipiski nestacionā-

rā režīmā. Elektriskās strāvas impulsu iedarbības rezultātā magnetizēšana notiek pa parciāliem

cikliem un stabilizējas pēc vairākiem impulsiem, kad sasniegta paliekošās indukcijas vērtība

(4.11. att.). Materiāla īpašības šādā impulsu režīmā raksturo impulsu magnētiskā caurlaidība µi

— materiāla magnētiskās indukcijas pieauguma ∆B un magnētiskā lauka intensitātes pieaugu-

ma ∆H attiecība, kas dalīta ar magnētisko konstanti:

.1

0 H

Bi ∆

∆⋅=

µµ (4.8)

4.10. att. Parciālā histerēzes cikla veidošanās spēcīga pastāvīga magnētiskā lauka un nelielas amplitūdas mainīga magnētiskā lauka superpozīcijas gadījumā.

Materiāla impulsu magnētiskā caurlaidība ir daudz mazāka nekā normālā magnētiskā

caurlaidība.

4.11. att. Feromagnētiėa magnetizēšana impulsu režīmā.

Magnētisko īpašību atkarība no magnētiskā lauka frekvences vēl nav detalizēti izpētīta un

noskaidrota. Eksperimentāli konstatēts, ka materiālu magnētiskā indukcija un magnētiskā

caurlaidība nav atkarīga no frekvences, ja tā ir mazāka par kādu kritisku vērtību, bet samazi-

nās, ja frekvence pārsniedz šo kritisko vērtību, kura daudziem materiāliem ir robežās no 103 Hz

līdz 105 Hz. Visai ticama ir hipotēze, ka magnetizēšanas process no frekvences nav atkarīgs un

magnētisko īpašību pasliktināšanos rada dažādas blakus parādības.

85

Magnētiskās caurlaidības atkarība no temperatūras parādīta 4.12. attēlā. Temperatūrai pa-

augstinoties līdz magnētiskajam Kirī punktam tK, caurlaidība palielinās, jo atvieglojas domēnu

orientācijas process. Ja temperatūra pārsniedz Kirī punktu, caurlaidība sakarā ar domenu izzuša-

nu strauji samazinās līdz vērtībām, kas raksturīgas paramagnētiėiem, tātad līdz µ = l.

4.12. att. Feromagnētiėu magnētiskās caurlaidības atkarība no temperatūras.

Ja temperatūra pārsniedz Kirī punktu, magnētiskie domeni izzūd, jo siltuma enerăija kĜūst

lielāka par apmaiĦas enerăiju.

Magnētiskās caurlaidības izmaiĦu atkarībā no temperatūras raksturo magnētiskās caur-

laidības temperatūras koeficients (K-1).

.1

dt

dTk

t

µµ

αµµ ⋅==

Tagad ir pazīstami 9 tīri metāli — feromagnētiėi (sk. 4.1. tab.) — un liels skaits feromagnē-

tisko sakausējumu, kuru sastāvā ir arī neferomagnētiskas vielas.

4.1. tabula

Feromagnētiskie metāl i

Metāls Simbols Atomu %

Kirī punkts T k , K

Piesātinājuma in-dukcija B s , T

Dzelzs Kobalts Niėelis Lantanīdi Gadolīnijs Terbijs Disprozijs Holmijs Erbijs Tūlijs

Fe Co Ni

Gd Tb Dy Ho Er Tu

1,5 10-3

3·10-3

10-4 10-6

5·10-5 10-6

5·10-5

10-6

1043 1403 631

289 229 87 20 20 38

0,17 0,14 0,05

0,20 0,14 0,20 0,26

Histerēzes cilpa. Ja pilnīgi atmagnetizētu feromagnētisku materiālu ievieto ārējā magnē-

tiskā laukā, kura intensitāti maina no vērtības H = 0 līdz patvaĜīgi izraudzītai maksimālai vēr-

tībai Hm (mainot magnetizējošās spoles strāvu no nulles līdz Im), tad magnētiskā indukcija B

86

materiālā mainās pēc sākotnējās magnetizēšanas līknes OA, sasniedzot maksimālo vērtību Bm

(4.13. att.).

Samazinot lauka intensitāti H resp. spoles strāvu I magnētiskās indukcijas izmaiĦas līkne

AK atpaliek no sākotnējas magnetizēšanas līknes.

Parādību, ka magnētiskas indukcijas B izmaiĦas atpaliek no ārējā magnētiskā lauka in-

tensitātes H izmaiĦām, sauc par magnētisko histerēzi.

Ja lauka intensitāti samazina līdz vērtībai H = 0, materiālā tomēr saglabājas sākotnējā vir-

ziena magnētiskais lauks, ko raksturo paliekošās jeb remanentās magnētiskas indukcijas vērtī-

ba OK.

Lai materiālu atmagnetizētu, t. i., sasniegtu B = 0 (punkts M), tad materiāls jāpakĜauj pre-

tēja virziena magnētiskajam laukam (jāmaina I virziens) ar intensitātes vērtību OM. Nogriez-

nis OM izsaka materiāla a i z t u r o š o jeb k o e r c i t ī v o s p ē k u .

Palielinot pretējā virziena lauka intensitāti līdz — Hm, dabū līknes punktu C, kam atbilst

maksimālā indukcija — Bm.

Samazinot pretējā virziena lauka intensitāti līdz vērtībai H = 0, dabū līknes punktu D. Pa-

liekošo magnētisko indukciju (nogrieznis OD = OK) likvidē sākotnējā virziena magnētiskais

lauks ar nogrieznim ON atbilstošu intensitātes vērtību.

4.13. att. Histerēzes cilpa.

4.14. att. Histerēzes cilpu saime un histerēzes robežcilpa.

Lauka intensitāti palielinot līdz vērtībai Hm, nonāk atkal punkta A, t. i., iegūst noslēgtu

kontūru.

Noslēgto kontūru, kas attēlo magnētiskās indukcijas izmaiĦu vienā pārmagnetizēšanas

ciklā, sauc par histerēzes cilpu. Tās forma ir atkarīga no materiāla magnētiskajām īpašībām.

Atkarībā no pārmagnetizēšanas veida izšėir statisko un dinamisko histerēzes ciklu. Statis-

ko ciklu iegūst pastāvīgā magnētiskajā laukā, mainot tā intensitāti un virzienu, bet dinamisko

87

ciklu — noteiktas frekvences mainīgā magnētiskajā laukā. Dinamiskais histerēzes cikls ir pla-

tāks par statisko ciklu, tādēĜ dinamiskā cikla ietvertais laukums ir lielāks.

Par materiāla magnētisko īpašību raksturlielumiem izmanto dažus histerēzes robežcikla

punktus. Tā, piemēram, cikla virsotĦu koordinātes raksturo piesātinājuma intensitāti Hs un

piesātinājuma indukciju BS. Magnētisko indukciju materiālā pēc magnētiskā lauka intensitātes

samazināšanas līdz nullei sauc pār paliekošo magnētisko indukciju un apzīmē ar Br. Pretējā

virzienā vērsta magnētiskā lauka intensitāti, kas jāpieliek, lai indukciju samazinātu līdz nullei,

sauc par koercitīvo spēku un apzīmē ar Hc.

Histerēzes cikla forma dažādiem materiāliem var būt atšėirīga. Atkarībā no paliekošās in-

dukcijas vērtības cikla forma robežgadījumos var būt līdzīga elipsei (ja paliekošā indukcija ir

Ĝoti maza) vai taisnstūrim (ja paliekošā indukcija ir Ĝoti liela). Cikla līdzīgumu taisnstūrim rak-

sturo taisnstūrainibas koeficients kt — paliekošās indukcijas un piesātinājuma indukcijas at-

tiecība:

.S

rt B

Bk = ( 4 . 9 )

Praktiski lietotiem materiāliem ar taisnstūrveida histerēzes ciklu taisnstūrainības koefi-

cients kt = 0,85 ... 0,96. Materiāliem ar taisnstūrveida histerēzes ciklu ir tikai divi stabili mag-

nētiskie stāvokĜi, kas atbilst paliekošās indukcijas pozitīvai un negatīvai vērtībai, tādēĜ šie ma-

teriāli piemēroti binārās informācijas glabāšanai un apstrādei. No šādiem materiāliem izgata-

votas detaĜas lieto skaitĜošanas tehnikā, automātikā un sakaru tehnikā.

Izmantojot dažādas Hm vērtības, feromagnētiskam materiālam var eksperimentāli iegūt

dažāda lieluma histerēzes cilpas, kuras, attēlotas kopīgā koordinātu plaknē, izveido cilpu

s a i m i (4.14. att.). Šo histerēzes cilpu virsotĦu ăeometriskā vieta ir līkne, ko sauc par g a l -

v e n o m a g n e t i z ē š a n a s līkni (tā gandrīz sakrīt ar sākotnējo magnetizēšanas līkni). Tā

ir viena no svarīgākajām magnētisko materiālu raksturlīknēm.

Ja palielina ārējā magnētiskā lauka intensitātes maksimālo vērtību Hm, histerēzes cilpu

laukumi palielinās tik ilgi, kamēr tiek sasniegta maksimālās intensitātes robežvērtība Hs

(4.14. att.): ar Hm> Hs cilpas laukums vairs nepalielinās, un materiāla magnētiskā stāvokĜa

izmainu raksturo cilpas bezhisterēzes posmi AA' un CC'.

Robežintensitātei Hs atbilstošo histerēzes cilpu sauc par hist e r ē z e s r o b e ž c i l p u ,

un tā kvalitatīvi raksturo materiālu.

Histerēzes robežcilpas krustpunkti ar koordinātu asīm (Br un Hc) izsaka feromagnētiskā

materiāla būtiskākās īpašības: Br ir remanentā (paliekošā) indukcija un HC — koercitīvais

(aizturošais) spēks, kas raksturo materiāla spēju saglabāt magnētismu.

88

Magnētiskajai histerēzei ir liela praktiska nozīme (pastāvīgie magnēti, līdzstrāvas ăenera-

tori, histerēzes mikrodzinēji u. c).

Tātad feromagnētiėiem ir šādas galvenās īpašības.

1. Feromagnētiėiem pat samērā vājos ārējos magnētiskajos laukos raksturīgs magnētiskais

piesātinājums. Daudziem feromagnētiėiem šo lauku intensitāte nav lielāka par 103-104 A/m (pa-

ramegnētiėiem 107-109 A/m).

2. Feromagnētiėu relatīvā magnētiskā caurlaidība ir sarežăītā veidā atkarīga no arējā lauka

intensitātes. Tas sākumvērtība µa parasti ir 102-104 bet maksimālā vērtība µ ma ks. — 103-106.

3. Feromagnētiėu magnetizēšanās nav atgriezenisks process, tiem raksturīga histerēze, proti,

magnetizēšanās un atmagnetizēšanās līknes nesakrīt, bet veido t. s. histerēzes cilpu.

Magnetizēšanās neatgriezeniskumu nosaka vairāki histerēzes cilpas parametri:

1) cilpas ierobežotais laukums, kas vienāds ar feromagnētiėa pārmagnetizēšanai nepieciešamo

darbu;

2) koercitīvais spēks Hc, proti, tāda ārējā magnētiskā lauka intensitāte, kurai atbilst magnētis-

kās indukcijas (rezultējošā lauka) nulles vērtība feromagnētiėī (ir jāpieliek noteiktas intensitātes

pretēji vērsts ārējais lauks, lai izdzēstu lauku feromagnētiėī);

3) paliekošā indukcija Br — indukcija, kas pastāv feromagnētiėī, kad ārējā lauka nav;

4) feromagnētiėis kvazistatiskā magnētiskajā laukā magnetizējas lēcieniem (4.15. att.).

4.15. att.

Šo magnetizēšanās īpatnību sauc par Barkhauzena efektu. Tas ir atkarīgs no feromagnētiėu

domēnu struktūras.

4.4. Jaudas zudumi magnētiskajos materiālos

Pārmagnetizēšanas procesā magnētiskajos materiālos tiek izkliedēta elektromagnētiskā lau-

ka aktīvā jauda. Jaudas zudumu summu magnētiskā materiāla izstrādājumā vai paraugā pār-

89

magnetizēšanas procesā sauc par magnētiskajiem zudumiem jeb pārmagnetizēšanas zudu-

miem.

Jaudas zudumu raksturošanai izotropā materiālā izmanto pilno magnētisko zudumu P un

parauga masas m attiecību. Šo raksturlielumu, kuru apzīmē ar p un kura mērvienība ir W/kg,

sauc par īpatnējiem magnētiskajiem zudumiem:

.m

Pp = (4.10)

Dažreiz par īpatnējiem magnētiskajiem zudumiem sauc pilno magnētisko zudumu un ma-

teriāla tilpuma V attiecību:

.V

Pp = (4.10a)

Šai gadījumā īpatnējo zudumu mērvienība ir W/m3.

Literatūrā un valsts standartos arī īpatnējos jaudas zudumus bieži vien apzīmē ar P.

Tātad īpatnējie magnētiskie zudumi raksturo aktīvās jaudas zudumus magnētiskā materi-

āla masas vienībā, materiālam atrodoties noteiktas frekvences un intensitātes magnētiskajā

laukā. Valsts standartos un rokasgrāmatās pie īpatnējo jaudas zudumu apzīmējuma P ar in-

deksu norāda, kādai magnētiskās indukcijas amplitūdas vērtībai (kilogausos vai teslās) un

magnētiskā lauka frekvencei (hercos) atbilst šie zudumi. Tā, piemēram, ar P10/50 apzīmē

īpatnējos magnētiskos zudumus, kas atbilst indukcijas vērtībai Bm = 10kGs = l T un frekven-

cei f = 50 Hz.

Elektromagnētiskā lauka aktīvās jaudas izkliedi rada dažādi fizikālie procesi, kas notiek

magnētiskajā materiālā. Atbilstoši tiem izšėir trīs magnētisko zudumu komponentes — mag-

nētiskās histerēzes, virpuĜstrāvu un pēc darbības zudumus.

Histerēzes zudumus rada enerăijas patēriĦš domenu sieniĦu neelastīgajai deformācijai un

domēnu magnētisko momentu pagriešanai ārējā lauka virzienā. Īpatnējo histerēzes zudumu ph

atkarību no materiāla īpašībām, magnētiskās indukcijas un lauka frekvences apraksta vienā-

dojums

,fBp nmη= (4.11)

kur η — histerēzes zudumu koeficients, kas atkarīgs no materiāla īpašībām;

n — empīrisks, koeficients, parasti n = 1,6... 2.

VirpuĜstrāvu zudumus rāda virpuĜstrāvas (Fuko strāvas), kas rodas materiālā mainīgā

magnētiskajā laukā. Lai ierobežotu virpuĜstrāvas, magnētiskās serdes parasti izgatavo nevis no

monolīta feromagnētiėa, bet gan no lentas vai loksnēm, starp kurām atrodas elektroizolācijas

kārtiĦa (oksīdu slānis, lakas pārklājums vai papīrs). Šī izolācijas kārtiĦa pasliktina materiāla

90

magnētiski mīkstās īpašības. īpatnējos virpuĜstrāvu zudumus pf aprēėina pēc formulas

.22 fBp mf ξ= (4.12)

Šai formulā ar ξ apzīmēts virpuĜstrāvu zudumu koeficients, kas atkarīgs no materiāla iz-

mēriem un īpašībām:

,

164 2

ρξ

D

h⋅=

(4.13)

kur h — materiāla lokšĦu biezums (m);

D — materiāla blīvums, kg/m3;

ρ — materiāla īpatnējā pretestība, Ω·m.

Pēcdarbības zudumu mehānisms vēl nav noskaidrots. Tie saistīti ar magnētiskās viskozi-

tātes parādību — magnētiskās indukcijas atpalikšanu fāzē no magnētiskā lauka intensitātes

izmaiĦām. Pēcdarbības zudumus Pp aprēėina kā starpību starp pilnajiem magnētiskajiem zu-

dumiem P un histerēzes un virpuĜstrāvu zudumu Ph un Pf summu:

PP = P – (Ph + Pf). (4.14)

Ja magnētiskā lauka frekvence ir zema, pēcdarbības zudumus var neievērot. Ar tiem prak-

tiski jārēėinās tikai augsto radiofrekvenču diapazonā un impulsu režīmā.

4.16. att. Īpatnējo virpuĜstrāvu zudumu (1) un īpatnējo histerēzes zudumu (2) atkarība no

magnētiskā lauka frekvences.

Īpatnējo magnētisko zudumu komponenšu atkarība no magnētiskā lauka frekvences (4.16.

att.) izriet no formulām (4.11) un (4.12). VirpuĜstrāvu zudumi, kas proporcionāli frekvences

kvadrātam, augstās frekvencēs var sasniegt nepieĜaujami lielas vērtības. TādēĜ augstfrekven-

ces tehnikā lieto tikai tādus magnētiskos materiālus, kuriem virpuĜstrāvu zudumu koeficients

ir pietiekami mazs, lai arī augstās frekvencēs virpuĜstrāvu zudumi būtu niecīgi un dominējo-

šais magnētisko zudumu veids būtu histerēzes zudumi. Kā redzams no formulas (4.13), vir-

puĜstrāvu zudumu koeficienta samazināšanos var panākt, samazinot materiāla lokšĦu biezumu

(līdz noteiktai robežai, jo Ĝoti plānām loksnēm strauji palielinās histerēzes zudumu koefi-

cients) vai palielinot materiāla īpatnējo pretestību (šim nolūkam izmanto piejaukumus vai arī

91

veic materiāla termisko vai mehānisko apstrādi). Sevišėi lielu īpatnējo pretestību iegūst, ja par

magnētisko materiālu lieto nemetālisku pusvadītāju vielu vai feromagnētiėa pulvera kompozī-

ciju ar dielektrisku saistvielu. Visas šīs īpatnējās pretestības palielināšanas metodes ievēroja-

mi pasliktina materiāla magnētiski mīkstās īpašības — samazina magnētisko caurlaidību un

piesātinājuma indukciju, kā arī palielina koercitīvo spēku. Ievērojami palielinās arī histerēzes

zudumi. TādēĜ zemfrekvences materiāliem samazināt virpuĜstrāvu zudumu koeficientu līdz

minimumam nav racionāli, sakarā ar to zemfrekvences materiālos dominējošais magnētisko

zudumu veids parasti ir virpuĜstrāvu zudumi.

Par dominējošo zudumu veidu var spriest pēc grafika, kas attēlo īpatnējo zudumu atkarību

no magnētiskā lauka frekvences. Ja grafiks tuvs taisnei, pārsvarā ir histerēzes zudumi. Šāda

līknes forma raksturīga augstfrekvences materiāliem. Zemfrekvences materiāliem, kuros pa-

rasti dominē virpuĜstrāvu zudumi, grafiks tuvs eksponentei.

Magnētisko zudumu raksturošanai radioelektronisko iekārtu materiālos dažreiz izmanto

magnētisko zudumu leĦėa tangensu tgδm. Par magnētisko zudumu leĦėi sauc leĦėi starp sprie-

gumu un tā reaktīvo komponenti vektoru diagrammā. Lai aprēėinātu magnētisko zudumu leĦ-

ėa tangensu, toroidālu induktivitātes spoli ar feromagnētisku serdi aizstāj ar ekvivalentu shē-

mu (4.17. att.), kas sastāv no induktivitātes L un aktīvās pretestības R virknes slēguma. No šīs

ekvivalentās shēmas spriegumu vektoru diagrammas var secināt, ka

.

L

R

LI

IR

U

Utg

r

am ωωδ ===

(4.15)

4.17. att. Ekvivalentā shēma spolei ar feromagnētisko serdi un šīs shēmas spriegumu vektoru diagramma.

Vājā magnētiskajā laukā tgδm atkarību no lauka intensitātes un frekvences var izteikt ana-

lītiski, izmantojot katram zudumu veidam raksturīgus koeficientus:

tgδm = δf·f + δh·H + δp, (4.16)

kur δf — virpuĜstrāvu zudumu koeficients, kas attiecināts uz vienu pārmagnetizēšanas ciklu;

δh — histerēzes zudumu koeficients, kas attiecināts uz magnētiskā lauka intensitātes vie-

nību;

δP — pēcdarbības zudumu koeficients.

92

Šie koeficienti pēc būtības un skaitliskās vērtības atšėiras no koeficientiem, kas ietilpst

formulās (4.11) un (4.12).

Magnētisko zudumu raksturošanai var izmantot arī histerēzes ciklu. Histerēzes cikla lau-

kums atbilstošā mērogā vienāds ar īpatnējiem magnētiskajiem zudumiem (tilpuma vienībā)

viena pārmagnetizēšanas cikla laikā. Viegli pārliecināties, ka histerēzes cikla laukuma mēr-

vienība ir

[ ] [ ] .332 Hzm

W

m

AsV

m

A

m

Wb

m

ATHB

⋅=

⋅⋅=⋅=

⋅=⋅ (4.17)

Statiskā histerēzes cikla laukumu nosaka tikai īpatnējie histerēzes zudumi, bet dinamiskā

histerēzes cikla laukumu — arī īpatnējie virpuĜstrāvu zudumi, tādēĜ dinamiskā cikla laukums

ir lielāks.

Magnētiskie zudumi novērojami tikai parmagnetizēšanas procesā magnētiski mīkstajos

materiālos, kurus izmanto mainīgā magnētiskajā laukā. Magnētiski cietajos materiālos, no ku-

riem izgatavo pastāvīgos magnētus, enerăijas zudumi novērojami tikai magnēta izgatavošanas

procesā.

93

5. MAGNĒTISKIE MATERIĀLI

Magnētiskie materiāli pēc magnetizēšanas un atmagnetizēšanas procesa īpatnībām un tām

atbilstošā lietojuma ir daudzveidīgi. TādēĜ liela nozīme ir šo materiālu racionālai klasifikāci-

jai.

5.1. Magnētisko materiālu klasifikācija

Koercitīvais spēks ir pamatkritērijs materiālu iedalījumam magnētiski mīkstos un magnē-

tiski cietos materiālos. Pēc standarta par magnētiski mīkstiem materiāliem sauc materiālus,

kuriem koercitīvais spēks nepārsniedz 800 A/m, bet par magnētiski cietiem — materiālus, ku-

riem koercitīvais spēks nav mazāks par 4000 A/m. Magnētiski cietajiem materiāliem koercitī-

vais spēks, parasti ir tūkstošiem reižu lielāks nekā magnētiski mīkstajiem materiāliem, tādēĜ,

piemēram, šīm abām materiālu grupām attēlot histerēzes ciklus vienādā mērogā nav iespē-

jams. Atsevišėu feromagnētisko materiālu grupu izveido materiāli ar speciālām magnētiska-

jām īpašībām

M a g n ē t i s k i m ī k s t a j i e m m a t e r i ā l i e m ir raksturīga liela magnētiskā caur-

laidība µ, mazs koercitīvais spēks HC (l—95 A/m), tātad šaura histerēzes cilpa un mazi histe-

rēzes zudumi. Magnētiski mīkstie materiāli ir tehniski tīra dzelzs, tēraudi ar mazu oglekĜa sa-

turu, elektrotehniskā tērauda skārdi un permaloji; pēdējiem raksturīga histerēzes cilpa parādīta

5.1. attēlā b.

Tehniski tīru dzelzi un tēraudus ar mazu oglekĜa saturu izmanto līdzstrāvas magnētiskajās

ėēdēs: no šiem materiāliem izgatavo līdzstrāvas elektromagnētu, releju un aparātu detaĜas,

līdzstrāvas mašīnu korpusus u, c.

Elektrotehniskā tērauda skārdus izmanto visvairāk; tie sastāv no dzelzs un 1—4% silīcija.

Pēdējais uzlabo dzelzs magnētiskas īpašības: palielina µs un µm vērtības, palielina elektrisko

pretestību un samazina koercitīvo spēku, tātad samazina histerēzes zudumus.

Elektrotehniskā tērauda šėirnes apzīmē ar burtu un cipariem aiz tā, piemēram, Э43. Pir-

mais cipars (1—4) rāda aptuvenu silīcija daudzumu procentos. Otrais cipars raksturo magnē-

tiskās īpašības: 1—3 — normāli, pazemināti, mazi zudumi 50 Hz frekvencei; 4 — derīgs 400

Hz frekvencei; 5—6 — normāla un paaugstināta µ vērtība vājos laukos (0,2—0,8 A/m); 7 —8

— tas pats vidēji spēcīgos laukos 3—1000 A/m). Skārda biezums parasti ir 0,35 un 0,5 mm;

tā viena puse pārklāta ar plānu elektroizolējošas emaljas slānīti.

94

5.1. att. Histerēzes cilpas magnētiski cietam (a) un magnētiski mīkstam (b) materiālam (permalojam).

No elektrotehniskā tērauda skārda izgatavo maiĦstrāvas magnētiskās ėēdes: transformato-

ru serdes, elektrisko mašīnu statorus un rotorus, maiĦstrāvas elektromagnētu serdes u. c.

Permaloju — dzelzs-niėeĜa sakausējumu — sastāvā ir līdz 80% niėeĜa; dažām šėirnēm ir

vēl neliela hroma, silīcija vai cita elementa piedeva. Permalojam ir Ĝoti liela magnētiskā caur-

laidība, kas vājos laukos 10—50 reizes lielāka nekā elektrotehniskajam tēraudam, un Ĝoti

mazs koercitīvais spēks HC (l—30 A/m). Taču permaloji ir visai dārgi.

No permaloja skārda izgatavo serdes mazjaudas transformatoriem (radiotehnikai), drose-

lēm, mērtransformatoriem, magnētiskajiem pastiprinātājiem, relejiem u. c.

M a g n ē t i s k i c i e t a j i e m m a t e r i ā l i e m ir raksturīgs liels koercitīvais spēks

Hc (40 000—60 000 A/m), liela paliekošā indukcija Br (0,4—1,3 T), tātad plata histerēzes

cilpa (5.1. att. a). Šai grupai pieder dzelzs sakausējumi ar kobaltu, niėeli, hromu, varu, alumī-

niju, silīciju, volframu u. c. metāliem: kobalttērauds, volframtērauds, hromtērauds un speciāli

sakausējumi: alni (Fe, Ni, Al, Cu), alniko (Fe, AI, Ni, Co, Cu), magniko (Fe, Ni, Co, Cu, Al),

alnisi (Fe, Al, Ni, Si).

No magnētiski cietajiem materiāliem izgatavo pastāvīgos magnētus elektriskajiem mēr-

aparātiem, mazjaudas elektriskajām mašīnām un speciālām iekārtām (medicīnai, skaĦu pie-

rakstam u. c).

F e r o m a g n ē t i s k i e m a t e r i ā l i ar s p e c i ā l ā m magn ē t i s k a j ā m ī p a š ī -

b ā m ir magnētdielektriėi un ferīti.

Magnētdielektriėus iegūst, magnētiski mīksta materiāla, piemēram, permaloja pulveri sa-

presējot ar organisku vai neorganisku dielektrisku saistvielu (polistirolu vai izolējošiem sve-

ėiem). Magnētdielektriėiem ir Ĝoti šaura histerēzes cilpa un Ĝoti mazi histerēzes zudumi; mag-

nētiskā caurlaidība u, ir neliela — no dažām vienībām līdz dažiem desmitiem vienību.

Ferītus izgatavo no dzelzs, cinka, niėeĜa un citu metālu oksīdiem, kurus sasmalcina pul-

verī, pievieno saistvielas, sapresē formās un apdedzina 1200 °C temperatūrā, iegūstot vajadzī-

95

gās formas detaĜas (serdes). Pēc izskata ferīti atgādina keramiku. Ferītiem ir mazs koercitīvais

spēks un liela magnētiskā caurlaidība.

Tā kā ferītu īpatnējā pretestība ir ap 106 reizes lielāka nekā tēraudam, tad virpulstrāvu zu-

dumi ferītos ir Ĝoti mazi, un šos materiālus var izmantot augstfrekvences ėēdēs.

Magnētdielektriėu un ferītu serdes lieto automātikas un skaitĜošanas tehnikas aparatūrā,

radiotehnikā u. c.

5.2. Magnētiski mīkstie materiāli

Magnētiski mīkstie materiāli ir viegli pārmagnetizējami. Tiem vēlama liela sākotnējā un

maksimālā magnētiskā caurlaidība, liela piesātinājuma indukcija, niecīgs koercitīvais spēks un

mazi magnētiskie zudumi. Šādas īpašības piemīt dzelzij ar homogēnu struktūru, kurai nav pie-

maisījumu un ieslēgumu. Sevišėi kaitīgi piemaisījumi ir ogleklis (Fe3C), skābeklis un sērs.

Magnētiski mīkstos materiālus izmanto, lai izgatavotu magnētiskās ėēdes elektriskajās

mašīnās un transformatoros, magnētiskos pastiprinātājus, induktivitātes spoĜu serdes, magnē-

tiskos ekrānus, kā arī dažiem speciāliem uzdevumiem, kuriem atbilst šo materiālu specifiskās

īpašības. Pēc darba frekvences magnētiski mīkstos materiālus iedala divās grupās — zem-

frekvences materiālos, kas paredzēti ekspluatācijai 50...400 Hz frekvencē, un augstfrekvences

materiālos, kas paredzēti ekspluatācijai radiofrekvencēs un ultraaugstfrekvencēs (UAF).

Pie zemfrekvences magnētiski mīkstajiem materiāliem pieder feromagnētiskie metāli un

sakausējumi. Tiem ir labas mehāniskās īpašības (cietība, mehāniskā izturība) un tehnoloăiskās

īpašības (plastiskums normālā un paaugstinātā temperatūrā), kā arī labi magnētiskie rakstur-

lielumi. IzĦēmums ir vienīgi mazā īpatnējā pretestība, tātad relatīvi lieli virpuĜstrāvu zudumi.

Atsevišėā grupā lietderīgi izdalīt zemfrekvences magnētiski mīkstos sakausējumus ar speci-

fiskām īpašībām.

Pie augstfrekvences magnētiski mīkstajiem materiāliem pieder nemetāliskie ferimagnētiėi

ferīti, kas pēc elektriskajām īpašībām ir pusvadītāji, un nehomogēnie materiāli magnētdielek-

triėi, kas sastāv no feromagnētiskiem un dielektriskiem komponentiem. Šiem materiāliem

mehāniskās un tehnoloăiskās īpašības ir sliktākas nekā feromagnētiskajiem metāliem un sa-

kausējumiem. Tā kā ferītu un magnētdielektriėu īpatnējā pretestība ir relatīvi liela, virpuĜ-

strāvu zudumi ir niecīgi arī Ĝoti augstās frekvencēs. Turpretim pārējie magnētiskie raksturlie-

lumi ir daudz sliktāki nekā zemfrekvences materiāliem. Magnētiskā caurlaidība pieaug, palieli-

noties ferīta graudu izmēriem un samazinoties iekšējiem spriegumiem.

Magnētiski cietajiem materiāliem, kurus izmanto pastāvīgo magnētu izgatavošanai, gal-

96

venie pozitīvie raksturlielumi ir liels koercitīvais spēks, liela un stabilā paliekošā indukcija un

liela īpatnējā magnētiskā enerăija.

Magnētiski mīkstos materiālus lieto transformatoru serdēm, elektromagnētiem, mērinstru-

mentos u. c., kur vajadzīgs ar vismazāko enerăijas patēriĦu sasniegt vislielāko indukciju.

VirpuĜstrāvu zudumu samazināšanai izmanto magnētiski mīkstus materiālus ar paaugstinātu

īpatnējo elektrisko pretestību, lietojot magnētvadus, kas samontēti no vienai no otras izolētām plā-

nām loksnēm.

5.3. Zemfrekvences magnētiski mīkstie materiāli

Galvenās zemfrekvences magnētiski mīksto materiālu grupas ir dažādi dzelzs veidi, elek-

trotehniskais tērauds un magnētiski mīkstie metālu sakausējumi.

5.3.1. Tehniski tīra dzelzs (mazoglekĜa tērauds)

Dzelzs ir magnētiski mīksts materiāls, kura īpašības lielā mērā ir atkarīgas no piemaisījumu

daudzuma.

Dzelzij, ja tajā maz piejaukumu, ir Ĝoti labas magnētiskās īpašības. Pēc tīrības pakāpes iz-

šėir tehniski tīro un Ĝoti tīro dzelzi. Tehniski tīrā dzelzs (armko dzelzs), kuru iegūst marten-

krāsnīs vai konvertoros rafinēšanas procesā, satur ne vairāk par 0,08...0,1 % piejaukumu.

No Ĝoti tīrās dzelzs, kas satur mazāk par 0,05 % piejaukumu, veidiem biežāk lieto

elektrolītisko dzelzi, ko iegūst, elektrolītiski rafinējot tehniski tīro dzelzi (sērskābo dzelzi

vai hlordzelzi);

karbonildzelzi, kura rodas smalka pulvera veidā, termiski sadalot dzelzs pentakarbonilu

Fe(CO)5:

.5)( 5 COFeCOFe +→

Karbonildzelzs ir smalks pulveris, ko ērti lietot augstfrekvences magnētisko seržu izgatavo-

šanai ar presēšanas paĦēmienu.

Dažu dzelzs veidu sastāvs un galvenie magnētiskie raksturlielumi doti 5.1. tabulā.

Tā kā dzelzij ir maza īpatnējā pretestība, virpuĜstrāvu zudumi ir lieli. TādēĜ dzelzi lieto

galvenokārt pastāvīgā magnētiskajā laukā.

97

5.1. tabula

Dažu dzelzs veidu sastāvs un magnētiskie raksturlielumi

Piejaukumu daudzums, %

Dzelzs veids

C O2

µsāk

µmax

BS , T

HC, A/m

Tehniski tīrā dzelzs 0,02 0,06 250 7 000 2,18 64

Elektrolītiskā dzelzs 0,02 0,01 600 15 000 2,18 28 Karbonildzelzs 0,005 0,005 3300 21000 2,18 6,4 Supertīras dzelzs monokristāls, kas rūpīgi atkvēlināts ūdeĦradī

1 430 000 1,2

5.3.2. Elektrotehniskais tērauds

Elektrotehniskais tērauds ir galvenais no masveidā lietotajiem magnētiski mīkstajiem materi-

āliem. Elektrotehniskais tērauds ir lokšĦu materiāls, kas satur ne vairāk par 0,1 % oglekĜa un

līdz 5 % silīcija (vai alumīnija). OglekĜa piedeva uzlabo tērauda mehāniskās īpašības — cietī-

bu un mehānisko izturību. Silīciju elektrotehniskajam tēraudam pievieno, lai palielinātu īpat-

nējo pretestību, t. i., samazinātu virpuĜstrāvu zudumus. Tā kā silīcija piedeva vienlaikus sama-

zina tērauda plastiskumu, silīcija saturs nedrīkst būt pārāk liels — ja tas pārsniedz 5%, tērauds

kĜūst trausls.

Atkarībā no silīcija piedevas lieluma izšėir divus elektrotehniskā tērauda veidus. Dinamo-

tēraudam silīcija saturs nepārsniedz 3%, bet transformatoru tēraudam ir 3-5 %. Elektromoto-

riem izmanto mazleăēto tēraudu (0,5-2,3%) Si, bet transformatoriem – tēraudu ar palielinātu silī-

cija saturu (3,5-4,5%).

Tērauda blīvuma un īpatnējās pretestības atkarība no silīcija satura parādīta 5.2. tabulā.

Atšėirībā no citiem piejaukumiem silīcija piedeva uzlabo tehniski tīrās dzelzs magnētiskās

īpašības — palielina sākotnējo un maksimālo magnētisko permeabilitāti, samazina koercitīvo spē-

ku un histerēzes zudumus. Tas notiek tādēĜ, ka silīcija ietekmē tērauda struktūra kĜūst rupjgraudaināka,

turklāt silīcijs saista skābekli un samazina oglekĜa šėīdības nelabvēlīgo ietekmi, jo ogleklis izdalās gra-

fīta veidā.

5.2. tabula

Elektrotehniskā tērauda īpašību atkarība no silīcija satura

Pirmais cipars tērauda markas apzīmējumā

Silīcija saturs (%) D (kg/m3) ρ (µΩ·m)

1 0,8... 1,8 7800 0,25 2 1,8... 2,8 7750 0,40 3 2,8... 3,8 7650 0,47. ..0,50 4 3,8... 4,8 7550 0,55... 0,57

98

Elektrotehnisko tēraudu velmē plānās loksnēs vai lentas. Nominālās biezuma vērtības ir

0,05; 0,08; 0,1; 0,2; 0,35; 0,5 un 1 mm.

Elektrotehniskā tērauda struktūra un īpašības ir atkarīgas no velmēšanas metodes. Ja vel-

mēšanu izdara augstā temperatūrā, kristāliskā struktūra ir sīkgraudaina un izotropa (24.1. att.

a). Velmējot zemā temperatūrā, kristāliskie graudi orientējas tādējādi, ka kristāliskā režăa

elementāro kubisko šūnu četras paralēlās šėautnes un diagonālās plaknes ir vērstas velmēša-

nas virzienā (24.1. att. b). Šādu velmēšanas rezultātā iegūtu tekstūras elektrotehnisko tēraudu

velmē plānās loksnēs vai lentas. Nominālās biezuma vērtības ir 0,05; 0,08; 0,1; 0,2; 0,35; 0,5

un 1 mm.

Elektrotehniskā tērauda struktūra un īpašības ir atkarīgas no velmēšanas metodes. Ja vel-

mēšanu izdara augstā temperatūrā, kristāliskā struktūra ir sīkgraudaina un izotropa. Velmējot

zemā temperatūrā, kristāliskie graudi orientējas tādējādi, ka kristāliskā režăa elementāro ku-

bisko šūnu četras paralēlās šėautnes un diagonālās plaknes ir vērstas velmēšanas virzienā (5.2.

att. a). Šādu velmēšanas rezultātā iegūtu tekstūras veidu sauc par šėautĦu tekstūru. TādēĜ auk-

sti velmētam tēraudam magnētiskās īpašības ir anizotropas. Vieglās magnetizēšanas virziens

teksturētā tērauda loksnēm sakrīt ar velmēšanas virzienu, tātad ar loksnes garenvirzienu, bet

sevišėi grūtās magnetizēšanas virzieni vērsti loksnes šėērsvirzienā un perpendikulāri loksnes

virsmai.

ěoti vilinoša ir perspektīva iegūt tēraudu ar skaldĦu tekstūru (5.2. att. b), kuram velmēša-

nas virzienā orientētas četras paralēlās šėautnes un skaldnes. Tādā gadījumā tēraudam ir trīs

vieglās magnetizēšanas virzieni — loksnes garenvirzienā, šėērsvirzienā un perpendikulāri

loksnes virsmai.

Velmēšanas ŠėautĦu virziens tekstūra

a

Velmēšanas SkaldĦu virziens tekstūra

b

Labākās magnētiskās īpašības velmēšanas virzienā, sliktākās – 550 no velmēšanas virziena

Labākās magnētiskās īpašības visas skaldĦu virzienos

5.2. att. Dzelzs kristāliskā režăa šūnu orientācija auksti velmētā tēraudā ar šėautĦu tekstūru (a) un

auksti velmētā tēraudā ar skaldĦu tekstūru (b).

99

Auksti velmētā tērauda izgatavošanas tehnoloăija aptver loksnes (lentas) karsto velmēša-

nu līdz 2,5...2,8 mm biezumam, auksto velmēšanu līdz 0,9...1 mm biezumam, atkvēlināšanu,

auksto velmēšanu līdz loksnes vai lentas nominālajam biezumam un galīgo atkvēlināšanu. Šis

process ir relatīvi komplicēts, tādēĜ auksti velmētais tērauds ir apmēram par 20% dārgāks ne-

kā karsti velmētais tērauds. Tomēr auksti velmētā tērauda lietošana ekonomiski attaisnojas, jo

šī tērauda magnetizēšanai nepieciešama ievērojami mazāka jauda. Sakarā ar to iespējams ie-

gūt lielāku indukciju (1,7 T) nekā karsti velmētajā tēraudā (1,3 T), atbilstoši samazināt vijumu

skaitu tinumos un palielināt vijumu šėērsgriezumu, tādējādi samazinot zudumus ne tikai tē-

raudā, bet arī varā.

Lai pilnīgāk izmantotu auksti velmētā tērauda priekšrocības, konstruktīvi jāpanāk, lai

magnētiskās plūsmas virziens visā serdes garumā sakristu ar velmēšanas virzienu. Visērtāk to

realizēt, ja serdi uztin no tērauda lentas un pēc tam presējot serdei izveido vajadzīgo formu

(5.3. att.). Lai samazinātu mehānisko deformāciju negatīvo ietekmi, auksti velmēta tērauda

serdes pēc izgatavošanas atkvēlina, tādējādi novēršot mehāniskos spriegumus un struktūras

defektus.

Pielietojot speciālu tehnoloăiju, iegūst auksti velmētu tēraudu ar zemu tekstūras pakāpi un

praktiski izotropam magnētiskajām īpašībām, kuras ir nedaudz labākas nekā karsti velmēta-

jam tēraudam.

a

b

c

d

5.3 .att. Uztītās transformatoru serdes: a un b) — vienlaidus serdes; c un d — izjaucamās serdes

Aukstās velmēšanas procesā uz lokšĦu vai lentu virsmas nerodas pietiekami bieza oksīdu

kārtiĦa, tādēĜ starp loksnēm serdē nepieciešama papildu izolācija, visbiežāk elektroizolācijas

lakas pārklājums. Turpretim karsti velmētā tērauda serdēs papildu izolācija starp loksnēm pa-

rasti nav vajadzīga.

100

Tērauda marku apzīmējumi sastāv no burta un vairākiem cipariem. Pirmais cipars norāda

aptuveno silīcija saturu (5.3. tab.), bet otrais cipars (1-8) apzīmē garantētās tērauda elektro-

magnētiskās īpašības noteiktos ekspluatācijas apstākĜos. Šī cipara nozīme lokšĦu tēraudam un

auksti velmētajai lentai atsevišėos gadījumos ir dažāda.

5.3. tabula

Elektrotehniska tērauda elektromagnētisko raksturlielumu robežvērtības

Magnētiskā indukcija Īpatnējie magnētiskie zu-dumi

Biezums h,

mm

normētais vēr-tību diapazons (pēc H, A/cm)

minimālas vērtības, T

normētais vēr-tību diapazons

(pēc Bm/f, T/Hz)

maksimā-lās vērtī-

bas, W/kg

HC, A/m

ρ, µΩ·m

0,35... 1 Bl0...B300 1,29... 2 P1,0/50, Pl,5/50 0,9... 13,4 — — 0,50 B25...B300 1,48... 2 P1,0/50, P1,5/50 1,5... 7,5 — —

0,05 ... 0,5 B10...B300 1,6... 2 Pl,0/50...P1,7/50 0,5... 3,2 — — 0,1... 0,35 B5...B25 1,19... 1,7 P0,75/400, P1,0/400 6... 19 — 0,47...0,57

0,05... 0,15 B0,4...B25 0,4... 1,82 P1,0/400... Pl,5/400 3,5... 23 26...34 0,5 0,2 ... 0,35 B0,002...B0,008 (1,2...8,8)·10-4 — — — 0,55 0,2... 0,35 B0,1...B10 0,03... 1,3 — — — 0,55 0,2... 0,5 B0,03...B10 0,01 ... 1,7 — — — 0,47

5.3.3. Permaloji

Vājstrāvas elektrotehnikā, radiotehnika un elektronikā izmanto dzelzs-niėeĜa sakausē-

jumus – permalojus, kas stipri magnetizējas pat Ĝoti vāju magnētisko lauku iedarbībā. Šie

sakausējumi satur 45-80% Ni un ir papildus leăēti ar molibdēnu, hromu, mangānu, varu un

siliciju, kas uzlabo magnētiskās īpašības un nodrošina to nemainību.

Vislielākā magnētiskā caurlaidība ir sakausējama ar 79% Ni un 4% Mo (piemēram, 79

HM), ko izmanto mazgabarīta un impulsu transformatoros, bezkontaktu relejos un magnē-

tisko pastiprinātāju droselēs.

Permaloji ir dzelzs un niėeĜa sakausējumi, kuriem ir liela magnētiskā caurlaidība vājos

laukos. Šiem sakausējumiem praktiski nav magnētiskās anizotropijas un magnetostrikcijas,

un tāpēc tie ir sevišėi viegli magnetizējami.

Permalojus ar niėeĜa saturu 40-50 % sauc par mazniėeĜa permalojiem, bet permalojus

ar niėeĜa saturu 72-80 % — par daudzniėeĜa permalojiem.

Lai uzlabotu permaloju īpašības, to sastāvā ievada leăējošus elementus.

Molibdēns un hroms palielina īpatnējo pretestību un sākuma magnētisko caurlaidību

un pazemina jutību no mehāniskajām deformācijām. Vienlaikus gan samazinās piesātināju-

ma indukcija. Varš palielina µr pastāvību, palielina temperatūras stabilitāti un īpatnējo pre-

101

testību, kā arī atvieglo mehānisko apstrādi. Silīcijs un mangāns palielina īpatnējo pretestī-

bu.

Elektromagnētisko raksturlielumu robežvērtības dažu marku permaloja lentai dotas

5.4. un 5.5. tabulā.

MazniėeĜa permalojus lieto droseĜu, mazgabarīta transformatoru un magnētisko pa-

stiprinātāju seržu izgatavošanai, daudzniėeĜu permalojus — aparatūras detaĜu izgatavoša-

nai, kas paredzētas darbam frekvencēs virs skaĦas frekvences.

5.4. tabula Permaloja lentas un alsifera elektromagnētisko raksturlielumu robežvērtības

µsāk µmax Hc,

A/m BS , T

ρ, µΩ·m

Materiāla marka h,

mm minimālās vērtības

maksimālās vērtības

minimālās vērtības

MazniėeĜa permalojs

45H 0,02...2,5 (1,7...2,8) ·103 (16...25) ·103 16...32 1,5 0,45 50H 0,02...2,5 (1,8...3) ·103 (20...35) ·103 10...24 1,5 0,45

50HY 0,1...2,5 (3...4) ·103 (30...45) ·103 10...14 1,5 0,45 50HXC 0,02...1,0 (1,5...3) ·103 (15...30) ·103 8...20 1,0 0,90

DaudzniėeĜa permalojs 79HM 0,02...2,5 (1,6...2,5) ·104 (7....15) ·104 1,6...4 0,75 0,55

79HM-Y 0,02...2,5 (2. . .3 ) ·10 4 (10...22) ·104 1....2,4 0,75 0,55 80HXC 0,02...2,5 (1,8...3,5) ·104 (7...17) ·104 1...4 0,65 0,62 76HXD 0,02 ...0,30 (1 ...1,8) ·104 (5...15) ·104 1,6...5,2 0,75 0,57 Alsifers >1 3,5·104 11,7·104 1,76 — —

5.5. tabula

Permaloju īpašības (pēc termiskās apstrādes)

Grupa µ r sāk . µ r m aks. Bmaks. , T ne mazāk

Hc , A/m

ρ, µΩ·m

Neleăētie mazniėeĜa Leăētie mazniėeĜa Leăētie daudzniėeĜa

1700-3000 1500-3200

16 000-35 000

16 000-35 000 15 000-30 000 50 000-220 000

1,5 1,0 0,65

32-10 20-8

5,2-1,0

0,45 0,9 0,55

5.3.4. Alsiferi

Alsiferi ir dzelzs sakausējumi ar silīciju un alumīniju. Tie ir trausli, nekaĜami sakausējumi.

Optimālais sastāvs: 9,6 % Si, 5,4 % Al, pārējais Fe.

Raksturlielumi: µ r sāk. = 35 500; µ r maks . = 120 000; Hc = 1,8 A/m; ρ = 0,8 µΩ·m.

Šie raksturlielumi, ar kuriem alsiferi neatšėiras no daudzniėeĜa permalojiem, ir tikai sakausē-

jumam ar uzrādīto sastāvu. Rūpniecības paraugiem ir zemāki raksturlielumi.

102

No alsifera tā trausluma dēĜ lej detaĜas (magnētiskos ekrānus, aparātu korpusus u. c), kuru

sieniĦu biezums nav mazāks par 2 mm.

Alsiferu var samalt pulverī un tāpat kā karbonildzelzi vai kopā ar to izmantot presētu seržu un

magnētvadu izgatavošanai.

5.3.5. Sakausējumi ar sevišėām īpašībām

Atsevišėā grupā var nodalīt materiālus, kuru lietošana pamatojas uz tām vai citām to sevišėām

magnētiskajām īpašībām, kuras nosaka sakausējuma struktūra un sastāvs.

Tādi materiāli ir

1. Sakausējumi, kuriem pie magnētiskā lauka maiĦām magnētiskā caurlaidība mainās neievē-

rojami;

2. Sakausējumi ar lielu magnētiskās caurlaidības atkarību no temperatūras;

3. Sakausējumi ar lielu magnetostrikciju;

4. Sakausējumi ar sevišėi lielu piesātinājuma indukciju.

Pie pirmajiem pieder sakausējums perminvars — 25 % Co, 45 % Ni, 30 % Fe. Perminvara mag-

nētiskā caurlaidība pēc speciālas termiskās apstrādes vakuumā ir 300 un, mainoties lauka inten-

sitātei no 0 līdz 160 A/M, praktiski paliek nemainīga.

Perminvara piesātinājuma indukcija sasniedz 1,55 T. Tomēr perminvars ir nepietiekami stabils

magnētiskā ziĦā, jutīgs pret temperatūrām un mehāniskiem spriegumiem.

Ar lielāku magnētiskās caurlaidības (µ r sāk . = 30-80) stabilitāti ir sakausējums izoperms, kurš

sastāv no dzelzs, niėeĜa, alumīnija un vara. Magnētiskā caurlaidība ir stabila magnētiskajos laukos

līdz 500 A/m.

Šo sakausējumu lieto telefona aparatūras ražošanā.

Pie otrajiem pieder termomagnētiskie sakausējumi uz Ni—Cu, Fe—Ni vai Fe—Ni—Cr

bāzes. Šos sakausējumus lieto temperatūras kĜūdu kompensācijai magnētiskajās ėēdēs. Paaugsti-

noties temperatūrai, magnētiskā plūsma magnēta darba spraugā krītas. Šīs izmaiĦas kompensē

magnētiskā šunta magnētiskās pretestības pieaugums, jo tiek izmantota feromagnētiėu īpašība sa-

mazināt indukciju, pieaugot temperatūrai Kirī punkta tuvumā. Atkarībā no sakausējuma sastāva,

Kirī punkts šiem feromagnētiėiem ir robežās starp 0° un 100° C.

Vara-niėeĜa sakausējumu sauc par kalmaloju, dzelzs-niėeĜa — par termaloju, dzelzs-niėeĜa-

hroma — par kompensatoru.

Sakausējumi ar lielu magnetostrikciju ir sistēmas Fe—Pt, Fe—Co, Fe—Al (alfers). Šiem sa-

kausējumiem lineārā izmēra ∆l/l izmaiĦas ir pozitīvas. Par magnetostrikcijas materiāliem lieto arī

103

tīru niėeli, kam ir liela negatīvā magnetostrikcija, niėeĜa-kobalta sakausējumus, dažas markas

permaloju un dažādus ferītus.

Pie ceturtajiem pieder dzelzs-kobalta sakausējumi.

Dažādām serdēm, elektromagnētu poliem magnētiskajos laukos ar intensitāti 24 000 A/m un

vairāk nepieciešami materiāli ar sevišėi augstu piesātinājuma indukciju. Ar tādām īpašībām ir sa-

kausējums permendūrs, kas sastāv no 30-50 % kobalta, 1,5-2 % vanādija un dzelzs (pārējais).

Šim sakausējumam no visiem zināmajiem feromagnētiėiem ir vislielākā piesātinājuma indukci-

ja — līdz 2,43 T.

Permendūru lieto telefona membrānu izgatavošanai, oscilogrāfos u. c.

Permendūram ir maza īpatnējā elektriskā pretestība, kas noved pie lieliem virpuĜstrāvu zu-

dumiem mainīgos magnētiskajos laukos.

5.3.6. Amorfie magnētiskie materiāli

Tādus materiālus iegūst no izkausēta materiāla, ātri atdzesējot (līdz 106°C/s) bez kristalizācijas.

Izgatavo stiepli vai lenti. Amorfie magnētiskie materiāli ir ar Ĝoti augstiem magnētiskajiem rakstur-

lielumiem un palielinātu pretestību.

Perspektīvi ir amorfie dzelzs un niėeĜa sakausējumi ar hroma, molibdēna, bora, silīcija, fosfo-

ra, oglekĜa vai alumīnija piedevām, kuriem magnētiskā caurlaidība ir līdz 500, koercitīvais spēks

ap 1 A/m un piesātinājuma indukcija 0,6 -1,2 T.

Amorfos magnētiskos materiālus var izmantot dažādos speciālos transformatoros, magnētis-

kajos pastiprinātajos, reproducējošās un ierakstošajās galviĦās, magnētiskās atmiĦas iekārtās,

elektrodzinējos.

5.3.7. Magnētdielektriėi

Tie ir tādi materiāli, kas sastāv no magnētiskā materiāla ar mazu koercitīvo spēku sīkām daĜi-

Ħām (pulvera), kas izolētas cita no citas ar organisku vai neorganisku dielektriėi, kas arī ir sasais-

tošais elements. Tā kā feromagnētiskās fāzes daĜiĦas ir izolētas, magnētdielektriėiem ir liela īpat-

nējā elektriskā pretestība, mazi virpuĜstrāvu zudumi, mazi histerēzes zudumi un augsta caurlaidī-

bas stabilitāte. Tomēr magnētiskā caurlaidība nav augsta.

Feromagnētisko daĜiĦu izolācijai lieto šėidro stiklu, dažādus sveėus (polistirolu, fenola-

formaldehīda u. c). DaĜiĦu izmēri ir 10-2-10-4 cm.

104

Visplašāk lieto magnētdielektriėus uz karbonildzelzs, alsifera un molibdēna permaloja bāzes.

Magnētdielektriėi paredzēti darbam vājos magnētiskos laukos, un tos izmanto augstfrek-

vences sakaru tīklos, radioelektronikā u. c.

5.6. tabula

Magnētdielektriėu īpašības

Materiāls µ~ αµ~·10-6,

K-1 ,H

Htgδm/A

Robežfrekvence, MHz

Magnētdielektriėi uz karbonildzelzs bāzes Magnētdielektriėi uz alsifera bāzes Magnētdielektriėi uz alsifera maisījuma ar citiem feromagnētiėiem bāzes

5-16

20-65

20-60

no 50 līdz 100

no -200 līdz 400

no -150 līdz 50

1,25-6,26

15-62,5

15-62,5

50

0,1 1

5.3.8. Ferīti

Augstfrekvenču tehnikā izmanto magnētiskos materiālus ar lielu elektrisko pretestību un magnē-

tisko caurlaidību. Tādi ir ferīti. Ferīti ir magnētiska keramika ar niecīgu elektronu vadāmību.

Galvenā ferītu pozitīvā īpašība ir augstu magnētisko parametru savienošana ar lielu elektrisko

pretestību, kas pārsniedz feromagnētisko metālu un sakausējumu pretestību 103-1013 reizes. Tāpēc

tiem ir mazi zudumi paaugstinātu un augstu frekvenču diapazonā un tos var lietot augstfrekvenču

elektromagnētiskās iekārtās.

Ferīti ir sistēmas no dzelzs oksīdiem un citu — divvērtīgu, retāk vienvērtīgu, metālu oksīdiem:

MeO·Fe2O3 vai MeFe2O4. Tos izgatavo, sapresējot un saėepinot dzelzs un citu metālu oksīdu pulverus.

Ferīta nosaukums ir atkarīgs no metāla, kura oksīds ietilpst ferīta sastāvā, piem., NiFe2O4 — niėeĜa

ferīts (NiO·Fe2O3). Nav magnētiski CdO·Fe2O3 — kadmija un ZnO·Fe2O3 — cinka ferīts. Ferītiem ir

kubiska kristāliska struktūra, līdzīga dabā sastopamā minerāla — dārgakmeĦa špinela MgO·Al2O3 struk-

tūrai. Tāpēc tos sauc par ferošpineliem. Tehnikā lietojamos ferītus sauc arī par oksiferiem. Ārzemju lite-

ratūrā dažiem ferītu tipiem lieto nosaukumu "ferokskubs".

Ferītu izgatavošanai izmanto keramikas tehnoloăiju. Ferīti ir cieti un trausli.

Visplašāk lieto jauktos magnētiski mīkstos ferītus: niėeĜa-cinka ferītu, mangāna-cinka ferītu, li-

tija ferītu.

Magnētiski mīksto ferītu galvenie raksturlielumi: blīvums 3,8-5,0; α1 = (0,5 -1,2) 10-5 l/°C.

Dažāda sastāva ferītiem Kirī punkts ir no 70° C līdz 450° C.

105

Telegrāfa sakaru aparatūras automātiskās vadības iekārtās, skaitĜošanas tehnikā u. c. nepiecie-

šami magnētiskie materiāli ar taisnstūra formas histerēzes cilpu.

5.7. tabula

Magnētiskie un elektriskie raksturlielumi

Materiāls µ r sāk . µ r m aks. Hc, A/m

Br, T

ρ, Ω·m

NiėeĜa—cinka ferīti Mangāna—cinka ferīti

80-2400 550-25 000

850-700 2000-35 000

20-54 2-24

0,11-0,29 0,09-0,13

10-108

10-2-10

Šo materiālu svarīgs rādītājs ir taisnstūrainības koeficients, kuru aprēėina kā paliekošās induk-

cijas attiecību pret maksimālo magnētisko indukciju

.maks

rts B

Bk = < 1.

Taisnstūra formas histerēzes cilpa ir dažiem permalojiem un dzelzs-niėeĜa-kobalta sakau-

sējumiem ar kobalta saturu 30-55 % un leăētiem ar varu vai citiem metāliem.

Ferītu ar taisnstūra formas histerēzes cilpu raksturlielumi: kts = 0,9-0,94; Br = 0,15-0,25 T;

Kirī temperatūra Tk = 110°-250°C (magnija-mangāna ferītiem); 550°-630°C (litija ferītiem); Hc =

=10-20 A/m (materiāliem automātiskās vadības shēmās); 100-1200 A/m (materiāliem, kurus lieto

skaitĜošanas tehnikā).

Ferītu ar taisnstūra formas histerēzes cilpu trūkums ir to mazāka parametru temperatūras

stabilitāte nekā metālu sakausējumiem.

5.3.9. Konstrukciju čuguni un tēraudi

Šiem materiāliem, kurus lieto elektrisko mašīnu, aparātu un iekārtu būvēs, jābūt ar augstām

mehāniskām īpašībām un pietiekami lielām tehnoloăiskām iespējām.

Attiecībā uz magnētiskajām īpašībām tos var iedalīt magnētiskos materiālos un nemagnētis-

kos materiālos.

Pie magnētiskajiem materiāliem var būt pieskaitāmi pelēkais čuguns, oglekĜa un leăētie tērau-

di, pie nemagnētiskajiem — nemagnētiskais čuguns un nemagnētiskie tēraudi.

Pelēkais čuguns satur 3,2-3,5 % oglekĜa, silīciju, mangānu, fosforu, sēru. Pelēko čugunu lieto

elektrisko mašīnu korpusu lējumiem. No tā atlej stiprinājumu detaĜas, plātes u. c.

OglekĜa tēraudu ar oglekĜa saturu 0,08-0,2 % parasti izmanto lējumiem. Sevišėi atbildīgām

106

un speciālām elektriskajām mašīnām, kā ari atvieglotas konstrukcijas mašīnām lieto ar niėeli, va-

nādiju, hromu, molibdēnu leăētos tēraudus, kuriem ir paaugstinātas mehāniskās īpašības.

Nemagnētiskais čuguns. Plaši tiek lietots čuguns, kurš satur niėeli un mangānu, kuri veicina

austenīta struktūras izveidošanos. Čuguna sastāvs: 2,6-3,0 % C; 2,5 % Si; 5,6 % Mn; 9-12 % Ni; pā-

rējais Fe. Šī sastāva čuguna magnētiskā caurlaidība µ = 1,03; īpatnējā elektriskā pretestība ρ = l,4

µΩ·m.

Nemagnētiskie čuguni viegli apstrādājami ar griezējinstrumentiem.

Lielā elektriskā pretestība samazina virpuĜstrāvu zudumus, kas ir nemagnētiskā čuguna

priekšrocība attiecībā pret krāsaino metālu sakausējumiem.

Nemagnētisko čugunu lieto, kad konstrukciju materiāla magnētiskās īpašības var kaitēt aparāta

vai iekārtas darbam. No tā izgatavo vākus, apvalkus, piem., metināšanas transformatoriem utt.

Nemagnētiskos tēraudus izgatavo, ievadot to sastāvā niėeli un mangānu. Piemēram, niėeĜa

tērauda sastāvs: 0,25-0,35 % C; 22-25 % Ni; 2-3 % Cr; pārējais Fe. µ = 1,05-1,2.

Tā kā magnētiskajam tēraudam ir augstas mehāniskās īpašības, to var lietot vara un alumīni-

ja sakausējumu vietā, kuru mehāniskās īpašības nav tik augstas.

5.4. Magnētiski cietie materiāli

Magnētiski cietos materiālus raksturo koercitīvais spēks, kas ir lielāks nekā magnētiski mīk-

stajiem materiāliem (5·103 - 5·106 A/m), histerēzes cilpas laukums, paliekošā indukcija un maksi-

mālā enerăija, ko atdod, piemēram, pastāvīgais magnēts ārējā telpā. Pastāvīgo magnētu un magnē-

tiski cietos materiālus galvenokārt lieto to izgatavošanai, magnētiskā caurlaidība ir mazāka nekā

magnētiski mīkstajiem materiāliem un, jo lielāks koercitīvais spēks, jo mazāka magnētiskā

caurlaidība.

Magnēts slēgtā stāvoklī (piemēram, tora veidā) ārējā telpā enerăiju neatdod. Lai magnētisko

enerăiju atdotu, jārada gaisa sprauga (darba telpa), t. i., magnētiskā ėēde jāpārtrauc. Uz pārtrauk-

tās ėēdes galiem izveidojas poli, kuri rada atmagnetizējošu lauku ar intensitāti Hd, kas samazina in-

duktivitāti pašā magnētā līdz Bd, kas ir mazāka par paliekošo indukciju Br. Paliekošā indukcija Br rak-

sturo materiālu tajā gadījumā, ja magnēts atrodas slēgtā stāvoklī un iepriekš ir magnetizēts līdz pie-

sātinājumam stiprā ārējā magnētiskajā laukā.

Magnētiski cietus materiālus raksturo šīs raksturlīknes:

107

5.4. Magnētiski cietā materiāla raksturlīkne.

1— atmagnetizēšanas raksturlīkne gaisa sprauga; 2— magnētiskās enerăijas raksturlīkne spraugā.

Īpatnējā lauka magnētiskā enerăija, kas rodas magnēta gaisa spraugā,

.2

ddd

HBW =

Pārtrauktā magnētā indukcija Bd samazinās reizē ar spraugas palielināšanu. Slēgtā magnētā

Bd = Br, magnētiskā enerăija vienāda ar nulli, jo Hd = 0. Ja sprauga starp poliem ir liela, tad magnē-

tiskā lauka intensitāte spraugā ir vienāda ar materiāla koercitīvo spēku Hc, bet Bd = 0, un arī šajā gadī-

jumā magnētiskā enerăija Wd = 0. Pie noteiktām Bd un Hd vērtībām enerăija sasniedz maksimālo

vērtību

.22

...

maksdmaksdddmaksd

HBHBWW ===

Pie materiāla kvalitātes noteikšanas Wmaks. ir svarīgākais lielums.

Atmagnetizēšanas līknes formu raksturo izliekuma koeficients

.2

)( .

cr

maks

HB

BH=γ

Izliekuma koeficients tuvojas vienam, palielinoties histerēzes cilpas taisnstūrainībai.

Magnēta maksimālā enerăija ir jo lielāka, jo lielāka ir paliekošā indukcija B r , jo lielāks koercitī-

vais spēks Hc un izliekuma koeficients γ.

Magnētiski cietos materiālus grupē pēc sastāva un iegūšanas paĦēmiena.

5.4.1. Leăētie martensīta tēraudi

Šie ir visvecākie materiāli, kurus lieto pastāvīgo magnētu izgatavošanai. Tā kā to magnētiskās

īpašības nav augstas, pašreiz tos lieto tikai mazatbildīgos gadījumos.

Par martensītu sauc tērauda mikrostruktūras veidu, ko iegūst tēraudu ātri atdzesējot

(rūdot). Martensīta veidošanos pavada tilpuma izmaiĦas, izveidojas lieli iekšējie spriegumi, kas rada

108

lielu koercitīvo spēku.

Lieto tikai leăētos martensīta tēraudus, kuru nosaukumu veido leăējošais elements: hroma (Cr

līdz 3 %), volframa (W līdz 8 %) un kobalta (Co līdz 15 %) tēraudi.

Wmaks. ir zema — 1 - 4 kJ/m3.

5.4.2. Lietie magnētiski cietie sakausējumi

Visplašāk izplatīti magnētiski cietie materiāli uz dzelzs-niėeĜa-alumīnija un dzelzs-niėeĜa-

kobalta-alumīnija sakausējumu bāzes.

Augsto koercitīvo šo sakausējumu spēku nosaka dispersijas cietēšanas mehānisms.

Augstās temperatūrās (1200°-1300°C) elementu šėīdība ir neierobežota un Fe-Ni-Al sakau-

sējumi atrodas viendabīgā stāvoklī (α fāze). Lēni atdzesējot līdz noteiktai temperatūrai, notiek

līdzsvara fāzes sadalīšanās divās (α 1 un α 2 fāze). α 1 fāze pēc sastāva ir tuva tīrai dzelzij un ir

stipri magnētiska, otrā fāze α 2 sastāv no Ni-Al un ir vāji magnētiska. Tādā veidā stipri magnētiskā

α 1 fāze domēnu ieslēgumu veidā sadalās nemagnētiskajā α 2 fāzē. Materiāliem ar tādu struktūru

ir liels koercitīvais spēks.

Šos sakausējumus izmanto lietu magnētu izgatavošanai.

Magnētisko īpašību uzlabošanai sakausējumus leăē ar varu, titānu, silīciju, niobiju.

Fe-Ni-Al sakausējumos niėeĜa saturs ir 20-33 %, alumīnija — 11-17 %.

Fe-Ni-Co-Al sakausējumos Ni — 12-26 %, Co — 2-40 %, Al — 6-13 %,

Leăējošo elementu saturs: Cu — 2-8 %, Ti — 0-9 %.

Hc sasniedz 50 kA/m, Wmaks. — 12 kJ/m3.

5.4.3. Metālkeramiskie un metālplastiskie magnēti

Tos iegūst ar pulvera metalurăijas paĦēmieniem, kas Ĝauj automatizēt ražošanas procesus.

Metālkeramiskos magnētus izgatavo no sasmalcinātiem sīki dispersētiem pulveriem, kurus

iegūst no Cu-Ni-Co-Fe, Cu-Ni-Fe sakausējumiem ar presēšanas un tālākas saėepēšanas paĦē-

mieniem.

Tā kā metālkeramiskie magnēti ir poraini, to magnētiskās īpašības ir zemākas nekā lietajiem

(Wmaks mazāka par 10-20% nekā lietajiem), bet mehāniskās īpašības — augstākas 3-6 reizēs.

Metālplastiskos magnētus arī izgatavo no pulveriem, kurus sajauc ar kāda dielektriėa, piemē-

ram, fenola-formaldehīda sveėu, pulveri. Izgatavošanas process līdzīgs plastmasu presēšanas

procesam.

109

Tā kā magnētplastiskie magnēti satur līdz 30 % neferomagnētiska materiāla, Br ir mazāka par

35-50 %, Wm a k s . — par 40-60 % nekā lietajiem.

5.4.4. Magnētiski cietie ferīti

Visplašākais pielietojums ir materiāliem uz bārija vai stroncija un kobalta ferīta bāzes: Ba-

Fe12O19 (BaO·6Fe2O3) un Co Fe2O4 (CoO·Fe2O3).

Bārija magnētiem ir augsta stabilitāte, tos var lietot magnētiskajās ėēdēs, kas strādā augst-

frekvences laukos, jo tiem ir liela elektriskā pretestība — līdz 106-109 Ω·m.

Bārija magnētu trūkumi: zema paliekošā indukcija, cieti un trausli, ievērojama magnētisko

īpašību atkarība no temperatūras.

Kobalta ferīti ir stabilāki pret temperatūras maiĦām.

5.4.5. Sakausējumi uz retzemju metālu bāzes

Sakausējumiem, kuros ietilpst cērijs Ce, prazeodīms Pr, lantāns La, samārijs Sm, kā arī itrijs

Y, ir Ĝoti augsts koercitīvais spēks un Ĝoti liela magnētiskā enerăija.

Vislielāko interesi rada savienojumi ar kobaltu RCo5, R2Col7, kur R — retzemju metāls.

Piemēram, sakausējumam ar sastāvu 52 % Co, 25,5 % Sm, 8 % Cu, 14 % Fe un 1,1 % Zn ir šādi

raksturlielumi: Br = 1,1 T, Hc = 550 kA/m, Wmaks.. = 120 kJ/m3.

Binariem savienojumiem RCo5, R2Col7 magnētiskā enerăija var sasniegt 190 kJ/m3, bet savieno-

jumiem R2(Co1-xFex), kur x < 0.6 uz samārija un prazeodīma bāzes Wmaks= 240 kJ/m3 (teore-

tiskā vērtība).

Šiem sakausējumiem ir zemas mehāniskās īpašības, un tie ir trausli.

Šie ir jauni materiāli, un to lietošanas perspektīvas ir plašas.

110

6. KONSTRUKCIJU MATERILI

6.1. Konstrukciju tēraudi

Dzelzs ir pamatmetāls svarīgākiem mašīnbūvniecības materiāliem — tēraudiem un čugu-

niem. Šo materiālu, it sevišėi tērauda nozīme dažādās tehnikas nozarēs ir Ĝoti liela.

Tērauds — galvenais metalurăiskais materiāls, ko plaši lieto mašīnu, aparātu, instrumentu

un konstrukciju izgatavošanai. Tā plašo izmantošanu nosaka labu mehānisko, fizikāli ėīmisko un

tehnoloăisko īpašību komplekss.

Tēraudu vispārīgā klasifikācija. Tēraudus klasificē pēc:

1. ėīmiskā sastāva,

2. pielietojuma,

3. dezoksidēšanas paĦēmiena,

4. struktūras un

5. kvalitātes.

1. Ėīmiskais sastāvs. Atkarībā no ėīmiskā sastāva izšėir oglekĜa un leăētos tēraudus.

Pēc oglekĜa koncentrācijas tos savukārt iedala tēraudos ar mazu oglekĜa saturu

(<0,3% C), ar vidēju oglekĜa saturu (0 ,3-0,7% C) un ar lielu oglekĜa saturu (> 0,7% C).

Leăētos tēraudus atkarība no leăējošo elementu satura iedala mazleăētos (leăējošo elemen-

tu saturs nepārsniedz 5%), vidēji leăētos (leăējošo elementu saturs ir 5 -10%) un augsti leăētos

(leăējošo elementu saturs ir 3 0 . . . 50%).

Pēc leăējošajiem elementiem tēraudus iedala hroma, niėe|a, mangāna, hroma-niėeĜa, hro-

ma-mangāna-silīcija un citās grupās.

2. Pielietojums. Atkarībā no pielietojuma izšėir konstrukciju, instrumentu un speciāla pie-

lietojuma tēraudus ar sevišėām īpašībām.

Konstrukciju tēraudi ir visplašāk lietojamo materiālu grupa, tos izmanto celtniecības kon-

strukciju, mašīnu detaĜu un aparātu izgatavošanai. To skaitā ietilpst cementējamie, uzlabo-

jamie, augstas stiprības, atsperu, ritgultĦu un citi tēraudi.

Instrumentu tēraudus savukārt iedala griezējinstrumentu, spiedapstrādes instrumentu un

mērinstrumentu tēraudos.

Pie speciāla pielietojuma tēraudiem pieder korozijizturīgie (nerūsošie), karstumizturīgie,

elektrotehniskie un citi tēraudi.

3. Kvalitāte. Atkarībā no kvalitātes izšėir parastas kvalitātes, kvalitātes un augstas

kvalitātes tēraudus. Tēraudu kvalitāte ir komplekss rādītājs, kas galvenokārt atkarīgs no kai-

tīgo piemaisījumu (sera un fosfora) un gāzu satura. Ir izstrādāti vairāki tehnoloăiskie paĦē-

111

mieni kaitīgo piemaisījumu un gāzu satura samazināšanai, piemēram, tēraudu apstrāde ar sintē-

tiskajiem kušĦiem, vakuumu, elektrosārĦu pārkausēšana u. c. Gāzu daudzumu tēraudos ir grūti

noteikt, tādēĜ nevēlamo piemaisījumu saturs ir galvenais tērauda kvalitātes rādītājs.

Parastās kvalitātes tēraudi satur līdz 0,06% S un līdz 0,07% P, kvalitātes tēraudi — ne vai-

rāk par 0,04% S un ne vairāk par 0,035% P, augstas kvalitātes tēraudi — ne vairāk par

0,025% S un ne vairāk par 0,025% P. ěoti augstas kvalitātes leăētajiem tēraudiem pieĜauj

ne vairāk par 0,015% S un ne vairāk par 0,025% P.

4. Dezoksidēšanas paĦēmieni. Atkarībā no dezoksidēšanas paĦēmiena un sacietēšanas

rakstura izšėir mierīgos, pusmierīgos un verdošos tēraudus. Tēraudi satur skābekli, galveno-

kārt FeO veidā, kas spiedapstrādē rada trauslu lūzumu.

Mierīgo tēraudu dezoksidē izliešanas kausā ar mangānu, silīciju un alumīniju. Pēc dezoksi-

dēšanas tas mierīgi bez gāzu izdalīšanās sacietē lietnī. Mierīgā tērauda lietnis ir viendabīgs,

tikai tā augšdaĜā izveidojas sarukuma dobums un poras, ap kurām koncentrējas piemaisījumi.

Verdošos tēraudus dezoksidē ar mangānu. Sacietējot daĜa oglekĜa reaăē ar skābekli, un

izdalās CO gāze, kas rada tērauda vārīšanās iespaidu. Verdošais tērauds ir lēts, satur maz

oglekĜa un silīcija (≤0,07% Si), tādēĜ tas ir samērā plastisks. To pakĜauj apstrādei ar spie-

dienu.

5. Struktūra. Tēraudus klasificē atkarībā no struktūras atkvēlinātā un normalizētā stāvoklī.

Atkvēlinātā (līdzsvara) stāvoklī tēraudus iedala 6 klasēs: 1) pirmseitektoīdie tēraudi ar fe-

rīta struktūru pārsvarā; 2) eitektoīdie tēraudi ar perlīta struktūru; 3) aizeitektoīdie tēraudi ar

sekundāriem karbīdiem struktūrā; 4) ledeburīta tēraudi ar eitektiskiem karbīdiem struk-

tūrā; 5) austenīta tēraudi un 6) ferīta tēraudi. OglekĜa tēraudiem var būt tikai pirmās

trīs klases, leăētajiem tēraudiem — visas klases. Leăējošie elementi var izmainīt atsevišėu

struktūru stabilitātes apgabalus, līdz arto saglabājot normālā temperatūrā ferīta un aus-

tenīta struktūru.

Normalizētā stāvoklī tēraudus iedala perlīta, martensīta, austenīta un ferīta klases tēraudos.

Perlīta klases tēraudiem ir neliela pārdzesētā austenīta stabilitāte (6.1. att. a). Atdzesējot

gaisa, tie iegūst perlīta, sorbīta vai trostīta struktūru. Pie šīs klases pieder oglekĜa un mazle-

ăētie tēraudi.

Martensīta klases tēraudiem pārdzesētā austenīta stabilitāte ir lielāka (6.1. att. b ) . At-

dzesējot gaisā, tie norūdās un iegūst martensīta struktūru. Pie šīs klases pieder vidēji un augsti

leăētie tēraudi.

Austenīta klases tēraudiem palielinātais niėeĜa vai mangāna saturs pārbīda martensīta

pārvērtību sākuma temperatūru zem 0°C, bet normālā temperatūrā (6.1. att. c) tajos sagla-

112

bājas austenīta struktūra.

6.1. att. Perlīta ( a ) , martensīta (b) un austenīta (c) klases tēraudu izotermisko pārvērtību diagrammas.

Atsevišėu leăējošo elementu un to kompleksu ietekmi uz tēraudu struktūru nosaka pēc

sakausējumu stāvokĜa un struktūru diagrammām.

Tēraudu marėēšana. OglekĜa tēraudus, izĦemot parastās kvalitātes tēraudus, marėē pēc

oglekĜa satura. Leăēto tēraudu markas sastāv no burtiem un cipariem, kas norāda to ėīmisko

sastāvu. Skaitlis aiz burta norāda leăējošā elementa saturu procentos. Ja skaitĜa nav, leăējošā

elementa saturs ir apmēram 1% vai pat mazāks.

Leăētajiem konstrukciju tēraudiem markas sākumā divciparu skaitlis norāda oglekĜa saturu

procenta simtdaĜās. Tā, piemēram, tērauds 20XH3A vidēji satur 0,20% C, 1% Cr un 3%

Ni. Burts A markas beigas norada, ka tērauds ir augstas kvalitātes.

Instrumentu tēraudiem viencipara skaitlis markas sākumā norāda oglekĜa saturu pro-

centa desmitdaĜās, piemēram, 9XC — 0,9% C, 1% Cr un 1% Si. Ja oglekĜa saturs ir 1% un

vairāk, to markā neuzrāda, piemēram, tērauds XB4 satur vairāk par 1% C, 1% Cr un 4% W.

Atsevišėam tēraudu grupām to markas uzrada papildu apzīmējumus.

OglekĜa konstrukciju tēraudi. Apmēram 90% no visa ražotā tērauda apjoma sastāda og-

lekĜa konstrukciju tēraudi. OglekĜa tēraudiem ir pietiekami labas mehāniskās īpašības, augsts

tehnoloăiskums apstrādē ar griezējinstrumentiem un spiedapstrādē, tie ir samērā lēti.

OglekĜa tēraudiem piemīt arī trūkumi, kas sevišėi izpaužas termiskajā apstrādē. Tiem ir

maza dziĜrūdāmība un liels rūdīšanas kritiskais ātrums. Līdz ar to rūdīšanā rodas lieli iekšē-

jie spriegumi un deformācijas.

Ražo parastās kvalitātes un kvalitātes oglekĜa konstrukciju tēraudus.

Parastās kvalitātes oglekĜa konstrukciju tēraudi. Šajos tēraudos pieĜauj paaugstinātu ne-

vēlamo piemaisījumu, gāzu un nemetālisko ieslēgumu daudzumu. Parastās kvalitātes oglekĜa

konstrukciju tēraudus ražo dažādu normalizētu velmējumu (lokšĦu, stieĦu, siju u. c.) veidā.

113

Atkarībā no pielietojuma un garantētajām īpašībām šos tēraudus piegādā 3 grupās.

A grupas tēraudiem garantē mehāniskās īpašības (6.1. tabula). Ėīmiskais sastāvs nav reg-

lamentēts, tādēĜ tos nepakĜauj termiskajai apstrādei. Marka sastāv no burtiem CT un cipa-

riem, kas norāda markas numuru. Jo lielāks markas numurs, jo lielāka tērauda stiprība un

zemāks plastiskums. A grupas apzīmējumu markā neuzrāda.

A grupas tēraudus izmanto tādā stāvoklī, kādā tos piegādā, saglabājot normalizācijas

struktūru un garantētas mehāniskās īpašības.

6.1. tabula

Parastās kvalitātes A grupas oglekĜa konstrukciju tēraudu

mehāniskās īpašības

σT, kgf/mm2

δ, %

σT, kgf/mm2

δ, %

Tērauda marka

σd,

kgf/mm2 ne mazāk

Tērauda marka

σd,

kgf/mm2 ne mazāk

CT0 CT1

CT2

CT3

31 32 . . . 42 34 .. . 44 38 .. . 49

— — 20 21

20 31 29 23

CT4 CT5 CT6

42 . . . 54 50. . . 64

60

24 26 30

21 17 12

Б grupas tēraudiem ir garantēts ėīmiskais sastāvs (6.2. tabula). To mehāniskās īpašības

nav reglamentētas. Šīs grupas tēraudus lieto izstrādājumiem, kuru izgatavošanā izmanto kar-

sto apstrādi (kalšanu, metināšanu u. c). Ėīmiskais sastāvs Ĝauj izvēlēties pareizu karstās ap-

strādes režīmu, tā rezultātā mainās tēraudu struktūra un mehāniskās īpašības.

B grupas tēraudiem ir garantētas mehāniskās īpašības un garantēts ėīmiskais sastāvs.

Šīs grupas tēraudus izmanto metinātām konstrukcijām. To sākotnējās mehāniskās īpašības

saglabājas tikai tajās konstrukcijas daĜās, kuras metināšanas laikā nesakarst. Zināt B grupas

tērauda ėīmisko sastāvu ir nepieciešams, lai pareizi izvēlētos metināšanas režīmu un elektro-

du markas. Markas sākumā uzrāda grupas apzīmējumu B. Markas ir, sākot no BCT2 līdz

BCT 5, to mehāniskās īpašības atbilst A grupas attiecīgās markas tērauda īpašībām, bet ėī-

miskais sastāvs — B grupas attiecīgas markas ėīmiskajam sastāvam. Tā, piemēram, tērauda

BCT 4 mehāniskās īpašības atbilst tērauda CT 4 mehāniskajām īpašībām, bet ėīmiskais sa-

stāvs — tērauda CT 4 sastāvam.

Parastās kvalitātes visu trīs grupu tēraudus izmanto dažādu metāla konstrukciju, maz slo-

gotu mašīnu detaĜu un citu detaĜu izgatavošanai.

Tēraudus ar kārtas skaitĜiem 1-4 izmanto celtniecības konstrukcijās un sastiprināšanas

detaĜu izgatavošanai. Tēraudiem ar vidēju oglekĜa saturu (kārtas skaitĜi 5 un 6) ir lielāka

114

stiprība, un tos izmanto dzelzceĜa sliežu, vārpstu, zobratu, celšanas un lauksaimniecības

mašīnu detaĜu izgatavošanai.

6.2. tabula

Parastās kvalitātes Б grupas oglekĜa konstrukciju tēraudu ėīmiskais sastāvs (%)

Si S P Tērauda marka

C

Mn

кн нс сн ne vairāk

Б CT 0 Б CT 1 Б CT 2 Б CT 3 Б CT 4 Б CT 5 Б CT 6

0,23 0,06-0,12 0,09-0,15 0,14-0,22 0,18-0,27 0,28-0,37 0,38-0,49

- 0,25-0,5 0,25-0,5 0,3-0,65 0,4 -0,7 0,5 -0,8 0,5 -0,8

- 0,05 0,05 0,07 0,07

- -

0,05 -0,07 0,05-0,07 0,05 -0,07 0,05-0,07 0,05 -0,07 0,05-0,07 0,05 -0,07

- 0,12-0,3 0,12-0,3 0,12-0,3 0,12-0,3 0,15-0,35 0,15-0,35

0,06 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

0,07 0,01 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Kvalitātes oglekĜa konstrukciju tēraudi. Šos tēraudus raksturo pazemināts nevēlamo pie-

maisījumu, gāzu un nemetālisko ieslēgumu saturs. Tos izgatavo velmējumu, kalumu un citā-

du pusfabrikātu veidā, tiem ir garantēts ėīmiskais sastāvs un garantētas mehāniskās īpašības.

Markā uzrāda oglekĜa saturu procenta simtdaĜās, to pierakstot ar diviem cipariem. Tā, piemē-

ram, tērauds 08 satur vidēji 0,08% C, tērauds 40 — 0,40% C utt.

Mierīgos tēraudus markas speciāli neatzīmē, bet pusmierīgo un verdošo tēraudu mar-

kās raksta burtus пс vai kп. Kvalitātes oglekĜa konstrukciju tēraudu ėīmiskais sastāvs un

mehāniskās īpašības pēc normalizācijas dotas 6.3. tabulā. Verdošiem tēraudiem 05kп,

08kп, l0kп, 15kп un 20kп raksturīgs niecīgs silīcija saturs (ne vairāk par 0,07%), pusmie-

rīgiem tēraudiem 08пc, l0пc, 15пc un 20пc silīcija saturs nepārsniedz 0,17%. Kvalitātes og-

lekĜa konstrukciju tēraudus izgatavo termiski neapstrādātus, termiski apstrādātus un uzkaldi-

nātus.

Kvalitātes oglekĜa konstrukciju tēraudus plaši lieto mašīnbūvē un aparātu būve, jo tiem

atkarībā no oglekĜa satura un termiskās apstrādes ir Ĝoti plašs mehānisko un tehnoloăisko

īpašību diapazons.

Tēraudus ar mazu oglekĜa saturu — 05kп, 08kп, l0kп, I5kп un 20kп izgatavo plānu

lokšĦu veidā, kuras pakĜauj aukstai štancēšanai ar dziĜo izvilkšanu. Šo tēraudu lielais

plastiskums un labās izvilkšanas spējas ir atkarīgas ne tikai no mazā oglekĜa satura, bet arī

no tā, ka silīcija saturs ir niecīgs. Silīcijs, kā zināms, izšėīst ferītā, to nocietina un apgrūtina

deformāciju. Mierīgos tēraudus 08 un 10 pēc normalizācijas lieto konstrukciju, štancētu un

metinātu izstrādājumu izgatavošanai.

Tēraudi 15, 20 un 25 ir ar vidēju oglekĜa saturu, tie ir plastiski, labi deformējas un meti-

115

nās. Normalizētā stāvoklī tos lieto nelielas stiprības mašīnu un aparātu detaĜu izgatavošanai.

Plašāk šos tēraudus izmanto neliela izmēra cementējamu un cianējamu detaĜu izgatavošanai,

kurām jānodrošina nodilumizturīga virskārta un stigra serdes daĜa. Pēc cementēšanas deta-

Ĝas rūda un izdara zemo atlaidināšanu,

6.3. tabula

Kvalitātes oglekĜa konstrukciju tēraudu ėīmiskais sastāvs un mehāniskās īpašības

Elementu saturs, % σb,

σ0,2,

kgf/mm2

HB

αH, kgf·m

cm2

Tēr

auda

mar

ka

C

Mn

Si

S

P

ne mazāk

δ5,

%

ψ,

% ne vai-

rāk

HB pēc at-kvē-

lināša- nas vai aukstās atlaidi- nāšanas

ne

mazāk

08 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 58 60 65 70 75 80 85 60 65 70

0,05-0,12 0,07-0,14 0,12-0,19 0,17- 0,25 0,22 -0,30 0,27 -0,35 0,32-0,40 0,37-0,45 0,42-0,50 0,47-0.55 0,52-0.60 0,55-0,63 0,57-0,65 0,62-0,70 0,67-0,75 0,72-0,80 0,77-0,85 0,82-0,90 0,57-0,65 0,62-0,70 0,67-0,75

0,35-0,65 0,35-0,65 0,35-0,65 0,35-0,65 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80

0,20 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,70-1,00 0,90-1,20 0,90-1,20

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,1-0,3

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,17-0,37

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035

32 34 38 42 46 50 54 58 61 64 66 -

69 71 73 110 110 115 71 75 80

20 21 23 25 28 30 32 34 36 38 39 -

41 42 43 90 95

100 42 44 46

33 31 27 25 23 21 20 19 16 14 13 -

12 10 9 7 6 6

11 9 8

60 55 55 55 50 50 45 45 40 40 35 -

35 30 30 30 30 30 35 - -

131 143 149 163 170 179 207 217 229 241 255 255 255 255 265 285 285 302 269 285 285

- - - - - - -

187 197 207 217 217 229 229 229 241 241 255 229 229 229

- - - - 9 8 7 6 5 4 - - - - - - - - - - -

Tēraudiem 40, 45, 50, 55, 60 ar vidēju oglekĜa saturu pēc normalizācijas ir liela stiprība,

bet pazemināta stigrība un plastiskums. Tos var lietot gan normalizētā, gan arī uzlabotā

stāvoklī, t. i., pakĜaut rūdīšanai, kurai seko augstā atlaidināšana. Uzlabotā stāvoklī šiem tē-

raudiem ir liela stigrība, maza jutība pret sprieguma koncentratoriem, liela ilgizturība, un tos

izmanto cikliski slogotu detaĜu (zobratu, nelielu vārpstu, kloėu) izgatavošanai.

Daudzām lielām detaĜām, lai nocietinātu to atsevišėas virsmas daĜas, izmanto virsmas rū-

dīšanu ar augstfrekvences strāvu.

Tēraudiem 65, 70, 80 un 85 ir liela stiprība, nodilumizturība un ilgizturība. Pēc rūdīša-

nas un vidējās atlaidināšanas tie kĜūst loti elastīgi. Tos lieto atsperu, atspergredzenu un citu

atsperveida detaĜu izgatavošanai. Normalizētā stāvoklī šo marku tēraudus izmanto vārpstu,

116

velmju un citu liela izmēra detaĜu izgatavošanai. Šis grupas tēraudiem ar paaugstinātu mangā-

na saturu ir lielāka dziĜrūdāmība, stiprība un elastība.

Automātu tēraudi. Automātu tēraudus izmanto detaĜu izgatavošanai ar metālapstrādes auto-

mātiem, sasniedzot labu virsmas kvalitāti. Labu apstrādājamību ar griezējinstrumentiem šiem

tēraudiem nodrošina paaugstinātais sēra un fosfora saturs (6.4. tabula).

6.4. tabula

Automātu tēraudu ėīmiskais sastāvs (%) un mehāniskās īpašības

Tē-rauda marka

C

Mn

S

P

σb, kgf/mm2

δ5,

(%)

HB

A12 0.08. . . 0 , 1 6 0,60 . . . 0,90 0,08 ,.. 0,20 0,08. . . 0,15 42 . . . 57 22 160

A20 0,15. ..0,25 0,60 ... 0,90 0,08.. . 0,15 0,06 46 . . . 61 20 168

A30 0,25 ... 0,35 0 ,70 . . . 1,00 0,08.. . 0,15 0,06 52 . . . 67 15 185

A40 0,35 ... 0,45 1 ,20. . . 1,55 0 , 18 . . . 0,30 0,05 60 . . . 75 14 207

Automātu tēraudu marka sastāv no burta A un divciparu skaitĜa, kas norāda vidējo og-

lekĜa saturu procenta simtdaĜās. Lai novērstu sarkanlūstamību, automātu tēraudos ir palieli-

nāts mangāna saturs.

Sērs automātu tēraudos atrodas mangāna sulfīda savienojumu veidā, kas izvietojušies ga-

renvirzienā (ieslēgumu veidā). Apstrādājot ar griezējinstrumentiem, veidojas trausla īsa

skaida, kas labi novada siltumu un līdz ar to Ĝauj strādāt ar lielāku griešanas ātrumu, sa-

glabājot griezējinstrumentu asumnoturību. Fosfors paaugstina ferīta trauslumu un veicina

gludas virsmas iegūšanu. Sērs un fosfors uzlabo apstrādājamību, bet pazemina mehāniskās īpa-

šības, it sevišėi ilgizturību.

Automātu tēraudus izmanto sastiprināšanas un maz slogotu mašīnu detaĜu izgatavošanai.

Pēdējā laikā ražo automātu tēraudus, kuri satur svinu (0,15-0,30%). Tie ir labāk apstrādā-

jami nekā tikai sēru un fosforu saturošie automātu tēraudi. Svins nešėīst tēraudā un struk-

tūrā atrodas dispersu daĜiĦu veidā, kas atvieglo skaidas atdalīšanu un drupšanu, samazina

griešanas spēku un instrumentu sakaršanu. Šos tēraudus var apstrādāt, izmantojot ievē-

rojami lielāku griešanas ātrumu.

Leăētie konstrukciju tēraudi. Leăētajiem konstrukciju tēraudiem tikai pēc termiskās

apstrādes ir labākas īpašības nekā oglekĜa konstrukciju tēraudiem; atkvēlinātā stāvoklī

tie maz atšėiras no oglekĜa konstrukciju tēraudiem. Leăējošie elementi ietekmē fāzu pārvēr-

tību procesus un apgrūtina difūziju, tādēĜ pēc rūdīšanas leăētie tēraudi jāatlaidina augstā-

kās temperatūrās. Atlaidināšana likvidē iekšējos spriegumus un rada labāku stiprības un stig-

117

rības kompleksu. Leăējošie elementi nocietina ferītu un nodrošina smalkgraudainas

struktūras veidošanos.

Leăētajiem tēraudiem ir mazāks rūdīšanas kritiskais ātrums un līdz ar to lielāka dziĜrūdā-

mība, tādēĜ tos var lietot liela izmēra detaĜām. Bez tam leăētie tēraudi Jauj sarežăītas formas

detaĜas rūdīšanas procesa atdzesēt lēnāk, tādējādi samazinot deformēšanās un plaisu rašanās

iespējas.

Leăētajos konstrukciju tēraudos lieto dažādus leăējošos elementus, piemēram, hromu

(0,8-1,8%), niėeli (1,0-4,5%), silīciju (0,9-1,2%) un mangānu (0,8-1,8%). Tādus leăējošos

elementus ka molibdēnu (0,15-0,45%), volframu (0,5-1,2%), vanādiju (0,1-0,3%), titānu

(0,06-0,12%) un boru (0,002-0,05%) lieto īpašību uzlabošanai tikai kopa ar hromu, niėeli un

mangānu.

OglekĜa saturs leăētajos konstrukciju tēraudos parasti ir no 0,12% līdz 0,45% un tie pie-

der pie perlīta klases tēraudiem.

Galvenās leăēto konstrukciju tēraudu grupas ir kvalitātes tēraudi (≤0,035% S, ≤0,035%

P) un augstas kvalitātes tēraudi, kuri satur vēl mazāk nevēlamo piemaisījumu (≤0,025% S,

≤ 0,025% P) un kuriem markas beigās raksta burtu A.

Atkarībā no pielietojamās termiskās apstrādes leăētos konstrukciju tēraudus iedala

cementējamos un uzlabojamos. Atsevišėi izdala atsperu un lodīšu gultĦu tēraudus.

Cementējamie leăētie tēraudi. Pie šīs grupas pieder mazleăētie vai vidēji leăētie

konstrukciju tēraudi ar mazu oglekĜa saturu (0,1...0,3%). Pēc virskārtas cementēša-

nas, rūdīšanas un zemās atlaidināšanas šiem tēraudiem ir liela virskārtas cietība

(HRC 58. . . 62) un pietiekami liela serdes daĜas stiprība un stigrība. Tos lieto berzei

pakĜautu un mainīgas slodzes apstākĜos strādājošo mašīnu un aparātu detaĜu (zobratu,

izciĜĦvārpstu u. c.) izgatavošanai.

Hroma tēraudus lieto nelielu slogotu izstrādājumu izgatavošanai. To virsmu ce-

mentē 1,0. . . 1,5 mm dziĜi un rūda eĜĜā, panākot cietību HRC 58...62. Serdes daĜā sa-

glabājas beinīta struktūra ar pietiekami lielu plastiskumu. Hroma tēraudu dziĜrūdāmība

ir neliela, tādēĜ arī tos lieto nelielu izstrādājumu (virzuĜu pirkstu, sadales vārpstu u.

c.) izgatavošanai.

Hroma-niėeĜa tēraudus var izmantot, lai izgatavotu vidēja un liela izmēra detaĜas,

kas pakĜautas berzei un lielām slodzēm. NiėeĜa klātbūtne šajos tēraudos palielina aus-

tenīta stabilitāti un rūdīšanas rezultātā serdes daĜā izveidojas martensīta un beinīta

struktūra ar mazu oglekĜa saturu un labu mehānisko īpašību kompleksu. Niėelis pa-

augstina arī virskārtas stiprību un stigrību. Šiem tēraudiem ir liela dziĜrūdāmība.

118

Hroma-niėeĜa-molibdēna (volframa) tērauds ir augsti leăēts konstrukciju tērauds ar

labām mehāniskām un ekspluatācijas īpašībām. Šī tērauda austenīts ir Ĝoti stabils, tērauds

praktiski norūdās gaisā, tādēĜ serdes daĜā izveidojas martensīts ar mazu oglekĜa saturu.

Tēraudus lieto stipri slogotām liela izmēra detaĜām (zobratiem, vārpstām, kloėvārpstām u. c).

Šos tēraudus var lietot arī bez cementēšanas, ja vien paredzēts, ka detaĜas ekspluatāci-

jas laikā nebūs pakĜautas berzei, un ja pastāv prasība, ka materiālam jābūt Ĝoti stigram.

Šo tēraudu trūkums ir to dārdzība un samērā sarežăītais ėīmiski termiskās apstrādes

process.

Hroma-mangāna tēraudi ar titānu un molibdēnu ir ekonomiski izdevīgi leăētie tēraudi, kurus

lieto hroma-niėeĜa tēraudu vietā. Šajos tēraudos niėeli aizvieto mangāns, bet titāns un mo-

libdēns sasmalcina graudus un samazina jutību pret pārkarsēšanu. Pēc cementēšanas, rūdīša-

nas un zemās atlaidināšanas cementētās virskārtas cietība HRC 58 . . . 61, serdes daĜas stiprī-

ba pārsniedz hroma-niėeĜa tēraudu stiprību, bet stigrība ir zemāka. Šos tēraudus rūda tieši

no cementēšanas krāsns, saglabājot virskārtā nedaudz paliekošā austenīta. Tos lieto atbil-

dīgu detaĜu (zobratu, ātrumkārbu vārpstu u. c.) izgatavošanai.

Uzlabojamie leăētie tēraudi. Par uzlabojamiem leăētajiem konstrukciju tēraudiem sauc tē-

raudus, kuri satur 0 ,3-0,5% C un līdz 5% leăējošos elementus un kurus pakĜauj termiskajai

uzlabošanai — rūdīšanai, kam seko augstā atlaidināšana. Uzlabojamos leăētos tēraudus izmanto

atbildīgu mašīnu detaĜu izgatavošanai, kas strādā mainīgas vai triecienveida slodzes apstāk-

Ĝos. Šiem tēraudiem jābūt ar augstu tecēšanas robežu, lielu plastiskumu un stigrību, mazu jutību

pret iegriezumiem un zemām temperatūrām. Labu mehānisko īpašību kompleksu var nodroši-

nāt tikai liela dziĜrūdāmība un materiāla smalkgraudaina uzbūve.

Hroma tēraudus plaši lieto mašīnbūvē vidēji slogotu detaĜu izgatavošanai. Pieaugot oglekĜa sa-

turam, tēraudu stiprība palielinās, bet plastiskums un stigrība pazeminās, pie tam auks-

tlūstamība novērojama augstākās temperatūrās nekā oglekĜa tēraudiem. Šajos tēraudos ro-

das atlaidināšanas trauslums. Lai no tā izvairītos, tie strauji jāatdzesē no augstās atlaidinā-

šanas temperatūras. Hroma tēraudu dziĜrūdāmība ir neliela (15-25 mm), to virs-

mas nodilumizturību var palielināt ar cianēšanu.

Hroma-niėeĜa tēraudiem ir labs mehānisko īpašību komplekss. Tos lieto, lai izgatavotu at-

bildīgas detaĜas, kas darbojas dinamiskas slodzes apstākĜos.

Hroma-niėeĜa-molibdēna (volframa) tēraudi ir labākie uzlabojamie leăētie konstrukciju tē-

raudi. NiėeĜa satura palielināšana līdz 3 - 4% pazemina aukstplūstamības temperatūru un pa-

lielina dziĜrūdāmību. Lai novērstu atlaidināšanas trauslumu, tēraudus leăē ar molibdēnu vai

titānu. Šie tēraudi atbilst martensīta klases tēraudiem un rūdās gaisā. Šādi apstrādāti tē-

119

raudi labi uzĦem dinamisku slodzi arī zemās temperatūrās, un tos lieto lielu loti atbildīgu

detaĜu (turbīnu rotoru, vārpstu, kompresoru, reduktoru detaĜu) izgatavošanai. Šīs grupas tē-

raudi ir grūti apstrādājami ar griezējinstrumentiem un Ĝoti dārgi, jo satur deficīto niėeli.

Hroma-silīcija-mangāna tēraudi satur niėeĜa vietā vienu procentu mangāna un silīcija.

Tie ir samērā lēti tēraudi ar labām mehāniskām un tehnoloăiskam īpašībām, tos dažreiz sauc par

hromansila tēraudiem. Minētos tēraudus izmanto atbildīgu metināmu detaĜu un konstrukciju

izgatavošanai, tos var labi štancēt, dziĜrūdāmība sasniedz 30-40 mm. Tos plaši lieto auto-

mobiĜu būvē: izgatavo vārpstas, stūres mehānisma detaĜas, spēka pārvadus u. c.

Sevišėi nodilumizturīgas ir detaĜas, ko izgatavo no tērauda, kuru pēc uzlabošanas pakĜauj

nitridēšanai.

Augstas stiprības tēraudi. Labākiem cementējamiem un uzlabojamiem konstrukciju tērau-

diem pēc termiskās apstrādes tiek nodrošināta robežstiprība σb = 110- 120 kgf/mm2, liels plas-

tiskums (δ = 50- 60%) un liela stigrība (aH = 9 -10 kgf·m/cm2).

Tehnikas attīstība prasa izstrādāt konstrukciju materiālus ar robežstiprību 140-200

kgf/mm2, saglabājot pietiekamu plastiskuma un stigrības rezervi. Lielu stiprību un lielu

trauslas sagraušanas pretestību vienlaikus var iegūt šādiem tēraudiem:

1) vidēja oglekĜa satura kompleksi leăētajiem tēraudiem pēc zemās atlaidināšanas vai

termomehāniskās apstrādes;

2) martensīta vecināmiem tēraudiem.

Vidēja oglekĜa satura kompleksi leăētajiem tēraudiem pēc rūdīšanas un zemās atlaidinā-

šanas ir liela stiprība, kas atkarīga no oglekĜa satura. Palielinot oglekĜa saturu no 0,2% līdz

0,6%, materiāla stiprība pieaug no 120 kgf/mm2 līdz 280 kgf/mm2, bet trauslās sagraušanas

pretestība strauji samazinās. TādēĜ praktiski oglekĜa saturu ierobežo no 0,35% līdz 0,45%,

sasniedzot robežstiprību 180-200 kgf/mm2. Jutība pret iegriezumiem mazinās, ja tēraudu leăē

vienlaikus ar niėeli un citiem leăējošiem elementiem. Karbīdus veidojošie leăējošie elementi no-

drošina smalkgraudainu struktūru, bet hroms un mangāns — vēlamo dziĜrūdāmību.

Vidēja oglekĜa satura leăētajiem tēraudiem lielu stiprību var panākt ar termomehānis-

ko apstrādi. Termomehāniskā apstrāde apvieno mehānisko nocietināšanu (plastiskajā de-

formācijā) un termisko nocietināšanu (rūdīšana). Šāda apstrāde Ĝauj tēraudiem nodroši-

nāt lielu stiprību (σb = 200-280 kgf/mm2), saglabājot pietiekamu plastiskuma un stigrības

rezervi.

Stiprības pieaugums termomehāniskajā apstrādē saistīts ar to, ka austenīta de-

formācija izraisa bloku sasmalcināšanos, rada lielu dislokāciju blīvumu un veido

stabilu struktūru, kas saglabājas rūdīšanas procesā. Smalkgraudainās struktūras izvei-

120

došana ir viena no materiāla plastiskuma un stigrības palielināšanas iespējām. Otra

iespēja ir daĜēja oglekĜa izdalīšanās no austenīta deformācijas laikā.

Zemas temperatūras termomehāniskā apstrāde rada vēl lielāku stiprības pieau-

gumu (σb ≤ 280 kgf/mm2), bet to grūtāk izpildīt, jo nepieciešama liela deformācijas

pakāpe ( 5 0 - 90%).

Augstas temperatūras termomehāniskā apstrāde nodrošina lielu plastiskumu un

stigrību, nedaudz pazeminot stiprību (σb ≤ 240 kgf/mm2). Vienlaikus pieaug arī

tērauda ilgizturība.

Vislielāko stiprību (σb ≤ 300 kgf/mm2) iegūst, ja vidēja oglekĜa satura tēraudus pa-

kĜauj augstas temperatūras termomehāniskajai apstrādei un pēc zemās atlaidināša-

nas normāla temperatūrā izdara plastisko deformāciju.

Atsperu tēraudi. Tiem jābūt Ĝoti elastīgiem, ar lielu ilgizturību un pietiekamu

stigrību, pie tam triecienu vai statiskās slodzes iedarbībā nedrīkst rasties paliekošā

deformācija. Šādas īpašības piemīt tēraudiem ar paaugstinātu oglekĜa saturu

(0,5-0,7%) pēc termiskās apstrādes — rūdīšanas un vidējās atlaidināšanas (420-520 °C).

Neliela šėērsgriezuma atsperēm izmanto oglekĜa tēraudus vai tēraudus ar paaug-

stinātu mangāna saturu. Pēc termiskās apstrādes šo tēraudu robežstiprība sasniedz

80-1 00 kgf/mm2, bet relaksācijas noturība ir zema.

Leăētie atsperu tēraudi satur silīciju (1,5-2,0%) un mangānu (0,8-1,0%), bet atbildīgiem

izstrādājumiem tēraudā ietilpst arī hroms (0,9-1,2%), vanādijs (0,1-0,2%) un niėelis (1,4-

1,7%), kas paaugstina elastības robežu un dziĜrūdāmību.

Silīcijs kavē martensīta pārvērtības atlaidināšanas procesā un ievērojami nocietina

ferītu, tādēĜ silīcija tēraudiem ir liela tecēšanas robeža, un tie ir Ĝoti elastīgi. Tos lieto

automobiĜu, traktoru un dzelzceĜa vagonu atsperu izgatavošanai. Karsējot silīcija tē-

raudi atogĜojas, līdz ar to pazeminās to ilgizturība. Atbildīgas liela izmēra atsperes

izgatavo no silīcija hroma, silīcija mangāna un citiem kompleksi leăētajiem tēraudiem,

kuru dziĜrūdāmība sasniedz 50-80 mm.

Vislabākās mehāniskās īpašības ir atsperu tēraudiem, bet to ilgizturība ir atkarīga no virs-

mas stāvokĜa. Lai palielinātu ilgizturību un samazinātu jutību pret iegriezumiem, gatavu atspe-

ru virsmu nocietina ar skrošu strūklu vai hidroabrazīvo apstrādi, kas vienlaikus virsmas

kārtā rada arī paliekošos spiedes spriegumus.

RitgultĦu tēraudi. RitgultĦi ir konstrukcijas, kuru detaĜas pakĜautas berzei. TādēĜ tie jā-

izgatavo no materiāliem, kuriem ir liela cietība, nodilumizturība un kontaktnoguruma pre-

testība.

121

RitgultĦu tēraudiem jābūt ar lielu oglekĜa saturu, tos leăē ar hromu un mangānu. Šo tē-

raudu grupai ir noteiktas prasības pret nemetālisko piemaisījumu saturu, jo tie, nonākot

detaĜas virskārtā, kĜūst par sprieguma koncentratoriem un izraisa priekšlaicīgu, t. s. noguruma

sagrūšanu. Nav pieĜaujams arī nevienmērīgs karbīdu sadalījums. RitgultĦu tēraudu mar-

kai pirmo raksta burtu Ш, bet hroma sastāvu uzrāda procenta desmitdaĜās (6.5. tabula).

6.5. tabula

Lodīšu gultĦu tēraudu ėīmiskais sastāvs

Ėīmiskais sastāvs (%) Tērauda marka C Mn Si Cr

ШX6 1,05 . . . 1,15 0,2 . . . 0,4 0,17 . . . 0,37 0,4 . . . 0,7

ШX9 1,0 . . . 1,10 0,2. . . 0,4 0,17 . . . 0,37 0,9. . . 1,2

ШX15 0,95... 1,05 0,2. . . 0,4 0,17. . . 0,37 1 ,3 . . . 1,65

ШX15C 0,95.. .1.05 0 ,9 . . . 1,2 0,40 ... 0,05 1,3 . . . 1,65

Pēc atkvēlināšanas ritgultĦu tēraudiem ir ferīta-karbīda struktūra un neliela cietība (HB

187-207), tie labi apstrādājami ar griezējinstrumentiem. Pēc rūdīšanas 830-860 °C tempera-

tūrā eĜĜā un zemās atlaidināšanas (150-200 °C temperatūrā) izstrādājumu cietība ir liela

(HRC 61-66). Lai pēc iespējas pilnīgāk likvidētu spriegumus, atlaidināšanu veic 2,5-6 h ilgi.

Martensīta vecināmie tēraudi ir jauna lielas stiprības konstrukciju tēraudu grupa. To pamatā

ir bezoglekĜa (≤ 0,03% C) dzelzs sakausējums ar niėeli (8-25%) un citiem leăējošiem ele-

mentiem: Co, Mo, Ti, Cr, Be, Nb un Si. Šo tēraudu lielo stiprību nosaka divu nostiprināšanās

mehānismu — martensīta pārvērtību un martensīta vecināšanas mijiedarbība. Niėelis stabili-

zē austenītu, stipri pazemina y α pārvērtību temperatūru, un pat nelielu dzesēšanas ātrumu

gadījumā notiek martensīta pārvērtības.

Šos tēraudus rūda gaisā 800-860 °C temperatūra. Rūdīšana fiksē pārsātinātu dzelzs-niėeĜa

martensītu. Sakarā ar lielu niėeĜa un kobalta saturu un zemu oglekĜa koncentrāciju dislokā-

cijas martensītā var brīvi pārvietoties. Rūdītā stāvoklī tēraudam ir liels plastiskums (δ =18-

20%, ψ = 75-85%) un stigrība (αH = 20-30 kgf·m/cm2), tas maz nocietinās auksta plastiska

deformācijā. Šīs īpašības Ĝauj rūdītu tēraudu apstrādāt ar spiedienu un griezējinstrumentiem,

pie tam to var labi metināt.

Galvenā nocietināšanās notiek vecināšanas procesā (450-500 °C), kad no martensītā izda-

lās Ĝoti dispersas daĜiĦas — metalīdi Ni3Ti, NiTi, NiAl, Fe2Mo, Ni3Mo un citi, kas koherenti

saistīti ar plastisko martensītā matricu.

Kaut arī martensītā vecināmie tēraudi pagaidām ir dārgi, tos arvien plašāk lieto aviācijā,

raėešu, kuău un aparātu būvē.

122

Karstumizturīgie konstrukciju tēraudi. Par karstumizturību sauc materiāla spēju pre-

toties deformācijai un sagraušanai augstās temperatūrās. Mūsdienās karstumizturīgie materiāli

ir loti nepieciešami. Tos lieto gāzu turbīnās, reaktīvajos dzinējos, raėetēs, iekšdedzes dzinējos,

dažādos mehānismos un konstrukcijās. Atkarībā no temperatūras režīma un darbības ilguma

izstrādājumu materiāliem uzstādītās prasības ir dažādas. Tā, piemēram, tvaika iekārtu deta-

Ĝām jādarbojas tūkstošiem stundu, reaktīvo dzinēju detaĜām — simtiem stundu, bet raėešu

detaĜām — tikai dažas minūtes.

Temperatūras paaugstināšana izmaina materiāla elastību, palielina plastiskumu un paze-

mina stiprību. Ilgstoši darbojoties pastāvīgām slodzēm zem tecēšanas robežas, materiāls pa-

kĜauts lēnai plastiskai deformācijai, kuru sauc par šĜūdi un kuras rezultātā izstrādājums var

pat sagrūt.

Karstumizturīgo materiālu raksturošanai izmanto šĜūdes un ilgstošu robežstiprību.

Par karstumizturīgiem materiāliem uzskata konstrukciju tēraudus, kuri var atrasties zem

slodzes noteiktu laiku temperatūrā, kas augstāka par 500 °C.

Darbam temperatūrā 850-900 0C izmanto karstumizturīgos tēraudus un sakausējumus, kas iz-

veidoti uz dzelzs-niėeĜa un niėeĜa bāzes. Augstākās temperatūrās lieto grūti kūstošu metālu sa-

kausējumus, kas izveidoti uz molibdēna, tantala un volframa bāzes.

Augstāku karstumizturību var sasniegt, leăējot cieto šėīdumu (palielinās starpatomu saites

enerăija, palēninās difūzija un pašdifūzija, pieaug rekristalizācijas temperatūra) un radot sa-

kausējumā struktūru, kurā dispersās karbīdu un intermetālisko savienojumu daĜiĦas vienmē-

rīgi sadalītas pa cieta šėīduma graudu robežām, bet pašos graudos šīs daĜiĦas ilgstoši

koherenti saistītas ar metālisko matricu. Jo šīs daĜiĦas ir smalkākas un stabilākas, jo

lielāka ir materiāla karstumizturība. Sakausējumi ar karbīdu daĜiĦām ir mazāk kars-

tumizturīgi nekā sakausējumi ar nostiprinošām intermetālisko savienojumu daĜiĦām.

Karstumizturību stipri ietekmē arī pamatmetāla struktūra.

Karstumizturīgie perlīta tēraudi. Iekārtām, kuras darbojas 5 0 0 - 580 °C tempera-

tūrā, daudzas detaĜas izgatavo no perlīta klases tēraudiem, kas satur hromu, molibdē-

nu un vanādiju. Perlīta tēraudus pakĜauj normalizācijai 9 5 0 - 1050 °C temperatūrā un

augstai atlaidināšanai 650-750 °C temperatūrā. Iegūtā smalkā plākšĦveida perlīta

struktūra nodrošina ilgstošu karstumizturību.

Tēraudus izmanto tvaika katlu būvē, tos var labi metināt un deformēt aukstā un

karstā stāvoklī.

Karstumizturīgie martensīta tēraudi. ěoti spriegotām detaĜām ekspluatācijai tempera-

tūrā 4 5 0 - 550 °C nereti lieto hroma tēraudus. No šiem tēraudiem izgatavo tvaika turbīnu

123

lāpstiĦas. Visbiežāk tvaika un gāzu turbīnās lieto kompleksi leăētos martensīta tē-

raudus. Optimālo karstumizturību šiem tēraudiem sasniedz pēc termiskās apstrādes:

rūdot eĜĜā 1000-1060 0C temperatūrā un atlaidinot 700-740 °C temperatūrā. Augstā

rūdīšanas temperatūra nepieciešama, l a i karbīdus izšėīdinātu austenītā.

AutomobiĜu un traktoru iekšdedzes dzinēju vārstu izgatavošanai izmanto hroma-

silīcija tēraudus, kurus sauc par silhromiem. Šiem martensīta klases tēraudiem ir liela

karstumizturība izplūdes gāzu vidē. Plaši lieto tēraudus, kurus pēc rūdīšanas atlaidina

temperatūrā 720-800 °C, pēc tam strauji atdzesējot gaisā, lai novērstu atlaidināšanas

trauslumu.

Lieljaudas dzinējiem un dīzeĜiem silhromu vietā lieto karstumizturīgos austenīta tē-

raudus.

Karstumizturīgie austenīta tēraudi. Austenīta struktūru tēraudos iegūst, tos leăējot

ar hromu, niėeli un mangānu lielā daudzumā. Papildu leăējošie elementi — Mo, W, V,

Nb un B paaugstina tēraudu karstumizturību. Austenīta tēraudu karstumizturība sa-

sniedz 6 0 0 - 750 °C, tie ir plastiski, tos var labi metināt, bet to apstrāde ar griezēj-

instrumentiem ir apgrūtināta.

Rūdītus karstumizturīgos austenīta tēraudus izmanto spēka iekārtu cauruĜvadu izgata-

vošanai. Rūdīšanas temperatūra ir 1100- 1160 °C, atdzesēšanu izdara ūdenī vai gaisā.

Lai paaugstinātu karstumizturību, austenīta tēraudus pakĜauj termiskajai apstrādei,

kas sastāv no šādām operācijām:

1) rūdīšana augstas temperatūrās (1050-1200°C) ūdenī, eĜĜā vai gaisā. Tās rezultātā

izveidojas viendabīgs cietais šėīdums — austenīts ar mazu cietību;

2) vecināšana 600-800°C temperatūrā, lai no cietā šėīduma izdalītos nostiprinošās

dispersās daĜiĦas. Vecināšanas temperatūra nedrīkst izraisīt nostiprinošo daĜiĦu koagu-

lāciju vai izšėīšanu.

Augstas karstumizturības tēraudu nostiprināšanu ar karbīdiem panāk, ievadot hro-

ma-niėeĜa vai hroma-niėeĜa-mangāna austenītā 0 , 3 - 0,5% oglekĜa un karbīdus veidojo-

šus leăējošos elementus Mo, W, V, Nb u.c., ko izmanto lielas jaudas dzinēju, lidmašīnu

dzinēju vārstu, gāzu turbīnu sastiprināšanas detaĜu un citu izstrādājumu izgatavošanai.

Šo tēraudu nostiprināšanu veic, rūdot 1170-1190°C temperatūrā ūdenī un vecinot

800°C temperatūrā 8-10 h ilgi. Rezultātā izveidojas dispersas karbīdu Cr23C6 un VC da-

ĜiĦas.

Pie tēraudiem ar nostiprinošu metalīdu fāzi pieder niėeli, titānu, alumīniju un

boru saturoši tēraudi. Šo karstumizturīgo tēraudu darba temperatūru intervāls ir no

124

700°C līdz 800°C. Tos nostiprina ar rūdīšanu, kurai seko vecināšana 7 0 0 - 800 °C tem-

peratūrā.

Karstumizturīgie sakausējumi uz niėeĜa bāzes. Karstumizturīgos materiālus, kas

izveidoti uz niėeĜa bāzes, nereti sauc par nimonikiem, tos izmanto gāzu turbīnās un

reaktīvajos dzinējos ar darba temperatūru līdz 800 °C. Augstu karstumnoturību niėe-

l im piešėir hroms (līdz 20%), bet paaugstinātu karstumizturību — titāns ( 1 - 2 , 8 % ) un

alumīnijs (0,55-5,5%). Šajā gadījumā vecināšanas procesā no rūdītā sakausējuma iz-

dalās augsti disperss metalīds Ni3(Ti, Al), kas koherenti saistīts ar pamatmetāla cieto

šėīdumu, karbīds TiC un nitrīds TiN. Tālāku karstumizturības paaugstināšanu panāk,

leăējot sakausējumu ar molibdēnu ( 2 - 11%), volframu (2-11%), kobaltu ( 4 - 6%),

boru un ceriju.

Visplašāk izmanto sakausējumus (19-22% Cr, 2 ,3-2,7% Ti, 0 ,55 -0,95% Al,

≤0,01% Ce, 0 ,06-0,12% C) un sakausējumu, kas papildus leăēts ar boru (≤0,01%).

Pēc rūdīšanas 1080-1120 °C temperatūra sakausējumam ir neliela stiprība un liels

plastiskums. To var viegli apstrādāt ar spiedienu. Pēc vecināšanas 700 °C tempera-

tūrā sakausējums iegūst lielu karstumizturību.

Turbīnu lāpstiĦu izgatavošanai izmanto sakausējumu, kas satur 9 - 12% Cr, 1 2 -

16% Co, 1 , 4 - 2,0% Ti, 3,6-4,5% Al, 4 ,5-5,6% W, 4 - 6% Mo, 0,02% B, 0 ,2-0,8% V

un 0,1% Ba. Šī sakausējuma lielo karstumizturību nodrošina daudzās nostiprinošās fāzes,

kas vecināšanas procesā izdalās no cietā šėīduma.

6.2. Čuguni

Bez tēraudiem mašīnbūvniecībā plaši lieto arī dzelzs-oglekĜa sakausējumus ar og-

lekĜa saturu virs 2%, kurus sauc par čuguniem. Čugunos ogleklis atrodas vai nu sais-

tīta veida — dzelzs karbīds Fe3C, vai arī brīvā veidā — dažādas formas grafīta ie-

slēgumi. Dzelzs karbīds jeb cementīts piešėir čuguna lūzumam gaišu nokrāsu, tādēĜ

cementītu saturošus čugunus sauc arī par baltajiem čuguniem. Grafīts padara lūzumu

pelēku, tādēĜ šos čugunus sauc par pelēkajiem čuguniem. Atkarība no grafīta formas

un tā izveidošanās apstākĜiem izšėir pelēkos, augstas stiprības un kaĜamos čugunus.

Šiem čuguniem ir laba šėidrplūstamība un mazs sarukums, kas Ĝauj iegūt sarežăītas

formas kvalitatīvus lējumus.

Baltie čuguni. Baltajos čugunos visa ogleklis atrodas saistītā veidā (cementīts). Cemen-

tīts piedod čugunam lielu cietību (HB 450...550) un trauslumu. Baltos čugunus grūti apstrā-

dāt ar griezējinstrumentiem, tādēĜ praksē tos lieto samērā reti. Ierobežots pielietojums ir arī

125

čuguna lējumiem ar atbalinātu virskārtu, kuru serdes daĜā ir pelēkā čuguna struktūra. Virs-

kārtas atbalināšanu (12...30 mm dziĜumā) panāk, lējumu strauji atdzesējot metāla formā —

kokilē. Virskārtas lielā cietība Ĝauj lietot šo materiālu tādu detaĜu izgatavošanai, kuras pa-

kĜautas berzei, piemēram, velmjiem, dzirnavu lodēm, arklu lemešiem, preču vagonu riteĦiem

u. c.

Sakarā ar dažādos dziĜumos atšėirīgo atdzišanas ātrumu un līdz ar to ar atšėirīgo struktūru

lējumā rodas lieli iekšējie spriegumi, kas var izraisīt plaisas. Lai likvidētu iekšējos spriegu-

mus, lējumus pakĜauj termiskajai apstrādei — zemai atkvēlināšanai 500…550°C temperatū-

rā.

Pelēkie čuguni. Par pelēko čugunu sauc tādu čugunu, kurā grafīts atrodas nedaudz izliek-

tu plāksnīšu veidā. Grafīta klātbūtne nodrošina materiālam nelielu cietību, labu apstrādāja-

mību ar griezējinstrumentiem un labas antifrikcijas īpašības. Bez tam grafīta ieslēgumi pa-

zemina materiāla stiprību un plastiskumu.

Pelēkie čuguni — sarežăīta sastāva sakausējumi, kuri bez dzelzs un oglekĜa satur arī silī-

ciju, mangānu un nevēlamos piemaisījumus: sēru un fosforu. Visplašāk lieto čugunus ar og-

lekĜa saturu 2,4...3,8%. Silīcijs (1,2...5,0%) Ĝoti iespaido čuguna struktūru un īpašības. Lē-

jumu struktūra ir atkarīga no čuguna ėīmiskā sastāva un tehnoloăiskiem faktoriem, pirmām

kārtām no dzesēšanas ātruma. Silīcijs galvenokārt veicina grafitizāciju. Grafīta daudzums

struktūrā pieaug, samazinot lējuma dzesēšanas ātrumu. Karbīdus veidojošie elementi (Cr), kā

arī sērs un mangāns apgrūtina grafitizācijas procesu. Izmainot čugunā oglekĜa un silīcija sa-

turu un izmainot dzesēšanas ātrumu, var iegūt dažādas pamatstruktūras.

Ja lējumus lēni atdzesē, čugunos ar lielu silīcija saturu primārā kristalizācija noris pēc

stabilās Fe-C diagrammas, t. i., no šėidrās fāzes izdalās grafīts.

Pieaugot dzesēšanas ātrumam, rodas apstākli, kad primārā kristalizācija notiek pēc metasta-

bilās Fe-Fe3C diagrammas, t. i., vispirms veidojas cementīts, kas tālākajā dzesēšanā sadalās

un veido grafīta ieslēgumus. Sekundārā kristalizācija galvenokārt notiek pēc metastabilās

diagrammas: veidojas sekundārais cementīts un perlīta cementīts. OglekĜa un silīcija satura ie-

tekmi uz grafitizācijas procesa gaitu uzskatāmi attēlo struktūras diagrammas 6.2. attēlā a.

Čugunu struktūra sastāv no metāliskās pamatnes un grafīta ieslēgumiem. Atkarībā no pa-

matstruktūras pelēkos čugunus iedala šādi:

1. pelēkais perlīta čuguns (III), kura struktūra sastāv no perlīta (0,8% saistītā oglekĜa)

un plākšĦveida grafīta;

2. pelēkais perlīta-ferīta čuguns (IV), kura struktūra sastāv no perlīta, ferīta un grafīta.

Atkarībā no grafitizācijas procesa pilnīguma ėīmiski saistītā oglekĜa daudzums mainās no

126

0,1% līdz 0,8%;

3. pelēkais ferīta čuguns (V), kas sastāv no ferīta un grafīta. Šajā gadījumā grafitizācijas

process noris līdz galam — viss ogleklis ir izdalījies grafīta veidā.

6.2. att. Čuguna struktūra atkarībā no oglekĜa un silīcija satura (a) un lējumu sieniĦu biezuma (b): I — baltais čuguns; II — pārejas čuguns; III — pelēkais perlīta čuguns;

IV — pelēkais perlīta-ferīta čuguns; V — pelēkais ferīta čuguns.

Dotā oglekĜa un silīcija satura gadījumā grafitizācijas process noris jo pilnīgāk, jo lē-

nāka ir dzesēšana. Ražošanas apstākĜos dzesēšanas ātrumu nosaka detaĜu sieniĦu biezums.

Jo plānākas sieniĦas, jo lielāks dzesēšanas ātrums un mazākā mērā noris grafitizācijas

process (6.2. att. b ) . Čuguna plānsienu lējumiem jāpalielina silīcija saturs.

Čuguna mehāniskās īpašības ir atkarīgas no metāliskās pamatnes (pamatstruktūras) īpašī-

bām, kā arī no grafīta ieslēgumu daudzuma, formas un izmēriem. Grafītam ir Ĝoti maza stip-

rība, tādēĜ grafītu var uzskatīt par iegriezumiem vai plaisām čuguna pamatstruktūra. Šī iemesla

dēĜ pelēkajam čugunam, ir zema stiprība stiepē, bet plastiskums praktiski tuvojas nullei

(≤0,5%). Grafīta ieslēgumi maz iespaido stiprību spiedē un cietību; tā galvenokārt atka-

rīga no pamatstruktūras īpašībām.

Grafīta ieslēgumi palielina čuguna nodilumizturību un atvieglo apstrādi ar griezējinstru-

mentiem. Jo mazāk grafīta ieslēgumu, jo smalkāki tie un jo labāk tie izolēti cits no cita, jo

čuguna stiprība ir lielāka. Vislielākā stiprība un nodilumizturība ir pelēkajiem čuguniem ar

perlīta struktūru.

Grafīta ieslēgumu sasmalcināšanu izdara, pievienojot šėidram čugunam modifikatorus —

ferosilīciju (0,3-0,6% no šihtas masas) vai silikokalciju (0,3-0,5% no šihtas masas).

Čuguna kvalitāti un marku nosaka pēc stiprības stiepē (σd ) un liecē (σ l ) uzrādot parauga

izlieci f. Pelēkos čugunus marėē ar burtiem CH un diviem skaitĜiem: pirmais skaitlis norāda

stiprību spiedē, otrais — stiprību liecē (6.6. tabula).

Augstas stiprības čuguni. Augstas stiprības čugunos grafītam ir lodveida forma. Lod-

veida grafīts mazāk sadala metālisko pamatni, rada mazāku spriegumu koncentrāciju un līdz

127

ar to mazāk pasliktina tā mehāniskās īpašības. Šādiem čuguniem ir labas mehāniskās un lie-

šanas īpašības, laba apstrādājamība ar griezējinstrumentiem un liela nodilumizturība (10.

tabula).

6.6. tabula

Pelēko čugunu mehāniskās īpašības un pielietojums

Čuguna marka

σd ,

kgf mm2

σ l ,

kgf mm2

Izliece

f (mm); L=300mm

HB

Pielietojums

CЧ 00 CЧ 12-28 12 28 2 1 4 3 . . . 229 CЧ 15-32 15 32 2,5 163... 2 2 9 CЧ 18-36 18 36 2,5 170. . .229

Izgatavo maz un vidēji slogotos detaĜas: reduktoru un gultĦu korpusus, karte-rus, vākus, vākus, balstus, uzgriežĦus

CЧ 21-40 21 40 3,0 1 7 0 . . . 241 CЧ 24-44 24 44 3,0 170 . . . 241 CЧ 28-48 28 48 3,0 170. . .241

Izgatavo atbildīgas detaĜas un berzes mezglus: zobratus, čaulas, cilindru čau-las un virzuĜus, tvaika dzinēju cilindrus, metālgriešanas darbmašīnu statnes

CЧ 32-52 32 52 3,0 187... 2 5 5 CЧ 36-56 36 56 3,0 197. . .269 CЧ 40-60 40 60 3,5 207 . . . 269

Izgatavo Ĝoti atbildīgas detaĜas: kloė-vārpstas, zobratus ar slīpiem zobiem, bremžu cilindrus, hidrocilindrus, augst-spiediena slēgus, virzuĜus, sūkĦu korpu-sus

.

6.7. tabula

Augstas stiprības čugunu mehāniskās īpašības

σd , kgf

mm2

σT , kgf

mm2

Čuguna mar-

ka

ne mazāk

δ,

%

αH,

kgf ·m mm2

HB

BЧ 45-5 45 33 5 3,0 1 6 0 … 220

B Ч 50-2 50 38 2 2,0 1 8 0 … 260

BЧ 60-2 60 40 2 2,0 200… 280

BЧ 80-3 80 50 3 2,0 220…300

BЧ 120-4 120 90 4 3,0 302…369

Lai čuguna struktūrā iegūtu lodveida grafītu, šėidram metālam pievieno modifikatorus,

piemēram, magniju (0,03-0,07% no metāla masas). Citu elementu saturs augstas stiprības

čugunos neatšėiras no to satura pelēkajos čugunos. Tīru magniju čugunā ievadīt ir grūti (tas

daĜēji sadeg), tādēĜ lieto magnija ligatūras vai sarežăīta sastāva kompleksus modifikatorus.

Modifikatoru uzdevums ir kristalizēt grafītu lodveida formā. Atkarībā no grafitizācijas pro-

cesa pilnīguma augstas stiprības čugunos var būt perlīta, perlīta-ferīta un ferīta metāliskā

128

pamatne.

Augstās stiprības čugunus marėē ar burtiem BЧ un diviem skaitĜiem: pirmais skaitlis no-

rāda stiprību stiepē, otrais — relatīvo pagarinājumu (sk. 6.7. tabulu). Mūsdienās augstas stip-

rības čugunus plaši izmanto tautas saimniecībā. No tiem atlej automobiĜu kloėvārpstas, cilin-

dru galvas un kārbas, metālgriešanas darbmašīnu korpusus un citas detaĜas, kas darbojas at-

bildīgos mašīnu mezglos. Lai uzlabotu mehāniskās īpašības, lējumus pakĜauj termiskajai ap-

strādei — rūdīšanai ar augsto atlaidināšanu, sferoidizācijas atkvēlināšanai vai arī ėīmiski

termiskai apstrādei — nitridēšanai.

KaĜamie čuguni. KaĜamo čugunu grafītam ir pārslveida forma. To iegūst, ilgstoši augstās

temperatūrās atkvēlinot baltā čuguna lējumus. Šādā termiskajā apstrādē notiek cementīta sa-

dalīšanās un grafīta kristalizācija pārslu veidā. Šāds grafīts mazāk nekā plākšĦveida grafīts

sadala pamatstruktūru un līdz ar to mazāk samazina čuguna stiprību un plastiskumu.

No baltā čuguna, kas satur 2,4-3,0% C, 0,7-1,5% Si un 0,3-1,0% Mn, atlej detaĜas, kuras

pēc tam iepako speciālās kastes un apber ar smiltīm, dzelzs skaidām vai šamotu, lai aiz-

sargātu no oksidēšanās. Atkvēlināšana (4.3. att.) sastāv no lēnas karsēšanas līdz 950-1000 °C

temperatūrai (nedaudz zem eitektiskās temperatūras) un ilgstošas (10-15 h) izturēšanas. Šajā

laikā notiek grafitizācijas pirmā pakāpe, kad eitektiskais un neliela daudzumā esošais sekun-

dārais cementīts sairst, veidojot austenītu un grafītu (atkvēlināšanas oglekli). Atdzesējot no

šīs temperatūras līdz grafitizācijas otrās pakāpes temperatūrai (720-740 °C), notiek sekundā-

rā cementīta sairšana. Ilgstoši (25-30 h) izturot šajā temperatūrā, sairst perlītā ietilpstošais

cementīts, bet grafīts ferīta pamatstruktūrā izdalās pārslveida ieslēgumu veidā.

Ja grafitizācijas pirmo pakāpi paildzina un no šīs temperatūras tieši atdzesē līdz istabas

temperatūrai, tad kaĜamā čuguna struktūra sastāv no perlīta un pārslveida grafīta ieslēgu-

miem.

Dažreiz atkvēlināšanu veic oksidējošā vidē (dzelzs rūdā), kas Ĝauj samazināt oglekĜa satu-

ru lējumu virskārtā. Tādā gadījumā detaĜas virskārta sastāv no ferīta, bet serdes daĜa no perlī-

tiskā kaĜamā čuguna.

Atkvēlināšanas paātrināšanai izmanto paĦēmienus: čuguna modificēšanu ar alumīniju, lēju-

mu iepriekšēju rūdīšanu vai vecināšanu 350-400 °C temperatūrā, čuguna izliešanas vai arī at-

kvēlināšanas temperatūras paaugstināšanu.

KaĜamo čugunu markas apzīmē ar burtiem KЧ un diviem skaitĜiem: pirmais skaitlis norāda

čuguna stiprību stiepē, otrais — relatīvo pagarinājumu (6.8. tabula).

129

6.3. att. Termiskās apstrādes grafiks kaĜamā čuguna iegūšanai

6.8. tabula

KaĜamo čugunu mehāniskās īpašības un pielietojums

Čuguna marka

σd , kgf

mm2

δ, %

HB

Pamatstruktūra

Pielietojums

КЧ 30-6 KЧ 33-8 КЧ 35-10 KЧ 37-12

30 33 35 37

6 8

10 12

163 163 163 163

Ferīts +

perlīts (3... 10%)

Izgatavo mazatbildīgas detaĜas: uz-griežĦus, vākus, sajūgus. Izgatavo automobiĜu pakaĜējo tiltu kor-pusus, reduktoru karterus, skavas, aėus, spieėus

КЧ 45-6 KЧ 50-4 KЧ 56-4 KЧ 60-3 KЧ 63-2

45 50 56 60 63

6 4 4 3 2

241 241 269 269 269

Perlīts +

ferīts (1 ... 20%)

Izgatavo kardānpārvada dakšas, konveijera ėēžu locekĜos, rullīšus, bremžu lokus, čaulas, sajūgus

KЧ — kaĜamais čuguns. Šo materiālu nevar kalt, tā plastiskums ir samērā neliels — 2...10%.

No kaĜamā čuguna izgatavo plānsienu detaĜas, kas darbojas triecienveida slodzes un vibrā-

ciju apstākĜos, kā arī pakĜautas berzei. To plaši lieto lauksaimniecības mašīnu, automobiĜu un

tekstilmašīnu būvē. KaĜamā čuguna blīvums Ĝauj to izmantot arī ūdens un gāzes vadu ietaisēs.

Baltā čuguna labās liešanas īpašības Ĝauj iegūt sarežăītas firmas lējumus, kuras atkvēlinot pār-

vērš kaĜamajā čugunā.

6.3. Varš un to sakausējumi

Varš — sarkanas krasas metāls ar lielu siltumvadītspēju, elektrovadītspēju, plastiskumu un

korozijizturību. Vara kušanas temperatūra ir + 1083°C, blīvums — 8,94 g/cm3. Varam tūliĦ aiz

sudraba ir lielākā siltumvadītspēja un elektrovadītspēja. Atkarībā no ėīmiskā sastāva izšėir

šādas vara markas: M00 (99,99% Cu), MO (99,95% Cu), Ml (99,9% Cu), M2 (99,7% Cu),M3

(99,5% Cu) un M4 (99,0% Cu). Piemaisījumu saturs ievērojami ietekme vara īpašības: Fe, P,

Si un As pazemina elektrovadītspēju, skābeklis padara varu trauslu, Pb un Bi apgrūtina vara

130

spiedapstrādi un padara to trauslu. Ni, Zu, Sb, Sn, Al un citi piemaisījumi, kas izšėīst varā un

veido cietos šėīdumus, uzlabo tā mehāniskās īpašības, taču strauji samazina siltumvadītspēju

un elektrovadītspēju. Varš ir korozijizturīgs atmosfērā, ūdenī un jūras ūdenī. Varš ir mīksts

metāls ar zemu stiprību (σb = 15 kgf/mm2), to var nocietināt ar plastisko deformāciju — uz-

kaldi (σb ≤ 40 kgf/mm2). Varu viegli var apstrādāt ar spiedienu, bet samērā grūti ar griezēj-

instrumentiem; tam ir sliktas liešanas īpašības.

Vara sakausējumiem ir ne vien liela siltumvadītspēja, elektrovadītspēja un korozijizturī-

ba, bet arī labas mehāniskās, tehnoloăiskās un antifrikcijas īpašības. Izmantojot varā šėīsto-

šus leăējošos elementus — Zn, Sn, AI, Be, Si, Mn un Ni, var paaugstināt vienlaikus vara

stiprību un plastiskumu. Tā ir viena no galvenajām vara sakausējumu īpatnībām. Pēc tehno-

loăiskām īpašībām vara sakausējumus iedala lejamos un deformējamos, termiski nenostip-

rināmos un nostiprināmos sakausējumos. Atkarībā no ėīmiskā sastāva vara sakausējumus ie-

dala vara un cinka sakausējumos — misiĦos, vara un citu elementu sakausējumos — bronzas

un vara un niėeĜa sakausējumos.

MisiĦi. MisiĦos varš ar cinku veido α cieto šėīdumu, tajos cinka maksimālā šėīdība ir

39%. Ja cinka saturs ir lielāks, izveidojas elektronu savienojums CuZn — β fāze, kas 454-

468°C temperatūrā pārkārtojas β’ fāzē ar lielāku cietību un trauslumu (6.4. att. a). Cinka sa-

tura palielināšanās rada vienfāzes misiĦa stiprības un plastiskuma pieaugumu, β' fāzes parā-

dīšanās izraisa misiĦa plastiskuma strauju samazināšanos, kaut arī tā stiprība līdz 45% Zn sa-

turam turpina augt (6.4. att. b). Pārejot rnisiĦam vienfāzes β' stāvoklī, strauji samazinās

stiprība, bet palielinās trauslums.

a

b

6.4. att. Cu-Zn sakausējumu stāvokĜa diagramma (a) un misiĦa mehānisko īpašību atkarība no cinka satura (b).

Vienfāzes misiĦi ar a cietā šėīduma struktūru ir plastiski un viegli apstrādājami ar spie-

dienu aukstā stāvoklī. Divfāzu misiĦi ar a un β' struktūru ir maz plastiski aukstā stāvoklī, to-

131

ties labi apstrādājami ar spiedienu augstās temperatūrās. Tiem ir lielāka stiprība, cietība un

nodilumizturība. Cinka satura palielināšana padara misiĦu lētāku, uzlabo apstrādājamību ar

griezējinstrumentiem, bet vienlaikus samazina siltumvadītspēju un elektrovadītspēju. Misi-

Ħus marėē ar burtu un skaitli, kas norāda vidējo vara saturu procentos. MisiĦu ar vara saturu

virs 90% sauc par tompaku, bet misiĦus ar vara saturu 80-90% — par pustompakiem. Leăētu

misiĦu markā raksta arī leăējošo elementu attiecīgos burtus un skaitĜus, kas norāda to saturu

procentos.

MisiĦam, kas satur vairāk par 20% Zn, laika gaitā virsma sāk plaisāt (sezonas plaisāšana)

un atcinkojas. Virsmas plaisāšana vērojama arī uzkaldinātā stāvoklī, tāpēc veic īslaicīgu at-

kvēlināšanu 250-300°C temperatūrā, kas likvidē iekšējos spriegumus un līdz ar to novērš

plaisāšanu. Mitra atmosferā misiĦa detaĜu virskārta šėīst un izdalās varš, kas ar misiĦu veido

galvaniskos pārus un izraisa ātru metāla sagraušanu.

Lejamiem misiĦiem pievieno silīciju, kas uzlabo šėidrplūstamību, metināmību un plastis-

kumu.

Bronzas. Jau sirma senatnē cilvēki darba rīku, trauku, ieroču un mākslas priekšmetu izga-

tavošanai izmantoja alvas bronzas. No Cu-Sn stāvokĜa diagrammas (6.5. att. a) redzams, ka

alvas maksimālā šėīdība varā sasniedz, 15,8%, kaut arī reālos atdzesēšanas apstākĜos šėīdība

ir daudz mazāka. Ja alvas saturs ir lielāks, struktūrā parādās eitektoīds, kas satur elektronu

savienojumu Cu31Sn8 — t. s. δ fāzi. ěoti lēnī atdzesējot, δ fāze pārvēršas α cietā šėīduma un

ε fāzes maisījumā. Reālos atdzesēšanas apstākĜos bronza sastāv no α un δ fāzēm, pēdēja no

tam sakausējumu padara cietu un trauslu. Bronzām ar alvas saturu 4-5% ir vienfāzes struktū-

ra ar samērā lielu plastiskumu. Sakarā ar plašo kristalizācijas temperatūras intervālu bronzam

ir zema šėidrplūstamība, mazs sarukuma procents (0,8-1,4%), to lējumi ir poraini.

Pieaugot alvas saturam līdz 18-20%, bronzu stiprība palielinās, taču plastiskums

strauji samazinās. Alvas bronzām ir liela korozijizturība jūras ūdenī, bet tās ir samērā dār-

gas.

Alvas bronzas bieži leăē ar Zn, P, Pb, Ni un citiem elementiem. Cinks uzlabo bronzu

tehnoloăiskās īpašības, fosfors — lejamību un elastību, niėelis — mehāniskas īpašības un ko-

rozijizturību, svins palielina lējumu blīvumu un uzlabo apstrādi ar griezējinstrumentiem. Alvas

bronzas iedala deformējamās un lejamās bronzas. Atkarībā no pielietojuma lejamās bronzas

savukārt iedala vairākās grupās.

Pirmā grupa — mašīnu bronzas, kuras lieto mašīnu detaĜu lējumiem; tās satur alvu, cinku,

svinu un niėeli. Šīm bronzām ir labas mehāniskās īpašības, laba apstrādājamība ar griezējins-

trumentiem un pietiekami liela korozijizturība, to lējumi ir blīvi.

132

6.5. att. Cu-Sn sakausējumu stāvokĜa diagramma (a) un bronzas mehānisko īpašību atkarība no

alvas satura (b)

Otrā grupa — antifrikcijas bronzas, tās izmanto slīdes gultĦu un citu berzei pakĜautu detaĜu

izgatavošanai. Antifrikcijas bronzu leăējošais elements ir svins, kas veido struktūras mīksto

sastāvdaĜu.

Trešā grupa — mākslas lējumu bronzas, kurām ir laba šėidrplūstamība (labi aizpilda

sarežăītas veidnes) un neliels sarukums. Šīm bronzām ir skaista nokrāsa, kas ilgi saglabā-

jas lielās korozijizturības dēĜ.

Deformējamās bronzas satur alvu, fosforu, cinku un svinu. Labas mehāniskās īpašības ir al-

vas-fosfora bronzām.

Bronzu plastiskumu palielina ar termisko apstrādi — homogenizāciju un starpoperāciju at-

kvēlināšanu. Ar homogenizāciju lielāko plastiskumu sasniedz tad, ja vispirms karsē tempe-

ratūrā 700-750°C, pēc tam temperatūru pazemina līdz 625-600°C un beidzot strauji at-

dzesē. Lējumu iekšējos spriegumus likvidē ar atkvēlināšanu 550 0C temperatūrā.

Alumīnija bronzas. Alumīnija bronzas atšėiras ar labām mehāniskām un antifrikcijas īpašī-

bām un lielu korozijizturību. Nelielais kristalizācijas temperatūru intervāls nodrošina tām labu

šėidrplūstamību, lielu blīvumu un koncentrētu sarukuma dobumu. Alumīnija bronzu trūkumi ir

šādi: liels sarukums, rupjgraudaina struktūra, tās viegli piesātinās ar gāzēm un izkausētā stā-

voklī oksidējas, tas grūti lodējamas.

Alumīnijs ar varu veido α cieto šėīdumu ar mainīgu Al koncentrāciju (6.6. att. a). Ja Al sa-

turs lielāks par 9,4%, struktūrā izveidojas β fāze — Cu3Al, kas 565 °C temperatūrā sadalās α

un γ2 fāzu maisījuma. γ2 fāze ir elektronu savienojums Cu32Al19 ar lielu cietību un trauslu-

mu. Reālos atdzesēšanas apstākĜos γ2 fāze parādās jau tad, ja Al saturs ir 6-8%. Tas

133

samazina plastiskumu, kaut arī stiprība turpina palielināties, līdz Al sa turs sa-

sn iedz 10- 11 % (6.6. att. b). Vienfāzes alumīnija bronzas ir ar labu mehānisko īpašī-

bu kompleksu. Divfāzu bronzām (7 ,5-11,5% Al) ir liela stiprība un cietība; tās var pa-

kĜaut termiskajai nostiprināšanai, kad straujas atdzesēšanas rezultātā ar β (fāzi no-

tiek martensīta pārvērtības.

6.6.att. Cu-Al sakausējumu stāvokĜa diagramma (a) un mehānisko īpašību atkarība no alumīnija satura ( b ) .

Alumīnija bronzas leăē ar Fe (līdz 4%), Mn (līdz 10%), Ni (līdz 10%) un citiem

elementiem. Dzelzs sasmalcina graudus, palielina stiprību, cietību un uzlabo antifrikci-

jas īpašības. Niėelis uzlabo mehāniskās īpašības un palielina nodilumizturību. Man-

gāns palielina plastiskumu. DaĜu alumīnija bronzu izmanto liešanai, bet citas — tikai

deformēšanai. Lielāko daĜu bronzu var izmantot gan liešanai, gan arī spiedapstrādei.

Alumīnija bronzas pakĜauj dažādām termiskajam apstrādēm. Dendrīt veida likvāci-

ju var novērst ar difūzijas atkvēlināšanu. Plastiski deformētus materiālus pakĜauj re-

kristalizācijas atkvēlināšanai 650-800 °C temperatūrā. Bronzas, kas satur vairāk par

10% Al un Ni, var termiski nostiprināt ar rūdīšanu, kurai seko dispersa vecināšana

un cietība palielinās.

Berilija bronzas. Berilijs ar varu veido mainīgas koncentrācijas cietu šėīdumu,

ko var pakĜaut termiskajai nostiprināšanai. Tas dod iespēju berilija bronzām piešėirt

lielu stiprību, elastību, cietību, korozijizturību un nodilumizturību, kā arī lielu pre-

testību nogurumam un šĜūdei. Cu-Be sakausējumu diagramma (6.7. att. a) rāda

šėīdības izmaiĦu atkarībā no temperatūras. Sakarsējot berilija bronzu līdz 760-780°C

temperatūrai, izveidojas viendabīgs α cietais šėīdums, kas saglabājas arī pēc straujas

atdzesēšanas ūdenī istabas temperatūrā. Pēc rūdīšanas berilija bronzai ir maza stiprība

(σb = 45 kgf/mm2) un liels plastiskums (δ = 40%). Rūdītu bronzu nostiprina atlaidi-

not vai arī plastiski deformējot un pēc tam atlaidinot. Atlaidinot 310-320°C temperatūra, no

pārsātināta α cietā šėīduma izdalās dispersas γ fāzes daĜiĦas (CuBe), kas palielina stiprību un

134

cietību. Uzkaldināta bronza atlaidināšanas procesā turpina nostiprināties, un tās stiprība sa-

sniedz σb = 140 kgf/mm2, bet δ = 2%.

6.7. att. Cu-Be sakausējumu stāvokĜa diagrammas daĜa (a) un mehānisko īpašību atkarība no berilija satura (b).

Berilija bronzas ir karstumnoturīgi materiāli; tās ir stabilas temperatūras intervālā no —

200°C līdz 340 °C. Lielā siltumvadītspēja un elektrovadītspēja Ĝauj tās izmantot, lai izgatavotu

elektriskās kontaktmetināšanas elektrodus, gultĦus, kas darbojas augstspiediena, liela ātruma

un paaugstinātas temperatūras apstākĜos, instrumentus, kuri trieciena iedarbībā nedrīkst dzirk-

steĜot, un citas atbildīgas detaĜas. Berilija bronzas var labi apstrādāt ar griezējinstrumentiem,

labi metināt ar kontaktmetināšanas vai šuvju metināšanas metodēm.

Lai samazinātu berilija bronzu izmaksas, tās leăē ar Ni un Ti, kas Ĝauj, nepasliktinot me-

hāniskās īpašības, samazināt berilija saturu līdz 1,7%.

Silīcija bronzām ir labas mehāniskas un antifrikcijas īpašības, liela elastība un korozijiztu-

rība. Silīcija bronzas satur līdz 3% Si, to struktūra ir vienfāzes cietais šėīdums ar lielu

plastiskumu, kas pieĜauj to spiedapstrādi. Šīs bronzas var labi metināt, lodēt un pietieka-

mi labi apstrādāt ar griezējinstrumentiem. Leăējot ar cinku, uzlabojas bronzu liešanas īpašī-

bas, bet, leăējot ar mangānu un niėeli, palielinās stiprība, cietība un korozijizturība. Niėe-

lis, kura šėīdība varā ir mainīga, Ĝauj niėeĜa-silīcija bronzas nostiprināt ar termisko apstrādi.

Vecināšanas procesā, kas seko pēc rūdīšanas, izdalās dispersās Ni2Si daĜiĦas, kuras nostiprina

bronzu (σb = 74 kgf/mm2, δ = 8%). Silīcija bronzas plaši lieto par antifrikcijas materiālu, ka

arī elastīgu un agresīvās vidēs (ūdenī, jūras ūdenī) darbojošos detaĜu izgatavošanai.

Svina bronzām piemīt gan labas antifrikcijas īpašības, gan arī l iela siltumvadītspē-

ja un triecienizturība. Šīm bronzām ir liels svina saturs — 25-30%. Svins un varš savstar-

pēji nešėīst un veido mehānisko maisījumu ar viegli kūstošu eitektiku (tk = 326°C), kas parasti

novietojas pa vara graudu robežām. Svina bronzām ir zemas mehāniskās īpašības, tādēĜ gul-

tĦos tās izmanto plānas kārtiĦas veidā uz tērauda pamatnes. Tā, piemēram, bronzai BpC30 ro-

135

bežstiprība σb = 6 kgf/mm2, δ = 4%, HB 25. Leăējot svina bronzu ar Mn, Sn un Ni, paaugsti-

nās tās stiprība un cietība. Šādas leăētas bronzas izmanto atbildīgiem lietiem gultĦiem.

6.8. att. Cu-Ni sakausējumu stāvokĜa diagramma.

Mangāna bronzas atšėiras ar lielu korozijizturību un paaugstinātu karstumizturību. Man-

gāns paaugstina vara rekristalizācijas temperatūru, tādēĜ bronzu īpašības nemainās pat līdz

400°C darba temperatūrai. Tās labi pakĜaujas spiedapstrādei, un to labā šėidrplūstamība no-

drošina lējumu kvalitāti.

Atsevišėā vara sakausējumu grupā var izdalīt vara-nikeĜa sakausējumus, kuriem ir liela

nozīme tehnikā labo mehānisko īpašību, lielās korozijizturības, kā arī unikālo elektrisko un ter-

mo-elektrisko īpašību dēĜ. Varš ar niėeli veido neierobežotas šėīdības cieto šėīdumu (6.8. att.).

Cu-Ni sakausējumus iedala korozijizturīgos un elektrotehniskos sakausējumos. Pie korozijiztu-

rīgiem sakausējumiem pieder melhiors, jaunsudrabs, kunials u. c. Labas īpašības ir melhioram

(Cu + 30% Ni), kas labi pakĜaujas spiedapstrādei karstā un aukstā stāvoklī. Lai uzlabotu ko-

rozijizturību jūras ūdenī, to papildus leăē ar dzelzi un mangānu. Visizplatītākie ir melhiori.

Jaunsudrabs pieder pie Cu-Ni-Zn sakausējumiem (5 -35% Ni, 13-45% Zn), tam ir liela stip-

rība un plastiskums, skaista sudrabaina krāsa, ėīmiska stabilitāte gaisā, organiskās skābēs un

sāls šėīdumos. Kunialus (Cu-Ni-Al sakausējumus) var termiski nostiprināt, rūdot 900-1000

°C temperatūrā un vecinot 500-600°C temperatūrā. Uzkalde pēc rūdīšanas veicina stiprības

palielināšanos vecināšanā līdz σb = 80-90 kgf/mm2.

Svarīga nozīme tehnikā ir vara-niėeĜa elektrotehniskajiem sakausējumiem, Sakausējumam

manganīns kontaktā ar varu ir mazs termoelektriskais potenciāls, un tam ir liela elektriskā

pretestība, kas Ĝoti maz izmainās temperatūras ietekmē. Šo materiālu izmanto reostatu iz-

gatavošanā. Sakausējumiem konstantānam un kopelam kontaktā ar varu ir liels termoelektris-

kais potenciāls, tādēĜ tos izmanto termopāriem, kaut arī to darba temperatūra 500°C nav se-

višėi augsta.

136

6.4. Alumīnijs un tā sakausējumi

Alumīnijs — sudrabbaltas krāsas metāls ar mazu blīvumu — 2,7 g/cm3, l i e l u sil-

tumvadītspēju, elektrovadītspēju, plastiskumu un korozijizturību. Tīra alumīnija

(99,996% Al) kušanas temperatūra ir 660°C, īpatnējā elektriskā pretestība 20°C tempe-

ratūra ρ =2,6549 Ω·mm2/m.

Alumīnijs ir ėīmiski aktīvs elements, tas viegli oksidējas gaisā, veidojot uz

virsmas blīvu oksīda Al2O3 kārtiĦu, kas to tālāk aizsargā no oksidēšanās un korozi-

jas atmosfērā, ūdenī un citās vidēs. Alumīnijs ir izturīgs pret koncentrētas slāpekĜ-

skābes un dažu organisku skābju iedarbību. Tas labi pakĜaujas spied-apstrādei un labi

metināms, bet slikti apstrādājams ar griezējinstrumentiem. Pastāvīgie alumīnija pie-

maisījumi — Fe, Si, Cu, Mn, Zn un Ti pazemina korozijizturību un pasliktina elektris-

kās īpašības, nedaudz uzlabojot tā mehāniskās īpašības. Tīra atkvēlināta alumīnija ro-

bežstiprība σb = 5 kgf/mm2, δ = 5,0%. Aukstā plastiskā deformācija palielina alu-

mīnija stiprību līdz σb = 15 kgf/mm2.

Atkarība no piemaisījumu daudzuma izšėir sevišėas tīrības alumīniju A999

(0,001% piemaisījumu), augstas tīrības alumīnijus A995, A99, A97, A95 (0,005-

0,05% piemaisījumu) un tehniskas tīrības alumīnijus A85, A8 un citus (0,15.. . 1 , 0%

piemaisījumu). Tehnisko alumīniju A0 un A1 izmanto lokšĦu, stieĦu un profilu ražoša-

nai, kurus lieto maz slogotās konstrukcijās. No tā gatavo rāmjus, durvis, kuău virsbū-

ves, traukus, cauruĜvadus, siltumapmaiĦas iekārtas, kondensatorus, kabeĜus, pārtikas

produktu un naftas cisternas.

Lai uzlabotu mehāniskās īpašības, alumīniju leăē ar Cu, Mg, Si, Mn un Zn, retāk

ar Li, Na, Ti, Be un Zr. Leăējošo elementu lielākā daĜa ar alumīniju veido ierobežo-

tas šėīdības cietos šėīdumus, starpfāzes ar alumīniju vai ėīmiskus savienojumus

(CuAl2, Mg2Si u. c). Alumīnija sakausējumiem ir l ie la īpatnējā stiprība (σb!γ). Dažiem

alumīnija sakausējumiem, kuru robežstiprība σ b = 5 0 - 7 0 kgf/mm2 un blīvums γ =

2,85 g/m3, īpatnēja stiprība (σb!γ = 21) maz atpaliek no augstas stiprības tēraudiem (σb!γ

= 23). Alumīnija sakausējumi labi pretojas dinamiskai slodzei, tiem ir liela korozijizturība,

siltumvadītspēja, elektrovadītspēja un labas tehnoloăiskās īpašības.

Alumīnija sakausējumus klasificē pēc izgatavošanas tehnoloăijas un termiskās no-

stiprināšanas (6.9. att.).

137

6.9. att. Alumīnija sakausējumu klasifikācija.

Deformējamie alumīnija sakausējumi. Pie termiski nenostiprināmiem deformējamiem

alumīnija sakausējumiem pieder Al-Mg un Al-Mn sakausējumi, kuri ir Ĝoti plastiski,

korozijizturīgi, un tos var labi metināt. Rūpniecībā izmanto sakausējumu, kas satur

1-6% Mn. Sakausējumus Al-Mg un Al-Mn izmanto korozijizturīgu izstrādājumu iz-

gatavošanai, lietojot spiedapstrādi un metināšanu.

Vairums deformējamo alumīnija sakausējumu, kuri izveidoti uz Al-Cu-Mg bāzes,

ir termiski nostiprināmi sakausējumi. Deformējamos alumīnija sakausējumus ražo

lokšĦu, cauruĜu, presētu profilu, stieĦu, kalumu un štancētu izstrādājumu veidā.

Visplašāk rūpniecībā izmanto Al-Cu-Mg sakausējumus ar mangāna piedevu — t. s. dūralu-

mīniju. Klasiskais dūralumīnijs D1 izstrādāts 1908. gadā, un tas satur 4,0% Cu, 0,5% Mg un.

0,5% Mn. Tagad to aizvieto dūralumīnijs D16, kuram ir lielāka stiprība. Izveidots arī dūr-

alumīnijs D19 ar palielinātu karstumizturību, D18 ar palielinātu plastiskumu u. c. Dūralumīniju

termiskajā apstrādē nostiprināšanās balstās uz norisēm Θ fāzē (CuAl2) un δ fāzē

(Al2CuMg). Mangāns paaugstina dūralumīnija korozijizturību.

Lai pasargātu dūralumīniju no korozijas, tā loksnes pakĜauj plakēšanai, t. i., pārklāj ar tī-

ra alumīnija kārtiĦu, kas gan nedaudz pazemina dūralumīnija stiprību. Dūralumīniju var la-

bi deformēt gan aukstā, gan arī karstā stāvoklī. Uzkaldes likvidēšanai velmēšanā veic starp-

operāciju atkvēlināšanu 350-370 °C temperatūrā.

Dūralumīnija mehāniskās īpašības var uzlabot ar termisko apstrādi. Rūdāmo dūralumī-

niju sakarsē līdz 495-510 °C un strauji atdzesē ūdenī. Rūdīšana maz izmaina dūralumīnija

īpašības. Nostiprināšanās galvenokārt notiek vecināšanas procesā. Dabiskā vecināšana

notiek 4-5 diennaktīs, tā palielina korozijizturību. Temperatūras pazemināšana aizkavē veci-

nāšanu, bet tās paaugstināšana paātrina vecināšanu (6.10. att.).

Mūsdienās dūralumīniju plaši izmanto aviācijā, kuău būvē, celtniecībā, automobiĜu būvē un ci-

tās rūpniecības nozares,

138

Vecināšanas ilgums (diennaktis)

6.10. att. Temperatūras un vecināšanas ilguma ietekme uz dūralumīnija

Lielas stiprības alumīnija sakausējumus izveido uz sarežăīta ėīmiska sastāva — Al-Cu-

Mg-Zn sakausējumu bāzes. Tos vēl papildus leăē ar mangānu un hromu. Pie šīs mate-

r i ā l u grupas pieder sakausējumi, kuru struktūrā pēc termiskās apstrādes veidojas sa-

režăīta sastāva nostiprinošās fāzes. Pēc rūdīšanas 4 6 0 - 475 CC temperatūrā un veci-

nāšanas 120-140 °C temperatūrā sakausējuma robežstiprība σb = 60 kgf/mm2 , δ =

12%, taču sakausējumam ir paaugstināta jutība pret sprieguma koncentrāciju.

Kaltu un štancētu detaĜu izgatavošanai lieto sakausējumus ar labām liešanas īpa-

šībām un lielu plastiskumu spiedapstrādes temperatūras intervālā (380- 450 °C). Sakau-

sējumus ar paaugstinātu s i l ī c i j a saturu izmanto vidēji slogotām un stipri slogotām sa-

režăītas formas detaĜām, piemēram, spārniĦiem, rāmjiem, savienojošām detaĜām, dzen-

skrūvēm u. c.

Lejamie alumīnija sakausējumi. Tiem jābūt ne vien ar labām ekspluatācijas īpašībām,

bet arī ar labām liešanas īpašībām, lielu šėidrplūstamību, mazu sarukumu, kā arī jāveido blī-

vi, vienmērīgas uzbūves lējumi bez karstajām plaisām.

Visplašāk izmanto Al-Si, Al-Cu un Al-Mg sistēmas lejamos sakausējumus. ěoti labas lie-

šanas īpašības ir Al-Si sakausējumiem — silumīniem. Tiem ir liela šėidrplūstamība un mazs

sarukums, lējumu blīvumu tiem nodrošina struktūrā esošā eitektika. Vienkāršā silumīna

AJT2 eitektika sastāv no cietā šėīduma un silīcija kristālu maisījuma, leăētajiem silumīniem

bez divkāršās eitektikas pastāv arī sarežăīta sastāva eitektikas.

Silumīniem ir neliels blīvums — 2,65 g/cm3, liela korozijizturība, un tos var labi metināt.

Vara piedeva atvieglo silumīnu apstrādi ar griezējinstrumentiem. To mehāniskās īpašības ir

atkarīgas no ėīmiskā sastāva, lējuma izveidošanas tehnoloăijas un termiskās apstrādes.

Alumīnijā šėīstošie elementi — Cu, Mg, Mn un Ti palielina silumīnu stiprību un cietību,

pie tam Mn likvidē arī dzelzs kaitīgo iespaidu un paaugstina korozijizturību, titāns rafinē un

modificē sakausējumu. Magnijs un varš, kuru šėīdība alumīnijā ir mainīga, termiskās apstrā-

des procesā veicina sakausējuma nostiprināšanos. Silumīnu termiskā apstrāde sastāv no rūdī-

139

šanas (515-535 °C) un vecināšanas 150-180 °C temperatūrā ar 10-20 h ilgu izturēšanu.

Silumīnu mehāniskās īpašības var uzlabot ar modificēšanu, ievadot šėidrā metālā nātrija

hlorīdu un fluora sāĜu maisījumu (2-3% no sakausējuma masas). Nātrijs nobīda stāvokĜa

diagrammas eitektisko punktu pa labi, un sakausējuma struktūrā silīcija kristālu vieta izda-

lās cietais šėīdums kopā ar eitektiku.

Al-Cu sistēmas sakausējumiem nav labu liešanas īpašību, bet tiem ir liela stiprība un kars-

tumizturība (σb = 26 kgf/mm2, δ = 3%) vidējas slodzes apstākĜos var izmantot temperatūrā

līdz 200 0C.

Al-Mg sistēmas sakausējumiem ir liela korozijizturība, stiprība un stigrība. Tos var labi ap-

strādāt ar griezējinstrumentiem, bet liešanas īpašības ir vidējas. Sakausējumi ir poraini, ar

pazeminātu hermētiskumu un Ĝoti jutīgi pret Fe un Si piemaisījumiem, kas veido nešėīsto-

šas fāzes un pazemina plastiskumu. Vislabākās mehāniskās īpašības Al-Mg sistēmas sa-

kausējumiem ir pēc rūdīšanas 530 °C temperatūrā, kad viss magnijs atrodas cieta

šėīdumā (σb = 36 kgf/mm2, δ = 18%, HB 90). Tādus sakausējumus lieto kuău būvē,

aviācija un citās rūpniecības nozares slogotām detaĜām, kas darbojas mitrā vidē.

Metālkeramiskie alumīnija sakausējumi. Metālkeramisko materiālu iegūšanas teh-

noloăija Ĝauj izveidot sakausējumu bez tā sastāvdaĜu kausēšanas. Saėepinātos alu-

mīnija sakausējumus (CAC) iegūst ar alumīnija un leăējošo elementu pulvera sapre-

sēšanu — briketēšanu, saėepināšanu un deformēšanu. Pulverus parasti iegūst, izsmi-

dzinot dotā sastāva sakausējumus. Metālkeramisko materiālu apstrādes tehnoloăija

Ĝauj izgatavot sarežăītas formas detaĜas no sakausējumiem, kurus nevar iegūt ar lieša-

nu un spiedapstrādi. Šādi var iegūt sakausējumus ar sevišėām fizikālām īpašībām,

piemēram, sakausējumu CAC1 ( 2 5 - 30% Si, 5-7% Ni, pārējais Al) ar mazu termiskās

izplešanās koeficientu (α = 14,5-15,5·10-6 °C-1) un lielu elastības moduli. Šo sakausēju-

mu izmanto aparātu detaĜām, kas darbojas kopā ar tēraudu 20- 200°C temperatūrā. Tam

ir labas mehāniskās īpašības: σb = 26 kgf/mm2, HB 120.

Izstrādājumiem, kas darbojas augstās temperatūrās, izmanto alumīnija pūderi

(CAP). To izgatavo, saėepinot un deformējot alumīnija un tā oksīda Al2O3 pulveru

maisījumu. Deformēšanas laikā oksīdu kārtiĦa, kas apĦem dispersos alumīnija grau-

diĦus, sadrūp un smalku dispersu ieslēgumu veidā vienmērīgi sadalās pa alumīnija

matricu. A12O3 saturs mainās no 6 - 9% līdz 1 8 - 22%. Palielinoties A12O3 daudzumam,

sakausējumu stiprība pieaug no 30-32 kgf/mm2 līdz 4 4 - 46 kgf/mm2, bet relatīvais

pagarinājums samazinās no 5 - 8% līdz 1 , 5 -2,0%. 500°C temperatūrā robežstiprība ir

1 3 - 13,5 kgf/mm2, bet ilgizturība 500°C temperatūra pēc 100 h ir 5 kgf/mm2. Sakausē-

140

jumu lielo karstumizturību var izskaidrot ar to, ka alumīnija oksīdi, kas atdala graudus,

augstās temperatūrās nekoagulē un saglabā nemainīgu struktūru.

No saėepinātiem alumīnija pūderiem izgatavo loksnes, stieĦus, profilus, štancētas

sagataves u. c. No šiem materiāliem izgatavotās detaĜas ilgstoši var darboties 300-

500°C temperatūrā, bet īslaicīgi pat 1000 °C temperatūrā. Tos plaši izmanto aviāci-

jā, elektrotehnikā, ėīmiskajā rūpniecības mašīnbūvē un kuău būvē atbildīgu detaĜu

(droseĜu un ventiĜu vārstuĜu, kompresoru un sūkĦu lāpstiĦu, virzuĜu) izgatavošanai.

6.5. Magnijs un tā sakausējumi

Magnijs kūst 650 °C temperatūrā, tā blīvums ir 1,74 g/cm3. Magnijam ir labākas

mehāniskās īpašības nekā alumīnijam, tā plastiskums ir mazāks. Magnijs ir ėīmiski

aktīvs metāls, bet tā oksīds ir porains un samērā vāji aizsargā metālu no tālākās ko-

rozijas. Magnijs un tā sakausējumi ir elektroneăatīvi un kontaktā ar citiem metāliem

elektrolīta klātbūtnē strauji oksidējas, sagrūst. Sakarsējot magnijs aktīvi oksidējas, pat

viegli uzliesmo. Lietam magnijam ir rupjgraudaina struktūra ar zemām mehāniskām

īpašībām (σb = 11-12 kgf/mm2, δ = 6-8 % , HB 30). Modificēšana ar cirkoniju un plas-

tiska deformācija nedaudz uzlabo tā mehāniskās īpašības (σb = 26 kgf/mm2, δ = 9%).

Uzkaldi var likvidēt ar rekristalizācijas atkvēlināšanu 3 30 - 350 °C temperatūrā.

Magniju kā konstrukciju materiālu nelieto, to izmanto sakausējumu reducēšanai, le-

ăēšanai.

Magnija sakausējumu galvenā priekšrocība ir lielā īpatnējā s t iprība σb / γ (atse-

višėu sakausējumu s t iprība σb = 35-40 kgf/mm2, bet blīvums mazāks par 2

g/cm3). Magniju sakausē ar alumīniju, cinku, mangānu un retzemju metāliem. Alumī-

nijs un cinks uzlabo sakausējumu mehāniskās īpašības, jo tie ar magniju veido

mainīgas koncentrācijas cietos šėīdumus un fāzes Al3Mg4, MgZn un MgZn2. Šo ele-

mentu mainīgā šėīdība Ĝauj magn i j a sakausējumus nostiprināt ar termisko apstrādi

— rūdišanu un mākslīgo vecināšanu.

Sakarā ar mazo difūzijas ātrumu magnija sakausējumu termiskā apstrāde ir ap-

grūtināta. Lai rūdot izšėīdinātu sekundārās fāzes, karsēšanai jābūt ilgstošai ( 1 5 - 30 h ) ,

bet vecināšanai nepieciešama augsta temperatūra (200 °C) un ilgstoša izturēšana (16-2 4

h).

Magnija sakausējumu galvenais trūkums ir sliktās liešanas īpašības, tie piesātinās

ar gāzēm, oksidējas un viegli uzliesmo. Atkarībā no iegūšanas tehnoloăijas magnija

sakausējumus iedala deformējamos un lejamos materiālos.

141

Deformējamie sakausējumi. Mazleăēto sakausējumu, kas satur 1,3- 3,5% Mn, var

labi metināt un apstrādāt ar spiedienu, tam ir l ie la korozijizturība. Karstā stāvoklī no

tā izgatavo loksnes un profilus, ko izmanto maz slogotām detaĜām. Vidējas stiprības de-

formējamie sakausējumi ir ar pietiekamu tehnoloăisko plastiskumu, vidēju metināmību

un korozijizturību, un tos var vidēji labi metināt. Sakausējumu mehāniskās īpašības

uzlabo cerija piedeva, kas struktūrā ir smalkas dispersas fāzes Mg9Ce veidā.

Augstas stiprības sakausējumus var termiski nostiprināt, un tie labi pakĜaujas

spiedapstrādei. Sakausējumu var modificēt ar cirkoniju. Šos sakausējumus izmanto

stipri slogotām lidmašīnu, tekstiliekārtu, automobiĜu un celšanas mašīnu detaĜām.

Sakausējumi, kas derīgi ilgstošam darbam 250-350 °C temperatūrā, ir karstumizturīgi

magnija sakausējumi. Tie satur ceriju, neodīmu un toriju, kas veido dispersas intermeta-

līdu fāzu Mg9Nd, Mg9Ce un Mg5Th daĜiĦas, neĜauj notikt slīdei, graudu koagulācijai

un nosaka lielu ilgstošu stiprību un šĜūdes pretestību. Šos sakausējumus var labi deformēt

un metināt. Magnija sakausējumus izdevīgi lietot īslaicīgi darbojošās konstrukcijās,

piemēram, raėešu korpusos, stabilizatoros, sūkĦu korpusos.

Lejamie sakausējumi. Vienkāršiem lējumiem izmanto vidējas stiprības magnija sa-

kausējumu. Spiedliešanai metāliskās formās lieto augstas stiprības sakausējumu, kam

ir labas liešanas īpašības. Karstumizturīgais sakausējums domāts tādu detaĜu lēju-

miem, kas darbojas temperatūrā līdz 250 °C, piemēram, sakausējums BML-1 — stipri

slogotiem lējumiem, kas ilgstoši darbojas 300°C temperatūrā, bet īslaicīgi pat 400- 450

°C temperatūrā. Šiem sakausējumiem ir paaugstināta korozijizturība, tos var labi ap-

strādāt ar griezējinstrumentiem. Lējumus piegādā termiski neapstrādātus un termiski

apstrādātus.

Lai atbildīgas magnija sakausējuma detaĜas aizsargātu pret koroziju, pielieto virs-

mas oksidēšanu vai laku krāsu pārklājumus.

6.6. Titāns un tā sakausējumi

Titāns — pelēkas krāsas metāls, kurš kristalizējas divās alotropiskās modifikāci-

jās. Līdz 882 °C temperatūrai pastāv modifikācija Tiα ar heksagonālu kristālisko režăi,

bet augstākās temperatūrās — modifikācija Tiβ ar tilpumā centrētu kubisku režăi. Titā-

na kušanas temperatūra ir 1665 °C. Tīram titānam ir labas mehāniskās īpašības (σb = 45

- 60 kgf/mm2, δ = 20- 25%), mazs blīvums (γ = 4,5 g/cm3) un liela korozijizturība.

Titāna mehāniskās īpašības ir atkarīgas no piemaisījumu daudzuma. ŪdeĦradis,

skābeklis, slāpeklis, ogleklis, dzelzs un silīcijs palielina stiprību un strauji samazina

142

plastiskumu. Labas mehāniskās īpašības titānam piemīt arī Ĝoti zemās temperatūrās,

bet temperatūras paaugstināšana ievērojami samazina tā stiprību. Lai gan titānam

ir augsta kušanas temperatūra, to nevar uzskatīt par karstumizturīgu metālu. Plastiskā

deformācija stipri palielina titāna stiprību (6.11. att.). Titāna sakausējumu uzkaldi

var likvidēt ar rekristalizācijas atkvēlināšanu 6 5 0 - 750°C temperatūrā. Titānu var labi

pakĜaut spiedapstrādei gan normālā, gan paaugstinātā temperatūrā, bet ar griezēj-

instrumentiem to grūti apstrādāt. Titānam ir liela korozijizturība un ėīmiskā izturība,

ko nodrošina oksīdu aizsargkārtiĦa. Tāpēc titānu plaši izmanto ėīmiskajā rūpniecība, ku-

ău būvē, termiskajās iekārtās, kā arī elektronikā un citās tehnikas nozarēs.

Titāna sakausējumiem salīdzinājumā ar tehniski tīru titānu ir daudz lielāka stiprība,

karstumnoturība un karstumizturība, korozijizturība, pietiekami liels plastiskums un mazs

blīvums. TādēĜ titāna sakausējumus lieto aviācijā, raėešu būvē, kuău būvē un ėīmiskājā

rūpniecībā. Atkarībā no pielietojuma titāna sakausējumus iedala deformējamos un leja-

mos sakausējumos, kurus var arī termiski nostiprināt.

Vienfāzes vidējas stiprības deformējamos titāna sakausējumus lieto metinātu kon-

strukciju izveidošanai ekspluatācijai Ĝoti zemās un normālās temperatūrās. Tos nevar no-

stiprināt ar termisko apstrādi,

6.11. att. Titāna mehāniskās īpašības atkarībā no plastiskās deformācijās pakāpes. I

Divfāzu sakausējumiem ir labākas tehnoloăiskās un mehāniskās īpašības. Pēc atkvēli-

nāšanas un rūdīšanas tiem ir liels plastiskums, bet pēc rūdīšanas un vecināšanas — liela

stiprība normālā un paaugstinātā temperatūrā. Augstas stiprības sakausējumos ir vairāk

nostiprinošā β fāze, jo tie satur palielinātu daudzumu V, Mo un Cr. Karstumizturīgos sa-

kausējumus var lietot temperatūrā līdz pat 400-550 °C.

Lejamiem titāna sakausējumiem ir labas liešanas īpašības, to nelielais kristalizācijas

temperatūras intervāls nodrošina labu šėidrplūstamību, lējumu blīvumu un mazu saruku-

mu. To trūkums ir intensīva gāzu uzsūkšana un aktīva iedarbība uz veidošanas materi-

143

āliem.

Visizplatītākais lejamais titāna sakausējums BT5 ir pietiekami plastisks un stigrs, ar

labām liešanas īpašībām, bet samērā mazu stiprību.

6.7. Antifrikcijas materiāli

Mūsdienu mašīnās, mehānismos un aparātos Ĝoti plaši lieto slīdgultĦus, kurus izgatavo

no antifrikcijas materiāliem vai sakausējumiem.

Antifrikcijas materiāliem jābūt ar mazu berzes koeficientu (attiecībā pret tērau-

du), kas nodrošina labus berzes apstākĜus un mazu vārpstas un gultĦa nodilumu.

EĜĜa labi noturas berzes zona, ja gultĦa materiāla struktūra sastāv no mīksta pamata ar

vienmērīgi izvietotiem cietiem ieslēgumiem vai cieta pamata ar mīkstiem ieslēgumiem.

Uz struktūras mīkstās sastāvdaĜas rēėina gultnis piestrādājas vārpstai, bet izveidojušos mikro-

reljefu piepilda eĜĜa. Antifrikcijas materiāliem jābūt lētiem, ar lielu korozijizturību un labām

tehnoloăiskām īpašībām.

Vēlams, lai tiem būtu liela siltumvadītspēja, pietiekami liela ilgizturība un stigrība. Anlif-

rikcijas materiālus var izveidot uz čuguna, krāsaino metālu, metālkeramisko sakausējumu un

polimēru materiālu bāzes.

Visraksturīgākie antifrikcijas materiāli ir sakausējumi, kas izveidoti uz alvas un svina

bāzes; tos sauc par babītiem. Vislabākais antifrikcijas īpašību, fizikāli mehānisko īpašību un

korozijizturības komplekss ir alvas babītiem BS3 un B88, Tos izmanto atbildīgiem gultĦiem,

kas darbojas augstas un vidējas slodzes apstākĜos, ja ātrumi ir lieli . Antimons ar alvu veido

cieto šėīdumu un cietus ieslēgumus SnSb — β' fāzi. Alvu var daĜēji aizvietot ar svinu, bet,

lai novērstu likvāciju, pievieno varu. Alvas-svina babītā B16 mīksto pamatu veido eitekti-

ka, bet cietos ieslēgumus — β ' fāze (SnSb) un metalīdu fāzu (Cu3Sn, Cu2Sb) daĜiĦas. Šis

babīts ir salīdzinoši lētāks, bet, tā kā tam ir paaugstināts trauslums, to nevar izmantot trie-

cienveida slodzes gadījumos. Babīts BH ir papildus leăēts ar Cd, As, Ni, un to izmanto auto-

mobiĜu un traktoru dzinēju gultĦiem. Visietākie ir svina babīti ar kalcija un nātrija piede-

vām (BKA, BK.2), bet starp tiem un tērauda ieliktĦiem ir vāja adhēzija.

SlīdgultĦiem, kurus lieto liela virsmas spiediena apstākĜos, par antifrikcijas materiālu

izmanto čugunu. Vislabākās antifrikcijas īpašības ir perlīta struktūras čugunam ar grafīta

ieslēgumiem. Čuguna metāliskais pamats uzĦem slodzi, bet grafīts noder par ziežvielu, kas

samazina berzes koeficientu. Antifrikcijas čuguniem markas priekšā raksta burtu A, piemēram,

ACH-1, AC4-2, ABĜ-1, ABH-2, AK4-1.

Par antifrikcijas materiāliem var izmantot krāsaino metālu sakausējumus, kas izveidoti uz

144

vara un alumīnija bāzes.

No misiĦiem gultĦu izgatavošanai izmanto silīcija-svina misiĦu. Arī alvas bronzām fos-

fora un svina piedevas uzlabo antifrikcijas īpašības. GultĦiem izmanto arī silīcija bronzas un

svina bronzas. Tām ir liela siltumvadītspēja un stigrība, kas Ĝauj izmantot šos materiālus

atbildīgiem smagi slogotiem gultĦiem turbīnu, dīzeĜu un lidmašīnu dzinēju būvē.

Arī alumīnija sakausējumiem ir labas antifrikcijas īpašības, mazs blīvums, liela siltum-

vadītspēja un ėīmiskā noturība eĜĜās. Tos plānā kārtiĦā uzklāj uz tērauda pamata. Alumīnija

un alvas sakausējumu antifrikcijas īpašības ir tuvas babītu īpašībām.

Pulvermetalurăija dod iespēju izveidot noteiktas porainības materiālus, kurus izmanto slīd-

gultĦos. Parasti tos izgatavo, presējot un saėepinot dzelzs, vara un bronzas pulveri, kam pie-

vienots 1- 3% grafīta. To porainība sasniedz 15- 30%. kas nodrošina pietiekamu šėidrās ziežvielas

daudzumu berzes zonā. Metālkeramisko gultĦu svarīga īpašība ir pašeĜĜošanās, kas notiek

uz grafīta un porās ieslēgtās eĜĜas rēėina. Tādējādi šos gultĦus var ekspluatēt noteiktu lai-

ku bez papildu eĜĜošanas. Pēdējā laikā arvien plašāk izmanto metāla-plastmasas gultĦus,

kuriem porains metāls piesūcināts ar fluoroplastu. Šādi gultĦi var darboties ėīmiski aktīvās vi-

dēs temperatūrā līdz 280 °C.

Darbam augstā temperatūrā lieto antifrikcijas materiālu, kas satur 40- 90% grafīta un 60-

10% saistvielas, piemēram, fenolformaldehīdsveėus. Šādus grafitoplastus var izmantot arī elek-

trisko slīdkontaktu izgatavošanai.

GultĦos, kas darbojas liela slīdes ātruma un maza virsmas spiediena apstākĜos, piemē-

ram, dažādu aparātu un sadzīves priekšmetu gultĦos, var izmantot polimēru materiālus: poli-

amīdus (kapronu) un fluoroplastu-4. Polimēru antifrikcijas materiālu trūkums ir mazā siltum-

vadītspēja, tādēĜ tos uzklāj plānas kārtiĦas veidā vai arī pilda ar siltumu labi vadošām pil-

dvielām.

Par antifrikcijas materiālu var izmantot arī presētu koksni, kas piesātināta ar fenolfor-

maldehīdsveėiem. Plastificēta koka un tekstolīta gultĦi var darboties samērā spēcīgas berzes

apstākĜos, tie labi pretojas triecienslodzēm, vibrācijām un korozijai.

145

Izmantotā literatūra

1. Dobelis M. Elektrotehniskie materiāli. Rīga: Jumava, 1997.

2. KĜaviĦš. Elektrotehniskie un radiotehniskie materiāli. Rīga: Zvaigzne, 1975.

3. ĥikuĜins N. Elektrotehnisko materiālu mācība. Rīga, 1988.

4. Greivulis Jānis, RaĦkis Ivars. Modernās elektronikas pamati. Rīga, 1992.

5. Popovs V. un Nikolajevs S. Elektrotehnika. Rīga, 1971.

6. Zommers K. Ėīmijas rokasgrāmata. Rīga, 1981.

7. Latvijas Republikāniskais neklātienes lauksaimniecības tehnikums. Metālu tehnoloăija un

elektrotehniskie materiāli. Rīga, 1979.

8. Dobelis M. (Liepājas lietišėās mākslas vidusskola). Materiāli un to apstrāde, I daĜa.

Liepāja, 1989.

9. Žukova Z. Kompozīti — nākotnes materiāli. Rīga, 1988.

10. Ulpe J., Kupče L. Koka un plastmasu konstrukcijas. Rīga, 1991.

11. Rolovs B. Par fiziku un fiziėiem. Rīga, 1989.

12. Branka V., Gaumigs V., Pukītis P. Fizikas jēdzieni, likumi, formulas. Rīga, 1989.

13. Fizikas rokasgrāmata E. Šiltera redakcijā. Rīga, 1988.

14. Hall Е. Н., On the new action of magnetism on a permanent electric current, «The Phi-

losophical Magazine», 1880, v. 10, p. 301;

15. Богородицкип H.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Ле-

нинград, 1977.

16. Конструкционные и электротехнические материалы, под редакцией В. А. Филикова.

Москва, 1990.

17. Никулин Н. В. Электроматериаловедение. Москва, 1989.

18. Рабчинская Г. И. Радиотехнические материалы. Москва, 1952.

19. Государственный комитет по электротехнике при Госплане СССР, Металлокерамиче-

ские изделия электротехнического назначения. Москва, 1964.

20. Серебрянников С. В. Материалы (электромонтажные работы, книга 9). Москва, 1992.

21. Мозберг П. К. Материаловедение. Москва, 1991.

22. Технология металлов и конструкционные материалы, под редакцией Б. А. Кузьмина.

Москва, 1989.

23. Краткий справочник паяльщика, под редакцией И. Е. Петрунина. Москва, 1991.

24. Шкержик Я. Рецептурный справочник для электротехника. Москва, 1989.

146

25. Татевосьян Г. О. Пластмассы и их применение в народном хозяйстве. Москва, 1959.

26. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. Москва, 1990.

27. Храмов Ю. А. Физики; биографический справочник. Москва, 1983.

28. Глинка Н. Л. Общая химия. Ленинград, 1988.

29. Вайсс Г., Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их при-

менение, пер. с нем., М., 1974;