Механические и магнитные свойства хромоникелевой мартенситностареющей стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Актуальность задачи создания новых высокоскоростных магнитоэлектрических моторов и генераторов требует наличия высокопрочных материалов с определенными магнитными характеристиками. Рассмотрена возможность применения мартенситностареющих сталей, в частности, стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ разработки ООО “Ласмет”, в качестве полюсов ротора высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами, вследствие благоприятного сочетания механических свойств, повышенной коррозионной стойкости и ударной вязкости этой стали. Исследованы механические и магнитные свойства стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ. Несмотря на то, что максимальное значение магнитной проницаемости у стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ в разы ниже, чем у конструкционных сталей 3 и 30ХГСА, показано, что различие по величине электромагнитного момента двигателей с использованием разных сталей 30ХГСА и 04Х13Н8МТЮ–ВИ составляет менее 0.2%. С учётом более высоких прочностных свойств стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ появляется потенциальная возможность повысить частоту вращения ротора на 25% по сравнению с ротором, изготовленным из 30ХГСА.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Н. Мазничевский

ООО “Ласмет”

Author for correspondence.
Email: al.mazn@ya.ru
Russian Federation, ул. 2-я Павелецкая, 18, ком. 207, Челябинск, 454047

Р. В. Сприкут

ООО “Ласмет”

Email: al.mazn@ya.ru
Russian Federation, ул. 2-я Павелецкая, 18, ком. 207, Челябинск, 454047

А. С. Кибардин

АО “НИИЭФА”

Email: kibardin@sintez.niiefa.spb.su
Russian Federation, пос. Металлострой, 3, Санкт-Петербург, 190000

А. А. Фирсов

АО “НИИЭФА”

Email: kibardin@sintez.niiefa.spb.su
Russian Federation, пос. Металлострой, 3, Санкт-Петербург, 190000

References

  1. Tian J., Yang B., Feng S., Yu L., Zhou J. Investigation of rotor–gas foil bearing system and its application for an ultra-high-speed permanent magnet synchronous motor // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part J: Journal of Engineering Tribology. 2022. V. 236 (4). P. 595–606. https://doi.org/10.1177/13506501211031703
  2. Cheng W., Deng Z., Xiao L., Zhong B., Duan W. Rotor dynamic experimental investigation of an ultra-high-speed permanent magnet synchronous motor supported on a three-pad bidirectional gas foil bearing // Adv. Mech. Eng. 2019. V. 11 (9). P. 1–11. https://doi.org/10.1177/1687814019875368
  3. He T., Zhu Z., Eastham F., Wang Y., Bin H., Wu D., Gong L., Chen J. Permanent Magnet Machines for High-Speed Applications // World Electric Vehicle Journal. 2022. V. 13 (1). https://doi.org/10.3390/ wevj13010018
  4. Каблов Е.Н., Бакрадзе, М.М., Громов В.И., Вознесенская Н.М., Якушева Н.А. Новые высокопрочные конструкционные и коррозионностойкие стали для аэрокосмической техники разработки ФГУП “ВИАМ” // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1 (58). С. 3–11. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-1-3-11
  5. Якушева Н.А., Громов В.И. Мартенситно-стареющие стали ВИАМ для ответственных деталей ГТД // Высокопрочные стали для аэрокосмической техники и технологии их производства: материалы Всероссийской научно-технической конференции. 2019. С. 15–25.
  6. Bibin J., Manikandan M., Arivazhagan N., Nageswara R., Muktinutalapati G., Madhusudhan R. Development of a low heat-input welding technique for joining thick plates of 250 grade maraging steel to fabricate rocket motor casings // Materials Letters. 2022. V. 326. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132984
  7. Geng L., Jie S., Ao W., Zhuoyue Y., Yali D., Jing N., Qi G. A novel Fe–Cr–Ni–Co–Mo maraging stainless steel with enhanced strength and cryogenic toughness: Role of austenite with core-shell structures // Mater. Sci. Eng.: A. 2023. V. 863. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022. 144537
  8. Zhang H., Sun M., Wang F., Liu Z., Xu B., Li D. Exploring the relationship between the accelerated austenite reversion and two-steps solution treatment in a Cr–Ni–Mo cryogenic maraging stainless steel // Materials Characterization. 2023. V. 196. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112581
  9. Zheng Z., Lee Y.J., Zhang J., Jin X., Wang H. Ultra-precision micro-cutting of maraging steel 3J33C under the influence of a surface-active medium // J. Mater. Proces. Techn. 2021. V. 292. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021. 117054
  10. Патент № 2738033 Российская Федерация, МПК С22 С38/50 (2020.08), С22С 38/60 (2020.08). Мартенситно-стареющая сталь: № 2020112264; заявл. 26.03.2020; опубл. 07.12.2020. Бюл. № 34 / Мазничевский А.Н., Сприкут Р.В.; заявитель и патентообладатель Лаборатория специальной металлургии (ООО “Ласмет”). 8 с.: ил. Текст: непосредственный.
  11. Амосков В.М., Беляков В.А., Белякова Т.Ф., Гикал Б.Н., Гульбикян Г., Дмитриев С.Н., Иваненко И.А., Илясов О.В., Костырев В.А., Кучинский В.Г., Кухтин В.П., Ларионов М.С., Ламзин Е.А., Максимов Б.П., Семченков А.Г., Семченкова О.В., Сычевский С.Е., Филатов О.Г., Фирсов А.А., Франко И. Аппаратно-программный комплекс для измерения характеристик магнитных материалов в широком диапазоне индукций // Препринт ОИЯИ Р13–2004–158. Дубна: Объедин. ин-т ядер. исслед. 2004. 19 с. https://www1.jinr.ru/publish/Preprints/2004/158(P13–2004–158).pdf
  12. Sha W., Guo Z. 2 – Microstructure of maraging steels // Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineering. 2009. P. 17–48. https://doi.org/10.1533/9781845696931.17
  13. Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Вавилов В.Е. Высокооборотные электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. Инновационное машиностроение. 2017. 247 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structure of steel 04Kh13N8MTYu–VI, ×100: a) forged (without heat treatment); b) hardening 900°C, 25 min, oil + aging 500°C, 40 min, air.

Download (507KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of stress on deformation σ(ε) during tension of the 04Kh13N8MTYu–VI sample.

Download (59KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The main magnetization curve (MMC) of the steel sample under study.

Download (58KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. OKN of the steel sample under study in the range of 0–20 kA/m (the section of intersection of the measurement ranges for the ring and cylindrical samples is shown).

Download (58KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence µ0М(Н) for the studied sample 04Х13Н8МТЮ–ВИ. Saturation magnetization µ0М = 1.6 Т, µ0 = 4π · 10⁻⁷

Download (62KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of magnetic permeability µr on magnetic induction B.

Download (52KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Hysteresis loop of the test sample.

Download (71KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Comparative dependence B(H) for steels 3, 30KhGSA and 04Kh13N8MTYu–VI.

Download (160KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependences of µᵣ on the magnetic field strength H.

Download (140KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Dependences of µᵣ on the magnetic field induction B.

Download (148KB)
Indexing metadata